JP5391847B2 - バックライト装置および画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源として用いたバックライト装置、およびこれを用いた画像表示装置に関する。

従来、液晶表示パネルを背面側からバックライト装置により照明して画像を表示する画像表示装置が知られている。

このような画像表示装置等で用いられるバックライト装置の光源としては、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）等の蛍光管が多く用いられている。蛍光管は、点灯するために高い電圧を必要とし、また、点灯、消灯を頻繁に繰り返すと寿命が短くなる。さらに、蛍光管は、一般的にガラス材によって形成されているため、バックライト光源として形状の自由度に制限があった。

そこで、蛍光管にかわる光源として、ＬＥＤの利用が広がっている。バックライト装置には一般に白色光が用いられ、白色ＬＥＤを配列して白色の照明光を発光するものや、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のＬＥＤを配列し、これらの３色の光を混色して白色光とするもの等がある。白色ＬＥＤには、短波長ＬＥＤチップにＲＧＢ蛍光体を組み合わせて白色を得る方式や、青色ＬＥＤチップに黄色の蛍光体を組み合わせて白色を得る方式、あるいは、ＲＧＢの３色のＬＥＤチップの混光として白色を得る方式、補色となる２色のＬＥＤチップの混光として白色を得る方式等がある。

ＬＥＤは、蛍光管に比べて低電圧で駆動することができ、消費電力が少なく、寿命が長い等の優位な性能を有している。また、３色のＬＥＤを使用したバックライト装置では、光の３原色に近い波長から白色光を得るため、蛍光管を使用した場合に比べて色の自由度が高まるという特徴がある。特に色再現性を大幅に拡大することが可能で、ＮＴＳＣ規格比で１００％を超える色再現性を実現したり、白色点（白の色味）を自由に調整したりすることができるようになる。

ＬＥＤを使用したバックライト装置には、透明な導光板に側面からＬＥＤの光を入射させ、導光板の表面から射出される光により液晶表示パネルを照明するエッジライト方式のバックライト装置や、液晶表示パネル背面側の直下にＬＥＤを配置する直下型のバックライト装置等がある。

半導体素子であるＬＥＤは、その光学特性、電気特性、寿命等に温度依存性があり、温度が上がるにつれて発光輝度が低下し、発光波長が長くなり、寿命が短くなるという特性を示す。

ＬＥＤの温度による特性の変化の割合は、ＬＥＤの発光色により異なる。例えば、ＲＧＢの３色のＬＥＤを配列し、これらの３色の光を混色して白色光を得る場合では、ＲのＬＥＤはＡｌＧａＩｎＰ系、Ｇ，ＢのＬＥＤはＩｎＧａＮ系とそれぞれ組成が異なり、それぞれに得られる輝度の温度特性が異なる。室温からの温度上昇値８０℃あたり、ＡｌＧａＩｎＰ系で約２０％、ＩｎＧａＮ系で約１０％輝度が低下する。また、青色ＬＥＤ励起による黄色蛍光体との組み合わせによる白色ＬＥＤでは、室温からの温度上昇値６０℃あたり、約２５％発光効率が低下する。

ＬＥＤは駆動により発熱するが、バックライト装置においてＬＥＤから発する熱は、まず実装基板に拡散され、さらにバックライト装置の筐体等へ伝わり、最終的に周囲の空気へと対流と輻射により放熱する。

バックライト装置を備える画像表示装置は、液晶表示パネルの表示面が鉛直方向に沿うように、水平面に立設される。このため、バックライト装置表面から周囲の空気への対流放熱の際、装置下部から上部方向に行くにつれて温度境界層が発達し、上へ行くほど装置表面の温度が高くなる。したがって、装置の上部と下部とで表面温度の不均一が生じる。

バックライト装置では、液晶表示パネルを均一に照明するために、光源として用いられる複数のＬＥＤの輝度、発光波長（発光色）、および寿命が均一であることが要求される。しかし、上記のようなバックライト装置の表面温度の不均一が、複数のＬＥＤ間における輝度不均一、発光色不均一、寿命のばらつきを招く。前述のように、ＬＥＤの特性に温度依存性があるからである。

特許文献１には、直下型およびエッジライト方式のバックライト装置において、ＬＥＤを実装する基板の表面に高い反射率を有する導電性部材をパターン形成することにより、別途反射板を設けることなくＬＥＤの光を有効利用するとともに、ＬＥＤから発する熱を効率よく拡散させる技術が開示されている。そして、特許文献１には、上述したようなＬＥＤの発熱による装置表面温度の不均一に対処するため、ＬＥＤ実装基板表面の導電性部材のパターンの面積および厚さの少なくとも一方を上下方向で徐々に変化させ、熱拡散の程度を調整することが記載されている。

特開２００７−１４２２５６号公報

上述のように、特許文献１では、熱拡散の程度を調整するため、ＬＥＤ実装基板表面の導電性部材のパターンの面積および厚さの少なくとも一方を上下方向で徐々に変化させている。しかしながら、ＬＥＤ実装基板表面のパターン形成に用いる導電性部材の厚さは、現実的には１７．５μｍ，３５μｍ，７０μｍ程度であり、発熱密度が大きいＬＥＤの熱拡散経路としては十分でなく、選択の幅も限られる。さらに熱拡散を大きくしようとすると、導電性部材をさらに厚くすることになるが、これはコストの増加につながる。

パターンの面積を拡大して熱拡散を試みる場合、直下型のバックライト装置であれば、ＬＥＤの実装間隔に面積的余裕があり、装置の上下方向の熱拡散の程度に応じた調整範囲が確保できる。

しかし、エッジライト方式のバックライト装置を用いた画像表示装置は、その寸法的な特長から薄型であり、直下型のようにＬＥＤ実装基板に面積的余裕が確保できない。よって、導電性部材の面積拡大によって熱拡散の程度を調整することは困難である。

また、エッジライト方式のバックライト装置では、複数のＬＥＤを比較的狭い間隔で直線状に配列した光源を用いるが、このような光源では発熱密度が大きい。このため、上述のように、導電性部材の厚さの拡大によって熱拡散の程度を調整するには、現実的な１７．５μｍ，３５μｍ，７０μｍ程度の範囲では、いずれも調整に十分でない。

このように、エッジライト方式のバックライト装置では、バックライト装置において生じる表面温度の不均一を抑制することが困難であった。このため、複数のＬＥＤ間における輝度不均一、発光色不均一、寿命のばらつきが生じ、その結果、導光板の光を射出する面である射出面の輝度分布の不均一を招き、液晶表示パネルを均一に照明することができなくなることがあった。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、光を射出する射出面の輝度分布の均一性が良好なエッジライト方式のバックライト装置、およびこれを用いた画像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に係るバックライト装置は、ＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤパッケージが直線状に配置された光源と、互いに対向する２つの平担面部を有し、前記平坦面部のうちの一方の平坦面部が面内に複数の反射部が形成された反射面であり、他方の平坦面部が光を射出する射出面である導光板と、を備え、前記導光板の前記反射面と前記射出面とが鉛直方向に沿うように前記導光板を配置したときに、前記光源は前記導光板の鉛直方向に沿った側面の少なくとも１面に沿って配置され、前記光源の前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は鉛直方向の上側に向かうほど広く、前記反射面の前記複数の反射部の配置間隔は鉛直方向の上側に向かうほど狭くなっていることを特徴とする。

請求項２に係るバックライト装置は、ＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤパッケージが直線状に配置された光源と、互いに対向する２つの平担面部を有し、前記平坦面部のうちの一方の平坦面部が面内に複数の反射部が形成された反射面であり、他方の平坦面部が光を射出する射出面である導光板と、を備え、前記導光板の前記反射面と前記射出面とが鉛直方向に沿うように前記導光板を配置したときに、前記光源は前記導光板の鉛直方向に沿った側面の少なくとも１面に沿って配置され、前記光源の前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は鉛直方向の上側に向かうほど広く、前記反射面の前記複数の反射部における前記導光板との境界面の断面積は鉛直方向の上側に向かうほど大きくなっていることを特徴とする。

請求項３に係るバックライト装置は、ＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤパッケージが直線状に配置された光源と、互いに対向する２つの平担面部を有し、前記平坦面部のうちの一方の平坦面部が面内に複数の反射部が形成された反射面であり、他方の平坦面部が光を射出する射出面である導光板と、を備え、前記導光板の前記反射面と前記射出面とが鉛直方向に沿うように前記導光板を配置したときに、前記光源は鉛直方向と直交する方向の前記導光板の側面である上部側面と下部側面に沿ってそれぞれ配置され、前記上部側面に沿って配置される光源における前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は前記下部側面に沿って配置される光源における前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔より広く、前記反射面の前記複数の反射部の配置間隔は前記導光板における鉛直方向の中心位置より上側の所定の位置で最も狭くなっていることを特徴とする。

請求項４に係るバックライト装置は、ＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤパッケージが直線状に配置された光源と、互いに対向する２つの平担面部を有し、前記平坦面部のうちの一方の平坦面部が面内に複数の反射部が形成された反射面であり、他方の平坦面部が光を射出する射出面である導光板と、を備え、前記導光板の前記反射面と前記射出面とが鉛直方向に沿うように前記導光板を配置したときに、前記光源は鉛直方向と直交する方向の前記導光板の側面である上部側面と下部側面に沿ってそれぞれ配置され、前記上部側面に沿って配置される光源における前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は前記下部側面に沿って配置される光源における前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔より広く、前記反射面の前記複数の反射部における前記導光板との境界面の断面積は前記導光板における鉛直方向の中心位置より上側の所定の位置で最も大きくなっていることを特徴とする。

請求項５に係るバックライト装置は、請求項３または請求項４に記載のバックライト装置において、前記光源はさらに、前記導光板の鉛直方向に沿った側面の少なくとも１面に沿って配置され、前記光源の前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は鉛直方向の上側に向かうほど広くなっていることを特徴とする。

請求項６に係るバックライト装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバックライト装置において、前記反射部は、白色塗料からなることを特徴とする。

請求項７に係る画像表示装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバックライト装置と、前記バックライト装置の前記導光板の前記射出面側に設置され、前記導光板から射出した光により照明される液晶表示パネルと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、光を射出する射出面の輝度分布の均一性が良好なエッジライト方式のバックライト装置、およびこれを用いた画像表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るバックライト装置を備える画像表示装置の外観図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿った部分断面図である。 本発明の実施の形態に係るバックライト装置の要部を示す平面図である。 ＬＥＤパッケージの配置間隔と温度上昇との関係を示す図である。 反射部周辺の部分拡大図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係るバックライト装置におけるＬＥＤパッケージおよびフレーム表面の温度分布を示す図、（ｂ）は本発明の実施の形態に係るバックライト装置における光源の輝度分布を示す図である。 比較例のバックライト装置の要部の一例を示す図である。 （ａ）は比較例のバックライト装置におけるＬＥＤパッケージおよびフレーム表面の温度分布を示す図、（ｂ）は比較例のバックライト装置における光源の輝度分布を示す図である。 変形例１に係るバックライト装置の要部を示す平面図である。 変形例２に係るバックライト装置の要部を示す平面図である。 変形例３に係るバックライト装置の要部を示す平面図である。 反射部としてマイクロレンズが突設された導光板の断面図である。 反射部として凹部が形成された導光板の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下の図面の記載において、同一または同等の部分には同一または同等の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るバックライト装置を備える画像表示装置の外観図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った部分断面図、図３は、本実施の形態に係るバックライト装置の要部を示す平面図である。

図１に示すように、画像表示装置１は、入力される画像信号に応じて画像を表示する液晶表示パネル２と、液晶表示パネル２を背面側から照明するバックライト装置３とを備える。画像表示装置１は、液晶表示パネル２の表示面が鉛直方向に沿うように、水平面に立設される。ここで、鉛直方向をＹ方向とし、液晶表示パネル２の表示面と平行かつＹ方向に直交する方向をＸ方向、Ｘ方向およびＹ方向の双方と直交する方向をＺ方向とする。

図２、図３に示すように、本実施の形態に係るバックライト装置３は、導光板４と、光源５Ａ，５Ｂと、光学シート部６と、反射シート７と、フレーム８と、リアカバー９とを備える。

導光板４は、透明な材料からなる厚さ１．５ｍｍ〜４ｍｍ程度の形状が矩形の板により構成される。導光板４の材料としては、ＰＭＭＡ樹脂（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等の光透過率が高い材料が用いられる。

導光板４の反射面である裏面４ｂには、多数のドット状の反射部１０が形成されている。反射部１０は、酸化チタン等を含有する白色塗料が、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等により、導光板４の裏面４ｂに印刷されて形成されている。反射部１０は、導光板４内を進行する光のうち、反射部１０に入射した光を乱反射する。反射部１０は、例えば、導光板４を平面とし導光板４との界面の形状である平面視形状が円形で直径３００μｍ程度に形成される。なお、反射部１０の平面視形状は円形に限らない。

反射部１０は、図３に示すように、その配置間隔が、Ｙ方向においては上側（＋Ｙ側）に向かうほど小さくなり、Ｘ方向においては左右両側から中央側に向かうほど小さくなるように形成される。なお、図３は、導光板４の裏面４ｂ側から見た平面図である。反射部１０の配置間隔は、平均で例えば８００μｍ程度であり、例えば４００μｍ〜１２００μｍ程度の範囲で設定される。

反射部１０のＹ方向における配置間隔を上側に向かうほど小さくするのは、後述するように上側に向かうほど光源５Ａ，５ＢのＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐが大きく、導光板４に入射する光の輝度が低くなることから、反射部１０を密に配置することにより、導光板４の射出面４ａのＹ方向における輝度の均一化を図るためである。

また、反射部１０のＸ方向における配置間隔を導光板４の中央側に向かうほど小さくするのは、光源５Ａ，５Ｂから遠く、到達する光が減少する中央付近において反射部１０を密に配置することにより、導光板４の射出面４ａのＸ方向における輝度の均一化を図るためである。

導光板４は、Ｙ方向に沿う側面４ｃ，４ｄから入射する光源５Ａ，５Ｂからの光を導光し、反射部１０により乱反射された光の少なくとも一部を、裏面４ｂに略平行に対向する表面である射出面４ａから射出する。

光源５Ａは、ＬＥＤチップ（図示せず）を有する複数のＬＥＤパッケージ５１と、ＬＥＤパッケージ５１を実装する基板５２とを備える。光源５Ｂも同様の構成である。光源５Ａ，５Ｂは、それぞれ導光板４のＹ方向の２辺に沿った側面４ｃ，４ｄに対向して配置され、ＬＥＤパッケージ５１からの光を側面４ｃ，４ｄに入射させる。

ＬＥＤパッケージ５１は、例えば、青色ＬＥＤチップを黄色蛍光体、または赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合した蛍光体で覆い、青色光で蛍光体を励起することにより、白色光を射出するものである。ＬＥＤパッケージ５１は、基板５２上において１列または複数列の直線状に配列され、そのＹ方向における配置間隔Ｐ（Ｙ方向におけるＬＥＤパッケージ５１の中心間距離）が、上側に向かうほど大きくなるように配置されている。

基板５２は、例えばポリイミド基材のフレキシブル基板、アルミニウム薄板基材のメタルベース基板等の、ＬＥＤパッケージ５１が発する熱を効率よく伝導、拡散させる放熱性の高い基板からなる。

基板５２は、図示しない熱伝導性放熱シートによってフレーム８に密着されている。これにより、基板５２とフレーム８との接触面間の接触熱抵抗を小さくし、効率よく基板５２からの熱をフレーム８に伝導させることができる。なお、基板５２と熱伝導性放熱シートとの間に、アルミニウム等の棒状の金属で形成された図示しないヒートシンクを設け、基板５２からの熱をヒートシンク内で一様に拡散させるようにしてもよい。また、ヒートシンクとフレーム８とを熱的に接続させて、効率よく放熱させる構造でもよい。

光学シート部６は、液晶表示パネル２と導光板４の射出面４ａとの間に配置され、射出面４ａから射出された光に配光特性や輝度均一特性を与える。光学シート部６は、入射した光を拡散する拡散シートを含み、その他に、入射した光の進行方向を所定の方向に制御するプリズムシート、入射した光のうち所定方向の直線偏光のみを透過する偏光シート等を適宜組み合わせて構成される。

反射シート７は、導光板４の裏面４ｂ側に設けられ、導光板４の裏面４ｂから外部に漏れた光を導光板４側に反射することにより、ＬＥＤパッケージ５１から射出した光の利用効率を高める。

フレーム８とリアカバー９とは、ともにアルミニウム等からなり、導光板４、光源５Ａ，５Ｂ等の各部を収納する筐体を構成するものである。フレーム８は、導光板４等の周囲を囲む外枠を構成するとともに、導光板４の射出面４ａ側に光学シート部６を挟んで液晶表示パネル２を保持する。リアカバー９は、バックライト装置３の背面側を覆う。

アルミニウムからなるフレーム８は、放熱性が良好であり、光源５Ａ，５Ｂの熱を効率よく拡散させ、周囲空気へと対流、輻射放熱させる機能も有する。

ここで、光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１のＹ方向における配置間隔Ｐについて説明する。

一般に、自然対流による対流放熱の場合、鉛直方向に配設された発熱体の最下部は、周囲空気の温度で対流放熱（冷却）され、最下部以外では、それより下側で温度上昇された空気の温度による対流放熱（冷却）となる。このため、発熱体の上部では、高い温度による対流放熱になるので、放熱量が小さくなり、上へ行くほど温度が上昇する。

周囲空気への熱伝達の割合（熱伝達率）は、以下の（数式１）のように、周囲空気との温度差との関数で表される。

Ｈ ＝ Ｋ（ΔＴａ／Ｌ）^0.25 （Ｗ／ｍ²・℃） …（数式１）
ここで、ΔＴａは周囲空気温度と発熱体の温度差、Ｌは発熱体の長さ、Ｈは熱伝達率、Ｋは空気物性および発熱体の形態による係数の積である。

上述のように、発熱体の下部で高められた温度の空気によって、上へ行くほど周囲空気温度が徐々に高まるが、（数式１）より、周囲空気の温度上昇で熱伝達率Ｈは減少する。よって、上へ行くほど発熱体の放熱量が小さくなり、温度が上昇する。

ここで、発熱体と周囲空気との間の温度差がある場合、両者の接触領域で大きく温度変化する領域のことを温度境界層とすると、鉛直方向に配設される発熱体である光源５Ａ，５ＢにおいてＬＥＤパッケージ５１を等間隔で配置した場合、バックライト装置３から周囲の空気への自然対流による対流放熱の際、装置下部から上部方向に行くにつれて温度境界層が発達し（厚くなり）、上部ほどＬＥＤパッケージ５１および装置表面の温度が高くなり、装置の上部と下部とで表面温度の不均一が生じる。

一方、ＬＥＤパッケージ５１は、自身の発熱に加えて、周囲のＬＥＤパッケージ５１から熱を受ける。このＬＥＤパッケージ５１間の相互熱影響は、ＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐの大小に大きく影響される。

基板５２において複数のＬＥＤパッケージ５１を直線状に配置する場合、隣接するＬＥＤパッケージ５１からの温度影響は、すべてのＬＥＤパッケージ５１を同時に点灯した場合と、ＬＥＤパッケージ５１を単独で点灯した場合との温度の差分によって、容易に把握できる。ＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐと、隣接するＬＥＤパッケージ５１から受ける温度上昇分ΔＴｂとの関係を図４に示す。
図４に示すように、配置間隔Ｐが最小のとき、温度上昇分ΔＴｂが最大となる。配置間隔Ｐが最小となるのは、隣接するＬＥＤパッケージ５１間の隙間がゼロの場合、つまり配置間隔Ｐが、ＬＥＤパッケージ５１の配列方向（Ｙ方向）における長さであるパッケージ幅Ｂとなる場合である。配置間隔Ｐが拡大するにしたがって温度上昇分ΔＴｂは減少する。

具体的に、隣接するＬＥＤパッケージ（Ｂ＝２．５ｍｍ）を、ＬＥＤパッケージ１個あたり０．５Ｗの電力で駆動した場合、５ｍｍ間隔（Ｐ＝２Ｂ）の場合と２０ｍｍ間隔（Ｐ＝８Ｂ）の場合とでは、隣接するＬＥＤパッケージの温度差がおよそ３０℃という実験結果が得られた。なお、温度上昇分ΔＴｂは、ＬＥＤパッケージ５１への投入電力により変化する。

上述のように、光源５Ａ，５ＢにおいてＬＥＤパッケージ５１を等間隔で配置した場合、自然対流による対流放熱の際に下から上に行くにつれて発達する温度境界層により、上側に配置されたＬＥＤパッケージ５１ほど温度が高くなる。一方、図４に示したように、隣接するＬＥＤパッケージ５１間の間隔が大きくなると、温度上昇分ΔＴｂが小さくなる。

そこで、バックライト装置３では、光源５Ａ，５Ｂにおいて上側に向かうほどＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐを大きくして温度上昇分ΔＴｂを小さくすることで、対流放熱により生じる、上側に配置されるほど温度が高くなるというＬＥＤパッケージ５１の温度の不均一を解消する。これにより、ＬＥＤパッケージ５１の輝度、発光色、寿命が均一化される。

ところで、光源５Ａ，５Ｂの上側に向かうほどＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐを大きくすると、光源５Ａ，５Ｂから導光板４に入射される光の輝度が上側に向かうほど低くなる。そこで、前述のように、バックライト装置３では、導光板４に形成される反射部１０のＹ方向における配置間隔を上側に向かうほど小さくすることにより、導光板４の射出面４ａのＹ方向における輝度を均一化する。

しかし、ＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐが大きくなりすぎると、導光板４における反射部１０のＹ方向における配置間隔を小さくすることによる射出面４ａの輝度の均一化が困難になる。実験的検討の結果、ＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐは、ＬＥＤパッケージ５１のパッケージ幅Ｂの１０倍程度が限界となる。

そこで、光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐは、最下部における配置間隔Ｐ１がＢ以上、最上部における配置間隔Ｐ２が１０Ｂ以下とする。したがって、対流放熱により生じる光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１の温度差を温度上昇分ΔＴｂにより補正できる範囲は、ＬＥＤパッケージ５１の配置間隔ＰがＢ〜１０Ｂの範囲に対応する温度上昇分ΔＴｂとなる。

光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１のＹ方向における配置間隔Ｐは、上述したＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐと温度上昇分ΔＴｂとの関係、導光板４のＹ方向の長さ等の条件に応じて、光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１の温度が略均一になるように、Ｂ〜１０Ｂの範囲で適宜設計される。

また、導光板４における反射部１０の配置間隔は、光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔、ＬＥＤパッケージ５１の輝度等の条件に応じて、導光板４の射出面４ａの面内の輝度が略均一になるように適宜設計される。

なお、実際の画像表示装置１の表面温度は、実用上５０℃前後が上限になるように設計されるのが一般的である。このことから、対流放熱により生じる光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１の温度差を温度上昇分ΔＴｂにより補正すべき温度範囲は、５０℃以内となる。実際には、筐体表面の室温からの温度差は２５℃程度で、補正すべき温度差は、１０〜１５℃程度が現実的な範囲である。

次に、バックライト装置３の作用について説明する。

電力が供給されて光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１が駆動されると、光源５Ａ，５Ｂから射出された光は、それぞれ導光板４の側面４ｃ，４ｄから入射し、導光板４の射出面４ａ、裏面４ｂ等で反射されながら導光板４内を進行する。導光板４の裏面４ｂから外部に漏れた光は、反射シート７により反射され、導光板４側に戻る。

そして、図５に示すように、導光板４内を進行して反射部１０に達した光は、この反射部１０により乱反射され、射出面４ａ側に反射された光が射出面４ａから射出される。

導光板４の射出面４ａから射出された光は、光学シート部６により配光特性や輝度均一特性を与えられた後、液晶表示パネル２に入射する。

液晶表示パネル２では、外部から入力される画像信号に応じて各画素の液晶が制御されている。これにより、導光板４の射出面４ａから射出され液晶表示パネル２に入射した光が変調され、その一部が透過して、液晶表示パネル２に画像が表示される。

光源５Ａ，５ＢのＬＥＤパッケージ５１が駆動されて発熱すると、フレーム８を介したバックライト装置３から周囲の空気への対流放熱の際に、装置下部から上部方向に行くにつれて温度境界層が発達する。これに対し、バックライト装置３では、光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１の温度が均一になるように、ＬＥＤパッケージ５１のＹ方向における配置間隔を、光源５Ａ，５Ｂの上側に向かうほど大きくしている。このため、図６（ａ）に示すように、ＬＥＤパッケージ５１の基板５２との接合部の温度Ｔｊ、およびフレーム８の表面温度Ｔｃは、Ｙ方向において略均一となる。

光源５Ａ，５Ｂから導光板４に入射される光の輝度は、図６（ｂ）に示すように、ＬＥＤパッケージ５１の配置間隔が大きくなる上側に向かうほど低下するが、導光板４における反射部１０のＹ方向における配置間隔を上側に向かうほど小さくして、導光板４の射出面４ａのＹ方向における輝度の均一化が図られている。また、Ｘ方向については、光源５Ａ，５Ｂから到達する光が減少する導光板４の中央側に向かうほど反射部１０の配置間隔を小さくして、導光板４の射出面４ａのＸ方向における輝度の均一化が図られている。このため、導光板４の射出面４ａの面内の輝度分布が略均一になる。

ここで、比較例として、従来のバックライト装置の要部の一例を図７に示す。図７に示すバックライト装置３Ａは、図２、図３に示したバックライト装置３に対し、光源５Ａ，５Ｂを光源５Ｃ，５Ｄに置き換えた構成である。

光源５Ｃ，５Ｄが図３に示す光源５Ａ，５Ｂに対して異なる点は、複数のＬＥＤパッケージ５１のＹ方向における配置間隔が等間隔である点である。また、導光板４における反射部１０のＹ方向における配置間隔が等間隔となっている。

このように、バックライト装置３Ａでは、光源５Ｃ，５ＤにおいてＬＥＤパッケージ５１をＹ方向に等間隔で配置してあり、温度影響がなければ、Ｙ方向に一様な輝度が得られるように設計されている。

バックライト装置３Ａにおいて、光源５Ｃ，５Ｄが駆動されて発熱すると、バックライト装置３Ａから周囲の空気への対流放熱の際に、装置下部から上部方向に行くにつれて温度境界層が発達する。このため、図８（ａ）に示すように、ＬＥＤパッケージ５１の温度Ｔｊ、およびフレーム８の表面温度Ｔｃは、Ｙ方向において不均一となる。

ＬＥＤパッケージ５１は、その温度が高いほど輝度が低くなる特性を有しているため、光源５Ｃ，５Ｄから導光板４に入射される光の輝度は、図８（ｂ）に示すように、上側に向かうほど低下する。そして、導光板４における反射部１０のＹ方向における配置間隔が等間隔であるため、導光板４の射出面４ａの輝度がＹ方向に不均一になる。

また、ＬＥＤパッケージ５１の温度の不均一の影響により、その寿命も不均一になることから、長期間が経過すると上側のＬＥＤパッケージ５１ほど輝度が早く低下し、導光板４の射出面４ａのＹ方向の輝度の不均一がより顕著になる。

これに対し、本実施の形態に係るバックライト装置３では、上記説明のように、ＬＥＤパッケージ５１のＹ方向における配置間隔を、光源５Ａ，５Ｂの上側に向かうほど大きくしたことで、薄型であるというエッジライト方式のバックライト装置の特長を損なうことなく、ＬＥＤパッケージ５１の温度Ｔｊを均一化し、これによりＬＥＤパッケージ５１の輝度、発光色、寿命を均一化することができる。

光源５Ａ，５Ｂの上側に向かうほどＬＥＤパッケージ５１の配置間隔を大きくすることで、導光板４に入射される光の輝度が上側に向かうほど低くなるが、導光板４における反射部１０のＹ方向における配置間隔を上側に向かうほど小さくしたことで、導光板４の射出面４ａの輝度を均一化することができる。

このように、本実施の形態に係るバックライト装置３によれば、光源５Ａ，５ＢのＬＥＤパッケージ５１の輝度、発光色、寿命を均一化するとともに、導光板４における反射部１０の配置間隔を調整することで、導光板４の射出面４ａにおける良好な輝度分布の均一性を実現することができる。

なお、バックライト装置３において、光源５Ａ，５Ｂのいずれか一方を省略してもよい。この場合、導光板４における反射部１０のＸ方向における配置間隔を、光源から遠ざかるほど小さくする。例えば、図３において光源５Ｂを省略した場合、光源５Ａが配置される側面４ｃ側から側面４ｄ側に向かって、反射部１０のＸ方向における配置間隔が徐々に小さくなるようにする。

（変形例１）
図９は、本発明の実施の形態の変形例１に係るバックライト装置の要部を示す平面図である。図９に示すように、変形例１に係るバックライト装置３Ｂは、図２、図３に示したバックライト装置３に対し、光源５Ａ，５Ｂを光源５Ｅ，５Ｆに置き換えた構成である。

光源５Ｅ，５Ｆは、複数のＬＥＤパッケージ５１と、ＬＥＤパッケージ５１を実装する基板５２とを備え、それぞれ導光板４のＸ方向（水平方向）の２辺に沿った側面４ｅ，４ｆに対向して配置され、ＬＥＤパッケージ５１からの光を側面４ｅ，４ｆに入射させる。

光源５Ｅ，５Ｆにおいては、いずれもＬＥＤパッケージ５１がＸ方向に等間隔で配置されているが、導光板４の上側の側面４ｅに沿って配置される光源５ＥにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐ３が、下側の側面４ｆに沿って配置される光源５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐ４よりも大きくなっている。

また、導光板４における反射部１０は、Ｘ方向においては等間隔に配置され、Ｙ方向においては、上下両側から中央より上側の所定位置に向かうほど配置間隔が小さくなるように配置されている。

反射部１０のＹ方向における配置間隔を導光板４の中央側に向けて小さくするのは、光源５Ｅ，５Ｆから遠く、到達する光が減少する中央側において反射部１０を密に配置することにより、導光板４の射出面４ａのＹ方向における輝度の均一化を図るためである。上述のように、光源５Ｆの方が光源５Ｅよりも密にＬＥＤパッケージ５１が配置されおり、側面４ｆから入射する光の方が側面４ｅから入射する光よりも多いため、Ｙ方向における中央付近より若干上側の所定位置において、最も配置間隔が小さくなるように反射部１０が配置される。

光源５Ｅ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔が同じであるとすると、対流放熱の際に下から上に行くにつれて発達する温度境界層により、光源５Ｅの方が光源５ＦよりもＬＥＤパッケージ５１の温度が高くなる。このため、光源５Ｅ，５Ｆ間で、温度差の影響により、ＬＥＤパッケージ５１の輝度、発光色、寿命が不均一となり、導光板４の射出面４ａの輝度の不均一化を招く。

そこで、バックライト装置３Ｂでは、光源５Ｆよりも光源５ＥにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔を大きくして温度上昇分ΔＴｂを小さくすることで、光源５Ｅ，５Ｆ間におけるＬＥＤパッケージ５１の温度を均一化している。

バックライト装置３の光源５Ａ，５ＢにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔をＢ〜１０Ｂ以下としたのと同様の理由により、光源５ＥにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐ３を１０Ｂ以下、光源５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐ４をＢ以上とする。

光源５Ｅ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１のＸ方向における配置間隔Ｐ３，Ｐ４は、前述したＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐと温度上昇分ΔＴｂとの関係、光源５Ｅ，５Ｆ間の距離等の条件に応じて、光源５Ｅ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の温度が略均一になるように適宜設計される。

また、導光板４における反射部１０の配置間隔は、光源５Ｅ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔、ＬＥＤパッケージ５１の輝度等の条件に応じて、導光板４の射出面４ａの面内の輝度が略均一になるように適宜設計される。

このような変形例１に係るバックライト装置３Ｂによっても、光源５Ｅ，５ＦのＬＥＤパッケージ５１の温度を均一化して、ＬＥＤパッケージ５１の輝度、発光色、寿命を均一化し、さらに導光板４における反射部１０の配置間隔を調整することで、導光板４の射出面４ａにおける良好な輝度分布の均一性を実現することができる。

（変形例２）
図１０は、本発明の実施の形態の変形例２に係るバックライト装置の要部を示す平面図である。図１０に示すように、変形例２に係るバックライト装置３Ｃは、図２、図３に示したバックライト装置３に対し、導光板４の下側の側面４ｆに沿って配置される光源５Ｆを追加した構成である。

光源５Ａ，５Ｂ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔は、前述したＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐと温度上昇分ΔＴｂとの関係、導光板４のＹ方向の長さ等の条件に応じて、光源５Ａ，５Ｂ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の温度が略均一になるように適宜設計される。

光源５ＦのＬＥＤパッケージ５１と光源５Ａ，５Ｂの最下部のＬＥＤパッケージ５１とはＹ方向の位置が同程度であるため、光源５ＦにおいてＸ方向に等間隔に配置されるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐ４は、光源５Ａ，５Ｂの最下部における配置間隔Ｐ１と同程度になる。

また、導光板４における反射部１０の配置間隔は、光源５Ａ，５Ｂ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔、ＬＥＤパッケージ５１の輝度等の条件に応じて、導光板４の射出面４ａの面内の輝度が略均一になるように適宜設計される。反射部１０は、Ｙ方向においては上側に向かうほど配置間隔が小さくなり、Ｘ方向においては左右両側から中央側に向かうほど配置間隔が小さくなるように形成される。

このような変形例２に係るバックライト装置３Ｃによっても、光源５Ａ，５Ｂ，５ＦのＬＥＤパッケージ５１の温度を均一化して、ＬＥＤパッケージ５１の輝度、発光色、寿命を均一化し、さらに導光板４における反射部１０の配置間隔を調整することで、導光板４の射出面４ａにおける良好な輝度分布の均一性を実現することができる。また、光源５Ａ，５Ｂに加えて光源５Ｆを設けたので、射出面４ａの輝度を大きくすることができる。

（変形例３）
図１１は、本発明の実施の形態の変形例３に係るバックライト装置の要部を示す平面図である。図１１に示すように、変形例３に係るバックライト装置３Ｄは、図２、図３に示したバックライト装置３に対し、導光板４の上側の側面４ｅに沿って配置される光源５Ｅと、下側の側面４ｆに沿って配置される光源５Ｆとを追加した構成である。

光源５Ａ，５Ｂ，５Ｅ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔は、前述したＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐと温度上昇分ΔＴｂとの関係、導光板４のＹ方向の長さ等の条件に応じて、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｅ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の温度が略均一になるように適宜設計される。

光源５ＥのＬＥＤパッケージ５１と光源５Ａ，５Ｂの最上部のＬＥＤパッケージ５１とはＹ方向の位置が同程度であるため、光源５ＥにおいてＸ方向に等間隔に配置されるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐ３は、光源５Ａ，５Ｂの最上部における配置間隔Ｐ２と同程度になる。また、光源５ＦのＬＥＤパッケージ５１と光源５Ａ，５Ｂの最下部のＬＥＤパッケージ５１とはＹ方向の位置が同程度であるため、光源５ＦにおいてＸ方向に等間隔に配置されるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔Ｐ４は、光源５Ａ，５Ｂの最下部における配置間隔Ｐ１と同程度になる。

また、導光板４における反射部１０の配置間隔は、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｅ，５ＦにおけるＬＥＤパッケージ５１の配置間隔、ＬＥＤパッケージ５１の輝度等の条件に応じて、導光板４の射出面４ａの面内の輝度が略均一になるように適宜設計される。反射部１０は、Ｙ方向においては上下両側から中央より上側の所定位置に向かうほど配置間隔が小さくなり、Ｘ方向においては左右両側から中央側に向かうほど配置間隔が小さくなるように形成される。

このような変形例３に係るバックライト装置３Ｃによっても、光源５Ａ，５Ｂ，５Ｅ，５ＦのＬＥＤパッケージ５１の温度を均一化して、ＬＥＤパッケージ５１の輝度、発光色、寿命を均一化し、さらに導光板４における反射部１０の配置間隔を調整することで、導光板４の射出面４ａにおける良好な輝度分布の均一性を実現することができる。また、導光板４のすべての側面４ｃ〜４ｆから光を入射するので、射出面４ａの輝度をさらに大きくすることができる。

なお、バックライト装置３Ｄにおいて、光源５Ａ，５Ｂのいずれか一方を省略してもよい。この場合、導光板４における反射部１０のＸ方向における配置間隔を、光源から遠ざかるほど小さくする。例えば、図１１において光源５Ｂを省略した場合、光源５Ａが配置される側面４ｃ側から側面４ｄ側に向かって、反射部１０のＸ方向における配置間隔が徐々に小さくなるようにする。

上記実施の形態および各変形例では、導光板４の射出面４ａの輝度分布を均一化するために、反射部１０の配置間隔を変化させたが、反射部１０の配置間隔をＸ方向、Ｙ方向ともに等間隔とした場合、導光板４と反射部１０との界面の形状である平面視面積（境界面断面積）を変化させることで、射出面４ａの輝度分布の均一化を図ってもよい。

この場合、バックライト装置３，３Ｂ〜３Ｄの導光板４において、反射部１０の配置間隔を徐々に小さくすることにかえて、反射部１０の平面視面積を徐々に大きくすればよい。

例えば、図３に示したバックライト装置３であれば、反射部１０を、Ｙ方向においては、導光板４の上側に配置されるものほど平面視面積が大きくなり、Ｘ方向においては、中央側に配置されるものほど平面視面積が大きくなるように形成すればよい。

また、図９に示したバックライト装置３Ｂであれば、反射部１０を、Ｘ方向においては、平面視面積が同等であり、Ｙ方向においては、上下両側から中央より上側の所定位置に向かうほど平面視面積が大きくなるように形成すればよい。

また、反射部１０の配置間隔の調整と平面視面積の調整とを組み合わせて、射出面４ａの輝度分布の均一化を図ってもよい。例えば、バックライト装置３，３Ｂ〜３Ｄの導光板４において、反射部１０の配置間隔を徐々に小さくすることに加えて、反射部１０の平面視面積を徐々に大きくするようにしてもよい。

また、反射部１０を、白色塗料の印刷にかえて、図１２に示すような、導光板４の裏面４ｂに突設された透明なレンズ状の部材であるマイクロレンズ１１により構成してもよい。このマイクロレンズ１１の曲面１１ａにより、導光板４内を進行する光を乱反射し、射出面４ａ側に反射された光の少なくとも一部が射出面４ａから射出される。

マイクロレンズ１１は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂等からなり、マイクロインクジェット法等により導光板４の裏面４ｂ上に形成することができる。

また、反射部１０を、図１３に示すような、導光板４の裏面４ｂに凹設された凹部１２により構成してもよい。この凹部１２の曲面１２ａにより、導光板４内を進行する光を乱反射し、射出面４ａ側に反射された光の少なくとも一部が射出面４ａから射出される。凹部１２は、レーザ加工等により形成することができる。

１ 画像表示装置
２ 液晶表示パネル
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ バックライト装置
４ 導光板
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆ 光源
６ 光学シート部
７ 反射シート
８ フレーム
９ リアカバー
１０ 反射部
１１ マイクロレンズ
１２ 凹部
５１ ＬＥＤパッケージ
５２ 基板

Claims (7)

1. ＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤパッケージが直線状に配置された光源と、
   互いに対向する２つの平担面部を有し、前記平坦面部のうちの一方の平坦面部が面内に複数の反射部が形成された反射面であり、他方の平坦面部が光を射出する射出面である導光板と、
   を備え、
   前記導光板の前記反射面と前記射出面とが鉛直方向に沿うように前記導光板を配置したときに、前記光源は前記導光板の鉛直方向に沿った側面の少なくとも１面に沿って配置され、前記光源の前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は鉛直方向の上側に向かうほど広く、前記反射面の前記複数の反射部の配置間隔は鉛直方向の上側に向かうほど狭くなっていることを特徴とするバックライト装置。
2. ＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤパッケージが直線状に配置された光源と、
   互いに対向する２つの平担面部を有し、前記平坦面部のうちの一方の平坦面部が面内に複数の反射部が形成された反射面であり、他方の平坦面部が光を射出する射出面である導光板と、
   を備え、
   前記導光板の前記反射面と前記射出面とが鉛直方向に沿うように前記導光板を配置したときに、前記光源は前記導光板の鉛直方向に沿った側面の少なくとも１面に沿って配置され、前記光源の前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は鉛直方向の上側に向かうほど広く、前記反射面の前記複数の反射部における前記導光板との境界面の断面積は鉛直方向の上側に向かうほど大きくなっていることを特徴とするバックライト装置。
3. ＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤパッケージが直線状に配置された光源と、
   互いに対向する２つの平担面部を有し、前記平坦面部のうちの一方の平坦面部が面内に複数の反射部が形成された反射面であり、他方の平坦面部が光を射出する射出面である導光板と、
   を備え、
   前記導光板の前記反射面と前記射出面とが鉛直方向に沿うように前記導光板を配置したときに、前記光源は鉛直方向と直交する方向の前記導光板の側面である上部側面と下部側面に沿ってそれぞれ配置され、前記上部側面に沿って配置される光源における前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は前記下部側面に沿って配置される光源における前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔より広く、前記反射面の前記複数の反射部の配置間隔は前記導光板における鉛直方向の中心位置より上側の所定の位置で最も狭くなっていることを特徴とするバックライト装置。
4. ＬＥＤチップを有する複数のＬＥＤパッケージが直線状に配置された光源と、
   互いに対向する２つの平担面部を有し、前記平坦面部のうちの一方の平坦面部が面内に複数の反射部が形成された反射面であり、他方の平坦面部が光を射出する射出面である導光板と、
   を備え、
   前記導光板の前記反射面と前記射出面とが鉛直方向に沿うように前記導光板を配置したときに、前記光源は鉛直方向と直交する方向の前記導光板の側面である上部側面と下部側面に沿ってそれぞれ配置され、前記上部側面に沿って配置される光源における前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は前記下部側面に沿って配置される光源における前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔より広く、前記反射面の前記複数の反射部における前記導光板との境界面の断面積は前記導光板における鉛直方向の中心位置より上側の所定の位置で最も大きくなっていることを特徴とするバックライト装置。
5. 前記光源はさらに、前記導光板の鉛直方向に沿った側面の少なくとも１面に沿って配置され、前記光源の前記複数のＬＥＤパッケージの配置間隔は鉛直方向の上側に向かうほど広くなっていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のバックライト装置。
6. 前記反射部は、白色塗料からな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装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバックライト装置と、
   前記バックライト装置の前記導光板の前記射出面側に設置され、前記導光板から射出した光により照明される液晶表示パネルと、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。

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