JP6315179B2 - 面発光装置及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、面発光装置及び液晶表示装置に関し、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源とする面発光装置及び当該面発光装置をバックライト装置として利用する液晶表示装置に関する。
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、蛍光管（熱陰極管及び冷陰極管）に比べ、水銀フリーによる環境負荷が小さいこと、色再現性が良好であること、応答性が良好であること、輝度の調整範囲が広いこと、寿命が長いこと等の特徴があり、新たな光源として期待されている。さらに近年、ＬＥＤの高出力化に伴い、高輝度が要求される照明やプロジェクタ光源、並びに大型液晶ディスプレイ用のバックライトへと適用が進んでいる。
これら用途の中で、大型液晶ディスプレイ用のバックライトのような面光源にＬＥＤを適用する場合、指向性の強い点光源であるＬＥＤを面光源へと変換する必要がある。その代表的な方式として、エッジライト方式と直下方式の２つの方式がある。
エッジライト方式は、発光面に導光板を配置し、導光板の側方に線状にＬＥＤを配置するものであり、ＬＥＤから出射した光は、導光板により直角方向へと導かれて面光源に変換される。一方、直下方式は、発光面に拡散板を配置し、拡散板に対向する面にマトリクス状にＬＥＤを配置するものであり、ＬＥＤから出射した光は、拡散板により拡散されて面光源に変換される。直下方式はエッジライト方式に比べ、より多くのＬＥＤを配置できるために輝度を上げやすいという利点があり、比較的大型のバックライト用に好適な方式である。
しかしながら、ＬＥＤは指向性の強い点光源であるため、直下方式では、個々のＬＥＤに対応する位置に局所的な輝度ムラが生じやすいという問題がある。この問題に対して、ＬＥＤの配置面から発光面までの距離を大きくして周囲のＬＥＤとの混色を図る方法や、ＬＥＤ同士を密に配置してＬＥＤ同士の混色を図る方法などがあるが、これらの方法では、面光源の薄型化とコスト削減が困難になる。このような直下方式の課題に対して、下記特許文献には、ＬＥＤ光源の上方に開口を設けた反射部材を配置する技術が提案されている。
例えば、下記特許文献１には、指向性の強い点光源と、所定面積の底面及び側面並びに開口を有し内壁面に光を反射及び乱反射させる内側及び側面反射部が設けられたケーシングと、前記開口を覆い光を透過、反射及び乱反射させる放射側反射手段とを備え、前記ケーシングは、その底面の中央部に前記点光源が配設されて、前記放射側反射手段は、前記点光源の真上部分に所定範囲の中央反射部と該中央反射部の外周囲に外方反射部とを有し、前記外方反射部は、一部光を透過、反射及び乱反射し所定の反射率を有する反射部材からなり、前記中央反射部は前記外方反射部の反射率より高い反射率を有する光透過性の反射部で形成されている面照明光源装置が開示されている。
また、下記特許文献２には、表示パネルの背面に配置され、光を出射する複数の照明ユニットと、当該複数の照明ユニットから出射される光を拡散する拡散板とを備え、当該拡散板にて拡散された光を前記表示パネルに照射する直下型の照明装置において、各照明ユニットは、ＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源と前記拡散板との間に配置され、前記ＬＥＤ光源側の面における一部において前記ＬＥＤ光源と対向する対向部を有し、光を透過せずに光を反射する材質からなる反射プレートと、前記反射プレートの前記ＬＥＤ光源側の面における前記対向部以外の領域と対向し、前記反射プレートにて反射された光をさらに前記反射プレートの方へ反射する反射部材とを有しており、前記反射プレートには、前記ＬＥＤ光源の側と前記拡散板の側とを貫通する複数の光通過孔が形成され、前記複数の光通過孔の各々の開口面積は前記対向部からの距離が短いほど小さくなり、前記対向部に形成されている光通過孔は前記複数の光通過孔のなかで最も開口面積が小さくなっている構成が開示されている。
また、特許文献３には、液晶表示装置ではなく照明装置に関する発明であるが、点光源と、前記点光源を取り付けた基板と、筒状のフレームと、前記フレーム内に配置された、底面反射部と、側面反射部と、光導通反射板とで構成された照明装置が開示されており、前記光導通反射板は、前記点光源からの距離が長くなるに従って光りの透過率が上昇し、光の反射率が低下するように構成されることが記載されている。
特許文献１では、「前記中央反射部は前記外方反射部の反射率より高い反射率を有する光透過性の反射部で形成されている」と記載しており、放射側反射手段の中央反射部（すなわち、点光源の直上を含む所定範囲の領域）には貫通孔を形成していない。これは、平成２０年９月１日付けの意見書で主張しているように、放射側反射手段の中央反射部に貫通孔を形成すると、ＬＥＤからの光が直接放射され、中央反射部の輝度が著しく上昇して明るいスポットが発生し、輝度均一性を保つことができないとの理由からである。しかしながら、この構造では中央反射部の輝度が低くなり、輝度均一性を維持するために中央反射部以外の部分の輝度も下げなければならず、面光源装置全体の輝度が低下してしまう。
また、特許文献３では、段落００４５にて「この光導通反射板３は所定の肉厚を有し、高い光反射率と低い光透過率を有する」と記載し、段落００４６にて「中央部３ａ１は高光反射率に形成されており」と記載していることから、上記と同様に、中央部の光透過率が低くなり、輝度均一性を維持するために中央部以外の部分の輝度も下げなければならず、面光源装置全体の輝度が低下してしまう。また、中央部の光反射率はハーフ溝、板厚の調整等によって適宜設定されると記載されているが、それでも中央部の光透過率の向上には限界があり、面光源装置全体の輝度の低下を防ぐことができない。
また、特許文献２では、反射プレートを非透過性材質で構成しており、反射プレートの上部に拡散板を配置しているが、拡散板を用いても、光貫通孔の部分（すなわち非透過性材質で反射されない部分）とそれ以外の部分（すなわち非透過性材質で反射される部分）との平面内の輝度バラツキを抑制することができず、平面内の輝度均一性を保つことができない。
また、特許文献１〜３共に、１つのＬＥＤ光源をケーシングやハウジングで区画しているため、放射側反射手段や光導通反射板、反射プレートに設ける貫通孔の開口面積が、区画された領域の中央から離れるに従って徐々に大きくなるようにしている。しかしながら、１つのケースの中に複数のＬＥＤ光源が配列されている（ケーシングやハウジングで区画しない）場合は、隣り合うＬＥＤ光源の中間に対応する部分で貫通孔の開口面積が最も大きくなるようにすると、隣り合うＬＥＤ光源の光の相互作用によって、当該部分の輝度が高くなってしまい、輝度均一性が悪化してしまう。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、指向性の強い点光源を面光源に変換する直下方式の面発光装置において、輝度均一性を保ちつつ装置全体の輝度を向上させることができる面発光装置及び液晶表示装置を提供することにある。
本発明は、筐体と、前記筐体の底面に配置される複数の点光源と、前記点光源の光出射側に、前記点光源から離れて配置される第１の拡散部材と、を少なくとも備える面光源装置において、前記点光源と前記第１の拡散部材との間に、光透過性を有する反射板と、前記反射板の前記点光源側又は前記第１の拡散部材側に隣接して配置される第２の拡散部材と、を備え、前記点光源は、格子点に配置されており、前記点光源の配置間隔は、前記筐体の長手方向で一定であり、前記筐体の短手方向で一定かつ前記長手方向とは異なり、前記反射板は、各々の前記点光源に対応する領域において、前記点光源の直上及び前記直上の周囲に、前記直上から離れるに従って開口面積が大きくなる貫通孔が形成されており、前記反射板の、隣り合う前記点光源の中間に対応する部分に、前記貫通孔の開口面積が一定となる領域を有し、前記貫通孔の開口面積が一定となる領域は、各々の格子点を囲む矩形状に形成されており、前記筐体の長手方向と短手方向とで異なる幅を有することを特徴とする。
本発明の液晶表示装置は、前記面光源装置と、前記面光源装置の発光面側に配置された液晶パネルと、を備えることを特徴とする。
本発明の面発光装置によれば、指向性の強い点光源を面光源に変換する直下方式において、輝度均一性を保ちつつ装置全体の輝度を向上させることができ、当該面発光装置をバックライト装置として利用する液晶表示装置の表示品位を向上させることができる。
その理由は、点光源と液晶パネル近傍の第１の拡散部材との間に透過性反射板を配置し、透過性反射板には、点光源の直上及びその周囲に、直上から離れるに従って開口面積が徐々に大きくなる貫通孔を設け、かつ、透過性反射板の光出力側（若しくは光入力側）に第２の拡散部材を配置するからである。
このように、透過性反射板の点光源の直上の設けた貫通孔により、点光源の直上を含む中央領域の輝度の低下を抑えることができ、かつ、透過性反射板による光の透過及び第２の拡散部材による光の拡散により、中央領域とその周辺領域との輝度のバラツキを抑制することができるからである。
また、複数の点光源が配列される場合において、隣り合う点光源の中間に対応する部分に、貫通孔の開口面積が一定の領域を設けることにより、双方の点光源の相互作用による、当該中間に対応する部分の輝度の上昇を抑えることができるからである。
背景技術で示したように、ＬＥＤは指向性の強い点光源であるため、直下方式では、個々のＬＥＤ光源に対応する位置に局所的輝度ムラ（平面的な輝度の不均一な分布）が生じやすいという問題がある。この問題に対して、特許文献１〜３では、ＬＥＤ光源の上方に開口を設けた反射部材を配置し、局所的な輝度ムラを抑制している。
しかしながら、特許文献１、３では、放射側反射手段又は光導通反射板のＬＥＤ光源直上に貫通孔を形成していないため、ＬＥＤ光源直上の輝度が低くなり、輝度均一性を維持するためにＬＥＤ光源直上を含む中央領域以外の周辺領域の輝度も低くしなければならず、面光源装置全体の輝度が低下してしまう。また、特許文献２は、反射プレートのＬＥＤ光源直上に貫通孔を形成しているが、反射プレートを非透過性材質で構成しているため、ＬＥＤ光源直上の輝度が著しく増加し、輝度バラツキを抑制することができない。
また、特許文献１〜３では、１つのＬＥＤ光源をケーシングやハウジングで区画し、放射側反射手段や光導通反射板、反射プレートに設ける貫通孔の開口面積を中央部から離れるに従って徐々に大きくなるようにしているが、この構成を１つのケースの中に複数のＬＥＤ光源が配列される場合に適用し、隣り合うＬＥＤ光源の中間に対応する部分で貫通孔の開口面積が最も大きくなるようにすると、隣り合うＬＥＤの光の相互作用によってＬＥＤ光源の中間に対応する部分の輝度が増加し、輝度均一性が悪化してしまう。
すなわち、面光源装置全体の輝度を高めるためにはＬＥＤ光源直上の輝度を高くする必要があるが、ＬＥＤ光源直上の輝度が高くなりすぎると輝度のバラツキが大きくなってしまう。また、隣り合うＬＥＤ光源の相互作用を考慮しないと、ＬＥＤ光源の中間に対応する部分の輝度が高くなり、輝度のバラツキが大きくなってしまう。従って、高輝度すなわち面内全体が明るくかつ輝度の面内均一性に優れた面光源装置を製作するためには、反射板をどのような部材で形成し、反射板のどの位置にどのような開口面積の貫通孔を設けるかが重要になる。
そこで、本発明の一実施の形態では、単数又は複数のＬＥＤチップがパッケージされたＬＥＤ光源を複数備え、ＬＥＤ光源の光出射面側に間隔を空けて第１の拡散部材が配置された構成の面光源装置において、ＬＥＤ光源と第１の拡散部材の間に透過性反射板を配置し、その透過性反射板の各ＬＥＤ光源の直上及びその周囲に、直上から離れるに従って開口面積が大きくなる貫通孔を設け、更に、透過性反射板の光出力側又は光入力側に第２の拡散部材を配置する。また、隣り合うＬＥＤ光源の中間に対応する部分において、貫通孔の開口面積が一定となる領域を設ける。
これにより、面光源装置の面内の輝度均一性を維持しつつ、面光源装置全体の輝度を向上させることができる。
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の第１の実施例に係る面発光装置及び液晶表示装置について、図１乃至図９を参照して説明する。図１は、本実施例の面光源装置の断面図及び液晶表示装置全体の組み立て図であり、図２は、ＬＥＤ光源単体の発光強度分布図である。また、図３は、ＬＥＤ光源の平面内配置図であり、図４は、本実施例の透過性反射板の全体図及びＬＥＤ光源１個に相当する領域の拡大図である。また、図５は、本実施例の構成と特許文献１及び特許文献２の構成の比較図であり、図６乃至図８は、本実施例、特許文献１及び特許文献２の構成における透過性反射板通過後の輝度分布図、図９は、本実施例と特許文献１及び特許文献２の効果を比較する図である。
本実施例の面発光装置は、ＬＥＤ等の発光体から出射される光を面状の発光に変換する装置であり、液晶表示装置のバックライト装置等として利用することもできるし、照明機器や看板、その他のライトボックス等に利用することもできる。以下、本実施例の面発光装置を液晶表示装置のバックライト装置として利用する場合について記載する。
図１（ａ）は、本実施例の面発光装置の構成を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）は本実施例の液晶表示装置の組み立て図である。なお、図１では、面発光装置の各部材の構成を分かりやすくするために、各部材の寸法や形状を適宜変更している。
図１に示すように、本実施例の面発光装置は、ＬＥＤ光源１と底面反射板２と第１の拡散部材３と光学シート４と支持ピン５と透過性反射板６と第２の拡散部材７とバックライト筐体８などで構成される。
バックライト筐体８は、断面がＬ字状に屈曲した構造であり、バックライト筐体８の底面に、一定の間隔でマトリクス状に開口を設けた底面反射板２が配置されており、底面反射板２の各々の開口部分に、指向性の強い点光源としてＬＥＤ光源１が配置され、このＬＥＤ光源１は実装基板（図示しない）上に実装され、実装基板が粘着材等によってバックライト筐体８の底面に固定されている。また、底面反射板２上のＬＥＤ光源１の間の所定の位置に１又は複数の支持ピン５が配置され、支持ピン５により、透過性反射板６及び第２の拡散部材７が、ＬＥＤ光源１からの距離が一定となるように支持され、バックライト筐体８の内側壁で銜え込むように固定されている。更にバックライト筐体８の開口面に、第１の拡散部材３及びプリズムシートなどの光学シート４が配置され、これらは、バックライト筐体８の上面及び支持ピン５により支持されている。そして、これらの部材で構成される面発光装置１の上面（発光面）に液晶パネル９が配置され、液晶表示装置が構成される。
各々のＬＥＤ光源１は、実装基板上に１つのＬＥＤ（例えば、白色（Ｗ）のＬＥＤ）を実装したパッケージで構成される。
底面反射板２は、例えば、白色ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、白色ＰＰ（ポリプロピレン）フィルムなどで構成され、ＬＥＤ光源１からの直接光や透過性反射板６からの反射光を透過性反射板６側に反射する。また、底面反射板２は、内部に紫外線吸収剤を含ませたり、表面に紫外線吸収膜を設けたりすることができ、このような材料を付加することにより、ＬＥＤ光源１からの紫外線による黄変を抑制し、長期的に安定した反射率を得ることができ、面発光装置の輝度寿命を向上させることができる。
第１の拡散部材３及び第２の拡散部材７は、例えば、ＭＳ（スチレン・メチルメタクリレート共重合樹脂）系やＰＳ（ポリスチレン）系樹脂などからなる基材中に、アクリル、シリコーンなどの光拡散剤を分散させたものであり、透過性反射板６からの出射した光は、第２の拡散部材７及び第１の拡散部材３で散乱される。なお、図１では、透過性反射板６の光出射面側（第１の拡散部材３側）に第２の拡散部材７を配置しているが、第２の拡散部材７は透過性反射板６の光入射面側（ＬＥＤ光源１側）に配置してもよいし、透過性反射板６の光出射面側及び光入射面側の双方に配置してもよい。
透過性反射板６は、ＰＥＴを代表とする高分子素材などで構成される。特に、発泡性（材料内部に気泡を含む）の白色ＰＥＴ素材が好適であり、内部に気泡を含む素材を用いると、反射体８の内部で光を散乱させることができる。この透過性反射板６は単層構造としてもよいし、１又は複数の高分子素材をシリコン系やアクリル系の接着剤などで貼り合わせた積層構造としてもよい。また、上記高分子素材はＰＥＴに限らず、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＢＳ樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリオキシメチレン、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテルなどを用いることもできる。
また、上記透過性反射板６には、後述するように、ＬＥＤ光源１の直上を含む中央領域及びその周囲領域に、直上からの距離に応じて開口面積が徐々に大きくなる複数の貫通孔が設けられている。この貫通孔は、パンチ加工や切削加工などにより形成することができる。また、この貫通孔は、側壁が透過性反射板６の主面に対して垂直になるようにしてもよいし、透過性反射板６の主面に対して傾斜する（順テーパー形状若しくは逆テーパー形状）としてもよいし、透過性反射板６の厚み方向の中央で開口部が狭く（又は広く）なるような形状としてもよい。また、貫通孔の側壁はなだらかな面としてもよいし、側壁に入射した光を乱反射させるために粗面としてもよい。
なお、図１は、本実施例の面発光装置１の一例であり、各構成要素の形状や配置、構造、数量等は適宜変更可能である。例えば、図１では、透過性反射板６と第２の拡散部材７を密着させているが、透過性反射板６から出射した光を第２の拡散部材７で十分に拡散可能な限りにおいて、透過性反射板６と第２の拡散部材７を多少離してもよい。また、図１では、拡散部材として、第１の拡散部材３及び第２の拡散部材７を設けているが、第２の拡散部材７で十分な拡散効果が得られる場合は、第１の拡散部材３を省略することも可能である。また、図１では、第１の拡散部材３や透過性反射板６、第２の拡散部材７を支持ピン５で支持する構成としているが、第１の拡散部材３や透過性反射板６、第２の拡散部材７が十分な強度を有する場合は、バックライト筐体８に設けた突起や嵌合部などで支持する構成としてもよい。
以下、上記構成の面光源装置の動作について説明する。
図２は、ＬＥＤ光源１単体の発光輝度（相対強度）の分布を示している。ＬＥＤ光源１は、１又は複数のＬＥＤからなるパッケージの鉛直方向に発光するトップビュータイプであり、その発光輝度はＬＥＤ光源１の中心が最も高く、ＬＥＤ光源１の中心から遠ざかるに従って発光輝度が低くなる。そして、発光面側（第１の拡散部材３側）から見た分布は、ＬＥＤ光源１に対して、ほぼ同心円状となる。なお、ＬＥＤ光源１が複数色のＬＥＤで構成される場合も、複数色のＬＥＤは近接して配置されることから、パッケージの中心をＬＥＤ光源１の中心と見なすことができる。
図３は、本実施例のＬＥＤ光源１の配置図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ線における断面図である。上記発光特性を持つ複数のＬＥＤ光源１は、バックライト筐体８上の底面反射板２に設けた開口に、例えば２８ｍｍのピッチで配列され、このＬＥＤ光源１から出射した光は、ＬＥＤ光源１と第１の拡散部材３の間に配置されている透過性反射板６に入射する。
図４は、本実施例の透過性反射板６の平面図であり、（ａ）は全体図、（ｂ）は、１つのＬＥＤ光源１に対応する領域の拡大図である。透過性反射板６には、各々のＬＥＤ光源１の直上（発光面側から見てＬＥＤ光源１に重なる部分）を含む中央領域及び中央領域周辺の周辺領域（すなわち、全面）に貫通孔６ａが設けられている。この貫通孔６ａは、ＬＥＤ光源１の直上から離れるに従って開口面積が徐々に大きくなるように設定されている。なお、図４は本実施例の透過性反射板６の一例であり、貫通孔６ａの数量、間隔、配置パターン、開口面積の変化量は、ＬＥＤ光源１の発光特性や数量、間隔、配置パターンに応じて適宜設定可能である。
ＬＥＤ光源１から出射した光の一部は貫通孔６ａを直接通過し、残りは透過性反射板６に入射する。透過性反射板６に入射した光は、その材質により一部は透過し、残りは反射する。透過性反射板６で反射した光は、バックライト筐体８の底面に配置した底面反射板２にて反射され、再度、透過性反射板６に入射する。そして、貫通孔６ａを通過した光、及び、透過性反射板６を透過した光は、透過性反射板６の光出射面側に配置されている第２の拡散部材７内部で拡散して第１の拡散部材３及び光学シート４に入射し、面内輝度分布はより平滑化されて、最終的に液晶パネル９に入射する。
このように、透過性反射板６に透過性を持たせ、かつ、ＬＥＤ光源１の直上を含む中央領域に貫通孔６ａを設け、その開口面積をＬＥＤ光源１の直上から離れるに従って徐々に大きくすることにより、面光源装置全体の輝度を高めながら輝度の均一性を向上させることができる。また、透過性反射板６の光出射面側（若しくは光入射面側）に第２の拡散部材７を配置することにより、透過性反射板６の貫通孔６ａを通過した光がそのまま液晶パネル９側に到達することがないため、更に輝度の均一性を維持することができる。
以下、本実施例の構成による効果について説明する。
図５は、本願の構成と、特許文献１及び特許文献２の構成を比較する図である。（ａ）は、本願の構成であり、ＬＥＤ光源１、透過性反射板６及び第２の拡散部材７を備える。（ｂ）は、特許文献１の構成であり、ＬＥＤ光源１及び透過性反射板１０を備える。（ｃ）は、特許文献２の構成であり、ＬＥＤ光源１及び非透過性反射板２０を備える。
本願と特許文献１及び特許文献２とを比較すると、本願は透過性反射板６に近接する位置に第２の拡散部材７を配置しているのに対して、特許文献１及び特許文献２は透過性反射板１０又は非透過性反射板２０に近接する位置に拡散部材を配置していない。また、本願はＬＥＤ光源１の直上を含む中央領域に貫通孔６ａを設けているのに対して、特許文献１はＬＥＤ光源１の直上を含む中央領域に貫通孔１０ａを設けていない。また、本願は反射板として透過性を有する透過性反射板６を用いているのに対して、特許文献２は透過性を持たない非透過性反射板２０を用いている。
図６乃至図８は、本願、特許文献１及び特許文献２の各々の構成におけるＬＥＤ光源１つに相当する領域の輝度（相対強度）の分布をシミュレーションにより求めた結果を示している。なお、ここでは本実施例の効果を分かりやすくするために、本願は、第２の拡散部材７通過後の輝度分布を示し、特許文献１は透過性反射板１０通過後の輝度分布、特許文献２は非透過性反射板２０通過後の輝度分布を示している。また、特許文献３の構成は特許文献１の構成と同様であるため、記載を省略している。
図６に示すように、本願の構成では、ＬＥＤ光源１の直上に貫通孔６ａを設け、かつ、透過性反射板６に透過性を持たせ、更に、透過性反射板６上に第２の拡散部材７を配置することにより、直上の輝度を適度に高くすると共に輝度バラツキを抑制している。また、貫通孔６ａの開口面積をＬＥＤ光源１の直上から離れるに従って徐々に大きくすることにより、周辺領域の輝度を高くして輝度バラツキを抑制している。
これに対して、図７に示す特許文献１の構成では、中央領域に貫通孔１０ａを設けていないことにより、中央領域の輝度が著しく低下しており、その結果、本願の構成に比べて、平均輝度が低くなり、輝度バラツキが大きくなっている。また、透過性反射板１０上に拡散部材を配置していないことにより、本願の構成に比べて、貫通孔１０ａに相当する位置とそれ以外の位置での輝度バラツキが大きくなっている。
また、図８に示す特許文献２の構成では、ＬＥＤ光源１の直上を含む中央領域に貫通孔２０ａを設けることにより、平均輝度は大きくなっているが、反射板として非透過性反射板２０を用いているため、貫通孔２０ａに相当する位置の輝度が著しく高くなり、輝度バラツキが大きくなっている。また、非透過性反射板２０上に拡散部材を配置していないことにより、本願の構成に比べて、貫通孔２０ａに相当する位置とそれ以外の位置での輝度の面内不均一性が大きくなっている。
図９は、図６乃至図８のグラフから求めたピーク輝度／平均輝度、及び、平均輝度をまとめた図である。図９に示すように、ピーク輝度／平均輝度で表される均一性と、平均輝度の両方において、本願の構成がより優れていることが分かる。
具体的には、本願と特許文献１とを比較すると、特許文献１はＬＥＤ光源１の直上に貫通孔１０ａを設けていないのに対して、本願はＬＥＤ光源１の直上に貫通孔６ａを設けているため、直上を含む中央領域の輝度が向上し、さらに中央領域の輝度向上に伴う周辺領域の貫通孔の開口面積の拡大によって周辺領域の輝度が向上し、平均輝度が大きくなっている。また、特許文献１は平均輝度が低いために貫通孔１０ａの部分とそれ以外の部分の輝度差が大きいのに対して、本願は平均輝度が高いことにより貫通孔６ａの部分とそれ以外の部分の輝度差が小さくなり、また、第２の拡散部材７を配置することにより貫通孔６ａを通過した光が分散するため、ピーク輝度／平均輝度が小さくなり、輝度の均一性が向上している。
また、本願と特許文献２とを比較すると、特許文献２は、非透過性反射板２０を用いているため、貫通孔２０ａ以外の部分の輝度が著しく低いが、本願は透過性反射板６を用いているため、貫通孔６ａ以外の部分の輝度の低下を抑えることができ、平均輝度が大きくなっている。また、特許文献２は非透過性反射板２０を用いているため、貫通孔２０ａの部分とそれ以外の部分の輝度の差が大きいが、本願は透過性反射板６を用い、かつ、第２の拡散部材７を配置しているため、貫通孔６ａの部分とそれ以外の部分の輝度差が小さくなるので、ピーク輝度／平均輝度が小さくなり、輝度の均一性が向上している。
次に、本発明の第２の実施例に係る面発光装置及び液晶表示装置について、図１０乃至図１３を参照して説明する。図１０及び図１１は、本実施例の透過性反射板全体図及びＬＥＤ光源２個分に相当する領域の拡大図であり、図１２及び図１３は、本実施例の透過性反射板通過後の輝度分布を示す図である。なお、本実施例は、ＬＥＤ光源の配置及び透過性反射板６の貫通孔に関する他の構成を示すものであり、面発光装置及び液晶表示装置の他の部材に関しては第１の実施例と同様である。
前記した第１の実施例では、１つのＬＥＤ光源１に相当する領域に着目した輝度分布について説明したが、バックライト筐体８内に複数のＬＥＤ光源１が配列されている場合、各ＬＥＤ光源１からの出射光の光路は、隣り合うＬＥＤ光源１の領域にも影響する。そのため、図１０に示すように、隣り合うＬＥＤ光源１の中間に対応する部分で開口面積が最も大きくなるように貫通孔６ａを形成すると、ＬＥＤ光源１の中間部分で輝度が大きくなり、輝度均一性が悪化する。そこで、本実施例では、図１１に示すように、隣り合うＬＥＤ光源１の中間に対応する部分において、貫通孔６ａの開口面積が一定となる領域を設けている。
この構成の違いによる効果について図１２及び図１３を参照して説明する。図１２は、図１０の構成におけるＬＥＤ光源１間の領域の輝度分布を示し、図１３は、図１１の構成におけるＬＥＤ光源１間の領域の輝度分布を示している。図１２と図１３を比較すると、図１０に示すようにＬＥＤ光源１間で開口面積を徐々に変化させ、その中央で開口面積が最も大きくなるようにした場合、双方のＬＥＤ光源１から出射される光の相互作用により、ＬＥＤ光源１間の中央で輝度が大きくなり、その結果、輝度バラツキが大きくなる。一方、図１１に示すようにＬＥＤ光源１の中間に対応する部分に開口面積が一定の領域を設けた場合、隣り合うＬＥＤ光源１の中間部分の輝度を抑えることができ、その結果、輝度バラツキ（面内輝度不均一性）を改善することができる。
この効果を特許文献１、２と対比して説明する。特許文献１、２共に、１つのＬＥＤからなる点光源をケーシングやハウジングで区画しているため、貫通孔の開口面積がＬＥＤ光源１の直上から離れるに従って徐々に大きくなるようにしている。この構成を１つのケースの中に複数のＬＥＤが配列されている場合に適用すると、図１０の構成となり、隣り合うＬＥＤ光源の中央で貫通孔の開口面積が最も大きくなって輝度均一性が悪化する。これに対して、本実施例では、図１１に示すように、隣り合うＬＥＤ光源１の中間に対応する部分において貫通孔６ａの開口面積が一定の領域を設けているため、双方のＬＥＤ光源１から出射される光の相互作用を緩和し、輝度均一性を向上させることができる。
なお、図１１では、貫通孔６ａの開口面積が一定となる領域を３列としたが、開口面積が一定となる領域の幅や長さは、ＬＥＤ光源１の輝度分布や間隔に応じて適宜設定することができる。また、図１１では、ＬＥＤ光源１を格子点に配置した（隣り合うＬＥＤ光源１を繋ぐ図形が矩形になる）場合を示したが、ＬＥＤ光源１を千鳥状に配置した（隣り合うＬＥＤ光源１を繋ぐ図形が三角になる）場合は、開口面積が一定の領域は三角状になる。すなわち、ＬＥＤ光源１を繋ぐ図形と開口面積が一定の領域の図形とは相似形となる。また、図１２及び図１３は、透過性反射板６上に第２の拡散部材７を配置した場合のシミュレーション結果を示したが、隣り合うＬＥＤ光源１間で開口面積が一定となる領域を設けることによる効果は、第２の拡散部材７が無い場合でも同様である。
次に、本発明の第３の実施例に係る面発光装置及び液晶表示装置について、図１４を参照して説明する。図１４は、本実施例の面発光装置におけるＬＥＤ光源の配列図、透過性反射板全体図及び部分拡大図である。なお、本実施例は、ＬＥＤ光源の配置及び透過性反射板６の貫通孔に関する他の構成を示すものであり、面発光装置及び液晶表示装置の他の部材に関しては第１の実施例及び第２の実施例と同様である。
前記した第２の実施例では、ＬＥＤ光源１をバックライト筐体８の長手方向及び短手方向の双方に対して同じピッチで配置したが、図１２に示すように、ＬＥＤ光源１をバックライト筐体８の長手方向と短手方向とでピッチを変えて配列することも可能である。
例えば、図１４（ａ）に示すように、バックライト筐体８の長手方向のＬＥＤ光源１間のピッチを短くした場合、図１４（ｂ）に示すように、透過性反射板６には、ＬＥＤ光源１間のピッチに合わせて貫通孔６ａを形成する。その際、第２の実施例では、バックライト筐体８の長手方向及び短手方向の双方に対して、貫通孔６ａの開口面積が一定の領域を同じ幅としたが、ＬＥＤ光源１間のピッチに対して開口面積が一定の領域の幅が大きくなると、輝度均一性が悪化する恐れがある。
そこで、本実施例では、バックライト筐体８の長手方向と短手方向とでＬＥＤ光源１間のピッチが異なる場合でも、輝度均一性を良好に保つために、図１４（ｃ）に示すように、バックライト筐体８の長手方向と短手方向とで開口面積が一定の領域の幅を変化させる。具体的には、例えば、ＬＥＤ光源１間のピッチが短い方向に関しては、ピッチが長い方向に対して、開口面積が一定の領域の幅が相対的に小さくなるようにする。これにより、ＬＥＤ光源１間の領域の輝度バラツキを抑制することができ、輝度均一性を保つことができる。
次に、本発明の第４の実施例に係る面発光装置及び液晶表示装置について、図１５を参照して説明する。図１５は、本実施例の面発光装置におけるＬＥＤ光源の配列図である。なお、本実施例は、ＬＥＤ光源１に関する他の構成を示すものであり、面発光装置及び液晶表示装置の他の部材に関しては第１の実施例乃至第３の実施例と同様である。
前記した第１乃至第３の実施例では、各々のＬＥＤ光源１を１つのＬＥＤとして図示したが、各々のＬＥＤ光源１を、ＲＧＢ（バックライト光源として使用可能であればＲＧＢに限定されない）等の発光色を持つ複数色のＬＥＤ（Ｒ−ＬＥＤ１ａ、Ｇ−ＬＥＤ１ｂ及びＢ−ＬＥＤ１ｃ）の組み合わせとしてもよい。その場合、例えば、図１５（ａ）に示すように、ＬＥＤ発光色の混色により白色となる纏り（クラスタ）を１つのＬＥＤ光源１として配置すればよい。
また、ＬＥＤ光源１がＲＧＢ−ＬＥＤであり、これらの複数色のＬＥＤを一列に配列する場合は、図１５（ｂ）に示すように、複数色のＬＥＤからなるクラスタの配列方向に沿って複数色のＬＥＤを配置することが望ましい。また、一列に配列したＲＧＢ−ＬＥＤの両側にＷ（白色、White）−ＬＥＤを配置してもよい。このようにクラスタの配列方向に沿って複数色のＬＥＤを配置することで、隣り合うクラスタ間のＬＥＤ同士の光の相互作用によって、混色をより促進することができる。
そして、いずれの場合でも、透過性反射板６上の第２の拡散部材７を配置することによって、ＲＧＢ単色の直接光が液晶パネル９に入射する領域の色付きを抑制することができるため、複数色のＬＥＤを組み合わせたＬＥＤ光源１を用いた場合でも、色の均一性を保つことができる。また、ＬＥＤ光源１が複数のＬＥＤで構成される場合、ＬＥＤ光源１の直上はいずれかのＬＥＤの直上としてもよいが、上記の色付きを抑制するためにクラスタの重心位置の直上とすることが好ましい。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、その構成は適宜変更可能である。
例えば、上記各実施例では、透過性反射板６に設ける貫通孔６ａの形状をエッジが垂直の円形としたが、楕円形や矩形などとしてもよい。また、ＬＥＤ光源１の直上は円形とし、直上から離れるに従って長軸が長くなる楕円形にするなど、貫通孔６ａの形状を変化させてもよい。
本発明は、指向性の強い点光源を面光源に変換する直下方式の面発光装置及びその面発光装置をバックライト装置として使用する液晶表示装置に利用可能である。
１ ＬＥＤ光源
１ａ Ｒ(Red)−ＬＥＤ
１ｂ Ｇ(Green)−ＬＥＤ
１ｃ Ｂ(Blue)−ＬＥＤ
２ 底面反射板
３ 第１の拡散部材
４ 光学シート類
５ 支持ピン
６ 透過性反射板
６ａ 貫通孔
７ 第２の拡散部材
８ バックライト筐体
９ 液晶パネル
１０ 透過性反射板（特許文献１）
１０ａ 貫通孔（特許文献１）
２０ 非透過性反射板（特許文献２）
２０ａ 貫通孔（特許文献２）
１ａ Ｒ(Red)−ＬＥＤ
１ｂ Ｇ(Green)−ＬＥＤ
１ｃ Ｂ(Blue)−ＬＥＤ
２ 底面反射板
３ 第１の拡散部材
４ 光学シート類
５ 支持ピン
６ 透過性反射板
６ａ 貫通孔
７ 第２の拡散部材
８ バックライト筐体
９ 液晶パネル
１０ 透過性反射板（特許文献１）
１０ａ 貫通孔（特許文献１）
２０ 非透過性反射板（特許文献２）
２０ａ 貫通孔（特許文献２）
Claims (7)
- 筐体と、
前記筐体の底面に配置される複数の点光源と、
前記点光源の光出射側に、前記点光源から離れて配置される第１の拡散部材と、を少なくとも備える面光源装置において、
前記点光源と前記第１の拡散部材との間に、光透過性を有する反射板と、前記反射板の前記点光源側又は前記第１の拡散部材側に隣接して配置される第２の拡散部材と、を備え、
前記点光源は、格子点に配置されており、
前記点光源の配置間隔は、前記筐体の長手方向で一定であり、前記筐体の短手方向で一定かつ前記長手方向とは異なり、
前記反射板は、各々の前記点光源に対応する領域において、前記点光源の直上及び前記直上の周囲に、前記直上から離れるに従って開口面積が大きくなる貫通孔が形成されており、
前記反射板の、隣り合う前記点光源の中間に対応する部分に、前記貫通孔の開口面積が一定となる領域を有し、
前記貫通孔の開口面積が一定となる領域は、各々の格子点を囲む矩形状に形成されており、前記筐体の長手方向と短手方向とで異なる幅を有する
ことを特徴とする面光源装置。 - 前記配置間隔が短い方向における前記領域の幅は、前記配置間隔が長い方向における前記領域の幅よりも狭い
ことを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。 - 各々の前記点光源は、白色のＬＥＤからなる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の面光源装置。 - 各々の前記点光源は、複数色のＬＥＤで構成されるクラスタからなり、
前記複数色のＬＥＤのいずれかの直上、若しくは、前記クラスタの重心位置の直上に、前記貫通孔が形成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の面光源装置。 - 各々の前記点光源は、ＲＧＢ３色のＬＥＤを一列又は三角形の各頂点に配置した構造である、
ことを特徴とする請求項４に記載の面光源装置。 - 各々の前記点光源は、一列に配置したＲＧＢ３色のＬＥＤの両側に白色のＬＥＤを配置した構造である、
ことを特徴とする請求項４に記載の面光源装置。 - 請求項１乃至６のいずれか一に記載の面光源装置と、前記面光源装置の発光面側に配置した液晶パネルと、を備える液晶表示装置。
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