面光源装置、液晶表示装置、及びテレビジョン受信機
【課題】液晶表示装置の直下型のバックライト装置において、導光板の前面にＬＥＤからの光を全反射させるように凹部を形成したり、裏面にＬＥＤを収納する凹部を形成したりすると、ローカルディミング時や導光板の熱膨張時に、発光強度の面内一様性が低下する。
【解決手段】ＬＥＤ基板６０の前面に開口部を有した反射シート６２を積層し、その開口部内にＬＥＤ素子７４を収納する。導光板６４は平坦な両面を備え、反射シート６２上に積層される。導光板６４の前面内にて、ＬＥＤ素子７４に対向して位置し当該ＬＥＤ素子７４から前面への光の入射角が臨界角未満となる非全反射領域に、白色反射膜９０を形成して当該光の少なくとも一部を散乱反射して導光板６４内に戻す。導光板６４の裏面には白色反射膜９２からなるパターンが形成され、光を拡散反射し導光板６４の前面から出射させる。
【解決手段】ＬＥＤ基板６０の前面に開口部を有した反射シート６２を積層し、その開口部内にＬＥＤ素子７４を収納する。導光板６４は平坦な両面を備え、反射シート６２上に積層される。導光板６４の前面内にて、ＬＥＤ素子７４に対向して位置し当該ＬＥＤ素子７４から前面への光の入射角が臨界角未満となる非全反射領域に、白色反射膜９０を形成して当該光の少なくとも一部を散乱反射して導光板６４内に戻す。導光板６４の裏面には白色反射膜９２からなるパターンが形成され、光を拡散反射し導光板６４の前面から出射させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置、液晶表示装置及びテレビジョン受信機に関し、特に、導光板を用いて、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の非面光源から面状の発光を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置はパソコン等のディスプレイや液晶テレビに用いられている。液晶表示装置にて画像を形成する液晶パネルの各画素は自ら発光しないため、液晶表示装置は液晶パネルに光を照射する光源を備え、液晶パネルからの透過光や反射光によって液晶パネルが形成する画像を目に見える表示とする。例えば、当該光源として液晶パネルの背後に配置されたバックライト装置と呼ばれる面光源が用いられ、この場合、液晶パネルからの透過光により画像が表示される。
【０００３】
バックライト装置では一般的には点光源や線光源（これらを合わせて非面光源と称する）が多数利用され、非面光源から出射される光を導光板等で面状に広げて、導光板の一方面（出射側表面）から光を取り出す。導光板を用いた面光源装置には、導光板の側部の端面に非面光源を配置するエッジライト型又はサイドライト型と呼ばれる方式と、出射側表面とは反対側の表面（入射側表面）に沿って非面光源を配列する直下型と呼ばれる方式とがある。非面光源としては、冷陰極蛍光管（Cold Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）や、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が用いられる。
【０００４】
図１３は、従来の直下型の面光源装置の構造を模式的に示す垂直部分断面図である。直下型の面光源装置では、基板６の上に複数の発光素子４が配置され、その基板６上に導光板２が積層される。図１３に示す構造は、導光板２の下面に凹部８を形成し、基板６上に配列された発光素子４を凹部８内に収める。一方、発光素子４の直上位置の導光板２の上面にはテーパー形状を有する凹部１０が形成される。当該テーパー形状をなす斜面は発光素子４から上方に向かう光に対して全反射条件を満たすように形成される。すなわち、当該光は当該斜面にて全反射されることで導光板２を透過せずに導光板２内に導かれる。図１４は従来の直下型の面光源装置の他の構造を模式的に示す垂直部分断面図である。この構造でも、導光板２の上面には発光素子４の直上位置にテーパー状の凹部１０を形成し、発光素子４から上へ向かう光を周囲の導光板２内へ反射し透過を阻止する。導光板２内に導かれた光は上面と下面にて全反射を繰り返して面内に広がる。また、下面には拡散反射する白色反射膜を網点状に形成し、当該部分にて導光板の上面から出射される光成分を生成する。下面各所での当該網点の密度や大きさは、導光板２の上面からの発光強度が均一になるように設計される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９４５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１３３７７９号公報
【特許文献３】特開２００２−２９８６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
直下型の面光源装置では、導光板の背後に複数の発光素子が配列される。上面又は下面表面に凹部を形成した導光板では、或る発光素子が発した光の伝搬方向に位置する他の発光素子に対する凹部はその伝搬を妨げる。そのため、例えば、導光板の背後に多数、二次元配列されたＬＥＤをローカルディミング制御する場合、発光するＬＥＤの近傍の他のＬＥＤが消灯されると、発光するＬＥＤから見て消灯されるＬＥＤの背後に影ができ、導光板上面からの発光強度にむらが生じるという問題があった。
【０００７】
また、基板上に取り付けられたＬＥＤを導光板の下面に設けた凹部に収納する図１３に示した構成では、導光板がＬＥＤの発熱等により膨張すると、基板上に取り付けられたＬＥＤ配列の間隔と導光板における凹部の間隔とに差が生じる。その結果、導光板の上面及び下面の凹部の位置とＬＥＤの位置との間にずれが生じる。図１５は、図１３に示す構造にて当該ずれが生じた状態を模式的に示す垂直部分断面図である。この図では、導光板２が熱膨張した結果、凹部８，１０は左側のＬＥＤ（発光素子４）に対しては左側にずれ、右側のＬＥＤ（発光素子４）に対しては右側にずれている。この位置ずれは凹部１０の斜面へのＬＥＤが発した光の入射角を変化させ、その結果、斜面にて全反射条件が満たされない光成分が生じる。つまり、当該光成分は導光板２を透過して、面光源装置の発光強度の均一性を劣化させるという問題があった。
【０００８】
さらに、熱膨張による位置ずれは、発光素子４と下側の凹部８との接触を生じ得るという問題があった。熱膨張による位置ずれは距離が離れる程、累積して大きくなるので、面光源装置が大面積になるほど発光素子４と凹部８との接触が生じるおそれは大きくなり、また当該接触により導光板２や発光素子４等に生じる応力も大きくなって故障の原因ともなり得る。また、この問題を回避するために凹部８の開口面積を大きくすると、上述したローカルディミング時の発光強度のむらが大きくなる。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ローカルディミング制御や導光板の熱膨張の影響を受けにくい構造とし、好適な発光強度分布が得られる面光源装置、それを用いた液晶表示装置及びテレビジョン受信機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】
【００１０】
本発明に係る面光源装置は、複数の発光素子が配列された素子配列面を有する発光部と、両表面が平坦であり、前記素子配列面に積層され、前記発光素子が入射側表面へ照射した光を内部にて伝搬して前記入射側表面とは反対側の出射側表面から取り出す導光板と、を有し、前記発光部の前記素子配列面は、前記発光素子を収納する複数の凹部を形成され、前記導光板の前記出射側表面は、前記発光素子に対向して位置し当該発光素子から前記出射側表面への光の入射角が臨界角未満となる非全反射領域に、当該光の少なくとも一部を反射する加工を施され、前記導光板の前記入射側表面は、光を拡散反射する加工を施されている。
【００１１】
他の本発明に係る面光源装置においては、前記発光部は、前記発光素子を実装する基板と、前記基板に積層された、表面が光を反射する反射シートと、を備え、前記反射シートは、前記発光素子以上の厚みを有し、前記発光素子の位置に対応して面内に貫通孔を形成しており、当該貫通孔が前記凹部を構成する。
【００１２】
上記本発明に係る面光源装置において、前記導光板は、前記出射側表面及び前記入射側表面の前記加工として、表面に白色反射膜を形成されたものとすることができる。前記入射側表面の前記白色反射膜は、その面密度を前記発光素子からの距離に応じて変えて、前記出射側表面からの発光強度を当該距離によらず一様にするように構成することができる。また、前記出射側表面の前記非全反射領域の前記白色反射膜は、前記発光素子から照射された光の一部を透過し、残りを反射するパターンを有し、前記入射側表面の前記白色反射膜は、その面密度を前記発光素子からの距離に応じて変えて、前記非全反射領域からの透過光を含む前記出射側表面からの発光強度を当該距離によらず一様にするように構成することができる。
【００１３】
上記本発明に係る面光源装置は、前記発光素子を発光ダイオードとすることができる。
【００１４】
別の本発明に係る面光源装置においては、前記非全反射領域に対する前記加工は、前記導光板の熱膨張により前記出射側表面上にて位置が変動する当該非全反射領域を包含する領域に施されている。
【００１５】
本発明に係る液晶表示装置は、上記本発明に係る面光源装置と、前記面光源装置から光を照射されて表示を行う液晶パネルと、を有する。
【００１６】
本発明に係るテレビジョン受信機は、上記本発明に係る液晶表示装置を用いたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る面光源装置、それを用いた液晶表示装置及びテレビジョン受信機によれば、ローカルディミング制御時において発光強度のむらが低減される。導光板が熱膨張しても発光素子との衝突が起こらず、さらに、発光強度の均一性が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態である液晶表示装置の構成を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態である液晶表示装置の垂直断面の一部を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るバックライトユニットを構成する積層体の垂直断面の一部を示す模式的な断面図である。
【図４】発光体から出射された光の導光板の裏面への入射角と導光板の前面への入射角とを示す説明図である。
【図５】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの一例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図６】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図７】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図８】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図９】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図１０】導光板の裏面に形成する白色反射膜のパターンの一例を示す、導光板の裏面の模式的な平面図である。
【図１１】導光板の裏面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の裏面の模式的な平面図である。
【図１２】導光板の裏面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の裏面の模式的な平面図である。
【図１３】従来の直下型の面光源装置の構造を模式的に示す垂直部分断面図である。
【図１４】従来の直下型の面光源装置の他の構造を模式的に示す垂直部分断面図である。
【図１５】図１３に示す構造にて、導光板の熱膨張が生じた状態を模式的に示す垂直部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態である液晶表示装置３０の構成を表す模式図である。
【００２０】
図１に示すように、液晶表示装置３０は、液晶パネル４０、バックライトユニット４２、液晶パネル駆動回路４４、バックライト駆動回路４６及び制御装置４８を備える。液晶パネル駆動回路４４は走査線駆動回路５０と映像線駆動回路５２とを含んでいる。
【００２１】
液晶パネル４０は、透明な一対のガラス基板と、その間に挟まれた液晶と、液晶を挟んだ一対のガラス基板の表示面側及びバックライトユニット側それぞれの表面に貼り付けられた偏光板とを含んだ積層体であり、略矩形の平板形状を有する。
【００２２】
バックライトユニット側のガラス基板（ＴＦＴ基板と呼ぶ）の液晶側の面には、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）が画素配列に対応してマトリクス状に配置される。また、ＴＦＴ基板には複数の映像信号線Ｘと複数の走査信号線Ｙとが互いに直交して形成される。走査信号線ＹはＴＦＴの水平列ごとに設けられ、当該水平列の複数のＴＦＴのゲートに共通に接続される。映像信号線ＸはＴＦＴの垂直列ごとに設けられ、当該垂直列の複数のＴＦＴのソースに共通に接続される。また、各ＴＦＴのドレインには当該ＴＦＴに対応する画素領域に配置された画素電極が接続される。
【００２３】
各ＴＦＴは走査信号線Ｙに印加される走査信号に応じて水平列単位でオン／オフを制御され、オン状態とされた水平列の各ＴＦＴが画素電極を、映像信号線Ｘに印加される映像信号に応じた電位に設定する。液晶パネル４０は各画素電極に設定された電位により画素毎に液晶の配向を制御して、バックライトユニット４２から入射した光に対する透過率を変えることにより表示面に画像を形成する。
【００２４】
なお、表示面側のガラス基板にはカラーフィルタが形成され、画像のカラー表示を可能としている。
【００２５】
バックライトユニット４２は液晶パネル４０の裏面側に配置されている。バックライトユニット４２は、本発明に係る面光源装置であり、液晶パネル４０の裏面に光を照射する。その平面形状は液晶パネル４０に対応して矩形で、またその大きさは液晶パネル４０に相応している。バックライトユニット４２の構成についてはさらに後述する。
【００２６】
走査線駆動回路５０はＴＦＴ基板に形成された複数の走査信号線Ｙに接続されている。走査線駆動回路５０は制御装置４８から入力されるタイミング信号に応じて走査信号線Ｙを順番に選択し、選択した走査信号線ＹにＴＦＴをオンする電圧を印加する。
【００２７】
映像線駆動回路５２はＴＦＴ基板に形成された複数の映像信号線Ｘに接続されている。映像線駆動回路５２は走査線駆動回路５０による走査信号線Ｙの選択に合わせて、当該選択された走査信号線Ｙに接続されるＴＦＴのそれぞれに、各画素の階調値を表す映像信号に応じた電圧を印加する。これにより、選択された走査信号線Ｙに対応する画素に映像信号が書き込まれる。これはラスター画像の水平走査に相当する。ちなみに、上述の走査線駆動回路５０の動作は垂直走査に相当する。
【００２８】
バックライト駆動回路４６は、制御装置４８から入力される発光制御信号に応じたタイミングや輝度でバックライトユニット４２に配列される複数のＬＥＤを発光させる。バックライト駆動回路４６は、ＬＥＤの駆動電圧を供給するＬＥＤ駆動回路の他、ＬＥＤに供給される電流が発光制御信号で指示された輝度に応じた大きさであるかをモニタしフィードバック制御する回路も含む。
【００２９】
制御装置４８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理回路、及びＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリを備えている。制御装置４８は映像データを入力される。映像データは、液晶表示装置３０がテレビジョン受信機を構成する場合には、不図示のアンテナやチューナで受信される。また、映像データは映像再生装置など別の装置からも入力され得る。制御装置４８はＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより各種の処理を実行する。具体的には、制御装置４８は当該映像データに対して色調整などの各種の画像信号処理を行って各画素の階調値を示す映像信号を生成し、当該映像信号を映像線駆動回路５２へ出力する。また、制御装置４８は入力された映像データに基づいて、映像線駆動回路５２、走査線駆動回路５０及びバックライト駆動回路４６が同期を取るためのタイミング信号を生成し、各駆動回路に向けて出力する。また、制御装置４８はバックライト駆動回路４６への発光制御信号としてタイミング信号の他、入力された映像データに基づいてＬＥＤの輝度を制御するための信号を生成する。
【００３０】
図２は、液晶表示装置３０の垂直断面の一部を示す模式的な断面図である。バックライトユニット４２は、ＬＥＤ基板６０、反射シート６２、導光板６４、及び光学シート群６６が重ね合わされた積層体７０と、それらを中に収納する箱形（不図示）の枠であるフレーム７２とを含んで構成される。バックライトユニット４２の前面に液晶パネル４０が重ねられる。
【００３１】
バックライトユニット４２は直下型であり、ＬＥＤ基板６０の導光板６４側の表面に複数のＬＥＤ素子７４が例えば、マトリクス状の配置で実装される。ＬＥＤ素子７４のパッケージは上面発光型であり、上面（導光板６４に対向する面）に発光体８０が埋設される。例えば、発光体８０は、青色ＬＥＤチップとその上を封止する黄色蛍光体とからなる擬似白色方式の構成を有し、ＬＥＤの青色光と当該ＬＥＤ光により励起された蛍光体が放射する黄色光とを混色して白色を得る。
【００３２】
ＬＥＤ基板６０は例えば、液晶パネル４０のガラス基板と同様に低熱膨張の素材からなり、一例として、ガラスエポキシ基板を用いることができる。ＬＥＤ基板６０にはＬＥＤ素子７４に電源を供給する導体パターンが形成される。例えば、ローカルディミング制御を可能とするために、ＬＥＤ基板６０はＬＥＤ素子７４を個々に、又はＬＥＤ素子７４の二次元配列を複数の領域に分割して当該領域毎に駆動できる導体パターンを備える。
【００３３】
反射シート６２は、表面が光を反射する性質を備えたシート状の部材であり、ＬＥＤ基板６０、ＬＥＤ素子７４と共に、導光板６４の背後に位置し複数の発光素子が配列された素子配列面を有する発光部７６を構成する。具体的には、反射シート６２はＬＥＤ基板６０のＬＥＤ素子７４を実装する側の面上に載置、又は貼り付けられる。
【００３４】
反射シート６２にはＬＥＤ基板６０上でのＬＥＤ素子７４の位置に対応して複数の貫通孔７８が形成される。反射シート６２がＬＥＤ基板６０に積層された状態にて、当該貫通孔７８は発光部７６のＬＥＤ素子７４が配列される面に凹部を形成し、ＬＥＤ基板６０に取り付けられたＬＥＤ素子７４は当該貫通孔７８内に収納される。すなわち、反射シート６２の厚みは、発光部７６での反射シート６２の表面が、ＬＥＤ基板６０に実装されたＬＥＤ素子７４の上面以上の高さとなるように設定される。例えば、ＬＥＤ素子７４の厚みは１ｍｍ以下とすることができる。例えば、反射シート６２は、発泡基体表面に金属膜を被着したり、超微細発泡反射板を用いたりすればＬＥＤ素子７４より厚くすることができる。
【００３５】
なお、貫通孔７８の開口は、ＬＥＤ素子７４の平面形状より大きく設定される。その際、ＬＥＤ基板６０と反射シート６２との熱膨張の差を考慮して、ＬＥＤ素子７４と貫通孔７８の側面との間に間隙を設けることができる。一方、反射シート６２による反射効率を確保する観点からは貫通孔７８の開口は小さい方が良い。また、二次元配列の１個所に複数個のＬＥＤ素子７４を配置する場合には、貫通孔７８はその１個所に複数個のＬＥＤ素子７４をまとめて収納するものとしてもよい。ＬＥＤ素子７４が直線に沿って狭い間隔で配列される場合には、貫通孔７８として当該直線に沿った細長い溝を設定することもできる。
【００３６】
発光部７６はその前面に導光板６４を配置され、ＬＥＤ素子７４から導光板６４へ光を照射すると共に、導光板６４の裏面から漏れ出る光を反射シート６２で反射して導光板６４へ戻し、バックライトユニット４２の発光効率を向上させる。
【００３７】
導光板６４は例えば、アクリルやポリスチレン、ポリカーボネートといった透明樹脂で形成された平板である。導光板６４は基本的に一様な厚みで、かつ両面は平坦である。ここで、平坦であるとは、上述した従来の導光板２に設けられる凹部８，１０のような比較的大きな凹凸がないことを意味する。
【００３８】
導光板６４の裏面は発光部７６から光を入射される面（入射側表面）であり、前面は液晶パネル４０へ光を出射する面（出射側表面）である。導光板６４は裏面から入射したＬＥＤ光を前面と裏面とで全反射を繰り返して、面に沿った方向に伝搬させると共に、裏面側には前面から一様な強度で光が出射するように拡散反射を起こさせる構造を備える。
【００３９】
光学シート群６６は、導光板６４の表面から出射される光を拡散して発光面内での光強度の均一性を向上させる拡散シートや、拡散シートから前面の様々な方向へ出射される光を面に垂直な方向を中心として集光させて発光面正面における輝度を向上させるプリズムシートを含む。
【００４０】
図３はバックライトユニット４２を構成する積層体７０の垂直断面の一部を示す模式的な断面図である。図３は１つのＬＥＤ素子７４とその近傍領域を拡大して示している。図３のＬＥＤ素子７４はその上面の中心に発光体８０を備え、当該発光体８０は実質的に点光源である。すなわち、発光体８０からの発光は当該発光体８０を中心として放射状に広がる。図４は発光体８０から出射された光８２の導光板６４の裏面８４（入射側表面）への入射角θＢと導光板６４の前面８６（出射側表面）への入射角θＦとを示す説明図である。裏面８４への入射角θＢは発光体８０の直上点ＣＢで０°であり、この裏面８４上の点の直上点ＣＢからの距離ｒが大きくなるほど当該点での入射角θＢは大きくなる。また、ＬＥＤ素子７４からの光が裏面８４へ入射する際の入射角θＢが小さいほど、当該光が導光板６４に入射した後、前面８６へ入射する際の入射角θＦも小さくなる。つまり、裏面への入射角θＢが所定角度（αとする）より小さいと、それに対応した前面８６への入射角θＦは臨界角θＭ未満となり、全反射条件を満たさず前面８６から導光板６４の外へ透過する成分が生じる。
【００４１】
前面８６にてそのような全反射条件を満たさない領域（非全反射領域）は、点光源である発光体８０の正面の位置ＣＦを中心とする円形内となる。非全反射領域では発光体８０からの光が直接に導光板６４を透過して液晶パネル４０側へ出射される。そのため、非全反射領域の外側に位置し裏面側の拡散反射で発光する全反射領域に比べて、非全反射領域からは高い輝度での発光が生じ、面内の発光強度の一様性が損なわれる不都合が生じる。これを防ぐために導光板６４は非全反射領域に入射光の少なくとも一部を反射する加工を施されている。本実施形態では当該加工として、白色反射膜９０を導光板６４の前面に印刷により形成する。白色反射膜９０は非全反射領域への入射光を高い拡散反射率で反射して導光板６４に戻し、これにより、例えば、裏面８４及び前面８６での全反射によって導光板６４内を伝搬する成分が生成される。
【００４２】
なお、発光体８０と導光板６４の裏面８４との距離が小さいほど非全反射領域は小さくなり、白色反射膜９０の面積を小さくできる。この観点からは、発光体８０を導光板６４の裏面８４に密接して配置させることが好適である。そのために例えば、ＬＥＤ素子７４の上面の高さと反射シート６２の表面の高さとを同じとすることができる。
【００４３】
図５〜図９は、導光板６４の前面の模式的な平面図であり、白色反射膜９０のパターンの例を示している。各図において斜線部が白色反射膜９０の形成領域である。図５に示すパターンでは、非全反射領域の全体に白色反射膜９０が形成される。図５に示すパターンを採用したバックライトユニット４２では、導光板６４の前面における非全反射領域の周囲の領域から非全反射領域の側へ斜めに出射される光が光学シート群６６を介して、非全反射領域に対向する液晶パネル４０へ向けて出射される。周囲から非全反射領域の前方への入射光量は、導光板６４の裏面側での散乱反射の面内強度分布の調整により変化させることができる。
【００４４】
ここで、図５に示すパターンにおいて例えば、非全反射領域の直径が大きい場合などには当該調整によっては非全反射領域に対応する部分からの発光量を確保できず、バックライトユニット４２全体にて当該部分が暗くなることもある。この場合には、ＬＥＤ素子７４から非全反射領域に入射する光の一部を白色反射膜９０で導光板６４内へ散乱反射させ、残りは導光板６４の外へ透過させる構成とすることができる。当該構成では例えば、非全反射領域の一部領域だけに白色反射膜９０が形成される。図６〜図９はこの非全反射領域の一部領域だけに白色反射膜９０を形成するパターンの例である。非全反射領域に対応する部分からの発光部７６の発光量は、白色反射膜９０を形成しない領域の割合を大きくすることで増加でき、当該発光量がバックライトユニット４２全体の発光強度が一様となるように白色反射膜９０の形成領域が設計される。その際、白色反射膜９０の形成領域又は非形成領域は非全反射領域内に分散して配置することが好適である。
【００４５】
なお、ＬＥＤ素子７４から非全反射領域に入射する光の一部を透過させる構成は、上述した非全反射領域の一部領域のみに白色反射膜９０を形成するものの他に、例えば、白色反射膜９０の膜厚を薄くしたり素材を変えたりして非全反射領域に形成する散乱反射膜自体に或る程度の透過性を持たせることによっても可能である。また、導光板６４の表面に微細な凹凸を多数形成し表面粗さを調節することで、ＬＥＤ素子７４からの光の一部を散乱し残りを透過させることが可能である。この粗くした表面を非全反射領域全体に形成してもよい。また、非全反射領域の一部領域に白色反射膜９０を形成しない上述の構成にてその白色反射膜９０を形成しない領域の表面を粗くして、散乱反射を得ると共に透過光も散乱させる構成とすることもできる。
【００４６】
上述の加工は前面８６の非全反射領域を包含する領域、つまり非全反射領域より広い範囲に施してもよい。具体的には、発光体８０を基準として所定の位置関係を有する非全反射領域は、導光板６４の熱膨張により前面８６内でずれる。そこで、白色反射膜９０の形成等の加工を施す範囲は、導光板６４の熱膨張により前面８６上にて位置が変動する非全反射領域を包含する領域に設定することができる。この熱膨張に対する非全反射領域の包含領域は、発光部７６に二次元配列される各ＬＥＤ素子７４の位置での導光板６４の熱膨張による移動幅及び方向を考慮して設定できる。ちなみに例えば、導光板６４をその中心が発光部７６に対して移動しないようにフレーム７２に支持すれば、当該中心に近いＬＥＤ素子７４ほど非全反射領域の包含領域は小さく設定される。
【００４７】
ここまで、導光板６４の出射側表面に施す加工について述べた。一方、導光板６４の入射側表面は既に述べたように、出射側表面から一様な強度で光が出射するように拡散反射を起こさせる構造を備える。本実施形態では、入射側表面に施す加工により当該構造を形成する。具体的には当該加工として白色反射膜９２を導光板６４の裏面８４に印刷により形成する。白色反射膜９２は前面８６に形成する白色反射膜９０と同様、入射光を高い拡散反射率で反射して導光板６４に戻す。白色反射膜９２は、前面８６からの発光強度が一様になるパターンに形成される。図１０〜図１２は、導光板６４の裏面の模式的な平面図であり、白色反射膜９２のパターンの例を示している。
【００４８】
白色反射膜９２は、その面密度を発光体８０の直上点ＣＢからの距離に応じて変えて形成される。図３に示す光線９４はＬＥＤ素子７４から前面８６への入射する光線のうち入射角θＦが臨界角θＭとなる光線であり、また点ＰＢは光線９４が前面８６で反射されて最初に裏面８４に入射する点である。ここでは、裏面８４の点ＰＢよりも遠くの領域を外側領域９６、点ＰＢよりも近くの領域を内側領域９８と呼ぶことにする。
【００４９】
入射角θＦが臨界角θＭより大きい光線は裏面８４上の外側領域９６を照らす。前面８６の非全反射領域に形成した白色反射膜９０からの散乱反射光は考えに入れず、入射角θＦが臨界角θＭより大きい光だけを考えれば、外側領域９６に対向する発光部７６の前面から一様な強度分布の発光を得るには、点ＰＢからの距離が大きいほど白色反射膜９２の面密度を大きくして散乱反射の強度を上げる必要がある。図３及び図１０に示す例では、外側領域９６に白色反射膜９２としてドットを分布させたドットパターン９２ｄを形成している。この場合、点ＰＢからの距離が大きいほどドットを大きくしたり、ドットの分布密度を高くしたりすることで、点ＰＢからの距離が大きいほど白色反射膜９２の面密度を大きくすることができる。
【００５０】
非全反射領域に形成した白色反射膜９０が外側領域９６に与える影響は点ＰＢからの距離が大きいほど小さくなる。すなわち、白色反射膜９０からの散乱反射光の強度は点ＰＢからの距離が大きいほど弱くなる。
【００５１】
裏面８４上の内側領域９８は前面８６の白色反射膜９０からの散乱反射光で照らされ、これを前面８６から出射させるために、図３及び図１０に示す例では内側領域９８には白色反射膜９２としてパターン９２ｉが形成される。点光源である発光体８０に対するパターン９２ｉは図１０に示すように中心部が空いたドーナツ形状に形成される。当該中心部には、発光体８０から導光板６４への光の入射を妨げないために白色反射膜９２を形成しない領域を設ける必要がある。なお、内側領域９８のうち白色反射膜９０の縁の直下から内側により深く入った点ほど、当該点での散乱反射光は内側領域９８に対向する前面８６の発光強度に寄与しにくくなる。よって、パターン９２ｉの内側の縁の位置は、これらの観点での利害得失を考慮して設定される。
【００５２】
図１０に示すパターン９２ｉはドーナツ形状の領域全体に白色反射膜９２を形成しているが、パターン９２ｉの形成密度は、当該領域に対応する前面８６での発光強度が他の部分と同レベルとなるように調整することができる。例えば、パターン９２ｉとしてドットパターンを形成する場合には、その形成密度は、外側領域９６と同様、ドットの分布密度やドットの大きさで調節することができる。例えば、図１１に示す構成では、ドーナツ形状に白色反射膜９２からなるドットパターン１００を形成する。また、図１２に示す構成では、内側のドーナツ形状のドットパターン１０２よりも外側のドーナツ形状のドットパターン１０４が形成する白色反射膜９２の面密度を低く設定しており、このように内側領域９８内、又は内側領域９８から外側領域９６の一部にかけて面密度に段階的変化又は連続的階調を設定してもよい。
【００５３】
一方、内側領域９８に形成するパターン９２ｉの密度を下げると、内側領域９８から前面８６の非全反射領域の前方へ入射する散乱反射光の量が少なくなる。これによる非全反射領域の前方での発光強度の低下は、白色反射膜９０を図６〜図９のような一部の光を透過させるパターンとし、当該透過光により補うことができる。
【００５４】
以上、前面８６の白色反射膜９０のパターン設定と、裏面８４の外側領域９６及び内側領域９８の白色反射膜９２のパターン設定とに関する事項を定性的に説明した。その内容から理解されるようにそれらパターンは、発光部７６の発光の面内強度分布を設定する上で互いに影響を及ぼす。また、導光板６４の材質・厚みや白色反射膜９０，９２の散乱特性などの種々の要因がそれらパターンの決定に際して影響を及ぼす。白色反射膜９０，９２のパターンはこれらを考慮に入れて、発光部７６の面発光強度が一様になるように設定される。具体的には、それらのパターンは例えば、計算機を用いたシミュレーションを実行することにより好適に設定することができる。
【００５５】
なお、上述の実施形態では、発光部７６に搭載する発光素子は点光源である発光体８０を備えたＬＥＤ素子７４としたが、線状の光源であってもよく、またＬＥＤ以外の発光素子であってもよい。例えば、発光部７６の表面に反射シート６２の開口部等によって、線状の溝を形成し、この内部にＣＣＦＬを収納した構成とすることもできる。
【００５６】
上述した液晶表示装置３０は、外部機器と接続されて使用されるように構成される他、例えば、テレビジョン受信機やパソコンに組み込まれて使用される。テレビジョン受信機は画像表示部として液晶表示装置３０を備え、その他、チューナー、外部機器インターフェース回路、各種信号処理回路、スピーカーなどを備える。
【符号の説明】
【００５７】
３０ 液晶表示装置、４０ 液晶パネル、４２ バックライトユニット、４４ 液晶パネル駆動回路、４６ バックライト駆動回路、４８ 制御装置、５０ 走査線駆動回路、５２ 映像線駆動回路、６０ ＬＥＤ基板、６２ 反射シート、６４ 導光板、６６ 光学シート群、７０ 積層体、７２ フレーム、７４ ＬＥＤ素子、７６ 発光部、７８ 貫通孔、８０ 発光体、８４ 裏面、８６ 前面、９０，９２ 白色反射膜、９６ 外側領域、９８ 内側領域。
【技術分野】
【０００１】
本発明は面光源装置、液晶表示装置及びテレビジョン受信機に関し、特に、導光板を用いて、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の非面光源から面状の発光を得る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置はパソコン等のディスプレイや液晶テレビに用いられている。液晶表示装置にて画像を形成する液晶パネルの各画素は自ら発光しないため、液晶表示装置は液晶パネルに光を照射する光源を備え、液晶パネルからの透過光や反射光によって液晶パネルが形成する画像を目に見える表示とする。例えば、当該光源として液晶パネルの背後に配置されたバックライト装置と呼ばれる面光源が用いられ、この場合、液晶パネルからの透過光により画像が表示される。
【０００３】
バックライト装置では一般的には点光源や線光源（これらを合わせて非面光源と称する）が多数利用され、非面光源から出射される光を導光板等で面状に広げて、導光板の一方面（出射側表面）から光を取り出す。導光板を用いた面光源装置には、導光板の側部の端面に非面光源を配置するエッジライト型又はサイドライト型と呼ばれる方式と、出射側表面とは反対側の表面（入射側表面）に沿って非面光源を配列する直下型と呼ばれる方式とがある。非面光源としては、冷陰極蛍光管（Cold Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）や、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）が用いられる。
【０００４】
図１３は、従来の直下型の面光源装置の構造を模式的に示す垂直部分断面図である。直下型の面光源装置では、基板６の上に複数の発光素子４が配置され、その基板６上に導光板２が積層される。図１３に示す構造は、導光板２の下面に凹部８を形成し、基板６上に配列された発光素子４を凹部８内に収める。一方、発光素子４の直上位置の導光板２の上面にはテーパー形状を有する凹部１０が形成される。当該テーパー形状をなす斜面は発光素子４から上方に向かう光に対して全反射条件を満たすように形成される。すなわち、当該光は当該斜面にて全反射されることで導光板２を透過せずに導光板２内に導かれる。図１４は従来の直下型の面光源装置の他の構造を模式的に示す垂直部分断面図である。この構造でも、導光板２の上面には発光素子４の直上位置にテーパー状の凹部１０を形成し、発光素子４から上へ向かう光を周囲の導光板２内へ反射し透過を阻止する。導光板２内に導かれた光は上面と下面にて全反射を繰り返して面内に広がる。また、下面には拡散反射する白色反射膜を網点状に形成し、当該部分にて導光板の上面から出射される光成分を生成する。下面各所での当該網点の密度や大きさは、導光板２の上面からの発光強度が均一になるように設計される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４９４５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１３３７７９号公報
【特許文献３】特開２００２−２９８６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
直下型の面光源装置では、導光板の背後に複数の発光素子が配列される。上面又は下面表面に凹部を形成した導光板では、或る発光素子が発した光の伝搬方向に位置する他の発光素子に対する凹部はその伝搬を妨げる。そのため、例えば、導光板の背後に多数、二次元配列されたＬＥＤをローカルディミング制御する場合、発光するＬＥＤの近傍の他のＬＥＤが消灯されると、発光するＬＥＤから見て消灯されるＬＥＤの背後に影ができ、導光板上面からの発光強度にむらが生じるという問題があった。
【０００７】
また、基板上に取り付けられたＬＥＤを導光板の下面に設けた凹部に収納する図１３に示した構成では、導光板がＬＥＤの発熱等により膨張すると、基板上に取り付けられたＬＥＤ配列の間隔と導光板における凹部の間隔とに差が生じる。その結果、導光板の上面及び下面の凹部の位置とＬＥＤの位置との間にずれが生じる。図１５は、図１３に示す構造にて当該ずれが生じた状態を模式的に示す垂直部分断面図である。この図では、導光板２が熱膨張した結果、凹部８，１０は左側のＬＥＤ（発光素子４）に対しては左側にずれ、右側のＬＥＤ（発光素子４）に対しては右側にずれている。この位置ずれは凹部１０の斜面へのＬＥＤが発した光の入射角を変化させ、その結果、斜面にて全反射条件が満たされない光成分が生じる。つまり、当該光成分は導光板２を透過して、面光源装置の発光強度の均一性を劣化させるという問題があった。
【０００８】
さらに、熱膨張による位置ずれは、発光素子４と下側の凹部８との接触を生じ得るという問題があった。熱膨張による位置ずれは距離が離れる程、累積して大きくなるので、面光源装置が大面積になるほど発光素子４と凹部８との接触が生じるおそれは大きくなり、また当該接触により導光板２や発光素子４等に生じる応力も大きくなって故障の原因ともなり得る。また、この問題を回避するために凹部８の開口面積を大きくすると、上述したローカルディミング時の発光強度のむらが大きくなる。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、ローカルディミング制御や導光板の熱膨張の影響を受けにくい構造とし、好適な発光強度分布が得られる面光源装置、それを用いた液晶表示装置及びテレビジョン受信機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】
【００１０】
本発明に係る面光源装置は、複数の発光素子が配列された素子配列面を有する発光部と、両表面が平坦であり、前記素子配列面に積層され、前記発光素子が入射側表面へ照射した光を内部にて伝搬して前記入射側表面とは反対側の出射側表面から取り出す導光板と、を有し、前記発光部の前記素子配列面は、前記発光素子を収納する複数の凹部を形成され、前記導光板の前記出射側表面は、前記発光素子に対向して位置し当該発光素子から前記出射側表面への光の入射角が臨界角未満となる非全反射領域に、当該光の少なくとも一部を反射する加工を施され、前記導光板の前記入射側表面は、光を拡散反射する加工を施されている。
【００１１】
他の本発明に係る面光源装置においては、前記発光部は、前記発光素子を実装する基板と、前記基板に積層された、表面が光を反射する反射シートと、を備え、前記反射シートは、前記発光素子以上の厚みを有し、前記発光素子の位置に対応して面内に貫通孔を形成しており、当該貫通孔が前記凹部を構成する。
【００１２】
上記本発明に係る面光源装置において、前記導光板は、前記出射側表面及び前記入射側表面の前記加工として、表面に白色反射膜を形成されたものとすることができる。前記入射側表面の前記白色反射膜は、その面密度を前記発光素子からの距離に応じて変えて、前記出射側表面からの発光強度を当該距離によらず一様にするように構成することができる。また、前記出射側表面の前記非全反射領域の前記白色反射膜は、前記発光素子から照射された光の一部を透過し、残りを反射するパターンを有し、前記入射側表面の前記白色反射膜は、その面密度を前記発光素子からの距離に応じて変えて、前記非全反射領域からの透過光を含む前記出射側表面からの発光強度を当該距離によらず一様にするように構成することができる。
【００１３】
上記本発明に係る面光源装置は、前記発光素子を発光ダイオードとすることができる。
【００１４】
別の本発明に係る面光源装置においては、前記非全反射領域に対する前記加工は、前記導光板の熱膨張により前記出射側表面上にて位置が変動する当該非全反射領域を包含する領域に施されている。
【００１５】
本発明に係る液晶表示装置は、上記本発明に係る面光源装置と、前記面光源装置から光を照射されて表示を行う液晶パネルと、を有する。
【００１６】
本発明に係るテレビジョン受信機は、上記本発明に係る液晶表示装置を用いたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る面光源装置、それを用いた液晶表示装置及びテレビジョン受信機によれば、ローカルディミング制御時において発光強度のむらが低減される。導光板が熱膨張しても発光素子との衝突が起こらず、さらに、発光強度の均一性が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態である液晶表示装置の構成を表す模式図である。
【図２】本発明の実施形態である液晶表示装置の垂直断面の一部を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るバックライトユニットを構成する積層体の垂直断面の一部を示す模式的な断面図である。
【図４】発光体から出射された光の導光板の裏面への入射角と導光板の前面への入射角とを示す説明図である。
【図５】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの一例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図６】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図７】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図８】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図９】導光板の前面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の前面の模式的な平面図である。
【図１０】導光板の裏面に形成する白色反射膜のパターンの一例を示す、導光板の裏面の模式的な平面図である。
【図１１】導光板の裏面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の裏面の模式的な平面図である。
【図１２】導光板の裏面に形成する白色反射膜のパターンの他の例を示す、導光板の裏面の模式的な平面図である。
【図１３】従来の直下型の面光源装置の構造を模式的に示す垂直部分断面図である。
【図１４】従来の直下型の面光源装置の他の構造を模式的に示す垂直部分断面図である。
【図１５】図１３に示す構造にて、導光板の熱膨張が生じた状態を模式的に示す垂直部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態である液晶表示装置３０の構成を表す模式図である。
【００２０】
図１に示すように、液晶表示装置３０は、液晶パネル４０、バックライトユニット４２、液晶パネル駆動回路４４、バックライト駆動回路４６及び制御装置４８を備える。液晶パネル駆動回路４４は走査線駆動回路５０と映像線駆動回路５２とを含んでいる。
【００２１】
液晶パネル４０は、透明な一対のガラス基板と、その間に挟まれた液晶と、液晶を挟んだ一対のガラス基板の表示面側及びバックライトユニット側それぞれの表面に貼り付けられた偏光板とを含んだ積層体であり、略矩形の平板形状を有する。
【００２２】
バックライトユニット側のガラス基板（ＴＦＴ基板と呼ぶ）の液晶側の面には、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）が画素配列に対応してマトリクス状に配置される。また、ＴＦＴ基板には複数の映像信号線Ｘと複数の走査信号線Ｙとが互いに直交して形成される。走査信号線ＹはＴＦＴの水平列ごとに設けられ、当該水平列の複数のＴＦＴのゲートに共通に接続される。映像信号線ＸはＴＦＴの垂直列ごとに設けられ、当該垂直列の複数のＴＦＴのソースに共通に接続される。また、各ＴＦＴのドレインには当該ＴＦＴに対応する画素領域に配置された画素電極が接続される。
【００２３】
各ＴＦＴは走査信号線Ｙに印加される走査信号に応じて水平列単位でオン／オフを制御され、オン状態とされた水平列の各ＴＦＴが画素電極を、映像信号線Ｘに印加される映像信号に応じた電位に設定する。液晶パネル４０は各画素電極に設定された電位により画素毎に液晶の配向を制御して、バックライトユニット４２から入射した光に対する透過率を変えることにより表示面に画像を形成する。
【００２４】
なお、表示面側のガラス基板にはカラーフィルタが形成され、画像のカラー表示を可能としている。
【００２５】
バックライトユニット４２は液晶パネル４０の裏面側に配置されている。バックライトユニット４２は、本発明に係る面光源装置であり、液晶パネル４０の裏面に光を照射する。その平面形状は液晶パネル４０に対応して矩形で、またその大きさは液晶パネル４０に相応している。バックライトユニット４２の構成についてはさらに後述する。
【００２６】
走査線駆動回路５０はＴＦＴ基板に形成された複数の走査信号線Ｙに接続されている。走査線駆動回路５０は制御装置４８から入力されるタイミング信号に応じて走査信号線Ｙを順番に選択し、選択した走査信号線ＹにＴＦＴをオンする電圧を印加する。
【００２７】
映像線駆動回路５２はＴＦＴ基板に形成された複数の映像信号線Ｘに接続されている。映像線駆動回路５２は走査線駆動回路５０による走査信号線Ｙの選択に合わせて、当該選択された走査信号線Ｙに接続されるＴＦＴのそれぞれに、各画素の階調値を表す映像信号に応じた電圧を印加する。これにより、選択された走査信号線Ｙに対応する画素に映像信号が書き込まれる。これはラスター画像の水平走査に相当する。ちなみに、上述の走査線駆動回路５０の動作は垂直走査に相当する。
【００２８】
バックライト駆動回路４６は、制御装置４８から入力される発光制御信号に応じたタイミングや輝度でバックライトユニット４２に配列される複数のＬＥＤを発光させる。バックライト駆動回路４６は、ＬＥＤの駆動電圧を供給するＬＥＤ駆動回路の他、ＬＥＤに供給される電流が発光制御信号で指示された輝度に応じた大きさであるかをモニタしフィードバック制御する回路も含む。
【００２９】
制御装置４８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算処理回路、及びＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリを備えている。制御装置４８は映像データを入力される。映像データは、液晶表示装置３０がテレビジョン受信機を構成する場合には、不図示のアンテナやチューナで受信される。また、映像データは映像再生装置など別の装置からも入力され得る。制御装置４８はＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することにより各種の処理を実行する。具体的には、制御装置４８は当該映像データに対して色調整などの各種の画像信号処理を行って各画素の階調値を示す映像信号を生成し、当該映像信号を映像線駆動回路５２へ出力する。また、制御装置４８は入力された映像データに基づいて、映像線駆動回路５２、走査線駆動回路５０及びバックライト駆動回路４６が同期を取るためのタイミング信号を生成し、各駆動回路に向けて出力する。また、制御装置４８はバックライト駆動回路４６への発光制御信号としてタイミング信号の他、入力された映像データに基づいてＬＥＤの輝度を制御するための信号を生成する。
【００３０】
図２は、液晶表示装置３０の垂直断面の一部を示す模式的な断面図である。バックライトユニット４２は、ＬＥＤ基板６０、反射シート６２、導光板６４、及び光学シート群６６が重ね合わされた積層体７０と、それらを中に収納する箱形（不図示）の枠であるフレーム７２とを含んで構成される。バックライトユニット４２の前面に液晶パネル４０が重ねられる。
【００３１】
バックライトユニット４２は直下型であり、ＬＥＤ基板６０の導光板６４側の表面に複数のＬＥＤ素子７４が例えば、マトリクス状の配置で実装される。ＬＥＤ素子７４のパッケージは上面発光型であり、上面（導光板６４に対向する面）に発光体８０が埋設される。例えば、発光体８０は、青色ＬＥＤチップとその上を封止する黄色蛍光体とからなる擬似白色方式の構成を有し、ＬＥＤの青色光と当該ＬＥＤ光により励起された蛍光体が放射する黄色光とを混色して白色を得る。
【００３２】
ＬＥＤ基板６０は例えば、液晶パネル４０のガラス基板と同様に低熱膨張の素材からなり、一例として、ガラスエポキシ基板を用いることができる。ＬＥＤ基板６０にはＬＥＤ素子７４に電源を供給する導体パターンが形成される。例えば、ローカルディミング制御を可能とするために、ＬＥＤ基板６０はＬＥＤ素子７４を個々に、又はＬＥＤ素子７４の二次元配列を複数の領域に分割して当該領域毎に駆動できる導体パターンを備える。
【００３３】
反射シート６２は、表面が光を反射する性質を備えたシート状の部材であり、ＬＥＤ基板６０、ＬＥＤ素子７４と共に、導光板６４の背後に位置し複数の発光素子が配列された素子配列面を有する発光部７６を構成する。具体的には、反射シート６２はＬＥＤ基板６０のＬＥＤ素子７４を実装する側の面上に載置、又は貼り付けられる。
【００３４】
反射シート６２にはＬＥＤ基板６０上でのＬＥＤ素子７４の位置に対応して複数の貫通孔７８が形成される。反射シート６２がＬＥＤ基板６０に積層された状態にて、当該貫通孔７８は発光部７６のＬＥＤ素子７４が配列される面に凹部を形成し、ＬＥＤ基板６０に取り付けられたＬＥＤ素子７４は当該貫通孔７８内に収納される。すなわち、反射シート６２の厚みは、発光部７６での反射シート６２の表面が、ＬＥＤ基板６０に実装されたＬＥＤ素子７４の上面以上の高さとなるように設定される。例えば、ＬＥＤ素子７４の厚みは１ｍｍ以下とすることができる。例えば、反射シート６２は、発泡基体表面に金属膜を被着したり、超微細発泡反射板を用いたりすればＬＥＤ素子７４より厚くすることができる。
【００３５】
なお、貫通孔７８の開口は、ＬＥＤ素子７４の平面形状より大きく設定される。その際、ＬＥＤ基板６０と反射シート６２との熱膨張の差を考慮して、ＬＥＤ素子７４と貫通孔７８の側面との間に間隙を設けることができる。一方、反射シート６２による反射効率を確保する観点からは貫通孔７８の開口は小さい方が良い。また、二次元配列の１個所に複数個のＬＥＤ素子７４を配置する場合には、貫通孔７８はその１個所に複数個のＬＥＤ素子７４をまとめて収納するものとしてもよい。ＬＥＤ素子７４が直線に沿って狭い間隔で配列される場合には、貫通孔７８として当該直線に沿った細長い溝を設定することもできる。
【００３６】
発光部７６はその前面に導光板６４を配置され、ＬＥＤ素子７４から導光板６４へ光を照射すると共に、導光板６４の裏面から漏れ出る光を反射シート６２で反射して導光板６４へ戻し、バックライトユニット４２の発光効率を向上させる。
【００３７】
導光板６４は例えば、アクリルやポリスチレン、ポリカーボネートといった透明樹脂で形成された平板である。導光板６４は基本的に一様な厚みで、かつ両面は平坦である。ここで、平坦であるとは、上述した従来の導光板２に設けられる凹部８，１０のような比較的大きな凹凸がないことを意味する。
【００３８】
導光板６４の裏面は発光部７６から光を入射される面（入射側表面）であり、前面は液晶パネル４０へ光を出射する面（出射側表面）である。導光板６４は裏面から入射したＬＥＤ光を前面と裏面とで全反射を繰り返して、面に沿った方向に伝搬させると共に、裏面側には前面から一様な強度で光が出射するように拡散反射を起こさせる構造を備える。
【００３９】
光学シート群６６は、導光板６４の表面から出射される光を拡散して発光面内での光強度の均一性を向上させる拡散シートや、拡散シートから前面の様々な方向へ出射される光を面に垂直な方向を中心として集光させて発光面正面における輝度を向上させるプリズムシートを含む。
【００４０】
図３はバックライトユニット４２を構成する積層体７０の垂直断面の一部を示す模式的な断面図である。図３は１つのＬＥＤ素子７４とその近傍領域を拡大して示している。図３のＬＥＤ素子７４はその上面の中心に発光体８０を備え、当該発光体８０は実質的に点光源である。すなわち、発光体８０からの発光は当該発光体８０を中心として放射状に広がる。図４は発光体８０から出射された光８２の導光板６４の裏面８４（入射側表面）への入射角θＢと導光板６４の前面８６（出射側表面）への入射角θＦとを示す説明図である。裏面８４への入射角θＢは発光体８０の直上点ＣＢで０°であり、この裏面８４上の点の直上点ＣＢからの距離ｒが大きくなるほど当該点での入射角θＢは大きくなる。また、ＬＥＤ素子７４からの光が裏面８４へ入射する際の入射角θＢが小さいほど、当該光が導光板６４に入射した後、前面８６へ入射する際の入射角θＦも小さくなる。つまり、裏面への入射角θＢが所定角度（αとする）より小さいと、それに対応した前面８６への入射角θＦは臨界角θＭ未満となり、全反射条件を満たさず前面８６から導光板６４の外へ透過する成分が生じる。
【００４１】
前面８６にてそのような全反射条件を満たさない領域（非全反射領域）は、点光源である発光体８０の正面の位置ＣＦを中心とする円形内となる。非全反射領域では発光体８０からの光が直接に導光板６４を透過して液晶パネル４０側へ出射される。そのため、非全反射領域の外側に位置し裏面側の拡散反射で発光する全反射領域に比べて、非全反射領域からは高い輝度での発光が生じ、面内の発光強度の一様性が損なわれる不都合が生じる。これを防ぐために導光板６４は非全反射領域に入射光の少なくとも一部を反射する加工を施されている。本実施形態では当該加工として、白色反射膜９０を導光板６４の前面に印刷により形成する。白色反射膜９０は非全反射領域への入射光を高い拡散反射率で反射して導光板６４に戻し、これにより、例えば、裏面８４及び前面８６での全反射によって導光板６４内を伝搬する成分が生成される。
【００４２】
なお、発光体８０と導光板６４の裏面８４との距離が小さいほど非全反射領域は小さくなり、白色反射膜９０の面積を小さくできる。この観点からは、発光体８０を導光板６４の裏面８４に密接して配置させることが好適である。そのために例えば、ＬＥＤ素子７４の上面の高さと反射シート６２の表面の高さとを同じとすることができる。
【００４３】
図５〜図９は、導光板６４の前面の模式的な平面図であり、白色反射膜９０のパターンの例を示している。各図において斜線部が白色反射膜９０の形成領域である。図５に示すパターンでは、非全反射領域の全体に白色反射膜９０が形成される。図５に示すパターンを採用したバックライトユニット４２では、導光板６４の前面における非全反射領域の周囲の領域から非全反射領域の側へ斜めに出射される光が光学シート群６６を介して、非全反射領域に対向する液晶パネル４０へ向けて出射される。周囲から非全反射領域の前方への入射光量は、導光板６４の裏面側での散乱反射の面内強度分布の調整により変化させることができる。
【００４４】
ここで、図５に示すパターンにおいて例えば、非全反射領域の直径が大きい場合などには当該調整によっては非全反射領域に対応する部分からの発光量を確保できず、バックライトユニット４２全体にて当該部分が暗くなることもある。この場合には、ＬＥＤ素子７４から非全反射領域に入射する光の一部を白色反射膜９０で導光板６４内へ散乱反射させ、残りは導光板６４の外へ透過させる構成とすることができる。当該構成では例えば、非全反射領域の一部領域だけに白色反射膜９０が形成される。図６〜図９はこの非全反射領域の一部領域だけに白色反射膜９０を形成するパターンの例である。非全反射領域に対応する部分からの発光部７６の発光量は、白色反射膜９０を形成しない領域の割合を大きくすることで増加でき、当該発光量がバックライトユニット４２全体の発光強度が一様となるように白色反射膜９０の形成領域が設計される。その際、白色反射膜９０の形成領域又は非形成領域は非全反射領域内に分散して配置することが好適である。
【００４５】
なお、ＬＥＤ素子７４から非全反射領域に入射する光の一部を透過させる構成は、上述した非全反射領域の一部領域のみに白色反射膜９０を形成するものの他に、例えば、白色反射膜９０の膜厚を薄くしたり素材を変えたりして非全反射領域に形成する散乱反射膜自体に或る程度の透過性を持たせることによっても可能である。また、導光板６４の表面に微細な凹凸を多数形成し表面粗さを調節することで、ＬＥＤ素子７４からの光の一部を散乱し残りを透過させることが可能である。この粗くした表面を非全反射領域全体に形成してもよい。また、非全反射領域の一部領域に白色反射膜９０を形成しない上述の構成にてその白色反射膜９０を形成しない領域の表面を粗くして、散乱反射を得ると共に透過光も散乱させる構成とすることもできる。
【００４６】
上述の加工は前面８６の非全反射領域を包含する領域、つまり非全反射領域より広い範囲に施してもよい。具体的には、発光体８０を基準として所定の位置関係を有する非全反射領域は、導光板６４の熱膨張により前面８６内でずれる。そこで、白色反射膜９０の形成等の加工を施す範囲は、導光板６４の熱膨張により前面８６上にて位置が変動する非全反射領域を包含する領域に設定することができる。この熱膨張に対する非全反射領域の包含領域は、発光部７６に二次元配列される各ＬＥＤ素子７４の位置での導光板６４の熱膨張による移動幅及び方向を考慮して設定できる。ちなみに例えば、導光板６４をその中心が発光部７６に対して移動しないようにフレーム７２に支持すれば、当該中心に近いＬＥＤ素子７４ほど非全反射領域の包含領域は小さく設定される。
【００４７】
ここまで、導光板６４の出射側表面に施す加工について述べた。一方、導光板６４の入射側表面は既に述べたように、出射側表面から一様な強度で光が出射するように拡散反射を起こさせる構造を備える。本実施形態では、入射側表面に施す加工により当該構造を形成する。具体的には当該加工として白色反射膜９２を導光板６４の裏面８４に印刷により形成する。白色反射膜９２は前面８６に形成する白色反射膜９０と同様、入射光を高い拡散反射率で反射して導光板６４に戻す。白色反射膜９２は、前面８６からの発光強度が一様になるパターンに形成される。図１０〜図１２は、導光板６４の裏面の模式的な平面図であり、白色反射膜９２のパターンの例を示している。
【００４８】
白色反射膜９２は、その面密度を発光体８０の直上点ＣＢからの距離に応じて変えて形成される。図３に示す光線９４はＬＥＤ素子７４から前面８６への入射する光線のうち入射角θＦが臨界角θＭとなる光線であり、また点ＰＢは光線９４が前面８６で反射されて最初に裏面８４に入射する点である。ここでは、裏面８４の点ＰＢよりも遠くの領域を外側領域９６、点ＰＢよりも近くの領域を内側領域９８と呼ぶことにする。
【００４９】
入射角θＦが臨界角θＭより大きい光線は裏面８４上の外側領域９６を照らす。前面８６の非全反射領域に形成した白色反射膜９０からの散乱反射光は考えに入れず、入射角θＦが臨界角θＭより大きい光だけを考えれば、外側領域９６に対向する発光部７６の前面から一様な強度分布の発光を得るには、点ＰＢからの距離が大きいほど白色反射膜９２の面密度を大きくして散乱反射の強度を上げる必要がある。図３及び図１０に示す例では、外側領域９６に白色反射膜９２としてドットを分布させたドットパターン９２ｄを形成している。この場合、点ＰＢからの距離が大きいほどドットを大きくしたり、ドットの分布密度を高くしたりすることで、点ＰＢからの距離が大きいほど白色反射膜９２の面密度を大きくすることができる。
【００５０】
非全反射領域に形成した白色反射膜９０が外側領域９６に与える影響は点ＰＢからの距離が大きいほど小さくなる。すなわち、白色反射膜９０からの散乱反射光の強度は点ＰＢからの距離が大きいほど弱くなる。
【００５１】
裏面８４上の内側領域９８は前面８６の白色反射膜９０からの散乱反射光で照らされ、これを前面８６から出射させるために、図３及び図１０に示す例では内側領域９８には白色反射膜９２としてパターン９２ｉが形成される。点光源である発光体８０に対するパターン９２ｉは図１０に示すように中心部が空いたドーナツ形状に形成される。当該中心部には、発光体８０から導光板６４への光の入射を妨げないために白色反射膜９２を形成しない領域を設ける必要がある。なお、内側領域９８のうち白色反射膜９０の縁の直下から内側により深く入った点ほど、当該点での散乱反射光は内側領域９８に対向する前面８６の発光強度に寄与しにくくなる。よって、パターン９２ｉの内側の縁の位置は、これらの観点での利害得失を考慮して設定される。
【００５２】
図１０に示すパターン９２ｉはドーナツ形状の領域全体に白色反射膜９２を形成しているが、パターン９２ｉの形成密度は、当該領域に対応する前面８６での発光強度が他の部分と同レベルとなるように調整することができる。例えば、パターン９２ｉとしてドットパターンを形成する場合には、その形成密度は、外側領域９６と同様、ドットの分布密度やドットの大きさで調節することができる。例えば、図１１に示す構成では、ドーナツ形状に白色反射膜９２からなるドットパターン１００を形成する。また、図１２に示す構成では、内側のドーナツ形状のドットパターン１０２よりも外側のドーナツ形状のドットパターン１０４が形成する白色反射膜９２の面密度を低く設定しており、このように内側領域９８内、又は内側領域９８から外側領域９６の一部にかけて面密度に段階的変化又は連続的階調を設定してもよい。
【００５３】
一方、内側領域９８に形成するパターン９２ｉの密度を下げると、内側領域９８から前面８６の非全反射領域の前方へ入射する散乱反射光の量が少なくなる。これによる非全反射領域の前方での発光強度の低下は、白色反射膜９０を図６〜図９のような一部の光を透過させるパターンとし、当該透過光により補うことができる。
【００５４】
以上、前面８６の白色反射膜９０のパターン設定と、裏面８４の外側領域９６及び内側領域９８の白色反射膜９２のパターン設定とに関する事項を定性的に説明した。その内容から理解されるようにそれらパターンは、発光部７６の発光の面内強度分布を設定する上で互いに影響を及ぼす。また、導光板６４の材質・厚みや白色反射膜９０，９２の散乱特性などの種々の要因がそれらパターンの決定に際して影響を及ぼす。白色反射膜９０，９２のパターンはこれらを考慮に入れて、発光部７６の面発光強度が一様になるように設定される。具体的には、それらのパターンは例えば、計算機を用いたシミュレーションを実行することにより好適に設定することができる。
【００５５】
なお、上述の実施形態では、発光部７６に搭載する発光素子は点光源である発光体８０を備えたＬＥＤ素子７４としたが、線状の光源であってもよく、またＬＥＤ以外の発光素子であってもよい。例えば、発光部７６の表面に反射シート６２の開口部等によって、線状の溝を形成し、この内部にＣＣＦＬを収納した構成とすることもできる。
【００５６】
上述した液晶表示装置３０は、外部機器と接続されて使用されるように構成される他、例えば、テレビジョン受信機やパソコンに組み込まれて使用される。テレビジョン受信機は画像表示部として液晶表示装置３０を備え、その他、チューナー、外部機器インターフェース回路、各種信号処理回路、スピーカーなどを備える。
【符号の説明】
【００５７】
３０ 液晶表示装置、４０ 液晶パネル、４２ バックライトユニット、４４ 液晶パネル駆動回路、４６ バックライト駆動回路、４８ 制御装置、５０ 走査線駆動回路、５２ 映像線駆動回路、６０ ＬＥＤ基板、６２ 反射シート、６４ 導光板、６６ 光学シート群、７０ 積層体、７２ フレーム、７４ ＬＥＤ素子、７６ 発光部、７８ 貫通孔、８０ 発光体、８４ 裏面、８６ 前面、９０，９２ 白色反射膜、９６ 外側領域、９８ 内側領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子が配列された素子配列面を有する発光部と、
両表面が平坦であり、前記素子配列面に積層され、前記発光素子が入射側表面へ照射した光を内部にて伝搬して前記入射側表面とは反対側の出射側表面から取り出す導光板と、
を有し、
前記発光部の前記素子配列面は、前記発光素子を収納する複数の凹部を形成され、
前記導光板の前記出射側表面は、前記発光素子に対向して位置し当該発光素子から前記出射側表面への光の入射角が臨界角未満となる非全反射領域に、当該光の少なくとも一部を反射する加工を施され、
前記導光板の前記入射側表面は、光を拡散反射する加工を施されていること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の面光源装置において、
前記発光部は、
前記発光素子を実装する基板と、
前記基板に積層された、表面が光を反射する反射シートと、
を備え、
前記反射シートは、前記発光素子以上の厚みを有し、前記発光素子の位置に対応して面内に貫通孔を形成しており、当該貫通孔が前記凹部を構成すること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の面光源装置において、
前記導光板は、前記出射側表面及び前記入射側表面の前記加工として、表面に白色反射膜を形成されていること、を特徴とする面光源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の面光源装置において、
前記入射側表面の前記白色反射膜は、その面密度を前記発光素子からの距離に応じて変えて、前記出射側表面からの発光強度を当該距離によらず一様にすること、を特徴とする面光源装置。
【請求項５】
請求項３に記載の面光源装置において、
前記出射側表面の前記非全反射領域の前記白色反射膜は、前記発光素子から照射された光の一部を透過し、残りを反射するパターンを有し、
前記入射側表面の前記白色反射膜は、その面密度を前記発光素子からの距離に応じて変えて、前記非全反射領域からの透過光を含む前記出射側表面からの発光強度を当該距離によらず一様にすること、を特徴とする面光源装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の面光源装置において、
前記発光素子は、発光ダイオードであること、を特徴とする面光源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の面光源装置において、
前記非全反射領域に対する前記加工は、前記導光板の熱膨張により前記出射側表面上にて位置が変動する当該非全反射領域を包含する領域に施されていること、を特徴とする面光源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の面光源装置と、
前記面光源装置から光を照射されて表示を行う液晶パネルと、
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項８に記載の液晶表示装置を用いたテレビジョン受信機。
【請求項１】
複数の発光素子が配列された素子配列面を有する発光部と、
両表面が平坦であり、前記素子配列面に積層され、前記発光素子が入射側表面へ照射した光を内部にて伝搬して前記入射側表面とは反対側の出射側表面から取り出す導光板と、
を有し、
前記発光部の前記素子配列面は、前記発光素子を収納する複数の凹部を形成され、
前記導光板の前記出射側表面は、前記発光素子に対向して位置し当該発光素子から前記出射側表面への光の入射角が臨界角未満となる非全反射領域に、当該光の少なくとも一部を反射する加工を施され、
前記導光板の前記入射側表面は、光を拡散反射する加工を施されていること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の面光源装置において、
前記発光部は、
前記発光素子を実装する基板と、
前記基板に積層された、表面が光を反射する反射シートと、
を備え、
前記反射シートは、前記発光素子以上の厚みを有し、前記発光素子の位置に対応して面内に貫通孔を形成しており、当該貫通孔が前記凹部を構成すること、
を特徴とする面光源装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の面光源装置において、
前記導光板は、前記出射側表面及び前記入射側表面の前記加工として、表面に白色反射膜を形成されていること、を特徴とする面光源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の面光源装置において、
前記入射側表面の前記白色反射膜は、その面密度を前記発光素子からの距離に応じて変えて、前記出射側表面からの発光強度を当該距離によらず一様にすること、を特徴とする面光源装置。
【請求項５】
請求項３に記載の面光源装置において、
前記出射側表面の前記非全反射領域の前記白色反射膜は、前記発光素子から照射された光の一部を透過し、残りを反射するパターンを有し、
前記入射側表面の前記白色反射膜は、その面密度を前記発光素子からの距離に応じて変えて、前記非全反射領域からの透過光を含む前記出射側表面からの発光強度を当該距離によらず一様にすること、を特徴とする面光源装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の面光源装置において、
前記発光素子は、発光ダイオードであること、を特徴とする面光源装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の面光源装置において、
前記非全反射領域に対する前記加工は、前記導光板の熱膨張により前記出射側表面上にて位置が変動する当該非全反射領域を包含する領域に施されていること、を特徴とする面光源装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１つに記載の面光源装置と、
前記面光源装置から光を照射されて表示を行う液晶パネルと、
を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項９】
請求項８に記載の液晶表示装置を用いたテレビジョン受信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１８２０２３（Ｐ２０１２−１８２０２３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４４３９８（Ｐ２０１１−４４３９８）
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１日（２０１１．３．１）
【出願人】（５０６０８７８１９）パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 (443)
【Ｆターム（参考）】
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