JP2009048791A - バックライト及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源からの光の利用効率が高く、消費電力が低減でき、色度や輝度のむらが少なく、厚さも過大になることがない、バックライト及び表示装置を提供すること。
【解決手段】ＬＥＤ基板上に３原色のＬＥＤを、２次元方向に連続した正三角形の頂点をなす格子点ごとに各ＬＥＤを離散的に配置し、第１の色のＬＥＤの任意の１個に対して、その周囲を隣接して囲む６個の前記格子点には、第２の色のＬＥＤと第３の色のＬＥＤとをそれぞれ１２０°の方向をなして交互に配置し、第１の色のＬＥＤの正面に配置した拡散板の表面位置より垂直方向に射出する光の強度、同じ表面位置より同じ方向に射出する前記第２の色のＬＥＤの光の強度、同じく第３の色のＬＥＤの光の強度の比率が、各色が混合されてほぼ白色光と認識される範囲内の強度比率になるように、格子点間の距離に対するＬＥＤと拡散板との最小距離を定めたこと。
【選択図】 図１

Description

本発明はカラーテレビ等の液晶表示装置に使用するＬＥＤを用いた白色のバックライトおよびそのバックライトを備えた表示装置に関する。更に詳細には、三原色の多数のＬＥＤを表示装置の背後の、表示装置と平行な面上に配置して白色の照明光を得るためのバックライトと、それを備えた表示装置に関する。

カラー液晶表示パネルのような、多数の画素の各々に微細なカラーフィルタを配置し各画素の透過光を液晶層に印加する電圧によって制御するタイプの表示装置の背景光源として用いられるバックライトは、古くから白色発光する冷陰極蛍光管が用いられて来たが、近年これに代わりＬＥＤが実用化されつつある。ＬＥＤバックライトにおいては、１個で完全な白色光を発光する素子がないため、個々に３原色のいずれかである、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）を発光するＬＥＤ素子を平面的に配列し、光拡散板等を併用し、それらを混色させて色度むらや輝度むらの少ない均一な白色発光面を得る工夫、ＬＥＤの発光を有効利用する工夫、更にバックライトを薄型にする工夫が種々行われてきた。それらに関する従来例を紹介する。

ＬＥＤバックライトの従来例１を、図５、６を用いて説明する。本例は最も素朴であると考えられる。図５は従来例１のＬＥＤの配置を示す部分平面図であって、多数のＬＥＤ２（赤色を発光するＬＥＤ２Ｒ、緑色を発光するＬＥＤ２Ｇ、青色を発光するＬＥＤ２Ｂをほぼ同数ずつ含む）はＬＥＤ基板１の平面上の、正方形の頂点をなす各格子点上に１個ずつ配置実装されている。ＬＥＤ基板１に平行して、その手前側には拡散板と液晶表示パネルが配置されるが図示を省略してある。

図６はバックライトの従来例１の部分断面図である。ＬＥＤ２の発光面（上面）から所定の距離Ｈだけ離して拡散板３が配置され、拡散板３を透過した光の方向による分布強度を更に調整するための、プリズムシート等の光学シート４が近接して配設されている。光学シート４の更に上方にはバックライトが照明する対象である液晶表示パネルがあるが、図示を省略されている。拡散板３の拡散性を強くするほど、またＬＥＤ発光面との距離Ｈを増すほど混色性が良くなり、拡散板全面での色むらと強度むらが少ないバックライトが得られやすくなる。

他の従来例について、下記特許文献に記載されたものについて説明する。
特開平０８−２１１３６１号公報（図３：従来例２とする。） 特開２００５−１１５１３１号公報（図１：従来例３とする。） 特開２００５−１１７０２３号公報（図２４：従来例４とする。）

図７は従来例２のバックライトにおけるＬＥＤ基板１上のＬＥＤ２の配置を示した、図５と同様な部分平面図である。本例においては、３色のＬＥＤ２Ｒ、ＬＥＤ２Ｇ、ＬＥＤ２Ｂが照明のために必要な全面に密集配置されている。これらＬＥＤ群の上方にはやはり適宜な特性を有する拡散板（図示せず）を配置する。

図８は従来例３のバックライトにおけるＬＥＤ基板１上のＬＥＤ２の配置を示した、図５と同様な部分平面図である。本例においては、３色のＬＥＤ２Ｒ、ＬＥＤ２Ｇ、ＬＥＤ２Ｂが１個ずつ密接し、それらを１組として、各組が基板１の格子点上に離散的に（距離を置いて）配置されている。これらＬＥＤ群の上方にも適宜な特性を有する拡散板（図示せず）を配置する。

図９は従来例４のバックライトの要部を示す部分平面図である。ＬＥＤ基板１には３原色のＬＥＤ２が離散的に配列されている。この配列は例えば従来例１のようであっても良いが、図９の如くでもよい。（緑色ＬＥＤの個数を人の視感度に合わせて２倍としている。なお、隣接するＬＥＤ列間でのＬＥＤの色のずらし方は特許文献３に記載がないので推測で補ってある。）これらＬＥＤ２の色の異なる色の発光は、ＬＥＤ２の上方（手前側）に配置された拡散板３にて混色される。９は調光用ドットパターンであり、遮光剤を含有するインクを拡散板３面に印刷したものである。これは正面からバックライトを見たときＬＥＤ２の発光の指向特性のために、各ＬＥＤ２の位置に玉状の輝度の高い部分（ランプイメージとも言われる）が生じて輝度むらとなることを避けるために設けられている。

上記従来例１（図５、６）のＬＥＤ配置においては、実験的検証によれば、色むら及び輝度むら（殊に色むらが重要である）を低減するためには拡散板の拡散性を高めるか、発光面との距離Ｈを比較的大きく取らねばならない。拡散板の拡散性を高めると発光の利用効率（照明の明るさ）は低下する方向になり、また距離Ｈを大きくするとバックライトを薄型化できないという難点がある。

従来例２（図７）のＬＥＤの密集配置は、拡散板との距離Ｈを比較的小さくしても良い混色が得られやすい長所はあるものの、ＬＥＤの個数が増えるので、バックライトの消費電力や発熱量が大きくなってしまう問題がある。本例を引用した特許文献１では、ＬＥＤを色ごとに時分割駆動することによってその軽減を図っていると思われるが、完全な対策とはなり得ない場合がある。

従来例３（図８）のＬＥＤ配置においては、ＬＥＤの個々の組ごとの混色性は良好となしやすいであろうが、各組の総合発光強度が大きいため、各組の位置に上記ランプイメージが生じて輝度むらができやすいと考えられる。

従来例４（図９）の構成においては、拡散板と適切に配置された調光ドットパターンによって、色度及び輝度のむらは良好に改善される可能性があるが、各ＬＥＤの発光指向特性は、通常その正面（ＬＥＤ基板面に垂直な上方）への発光強度が最大であるような分布を有する。従って、強度の最も強い方向の発光成分が遮光剤を含む印刷パターンによって吸収されてしまい、ＬＥＤの全発光量の利用効率を低下させる欠点がある。

本発明の目的は、これら従来技術の難点を克服し、ＬＥＤ光源からの光の利用効率が高く、消費電力が比較的に低減でき、色度むらと輝度むらが少なく、また厚さが過大になることがない、バックライトの構成及びこれを備えた表示装置を提供することである。

本発明のバックライトは、以下（１）〜（７）の特徴のいずれかを有する。
（１）液晶表示装置等の透過光制御型の表示パネルの視認側と反対の側に設けられるバックライトであって、該バックライトは、前記表示パネルとほぼ平行なＬＥＤ基板上に３色のＬＥＤを所定の基本パターンで離散的に配置すると共に前記バックライトは前記ＬＥＤと前記表示パネルとの間に拡散板を配置したものであり、該所定の基本パターンとは、２次元方向に連続したほぼ正三角形の頂点をなす格子点にそれぞれ前記ＬＥＤが配置されていて、第１の色のＬＥＤの１個に着目したとき、その周囲を最も近接して囲む６個の前記格子点には、第２の色のＬＥＤと第３の色のＬＥＤがそれぞれほぼ１２０°の方向をなして交互に配置されており、更に、前記第１の色のＬＥＤのいずれかの正面の前記拡散板の表面位置より垂直方向に射出する前記第１の色のＬＥＤの光の強度、同じ表面位置より同じ方向に射出する前記第２の色のＬＥＤの光の強度、及び同じ表面位置より同じ方向に射出する前記第３の色のＬＥＤの光の強度の比率が、前記各色が混合されてほぼ白色光と認識される範囲内の強度比率になるように、前記格子点間の距離に対して前記ＬＥＤと前記拡散板との最小距離を定めたことを特徴とする。
（２）前記ＬＥＤの発光面と前記拡散板の下面との距離は、前記第１のＬＥＤの正面の前記拡散板の下面位置に前記第１の色のＬＥＤから到達して前記拡散板から射出する光の強度が、隣接する３個の前記第２の色のＬＥＤから前記下面位置に到達して前記拡散板から射出する光の強度の合計、及び隣接する３個の前記第３の色のＬＥＤから前記下面位置に到達して前記拡散板から射出する光の強度の合計とほぼ等しくなるように設定されていることを特徴とする。
（３）前記拡散板は、前記第１の色のＬＥＤの前記表面位置への延長線と、前記第１の色のＬＥＤに隣接配置されたＬＥＤの、発光指向特性と前記拡散板の透過指向特性を掛け合わせた強度の光線が前記第１の色のＬＥＤの１／３の強度で前記拡散板を透過する発光指向角の延長線との、交差点近傍に配置されることを特徴とする。
（４）上記（１）乃至（３）に加えて、前記各ＬＥＤ間の距離を底辺とし、前記各ＬＥＤの発光面と前記拡散板の下面との距離を高さとする直角三角形における、底辺と斜辺とのなす角度は５５°から７５°の範囲内であることを特徴とする。
（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに加えて、前記各ＬＥＤの各発光面は透明なレンズ板で覆われ、前記レンズ板には前記各発光面に対応してレンズが形成されていることを特徴とする。
（６） 上記（１）乃至（５）のいずれかに加えて、前記各ＬＥＤのうち少なくとも１色のＬＥＤは、それぞれ近接配置された複数の同色のＬＥＤから成り、該複数の同色のＬＥＤの発光強度の重心位置を前記格子点上に定めたことを特徴とする。
（７）また、本発明の表示装置は、上記（１）乃至（６）にいずれかのバックライトを、表示パネルの表示面に対向する対向面に対面させて設けたことを特徴とする。

ＬＥＤ光源からの光の利用効率が高く、消費電力が比較的に低減でき、色度むらと輝度むらが少なく、また厚さが過大になることがない、バックライトの構成とこれを備えた表示装置を提供することができた効果がある。

本発明のバックライトの最良の実施例について、図１〜図４を用いて説明する。
図１は、図示しない液晶表示パネル（の背後）に平行に配置したＬＥＤ基板１上における、多数の３原色のＬＥＤ２（それぞれほぼ同数の、赤色を発光するＬＥＤ２R、緑色を発光するＬＥＤ２G、青色を発光するＬＥＤ２Bより成る）の配置の状態を、一部のみ示した部分平面図である。各ＬＥＤ２は便宜上円形で示されているが（円内の文字は発光色の種類を示す）、ＬＥＤチップ等、立方体や直方体の形態のものでももちろんよい。

図３は配置の端にない任意の１個の中心ＬＥＤ２ａ（例えばＬＥＤ２R）と、その直近に配置されている他の色の３個の隣接ＬＥＤ２ｂ（例えばＬＥＤ２G）との位置関係を示した平面図である。もう１つの色の隣接ＬＥＤ３個も中心ＬＥＤ２ａから同じ距離（円の交点上）にあるが図示を省略されている。破線で示した４個の円の半径は全て等しい。
図１及び図３から明らかなように、本実施例のＬＥＤ配置は以下の特徴を備えている。

（１）異なる色のＬＥＤ２は互いに近接することなく、即ち離散的に配列されている。
各ＬＥＤ２は（好ましくはそれぞれの発光中心点が）、ＬＥＤ基板１の面上の、２次元方向に連続したほぼ正三角形の頂点をなす格子点の上に載るようにそれぞれ１個づつ配置されている。

（２）ＬＥＤ基板の端部に配置されたものを除き、任意の色（第１の色とする）のＬＥＤ２（どの色を選んでもよいが、例えばＬＥＤ２Rとする）に着目すると、その直近の周囲は、３個の第２の色のＬＥＤ２（例えばＬＥＤ２Gとする）と、３個の第３の色のＬＥＤ２（例えばＬＥＤ２Bとする）とに囲まれている。更に、

（３）任意の第１の色のＬＥＤ２（ＬＥＤ２R）に直近の位置にある、第２の色のＬＥＤ２及び第３の色のＬＥＤ２（ＬＥＤ２Ｇ及びＬＥＤ２B）は、第１の色のＬＥＤ２（ＬＥＤ２R）から全て等距離にあり、かつ第１の色のＬＥＤ（ＬＥＤ２R）から見て同じ角度間隔の方向に交互に配置されている。（即ち同色のＬＥＤ２は互いに１２０°の方向間隔をなし、異色のＬＥＤ２同士は６０°の間隔をなしている。）

図２は、図１のＡ−Ａ部分に対応する、本実施例のバックライトの部分断面図である。
２ａは中心ＬＥＤ（この断面の場合はＬＥＤ２R）、２ｂは隣接ＬＥＤ（緑色と青色の２色あるが、この断面の場合はＬＥＤ２Gである。３は拡散板、Ｐは拡散板３上にある直上点で、中心ＬＥＤ２ａの正面（ＬＥＤ基板１に垂直方向の真上）に位置する点である。拡散板３は一般に薄いので、直上点Ｐの断面位置は厚さのどの部分であるとしても大差ないが、一応拡散板３の下面に設定しておく。

拡散板３は混色条件を実現するための重要な部材である。拡散部材は一般的には光拡散性のある透明な部材であり、拡散シートと言われているものと、拡散板と言われているものがある。本実施形態の拡散板３は、上記拡散シートや拡散板、あるいは更に広義の拡散部材を含むものとし、その中から適当な拡散性を持つものを選択して使用する。また単体ではなく、複数の拡散板を積層させる場合もある。このとき、同種のもの、異なる種類のもののいずれでもかまわない。

５ａは垂直発射光で、中心ＬＥＤ２ａから発射されて垂直上方の直上点Ｐに向かう光、５ｂは斜方発射光で、側方ＬＥＤ２ｂから発射されて直上点Pに向かう光である。６ａは垂直発射光５ａが拡散板３を通過してその上面から射出される拡散射出光、６ｂは斜方発射光５ｂが拡散板３を通過してその上面から射出される拡散射出光である。

斜方発射光５ｂは発光強度の分布が弱くなる斜め方向の光であるため１個当たりの強度は小さいが、中心ＬＥＤ２ａに対して３個のＬＥＤ２ｂが３方向からＰ点を照射するので、結果的には拡散板３からの２色の射出光６ａと射出光６ｂの強度がほぼ同等にできる。同様に、他の色の隣接ＬＥＤ２ｂによる拡散射出光６ｂについてもほぼ同等の強度が期待される。結局、ＬＥＤから射出される光の発光強度は各ＬＥＤの発光スペクトルに依存するため、厳密な定義はできないが、直上点Ｐからの拡散射出光の光の強度は３原色全てについてほぼ等しい状態にできるので、各色の発光強度のバランスがよくなり、白色を得ることができる。ここで、直上点Ｐからの拡散射出光の光の強度は３原色全てについてほぼ等しくできると述べたが、光の強度がほぼ等しい状態とは、各色の発光強度のバランスがよく白色光を得られている状態のことであり、必ずしもＬＥＤ各色の発光強度自体が等しいということではないことを意味するものとする。

なお、本実施例では、各色のＬＥＤの特性（発光スペクトル、光束量、指向性、発光効率等）のバランスが良いため、ＬＥＤの数量比を同一に、即ち各格子点に配置される各色のＬＥＤを同数ずつ（図１では１個ずつ）としている。
しかし、異なる発光色を発光する各色のＬＥＤが、必ずしも同等の特性を有するとは限らない。
そこで、ＬＥＤの特性（発光強度または輝度）が発光色によって著しく異なる場合には、ＬＥＤへの電流印加量を異ならせたり、同色のＬＥＤを近接配置して各ＬＥＤの数量比を調整することにより対応する。数量比を変更する場合には、同一発光色の複数のＬＥＤを一組として近接配置させる。そしてその一組のほぼ重心位置を、既述の格子点の上に置く。例えば、ＬＥＤ２Ｇ（緑色）の特性が、他のＬＥＤ２Ｒ、２Ｂ（赤色、青色）の特性に比べて弱いと感じられる場合には、ＬＥＤ２ＲとＬＥＤ２Ｂの配置は図１に示す通りの格子点上とするが、ＬＥＤ２Ｇのみは、例えば近接させた２個を一組とし、それらの中点を、正三角形の第３番目の頂点である格子点の上に置くようにするとよい。なお、複数のＬＥＤを近接配置するかわりに、複数の発光素子が１つのパッケージ内に搭載されたＬＥＤを用いてもよい。

続いて、本実施例のバックライトの作用を、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施例における作用を詳細に説明するためのバックライトの要部の部分断面図である。任意の中心ＬＥＤ２ａと１個の隣接ＬＥＤ２ｂとの関係を示している。
中心ＬＥＤ２ａからの垂直発射光５ａは拡散板３の（下面の）直上点Ｐに到達し、拡散板３を通過して、図２に示したのと同様に広い角度に分布する拡散射出光となる。８はレンズ板で、各ＬＥＤ２の発光の指向性を調整する目的で各ＬＥＤ２ごとにその上面に設置されたレンズを設けた透明な部材である。その役割は、例えば以下のようである。ＬＥＤ２の配置間隔と拡散板３配置位置の関係がＬＥＤ発光面から拡散板３までの距離に対してＬＥＤ配置間隔が広くなった場合、小型ＬＥＤを使用してＬＥＤ配置間隔が狭くなった場合、発光強度指向特性がそれぞれ異なっているＬＥＤを使用する場合がある。これらの場合、レンズ板８よってＬＥＤ２の発光の指向性を調整することにより、３原色を所定の比率で混合させることができる。また、ＬＥＤの数量比が異なっている際に複数のＬＥＤを近接配置した場合には、レンズ板８によって、近接した複数のＬＥＤから射出された光を、１つのＬＥＤから射出された光のように調整できる。なお、レンズ板８は補助的に用いられる部材であり、必須の構成部材ではない。

次に、上記のとおり構成されたバックライトユニットの輝度について説明する。拡散板３から射出する光は、拡散板３の拡散特性によって様々な方向へ拡散されるが、理解を容易にするために、ここでは、任意の方向から直上点Ｐ（厳密には拡散光の射出点であるが、Ｐ点で代用する）を眺めたときの輝度（目に到達する光の強度）、つまり、拡散部材１０から直上に向う光の輝度を用いて説明する。

中心ＬＥＤの拡散射出光の垂直成分６ａｈの長さは、中心ＬＥＤ２ａの垂直上方からバックライトを眺めたときのＰ点直上の輝度を表す。
１個の隣接ＬＥＤ２ｂからＰ点に向かう斜方発射光５ｂ（点線）の、拡散板３に到達し拡散板３から直上に向う光の中心ＬＥＤ２ａの垂直上方から眺めたときの輝度を、隣接ＬＥＤの拡散射出光の垂直成分６ｂｈの長さとする。

隣接ＬＥＤ２ｂは中心ＬＥＤ２ａの周囲に等距離で３個ある（ＬＥＤ配置の端部を除く）ので、１個の隣接ＬＥＤからの拡散射出光の垂直成分６ｂｈの長さが中心ＬＥＤの拡散射出光の垂直成分６ａｈの長さの１／３であるとき、垂直上方からバックライトを眺めた中心ＬＥＤ２ａの色の輝度と、隣接ＬＥＤ２ｂの色の輝度とはほぼ等しくなる。この関係は残りの第３の色の輝度についても自動的に成り立つので、混色されて観察者には白色光が視認されることになる。

上記の関係、即ち白色光が認識される条件（混色条件とする）が実現するＨ（拡散板３の発光面上の設置高さ）には最小距離が存在する。この高さはまた最適距離でもある。即ち、拡散板３位置がこの最小距離より低い位置にあるときは中心ＬＥＤの色が目立つが、逆に高い位置にあるときは混色状態の変化は少ない。上記最小距離が最適である理由は、この最小距離に拡散板３を設置することにより、バックライトの厚さを最も薄くなし得ることにある。

上記の混色条件が成立する最小距離がＨである。なお、拡散板３の配置高さＨは多少前後してもかまわない。例えば、輝度や色度の均一性要求特性に余裕があるのであれば、高さＨを小さくしてさらに薄型のバックライトが実現できる。また、バックライトの厚み寸法に余裕があるのであれば、高さＨを大きくして輝度や色度の均一性をさらに向上させることができる。これらの関係はＬＥＤの搭載間隔や、ＬＥＤと拡散板の指向特性なども考慮し適宜選択すれば良い。

上記の混色条件はまた近似的に、隣接ＬＥＤ２ｂから直上点Ｐに到達して拡散板から射出される光の強度が、中心ＬＥＤ２ａから点Ｐに到達する光の強度の１／３であることと表現することができる。つまり、ＬＥＤ２ａの発光面と拡散板３の下面との距離Ｈは、ＬＥＤ２ａ正面の前記拡散板３の下面位置（Ｐ点）にＬＥＤ２ａから到達して拡散板３から射出する光の強度６ａｈが、隣接する３個のＬＥＤ２ｂから下面位置（Ｐ点）に到達して拡散板３から射出する光の強度６ｂｈの合計、及び隣接するＬＥＤ２ｃ（図示せず）から前記下面位置（Ｐ点）に到達して拡散板３から射出する光の強度の合計とほぼ等しくなるように設定する。但し、各ＬＥＤの発光の指向特性が狭くないこと、拡散板３の拡散特性の方向によるむらが小さいこと、また拡散板３に斜方から入射する光に対しても、垂直入射光と同様な拡散が得られること等が好ましい。

隣接ＬＥＤ２ｂから点Ｐに到達する光の強度が上記１／３となるときの、図４における角度α（斜方発射光のＬＥＤ基板面に対する傾角）の範囲は、本実施例による実験結果によれば、約５５°〜７５°であった。

図１０は、本実施例１における、発光面と拡散板の間の高さＨに対する輝度均一性の実測値を示す図である。一般に、バックライトの輝度均一性は８０％以上が要求されている。
図１０に示すとおり、高さＨが２５ｍｍの際に、輝度均一性が９０%となった。なお、実験における格子点の間隔（格子点の作る正三角形の辺長）は １０ｍｍであり、このときの角度αは約６９°となった。
本実験結果は、本実施例（即ち本発明）においては、比較的低い高さＨを有する薄型のバックライトにおいて満足すべき輝度の均一性が、分散配置されたＬＥＤによって、発光を何らロスすることなく得られることを示すものである。

さらに、本実施例のＬＥＤ配置を適用したバックライトにおける高さＨの最小値を定める他の方法を検討した。この検討結果を、図１１〜図１３を用いて示す。
図１１は、本実施形態における、ＬＥＤのＬＥＤ発光指向角（拡散板の法線に対する角度をとったので、図４の角度αとは９０°異なる）に対する発光強度の指向特性（ＬＥＤの直上を１．０とした相対値）の実測値を示す図である。
図１２は、本実施形態における、光線が任意の発光指向角をもって拡散板へ入射したときの拡散板の法線に対する入射角と、この光線が拡散部材を透過して出射面から法線方向に出射するときの光線透過率の実測値を示す図である。
図１３は、図１１と図１２に示す数値を掛け合わせてプロットした図で、ＬＥＤの拡散板下面に任意の角度で入射した光線が拡散板を透過し、その法線方向へ射出する場合の光の相対的な強度を示す図になっている。

本実施形態のＬＥＤ配置は、図１１〜図１３に示す検証結果から、ＬＥＤの指向特性よりもむしろ拡散板の指向特性が、輝度均一性に強く影響することが判明した。
図１１に示すとおり、ＬＥＤの指向特性は、直上（０°）に向う光の強度が最も強く、角度が増加するにしたがって強度が低下してゆく。また、図１２に示すとおり、拡散板の指向特性は、０°から３０°にかけて急激に低下し、３０°以上になると緩やかに低下していく。さらに、図１１と図１２に示されている数値を掛け合わせると図１３に示されているグラフとなる。このことは、拡散板の指向特性がバックライトの指向特性を支配する重要な要素であることの証明であり、本実施形態のＬＥＤ配置を適用する際には、ＬＥＤの指向特性とともに拡散板の指向特性を考慮して高さＨを定められることにより、Ｈの最小値を定めることができる。

また、この結果からは、斜方発射光５ｂとＬＥＤ基板１の面との傾角αを求めることもできる。つまり、ＬＥＤ２Ｒに隣接配置されたＬＥＤ（２Ｇ、２Ｂ）の、発光指向特性と拡散板３の透過指向特性を掛け合わせた強度の光線がＬＥＤ２Ｒの１／３の強度で前記拡散板を透過する発光指向角（つまり、斜方発射光５ｂとＬＥＤ基板１の面との傾角をα）を定めることもでき、この発光指向角の延長線とＬＥＤ２Ｒの表面位置への延長線との交差点近傍に拡散板３を配置すればよいことになる。

上記の混色条件は、１個の中心ＬＥＤと、３個の隣接ＬＥＤだけについて考察されており、それらから垂直上方に散乱射出される光量（中心ＬＥＤの上方から見た輝度）が等しいと言うものであったが更に遠方にあるＬＥＤの影響は考慮する必要はない。それらから点Ｐに到達する光は距離が遠くて弱いので、それら遠方のＬＥＤの影響は勿論あるが比較的に小さいためである。

またバックライトは、あるＬＥＤの真上からだけでなく、任意の場所を任意の方向（但し所定範囲の角度の方向）から眺めた場合に、全面に色むらと輝度むらがないことが求められるが、ＬＥＤから拡散部材３に向って垂直に向う光は拡散板３によって拡散されても最も明るく色むらが起こり易いが、上記の混色条件が満たされており、かつ拡散板３が適宜に選択されていることによって色むらの原因は解消されることから、他の場所や角度での色度や輝度の問題は無視できる。

本実施形態のバックライトと図５に示す従来例のバックライトとを実験的に比較した一例について述べる。従来のバックライトは、従来のＬＥＤ配列で従来の拡散部材を使用した。本実施形態のバックライトは、ＬＥＤ配列と拡散部材配置位置を適用したバックライトを使用した。なお、ＬＥＤ灯数とバックライト発光面積は同じとし、発光面輝度均一性が８０％を超える条件で拡散部材の拡散度を低くして拡散部材の光線透過率を上昇させていった。この結果、本実施形態のバックライト輝度は、従来のバックライトに比べて１．２２倍上昇した。このことから、本発明のＬＥＤ配列と拡散部材配置位置を適用したバックライトでは、拡散部材での損失を抑制することが可能となり従来のバックライトに比較して光の利用効率を２割以上、上昇させることが可能となったことを証明できた。

本発明のバックライトは、ＬＥＤ光源が発する光の利用効率が高く、消費電力が比較的に低減でき、色度むらと輝度むらが少なく、また厚さが過大になることがないので、液晶表示装置等に適用した場合の利点が多い。また、一般照明において、本発明のＬＥＤ配置を適用すれば、演色性の高い照明装置を提供できる。なお、同一色の光を発光するＬＥＤを設置した場合には、輝度むらが低減したバックライトを提供することができる。

本発明の実施例における、基板上のＬＥＤの配置を示す部分平面図である。 本発明の実施例における、バックライトの構成を示す部分断面図である。 本発明の実施例における、第１の色のＬＥＤの１個と、その周囲に近接する第２の色のＬＥＤとの位置関係を示す平面図である。 本発明の実施例における作用を説明するための、バックライトの断面図である。 従来例１における、ＬＥＤの配置を示す部分平面図である。 従来例１における、バックライトの構成を示す部分断面図である。 従来例２における、ＬＥＤの配置を示す部分平面図である。 従来例３における、ＬＥＤの配置を示す部分平面図である。 従来例４における、バックライトの部分平面図である。 本実施形態における、発光面と拡散板の間の高さＨに対する輝度均一性の実測値を示す図である。 本実施形態における、ＬＥＤのＬＥＤ発光指向角に対する指向特性の実測値を示す図である。 本実施形態における、光線が拡散板へ入射したときの拡散板入射面の法線に対する入射角と、この光線が拡散部材を透過した時の出射面法線方向への光線透過率の実測値を示す図である。 図１１と図１２に示す数値を掛け合わせることにより、ＬＥＤの拡散板入射面法線に対する入射角と、拡散部材出射面側の出射面法線方向への光線透過率の関係を示す図である。

符号の説明

１ ＬＥＤ基板
２ ＬＥＤ
２ａ 中心ＬＥＤ
２ｂ 隣接ＬＥＤ
２Ｒ 赤色ＬＥＤ
２Ｇ 緑色ＬＥＤ
２Ｂ 青色ＬＥＤ
３ 拡散板
４ 光学シート
５ａ 垂直発射光
５ｂ 斜方発射光
６ａｈ 中心ＬＥＤの拡散射出光の垂直成分
６ｂｈ 隣接ＬＥＤの拡散射出光の垂直成分
８ レンズ板
９ 調光用ドットパターン
α 斜方発射光のＬＥＤ基板面に対する傾角
Ｂ ＬＥＤ間の距離
Ｈ 発光面と拡散板との距離
Ｐ 中心ＬＥＤの直上点

Claims (7)

1. 液晶表示装置等の透過光制御型の表示パネルの視認側と反対の側に設けられるバックライトであって、
   該バックライトは、前記表示パネルとほぼ平行なＬＥＤ基板上に３色のＬＥＤを所定の基本パターンで離散的に配置すると共に前記バックライトは前記ＬＥＤと前記表示パネルとの間に拡散板を配置したものであり、
   該所定の基本パターンとは、２次元方向に連続したほぼ正三角形の頂点をなす格子点にそれぞれ前記ＬＥＤが配置されていて、
   第１の色のＬＥＤの１個に着目したとき、その周囲を最も近接して囲む６個の前記格子点には、第２の色のＬＥＤと第３の色のＬＥＤがそれぞれほぼ１２０°の方向をなして交互に配置されており、
   更に、前記第１の色のＬＥＤのいずれかの正面の前記拡散板の表面位置より垂直方向に射出する前記第１の色のＬＥＤの光の強度、同じ表面位置より同じ方向に射出する前記第２の色のＬＥＤの光の強度、及び同じ表面位置より同じ方向に射出する前記第３の色のＬＥＤの光の強度の比率が、前記各色が混合されてほぼ白色光と認識される範囲内の強度比率になるように、前記格子点間の距離に対して前記ＬＥＤと前記拡散板との最小距離を定めたことを特徴とするバックライト。
2. 前記ＬＥＤの発光面と前記拡散板の下面との距離は、前記第１のＬＥＤの正面の前記拡散板の下面位置に前記第１の色のＬＥＤから到達して前記拡散板から射出する光の強度が、隣接する３個の前記第２の色のＬＥＤから前記下面位置に到達して前記拡散板から射出する光の強度の合計、及び隣接する３個の前記第３の色のＬＥＤから前記下面位置に到達して前記拡散板から射出する光の強度の合計とほぼ等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
3. 前記拡散板は、前記第１の色のＬＥＤの前記表面位置への延長線と、前記第１の色のＬＥＤに隣接配置されたＬＥＤの、発光指向特性と前記拡散板の透過指向特性を掛け合わせた強度の光線が前記第１の色のＬＥＤの１／３の強度で前記拡散板を透過する発光指向角の延長線との、交差点近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
4. 前記各ＬＥＤ間の距離を底辺とし、
   前記各ＬＥＤの発光面と前記拡散板の下面との距離を高さとする直角三角形における、
   底辺と斜辺とのなす角度は５５°から７５°の範囲内であること
   を特徴とする請求項１乃至３に記載のバックライト。
5. 前記各ＬＥＤの各発光面は透明なレンズ板で覆われ、前記レンズ板には前記各発光面に対応してレンズが形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のバックライト。
6. 前記各ＬＥＤのうち少なくとも１色のＬＥＤは、それぞれ近接配置された複数の同色のＬＥＤから成り、該複数の同色のＬＥＤの発光強度の重心位置を前記格子点上に定めたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のバックライト。
7. 表示パネルと、該表示パネルの表示面と対向する対向面に対面させて設けられた請求項１乃至６のいずれかに記載のバックライトとを備えた表示装置。

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