JP2010192433A - バックライトユニットおよびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
薄型でありながら高品位で輝度均一性の高いバックライトユニットおよびこれを用いた映像表示装置を提供する。
【解決手段】
光源(1)と該光源からの光を液晶パネル側に導いて出射するための導光板(2)との組を複数有し、導光板の一端側に前記光源が配置され、該一端と対向する前記導光板の他端の背面側に別の組の光源が配置されている。複数の組における各導光板の相互間には間隙もしくは溝(4)が形成されており、該間隙もしくは溝の幅をｄ、液晶パネル入射面と導光板の光出射面との距離、または液晶パネル背面に配置された光学部材(5)の光入射面と導光板の光出射面との距離をｈとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．４ｍｍのときに、
４≦ｈ／ｄ≦１００
の条件を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶パネルを有する液晶表示装置に用いられるバックライトユニットに関し、特に薄型、高輝度、輝度均一性が高く、かつ液晶パネルへの光の強度を複数の領域毎に個別に制御するための技術（以下、かかる技術を「エリア調光」（ローカルディミング）と呼ぶこととする）を適用するのに好適なバックライトユニット、及びそれを用いた映像表示装置に関するものである。

近年、液晶表示装置のバックライトユニットとして、液晶パネルの一端側もしくは両端側に光源を配置して液晶パネルを照射するようにしたサイドライト方式が用いられる場合がある。サイドライト方式は装置の薄型化に有利であるが、光源が装置の端に集中して配置されるために光源の熱が装置端部に集中して放熱が困難となり、またエリア調光の適用も困難となり、大型化が困難となる。かかるサイドライト方式の従来技術としては、例えば特許文献１に記載のものが知られている。

一方、光源を液晶パネルの背面側に多数配列してバックライトを構成する、いわゆる直下方式は、液晶パネルの全面を均等に照射するためには液晶パネルと光源との距離を有る程度大きくする必要があるため薄型化には不利である。また直下方式で装置を薄型化するためには、光源数を増やす必要あり、コストおよび消費電力が上昇してしまう。かかる直下方式の従来技術としては、例えば特許文献２に記載のものが知られている。

特開2008-103162号公報 特開2008-103200号公報

本発明は、装置の薄型化に有利で、かつ高輝度、輝度均一性が高く、エリア調光を適用するのに好適なバックライトユニット及びそれを用いた液晶表示装置を提供するものである。

本発明は、少なくとも一つ以上の光源と、該光源からの光を液晶パネル側に導いて出射するための導光板との組を複数有し、前記導光板の一端側に前記光源が配置され、該一端と対向する前記導光板の他端の背面側に別の組の光源が配置され、前記複数の光源ユニットにおける各導光板の相互間に間隙もしくは溝が形成されており、
該間隙もしくは溝の幅をｄ、前記液晶パネル入射面と前記前記導光板の光出射面との距離、もしくは、前記液晶パネルと前記導光板との間に配置された光学部材の光入射面と前記導光板の光出射面との距離をｈとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．４ｍｍを満たし、かつ
４≦ｈ／ｄ≦１００
の条件を満足することを特徴とすることを第１の特徴とするものである。

また本発明は、前記前記導光板の光出射面の距離をＬとしたとき、以下の条件を満足することを第２の特徴とするものである。

Ｌ×ｄ／ｈ≦１０
また本発明は、前記導光板が、前記一端側に設けられた前記光源からの光が入射される入射部と、該入射部に入射された光を拡散するための拡散部と、前記入射部に入射された光が出射される光出射面と、前記入射部と前記光出射面との間に形成された拡散導光部とを含み、
前記拡散導光部の光進行方向の距離をｂ、前記導光板の前記入射部の幅をＷ、前記各導光板に対応する光源の個数をＮ、前記入射部に配列された光源のピッチをＰとしたとき、以下の条件を満足することを第３の特徴とするものである。

Ｗ＝Ｐ×Ｎ
Ｐ／２／√３≦ｂ≦Ｐ／２×√３
前記導光板は、前記複数の組において連結されて一体化されてもよい。

本発明によれば、装置の薄型化に有利で、かつ高輝度、輝度均一性が高く、エリア調光を適用するのに好適なバックライトユニット及びそれを用いた液晶表示装置を提供することができる。

本発明の第１実施例を示す図。 本発明の第１実施例の変形例を示す鳥瞰図。 本発明の第１実施例の変形例を示す水平方向断面図。 本発明の第１実施例の変形例を示す垂直方向断面図。 本発明の第３実施例を示す図。 本発明の第４実施例を示す図。 本発明の各実施例に係るバックライトユニットを搭載した液晶表示装置の一構成例を示す図。 本実施例に関する実験データであって、拡散距離と輝度との関係を示す図

以下、本発明に係る複数の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

本発明の第１実施例について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施例に係るバックライトユニットの水平方向の断面図である。

図１において、複数の光源１は、たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子で構成されており、導光板２の一端の辺に沿って複数個配列されている。導光板２は、液晶パネル８側から（紙面上から）見た形状が長方形を為しており、本実施例では、その一短辺に複数の光源１を配列するものとする。本実施例では、複数の光源のグループと１つの導光板２とを一つの組（以下、この組を便宜上「光源ブロック」と呼ぶ場合もある）としており、この組を、例えばアルミなどの金属で構成されたシャーシ３上に固定または実装し、液晶パネル８の水平方向に配列する。上記例では、導光板２の一短辺側に複数の光源１を配置するとしたが、導光板２の一長辺側に光源１を配列するようにしてもよい。

光源１から発せされた光は、導光板２の一短辺に設けられた入射部１０に入射され、当該入射部１０と対向する短辺である先端部９に向かって進行する。図示されるように、本実施例に係る導光板２は、その入射部１０から先端部９にかけて、その断面形状が徐々にもしくは段階的に細くなる形状を為しており、その背面（液晶パネル８と対向する光出射面１３とは反対の面）側には、例えば白色の反射シートにより構成された反射部材７が設けられており、導光板２の底面を透過した光はこの反射部材により反射される。この構成により、入射部１０に入射された光は、導光板２の各面及び、または反射部材７によって反射されながら光出射面１３に導かれ、光出射面１３から液晶パネル８側へ出射される。

尚、本例では、光源１の配列方向（すなわち導光板２の入射部１０の長手方向）を液晶パネル８の垂直方向とし、光源１からの光の進行方向（すなわち入射部１０から先端部９へ向かう方向）を液晶パネル８の水平方向とし、上記組を液晶パネル８の水平方向及び垂直方向（すなわち２次元的に）に配列するようにしている。しかしながら、光源１の配列方向を液晶パネル８の水平方向とし、光源１からの光の進行方向を液晶パネル８の垂直方向とし、これをシャーシ３上に２次元的に配列してもよい。また、２次元的ではなく、水平方向または垂直方向のいずれかのみに配列する、いわゆる１次元的な配列でもよい。

導光板２の光出射面１３から出射された光は、液晶パネル８の背面と導光板２との間に配置された、光学部材である拡散シート５によって拡散されて均一化され、液晶パネル８に照射される。

本実施例では、図示されるように、ある組（光源ブロック）の導光板２（ａ）の先端部９底面（背面）に、他の（隣接する）光源ブロックの光源１（ｂ）及び入射部１０が位置するように配置されている。すなわち、本実施例においては、導光板２の光出射面１３と直交する方向（紙面上下方向）において、ある光源ブロックの先端部９とそれに隣接する光源ブロックの光源１及び入射部１０とが重なり合っている。ここで、導光板２の入射部１０近傍には、隣接する導光板２の先端部９が載置されるための段差２０が形成されている。また、導光板２の相互間には間隙もしくは溝４（以下では単に「溝」と呼ぶ）が設けられている。

上記の光源１は、例えばＡＧＳＰ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｇｒａｄｅ Ｓｏｌｉｄ−Ｂｕｍｐ Ｐｒｏｃｅｓｓ）やアルミナ、ガラエポ、ＰＣＢ（Ｐｏｌｙｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ Ｂｉｐｈｅｎｙｌ）、銅基材の配線基板など折り曲げ基板６に実装されており、点光源としてのＬＥＤが用いられる。しかしながら、ＬＥＤ以外の点光源、例えば半導体レーザであるレーザダイオードなどを用いてもよいし、点光源以外のＣＣＥＦ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）やＥＥＦＬ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）などの蛍光管を用いてもよい。もしくは、点光源を複数配列し、線光源状にした光源ユニットを利用してもよい。

またＬＥＤとしては、光が電極面に対して鉛直方向出射する（すなわちパッケージの縦方向に出射する）トップビュータイプでも、光が電極面に対して水平方向（すなわちパッケージの横方向に出射する）サイドビュータイプでも使用することができる。トップビュータイプを用いる場合は、例えばシャーシ３の面と平行な基板を折り曲げてシャーシ３の面と直交する面を形成し、その面に当該トップビュータイプのＬＥＤを実装するようにしてもよい。またサイドビュータイプを用いる場合は、シャーシ３の上面に載置した当該シャーシ３の面と平行な基板に実装すればよい。さらには、光源１は、例えばＲＧＢ等、混色することによって白色を得ることが可能な複数の色を発光するものを用いてもよい。その場合、図示はしないが、各光源からの色光を混色させるための光学部品を設けてもよい。または、同じ色の光源を用いてもよい。更にまた、図示はしないが、それぞれの光源、または複数の光源を１つの単位として制御できるようにしてもよい。

導光板２は、アクリル、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）、ゼオノア、ＢＭＣ（ｂｕｌｋ ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＯＺ、ポリカ、シリコン、ガラスなどの透明な材質で構成される。さらに、導光板２は、例えば上記反射部材７と対向する面に、光の透過性、反射性、拡散性、配光分布を調整する光学的な凹凸や、透過率、反射率を制御する空間的なパターニングを施していても良い。それらの凹凸やパターニングは、例えば、ドット印刷、微細パターン、レンズを金型で作製可能である。さらに、導光板２は、拡散反射シート、ミラー、拡散シート、プリズムシート、拡散板、偏光選択性の反射フィルムなどの各種光学部材と組み合わせてもよく、蒸着、印刷により上記の光学特性を実現していてもよい。図示はしないが、導光板２とシャーシ３の位置決めのために、導光板２、もしくはシャーシ３に、位置決め用、固定用のダボ、穴、溝が設けられていてもよい。

シャーシ３は、その材質がアルミ、スチール、マグネシウム、チタン合金などであり、プレス、ダイキャスト、削りだしなどにより成形されている。または、アクリル、ＰＭＭＡ、ゼオノア、ＢＭＣ、ＯＺ、ポリカ、シリコンなどの樹脂製でもよい。

光学部材５は、例えば拡散板や拡散シート、プリズムやレンズや微細パターン付きシートなどを含んでおり、これらのシートには、微細周期構造やレンズ効果などの光の拡散効果や再帰効果などを設けてもよい。これにより、更なる光の均一化が向上される。

反射部材７は、例えば拡散反射シートや、アルミ反射シート、積層型反射シートなどで構成される。

バックライトが１つの導光板のみで構成される場合、大型化が進むと輝度均一化を図ることが困難になる。そこで、輝度均一性が高い導光板を複数組み合わせてバックライトユニットを構成する方法が考えられる。しかし、複数導光板の各輝度分布は、光源１の近傍の輝度が高い傾向にあるため、複数の導光板の境界で輝度差が発生し、バックライトユニットの輝度均一性は劣化してしまう。また、個々の導光板同士の間、すなわち、隣接導光板との間の間隙や溝が存在するため、暗線や輝線が発生し、バックライト全面における均一性がところどころ劣化してしまう可能性がある。

かかる問題を解決するため、本実施例では、図１のように、導光板２（ａ）の入射面に光源１（ａ）が配置され、その光源１（ａ）が、それに隣接する他の光源ブロックにおける導光板２（ｂ）の底面より下部に配置されている。これにより、光源１（ｂ）から導光板２（ｂ）の出射面に直接出射する光が導光板２（ａ）に遮られる。すなわち、導光板２（ａ）は、それに隣接する光源ブロックの光源１（ｂ）の上方においてそれからの光を遮光する作用を有しながら、光源１（ｂ）に重ねられている。さらに、導光板２の背面側には、上述のように、反射部材が設けられているため、遮光効果を更に高めることが可能である。

ここで、本実施例では、上記導光板２の相互間に形成された間隙の幅をｄ、液晶パネル８の光入射面と導光板２と光出射面１３との距離、もしくは、液晶パネル８と導光板２との間に配置された光学部材５の光入射面と導光板２の光出射面との距離をｈとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．４ｍｍのときに、下記条件を満足する
４≦ｈ／ｄ≦１００
上記条件を、条件１と呼ぶこととする。尚、上記距離ｈは、液晶パネル８と導光板２との間に光学部材５が配置されていなければ、液晶パネル８の光入射面と導光板２の光出射面１３との距離とする。液晶パネル８と導光板２との間に光学部材５が配置されていれば、その光学部材５の光入射面と導光板２の光出射面１３との距離とする。このとき、光学部材５が複数枚重ね合わせて液晶パネル８と導光板２との間に配置されている場合は、導光板２に最も近い側の光学部材５の入射面と、導光板２の光出射面１３との距離とする。

このような構成により、導光板２の長さＬ（光出射出面１３の、導光板２の入射部から先端部へ向かう方向の距離で、段差部２０は除かれる）に対しｈを十分に小さくしても（例えばＬ＝６０ｍｍ、ｈ＝３ｍｍ）、比較的多くの分割数（例えば６４分割〜５１２分割など）でバックライトユニットの光出射領域を分割しても、好適に導光板を配列することができ、薄型バックライトが実現できる。

複数の導光板２を用いる場合において、液晶パネル８の表示映像の、導光板２相互間の境界に対応する部分は輝度低下が生じるが、導光板２間の境界の形状（例えば、境界端面が傾斜角度を持ったり、拡散面であったりする場合）によっては、液晶パネル８の表示映像の上記境界に対応する部分に輝線が発生する場合もある。

本実施例では、かかる境界に対応する部分に生じる輝度低下や輝線を低減する為に上記の条件１を導き出したものである。すなわち、導光板２から正規に出射する光が上記境界に対応する部分を照らすことができるように、上記条件１に基づき、導光板２の境界に設けられた溝の幅に応じた十分な拡散距離ｈを設けている。

これにより、表示映像の導光板２間の境界に対応する部分における輝線や暗線のピークを低減することができ、液晶パネル８の表示映像における輝度分布を均一化することができる。ここで、ｈの値は１０ｍｍ未満としており、これを超えると表示装置の薄型化に不利となり、例えば装置の厚さ（奥行き）が２０ｍｍ以下の装置を実現することが困難となる。さらに、輝度が低下してしまうという問題も発生してしまう。よって、ｈは１０ｍｍ以下とすることが好ましい。上記条件１は、本発明者等の実験により得られた拡散距離と輝度ムラの実験データにより導かれたものである。

この実験データについて、図８を参照して説明する。

例えば、４００ｍｍの領域を照射する場合、拡散距離と輝度比率の関係は図８に従うことが実験から明らかにされている。図８から、より高い輝度を得るためには、拡散距離が短くなければならないことが理解されるだろう。例えば、拡散距離が１０ｍｍの時の輝度は、拡散距離が０ｍｍの時の輝度に比べて約９０％となる。従って、バックライトとして実用的な輝度を得ることができ、かつ輝度ムラが目視で確認されないためには、バックライトを次のように構成する必要がある。すなわち、前記複数の組における各導光板の相互間に間隙もしくは溝が形成されており、該間隙もしくは溝の幅をｄ、前記液晶パネル入射面と前記前記導光板の光出射面との距離、もしくは、前記液晶パネルと前記導光板との間に配置された光学部材の光入射面と前記導光板の光出射面との距離をｈとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．４ｍｍのときに、
４≦ｈ／ｄ≦１００
を満足する。

このように本実施例は、条件１を満足するように光源ブロックを配置することで、液晶パネル８の表示映像の輝度分布を均一にし、その結果、バックライトユニットの輝度ムラの原因となっていた導光板の隙間により発生する輝度分布の不均一性を低減せしめたバックライトユニットを提供できる。

更に、導光板２の背面に設けた反射部材７により、光源１の上に重ねられた導光板２の先端部９近傍の輝度上昇が抑えられる。これと同時に、上述のように拡散距離ｈを、条件１を満足するように充分に確保するため、導光板２間の隙間から発生する暗線ムラや輝度ムラを低減し、導光板２間の境目の輝度差が抑えられることにより、輝度均一性が高い、大型のバックライトユニットを提供することが可能である。

さらに、光源１はバックライトユニット全面に配置されるため、光源１からの発熱の密度は小さくなり、放熱性が高いバックライトユニットを提供することが可能である。そして、上記のバックライトユニットに液晶パネル８と組み合わせることで、輝度均一性が高い、映像表示装置を提供できる。

図２〜４は、本実施例の変形例を示すもので、図２は当該変形例の鳥瞰図、図３は水平方向（入射部１０から先端部９へ向かう方向）の断面図、図４は垂直方向（光源１の配列方向）の断面図を示している。である。導光板２は、バックライトユニット上に２次元的に配置されており複数の導光板が連結されていている。図２において、導光板２（ａ）、２（ｂ）、２（ｃ）、２（ｄ）に注目すると、各導光板は連結されて一体化されており、各導光板の境界には、導光板を垂直方向に分割する溝４（ａ）と導光板を水平方向に分割する４（ｂ）が設けられている。この溝４（ａ）、４（ｂ）により、各導光板の光分布を分割することが可能である。このため、各導光板に最適な光量を配分できる。この溝の断面形状は、Ｖ字状や台形状、ストレート面、もしくは先端にＲを設けたほぼＵ字状としてもよい。また、導光板成型時に型の抜き勾配を考慮して、溝の壁面は、片側２度以上の型抜き勾配が付いている。溝の面は、全反射が生じるように型成型によるフラットな面（鏡面仕様）である。

導光板を垂直方向に分割する溝４（ａ）の深さは、当該溝４（ａ）の延びる方向に従い導光板２の厚みが薄くされているため、入射部１０から先端部９に従い浅くなるように構成されている。このため、先端部９においては溝幅ｄも小さくなる。上記条件１は、代表する溝幅ｄから、拡散距離ｈを求めるものなので、その溝幅の最大値を計算しておけば、拡散距離ｈは十分な距離を得られる。このため、溝幅ｄの代表値より狭い溝幅の部分は、十分に光が拡散し、輝度ムラにはならない。

そして、１次元的もしくは２次元的に連結配置した導光板２の明るさをそれぞれ個別に制御することにより、バックライトユニット上の明るさを局所的に制御することが可能になる。その結果、映像信号に合わせて光源ブロックからの光の強度を制御することにより、コントラストを改善することが可能になる。

上記変形例において、導光板の連結は、垂直方向１列のみとしてもよく、また水平方向の１行のみとしてもよい。更には、図２に示されるように、水平方向及び垂直方向の２次元的に連結してもよい。この連結導光板には、上述のように溝４（ａ）、（ｂ）が設けられており、かかる溝の形状は、例えばＶ字状、台形状、谷部先端に曲率Ｒを設けたＵ字状としてもよい。この溝によって、液晶パネル８の表示映像の当該溝に対応する部分に暗部や輝線が生じ、光分布の特異線として輝度ムラの原因となる。しかしながら、上記の例と同様に、拡散距離ｈを上記条件１を満たすように設けると、光出射面１３からの光はこの拡散距離ｈに従い十分に拡散された後、拡散板などを含む光学部材５に到達するため、均一な輝度分布（光分布、照度分布とも定義できる）を得ることが可能となる。

一方、本変形例に係る導光板は連結して一体的に構成されているため、一部の光は導光板の境界を越えて側面から隣接導光板に入射し、光が混合する。ここで発生する光源からの光の隣接導光板への光漏れ量は、導光板間に形成された溝４の深さや形状により制御可能である。例えば、入射部１０から先端部１０へは、溝の深さを常に厚みの半分とすれば、光漏れは約１０％〜５０％近くとなる。もちろん光源数や導光板の幅により漏れ光は変化する。また、溝の深さを常に導光板の厚みの約１／３とすると光漏れ量は２０％〜６０％と増加し、１／４とすると光漏れ量は３０％〜７０％、１／５とすると光漏れ量は３０％〜８０％となる。

上記の光漏れ量は、エリア調光（ローカルディミング）を行う場合に、良好な動画性能を得るために適宜調整される。ここでエリア調光とは、映像信号に応じてバックライトの光の強度を領域（エリア）ごとに制御するものであり、例えば夜空に月が浮かぶ映像を表示する場合は、夜空の部分の対応する領域については光量を低減し、月に対応する領域については光量を相対的に多くする制御である。

一般的に、複数の導光板を用いたバックライトユニットにおいてエリア調光等により所望の領域毎に光量を制御する場合、例えばある光源ブロック（導光板）を単独で光らせたときはその導光板の周囲に隣接する光源ブロックにおける光源はＯＦＦとされる。この場合、光らせている導光板から少なくとも上下左右の２〜４枚への隣接導光板への光の漏れ量は、当該隣接導光板の各中央輝度の約２０％近くもしくはそれ以上の５０％近くとなるようにすることが好ましい。このように光漏れ量を設定することで、互いに隣接する、光源がＯＮの光源ブロックにおける導光板と光源がＯＦＦの光源ブロックにおける導光板との輝度段差を抑えることができ、画質を向上することができる。上記のような光漏れ量を得るためには、溝４の深さを例えば導光板２の厚さの約１／２〜１／３とすればよい。当然ながら、より多くの光漏れ量を得たい場合には、これよりも溝の深さを浅く（例えば導光板２の厚さの約１／４〜１／５）すればよい。

以上のように、本実施例によれば、装置の薄型化に有利で、明るく、かつ輝度均一性が高く、エリア調光を適用するのに好適なバックライトユニットと、それを用いた液晶表示装置を提供することが可能となる。

続いて、本発明の第２実施例について説明する。当該第２実施例は、バックライトユニットの構成は第１実施例と同じであるが光源ブロックに配置にかかる条件として更に別の条件を設定したものである。この条件は、次の通りである。

すなわち、上記導光板２の相互間に形成された間隙の幅をｄ、液晶パネル８の光入射面と導光板２の光出射出面１３との距離、もしくは、液晶パネル８と導光板２との間に配置された光学部材５の光入射面と、導光板２の光出射面との距離をｈ、導光板２の光出射出面１３の、導光板２の入射部から先端部へ向かう方向の距離をＬとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．４ｍｍのときに、以下の条件を満足す
るように構成されている。

Ｌ×ｄ／ｈ≦１０
上記条件を、以下では条件２と呼ぶこととする。

本実施例は、この条件２を満たすように光源ブロックを配置することで、拡散距離ｈにより導光板２の光出射面１３からの光を十分に拡散し、導光板２間の境界に対応する部分での暗線や輝線を低減でき、照射面での輝度ムラを低減できる。ここで、例えば、Ｌ＝６０ｍｍ、ｄ＝０．５ｍｍ（これは、導光体の熱膨張と成型時の部品精度、組立誤差を考慮して隙間を０．５ｍｍ取った場合である）のとき、Ｌ×ｄ／１０＝３ｍｍ≦ｈであるから、概略ｈは３ｍｍ〜４ｍｍ確保すれば、拡散距離は十分ということになる。また、ｄ＝１．０ｍｍとする場合はＬ×ｄ／１０＝６ｍｍ≦ｈとなり、概略ｈは６ｍｍより大きくしなければならない。上記条件１は、本発明者等の実験により得られた拡散距離と輝度ムラの実験データにより導かれたものである。

すなわち、輝度ムラは、上記距離Ｌ、間隙の幅ｄ及び距離ｈを用いると、Ｌ×ｄ／ｈで表される（換言すれば、輝度ムラはＬ×ｄ／ｈに略比例する）ことが本発明者等の実験により判明された。これは、間隙による照射面の輝度の落ち込みが当該間隙の幅ｄにほぼ比例すること、及び導光板のサイズＬが大きくなると、輝線または暗線が見えやすくことを表している。従って、上記条件を満足するようにバックライトを構成すれば、間隙によって生じる輝度ムラ（輝線または暗線）を低減（目立たなく）することができる。

輝度ムラに関するデータは、例えばＣＯＳ４乗則に従って輝度の均一性を定義し、精密に計算により求めることもできる。ここで導光板２が有する拡散機能、光均一化機能、反射機能、および光出射面上に設けられる拡散板等の光学部材５などにより、数式は複雑かつ多くのパラメータを持つ数列式へ変化する。したがって、条件２のように単純な幾何光学からの近似式あるいは実験式で定義する方法も、設計時における使い勝手で有利である。

また、Ｌ＝９０ｍｍとすると、導光板のサイズが大きくなり、より導光板２間の間隙での暗線や輝線が目立つため、これを低減するためには、より拡散距離を取らなければならない。このとき、ｄ＝１．０ｍｍとすると、条件２によりＬ×ｄ／１０＝９ｍｍ≦ｈとなるため、拡散距離はより長く必要になってくる。

輝度ムラが格子状の場合、人間の目は、当該格子のピッチが細かいとその輝度ムラを検知しづらいが、ピッチが広いと、細かいときと同じ輝度ムラのレベル（輝度差）及びムラの幅でも検知し易い。従って、Ｌを大きくする場合は、拡散距離を長くとらないと光を十分に拡散できず、暗線や輝線の輝度ムラが目立つようになる。本実施例では、条件２により導光板のサイズ（Ｌ）に応じた拡散距離ｈを設定可能となり、装置の薄型化に有利で、かつ様々なサイズの導光板に適した光学性能、すなわち均一な輝度分布（光分布、照度分布とも定義できる）を得ることが可能となる。

この第２実施例において定められた条件２は、当然ながら図２に示された第１実施例の変形例にも適用可能である。

続いて、本発明の第３実施例について、図５を参照しつつ説明する。

図５は、本実施例に係る複数の導光板２を液晶パネル８側から見た平面図である。本例では、４枚の導光板２が並んでいる。

本実施例は、図５に示されるように、導光板２のそれぞれについて、光源からの光が入射される入射部１０に当該入射光を拡散するための拡散部１４を設けるとともに、入射部１０から光出射面１３までの間に導光拡散部１５を設けたものである。

ここで、導光拡散部１５の、導光板２の入射部９から先端部１０へ向かう方向の距離をｂ、光源１の個数をＮ、この導光板２の入射部９の幅（光源１の配列方向の寸法）をＷ、入射部９に配された光源１のピッチをＰとしたとき、次の条件を満足している。尚、光源１を入射部１０に均等配置する場合は、入射部９の両端に配置された光源から導光板２の端面１６までのピッチはＰ／２の距離となり、残りの中側に配列された光源ピッチをＰと定義するものとする。

Ｗ＝Ｐ×Ｎ
Ｐ／２／√３≦ｂ≦Ｐ／２×√３
上記の条件を、以下では条件３と呼ぶこととする。この条件３を満足するように光源１を配置することにより、光源のピッチPに関連して必要な導光拡散距離ｂを確保することができる。

例えばＬＥＤやレーザ光源などからの光が拡散するのに十分な導光拡散距離ｂは、光源１の配列ピッチが広いと長くする必要がある。一方で、光源１の配列のピッチが短い場合は、導光拡散距離ｂを短くしても、十分に各光源の光が混ざり合い、光出射面１３に光源からの光が出力される。

例えば、入射部９の幅Ｗを４８ｍｍとし、これに光源としてのＬＥＤを６個配列し、ピッチＰを約８ｍｍとすると、Ｐ／２／√３＝２．３ｍｍ、Ｐ／２×√３＝６．９ｍｍとなり、２．３ｍｍ≦ｂ≦６．９ｍｍを確保すれば、光源光を混合するのに十分な導光距離を得られる。これにより、光源の個体差による、輝度差や、色度差、配光分布差などを混合し平均化するため、それぞれの導光体から出射する光を色度、輝度、配光の点で均一化することが可能となる。

ここで、導光板２の入射部１０の光源光を拡散する拡散部１４が、拡散角度を法線（入射部９の面と直交する線）に対して７０度とする場合、すなわち７０度の角度で光源からの主要光を拡散させる場合は、光混合のための導光距離ｂは約２．３ｍｍで十分である。一方、光源１の入射部１０の拡散角度が法線に対して４５度で拡散させる場合は、ｂ＝４ｍｍであり、３０度の角度で光源主要光を拡散させる場合は、ｂ＝６．９ｍｍ必要となる。このとき、導光板２の光出射面１３から、液晶パネル８側の拡散板５の入射面までの距離ｈ（バックライトユニットの照射面と導光板までの距離）をｂとほぼ同じ距離にすれば、導光板２からの出射光の拡散に十分な距離ｈを確保でき、均一分布を持つバックライトを提供できる。

以上の第３実施例の構成により、光源であるＬＥＤの選別購入の選別数を低減でき、安定した量産歩留まりが確保できる。すなわち、ＬＥＤやレーザ（ＬＤ）は、光源メーカからの購入時に、光学性能のバラツキ、例えば、輝度バラツキや、その他に色調（色温度）、配光分布、面内分布、角度特性などのバラツキが存在する。

例えば光源メーカ側において光学特性や分布等を測定し、類似する光学特性を持つ光源を全体から区分けして分類することで、ある程度バラツキが抑えられた光学特性が均一な光源を揃えることができる。しかし、この場合、歩留まりが悪くなり、また上記のバラツキは中心仕様に対して正規分布であるため、それぞれの光学特性を持つ光源を同じ割合で分類することは困難である。このため、中心仕様からはずれた性能を持つ光源を１つの光源ユニットに使用する場合は、同じ性能を持つ光源が所望の数生産されるまでストックして置く必要があり、長い時間の在庫ストックを余儀なくされる。このため、光源単価とストック代が付加され、高額な光源やバックライトとなってしまう。

本実施例によれば、上記の条件３を満たすように光源を配置しているため、光源がある程度の光学的特性のバラツキがあっても、許容し使用することができる。これは、導光距離ｂを持つ導光拡散部１５を設けて、複数の光源光を導光板の光入射側近傍において拡散し混合するためである。これにより、歩留まり向上に貢献し、多数のＬＥＤを選別しなくても購入することが可能なので、光源コストを低減できる。尚、１枚の導光板で使用する光源個数は２個以上で１２個まで並べることができるが、光源がハイパワー（例えば５０ｌｍ〜２００ｌｍ／個）の場合は、１枚の導光板に１個の光源を使用することも可能となる。かかる場合でも、隣接導光板の端部から光漏れが生じ、光の混合が発生するため、光源の選別数を低減でき、光源の歩留まり向上を実現、コストを低減することが可能となる。更に、第１実施例の変形例で示したような一体型の連結導光板の場合はさらに光の混合が十分に行われるので、光源の仕様条件が緩和され、低コスト化が望める。

また、本実施例では、光学特性の異なるＬＥＤを用いて平均化し輝度を得るように構成される。例えば、ＣＩＥ表色系における色度座標において、ある基準となるＬＥＤの色度を（ｘ＝0.25、ｙ＝0.25）としたとき、通常は、所定の誤差の範囲（例えばｘ＝-0.01、ｙ＝-0.01）のＬＥＤを使用する。本発明では、この誤差範囲よりも大きい特性のＬＥＤを複数使用、例えば、（ｘ＝0.25、ｙ＝0.23）のＬＥＤと（ｘ＝0.25、ｙ＝0.27）のＬＥＤを使用することにより、これを平均化して基準ＬＥＤの色度（ｘ＝0.25、ｙ＝0.25）とほぼ同じ色度を得ることができる。よって、この構成によれば、光学特性のバラツキの大きいＬＥＤを私用しても所望の特性を得ることができるので、例えば近似した特性を有するＬＥＤを抽出するための作業が不要となり、コストを低減することができる。当然ながら、ＬＥＤ以外の発光素子でも同様な効果を得られることは言うまでも無い。

続いて本発明の第４実施形態について図６を参照して説明する。

本第４実施例は、第１から第３の実施例に記載のバックライトユニットにおいて、例えば図６に示されるように、上記拡散距離ｈの間隔を以って、導光板２の上部に、光学部材として、微細周期構造を有する拡散板５及び光学シート１７を少なくとも２種類以上設けること特徴とするものである。これにより拡散手段と距離ｈの相関作用により、導光板２の境界で発生する光量ムラをより低減でき、均一性の高いバックライトを提供できる。微細周期構造を有する拡散板５や光学シート１７は、市販のものでも十分な効果はあるが、微細周期が細かい三角型や類似断面をもつ構成であれば、光の角度を制御でき、拡散効果と光の再帰効果により光の反射を繰り返し、境界ムラの暗部や明部のピーク輝度を低減できる。

また、上記光学シート１７は導光板２の上に載せられた構成になっても光の拡散効果や再帰効果が増幅し、導光板２間の境界の輝度ムラや個々の導光板面内の輝度ムラも低減できる。また光学シート１７は、輝度向上シート、拡散性のシート、もしくはそれらの組み合わせでもよい。このようにすることにより、導光板２からの出射光の配向分布が変化し、輝度ムラが改善される。その結果、輝度均一性が高いバックライトユニットを提供できる。

更に、図７を用いて、本実施形態に係るバックライトユニットを適用した液晶表示装置の一構成例を説明する。かかる液晶表示装置は、第１実施例から第４実施例に係るバックライトユニットを含み、液晶パネル８を追加して、映像表示装置を構成しているものであり、図７は、その表示装置の要部の断面を示している。

本実施形態に係る液晶表示装置は、図示される様に、光源１や液晶パネル８の駆動回路、更には映像信号処理回路１９などの各種回路に電源を供給する電源１８、液晶パネル８に表示するための映像信号に対し、ガンマ補正やコントラスト補正、更には必要に応じて倍速変換処理やフレームレート変換処理などの各種信号処理を施す映像信号処理回路１９、バックライトを動作させるためのバックライト用回路２０、シャーシ３、前面カバーや背面面カバーなどの意匠部品２１とを備えている。この各部品を薄型化（例えば厚さを８ｍｍ以下）することで、薄型のＬＥＤバックライト搭載の液晶テレビ、液晶モニタ等の液晶表示装置を提供できる。また、この表示装置の厚さを、液晶パネルを装着して最薄部１０ｍｍ〜１９ｍｍ以下とすることができる。すなわち本実施形態に係る液晶表示装置は、薄型で、輝度均一性が高い、高品位な映像を表示することが可能となる。

以上、本発明の実施例を説明したが、これらの実施の形態は、本発明の一実施例であって、本発明をこれらの実施形態だけに限定するものではない。本発明は、実施例に限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論当然である。

１…光源、２…導光板、３…シャーシ、４…溝（間隙）、５…光学部材、７…反射部材、８…液晶パネル、９…導光板の先端部、１０…導光板の入射部、１３…導光板の光出射面１４…拡散部、１５…導光板の拡散導光部、１６…導光板の端面。

Claims (8)

1. 少なくとも一つ以上の光源と、該光源からの光を液晶パネル側に導いて出射するための導光板との組を複数有し、前記導光板の一端側に前記光源が配置され、該一端と対向する前記導光板の他端の背面側に、別の組の光源が配置されたバックライトユニットにおいて、
   前記複数の組おける各導光板の相互間に間隙もしくは溝が形成されており、
   該間隙もしくは溝の幅をｄ、前記液晶パネルの光入射面と前記前記導光板の光出射面との距離、もしくは、前記液晶パネルと前記導光板との間に配置された光学部材の光入射面と前記導光板の光出射面との距離をｈとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．4ｍｍのときに、
   ４≦ｈ／ｄ≦１００
   の条件を満足することを特徴とするバックライトユニット。
2. 少なくとも一つ以上の光源と、該光源からの光を液晶パネル側に導いて出射するための導光板との組を複数有し、前記導光板の一端側に前記光源が配置され、該一端と対向する前記導光板の他端の背面側に、別の組の光源が配置されたバックライトユニットにおいて、
   前記複数の組における各導光板の相互間に間隙もしくは溝が形成されており、
   該間隙もしくは溝の幅をｄ、前記液晶パネルの光入射面と前記前記導光板の光出射面との距離、もしくは、前記液晶パネルと前記導光板との間に配置された光学部材の光入射面と前記導光板の光出射面との距離をｈ、前記前記導光板の光出射面の距離をＬとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．4ｍｍのときに、
   Ｌ×ｄ／ｈ≦１０
   の条件を満足することを特徴とするバックライトユニット。
3. 請求項１または２に記載のバックライトユニットにおいて、前記導光板は、前記複数の組において連結されていることを特徴とするバックライトユニット。
4. 複数の光源と、該光源からの光を液晶パネル側に導いて出射するための導光板との組を複数有し、前記導光板の一端側に前記複数の光源が前記導光板の幅方向に沿って配列され、該一端と対向する前記導光板の他端の背面側に、別の組の光源が配置されたバックライトユニットにおいて、
   前記導光板は、前記一端側に設けられた前記光源からの光が入射される入射部と、該入射部に入射された光を拡散するための拡散部と、前記入射部に入射された光が出射される光出射面と、前記入射部と前記光出射面との間に形成された拡散導光部とを含み、
   前記拡散導光部の光進行方向の距離をｂ、前記導光板の前記入射部の幅をＷ、前記各導光板に対応する光源の個数をＮ、前記入射部に配列された光源のピッチをＰとしたとき、以下の条件を満足することを特徴とするバックライトユニット。
   Ｗ＝Ｐ×Ｎ
   Ｐ／２／√３≦ｂ≦Ｐ／２×√３
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のバックライトユニットにおいて、前記距離ｈの間隔を設けて、導光板の上部に微細周期構造を有する拡散板及び拡散シートを少なくとも２種類以上設けることを特徴とするバックライトユニット。
6. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するためのバックライトユニットとを備え、前記バックライトユニットは、少なくとも一つ以上の光源と、該光源からの光を前記液晶パネル側に導いて出射するための導光板との組を複数有し、前記導光板の一端側に前記光源が配置され、該一端と対向する前記導光板の他端の背面側に、別の組の光源が配置された液晶表示装置において、
   前記複数の組における各導光板の相互間に間隙もしくは溝が形成されており、
   該間隙もしくは溝の幅をｄ、前記液晶パネル入射面と前記前記導光板の光出射面との距離、もしくは、前記液晶パネルと前記導光板との間に配置された光学部材の光入射面と前記導光板の光出射面との距離をｈとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．４ｍｍのときに、
   ４≦ｈ／ｄ≦１００
   の条件を満足することを特徴とする液晶表示装置。
7. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するためのバックライトユニットとを備え、前記バックライトユニットは、少なくとも一つ以上の光源と、該光源からの光を前記液晶パネル側に導いて出射するための導光板との組を複数有し、前記導光板の一端側に前記光源配置され、該一端と対向する前記導光板の他端の背面側に、別の組の光源が配置された
   液晶表示装置において、
   前記複数の組における各導光板の相互間に間隙もしくは溝が形成されており、
   該間隙もしくは溝の幅をｄ、前記液晶パネル入射面と前記前記導光板の光出射面との距離、もしくは、前記液晶パネルと前記導光板との間に配置された光学部材の光入射面と前記導光板の光出射面との距離をｈ、前記前記導光板の光出射面の距離をＬとし、更に、２．０ｍｍ≧ｄ≧０．１ｍｍ、１０．０ｍｍ≧ｈ≧０．４ｍｍのときに、
   Ｌ×ｄ／ｈ≦１０
   の条件を満足することを特徴とする液晶表示装置。
8. 液晶パネルと、該液晶パネルに光を照射するためのバックライトユニットとを備え、前記バックライトユニットは、少なくとも一つ以上の光源と、該光源からの光を前記液晶パネル側に導いて出射するための導光板との組を複数有し、前記導光板の一端側に前記光源が配置され、該一端と対向する前記導光板の他端の背面側に、別の組の光源が配置された液晶表示装置において、
   前記導光板は、前記一端側に設けられた前記光源からの光が入射される入射部と、該入射部に入射された光を拡散するための拡散部と、前記入射部に入射された光が出射される光出射面と、前記入射部と前記光出射面との間に形成された拡散導光部とを含み、
   前記拡散導光部の光進行方向の距離をｂ、前記導光板の前記入射部の幅をＷ、前記各導光板に対応する光源の個数をＮ、前記入射部に配列された光源のピッチをＰとしたとき、
   以下の条件を満足することを特徴とする液晶表示装置。
   Ｗ＝Ｐ×Ｎ
   Ｐ／２／√３≦ｂ≦Ｐ／２×√３

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