JP2010212083A - 光源ユニット、照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光が照射される方向を調節し、輝度のバラつきを低減させることができる光源ユニットを提供する。
【解決手段】光源３および透光部材２を備える光源ユニット１であって、透光部材２は、凸状の曲面および底面を有しており、上記底面には、光源３を設置するための凹部４が設けられており、凹部４において、上記底面側は柱状であり、上記曲面側は角錐状であり、凹部４の上記角錐状を構成する各面の光源３と反対側は、反射面７になっているので、光が照射される方向を調節し、輝度のバラつきを低減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源ユニット、ならびに当該光源ユニットを備えた照明装置および液晶表示装置に関する。

近年、ブラウン管（ＣＲＴ）に代わり急速に普及している液晶表示装置は、省エネ型、薄型、軽量型等の特徴を活かし、例えば、液晶テレビ、モニターおよび携帯電話等に広く利用されている。この液晶表示装置を利用した技術では、例えば薄型化等のさらなる改良が求められており、そのひとつとして液晶表示装置の背後に配置される照明装置、いわゆるバックライトの改良が挙げられる。

照明装置は、主にサイドライト型（エッジライト型ともいう）と直下型とに大別される。サイドライト型は、液晶表示パネルの背後に導光板が設けられ、導光板の横端部に光源が設けられた構成を有している。光源から出射した光は、導光板で反射することによって、間接的に液晶表示パネルに対して均一に照射される。この構造により、輝度は低いが薄型化することができるとともに、輝度の均一性に優れた照明装置が実現できる。そのため、サイドライト型の照明装置は、薄型化が要求される、携帯電話およびノートパソコン等の中小型液晶ディスプレイに主に採用されている。

一方、直下型の照明装置では、液晶表示パネルの背後に複数個配列した光源によって、液晶表示パネルを直接照射する。そのため、大画面でも高輝度の表示を得ることが可能であり、主に２０インチ以上の大型液晶ディスプレイにおいて採用されている。しかしながら、現状の直下型の照明装置は厚みが約２０ｍｍ〜４０ｍｍ程度もあるため、ディスプレイをさらに薄型化するのに弊害となる。

その対策として、光源と液晶表示パネルとの距離を近づけることによってさらに薄型化にすることも可能であるが、この場合、光源同士の距離を近づけなければ、照明装置の輝度の均一性を得ることができない。つまり、光源同士の距離が離れている場合、光源からの光は、光源と液晶表示パネルとの距離が近いために直上のみを照射することになる。よって、明部と暗部との差が明確に現れ、この差がムラとして表示に影響を及ぼすという問題が生じる。この問題を解決するために光源同士の距離を近づけた場合、今度は光源の数を増やす必要があり、コストが高くなる。

これまで、直下型の照明装置におけるこれらの問題を解決するために、点状光源等の直上の入光部に凹部を設けることにより輝度の均一化を図る技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、導光板の後面に光源挿入用の凹みを設けた面光源装置について記載されている。図２７は、特許文献１の面光源装置１００を示す断面図である。

図２７に示すように、特許文献１の面光源装置１００は、導光板１０３の後面に光源挿入用の凹み１０４を設け、光源挿入用の凹み１０４にＬＥＤ等の光源１０２を圧入固定する構成となっている。この光源挿入用の凹み１０４は、例えば円錐形状のように先端部に向かうほど幅が狭くなるようになっており、凹み１０４の先端に必要に応じて曲率を持たせた形状が記載されている。

この面光源装置１００では、まず、光源１０２を発光させると、光源１０２の前方へ光が出射し、凹み１０４の内壁面に達する。この光は、凹み１０４の内壁面で屈折して導光板１０３内部へ進入する。このとき、凹み１０４の内壁面で屈折された光は、円錐形状の軸心を挟んで両側へ広がるように屈折するので、軸心に沿って前方へ出射する光の量が非常に少なくなる。この結果、光源１０２の前方における輝度が小さくなり、面光源装置１００における照度分布が均一化される。

特開平１０−８２９１５号公報（１９９８年３月３１日公開）

しかしながら、引用文献１に記載の面光源装置１００の構成であっても、光照射面における輝度の均一化には十分ではない。

すなわち、引用文献１の面光源装置１００では、光源１０２を納めるための凹み１０４を円錐形状としているため、光源１０２から照射された光は放射状または同心円状に広がる。そのため、例えば複数の光源１０２が配置されている場合、隣り合う光源１０２同士の距離が近いところでは表示パネルに照射される光の強度が高くなり、隣り合う光源１０２同士の距離が離れているところでは表示パネルに照射される光の強度が低くなる。よって、輝度のバラつきが生じ易い。

また、光源１０２から照射された光は、表示パネルに向かうものもあれば、それ以外の方向に逃げてしまうものもある。引用文献１の面光源装置１００においては、このように表示パネル側に照射されない光に対して何ら対策が講じられていないため、光の利用効率が低い。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光が照射される方向を調節し、輝度のバラつきを低減させることができる光源ユニットを提供することにある。

本発明に係る光源ユニットは、上記の課題を解決するために、光源および透光部材を備える光源ユニットであって、上記透光部材は、凸状の曲面および底面を有しており、上記底面には、上記光源を設置するための凹部が設けられており、上記凹部において、上記底面側は柱状であり、上記曲面側は角錐状であり、上記凹部の上記角錐状を構成する各面の上記光源と反対側は、反射面になっていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係る光源ユニットでは、凹部における当該角錐状を構成する各面の上記光源と反対側が反射面となっているために、光源ユニットの直上に向かう光を遮光するとともに、凹部の柱状部分から、透光部材を経て、周囲へ光を出射する。その一方で、本発明の光源ユニットは、隣りに配置される光源ユニットから、上記と同様に出射される光を、上記反射面で受けて、いろいろな方向へ反射するようになっている。この結果、本発明の光源ユニットによって光を照射される表示パネルなどの照射対象では、上記反射面を介して間接光が照射されることになるので、光源の直上部が輝点とならず、輝度むらが生じにくくなる。

また、光源から出射された光の一部は、凹部の柱状部分から透光部材に達すると、そこで光源ユニット内に反射する。この光を、光源と同一の光源ユニット内における上記反射面が受けると、いろいろな方向へ反射される。このように、本発明に係る光源ユニットでは、隣りに配置される光源ユニットから出射される光だけではなく、自身の光源ユニットから出射する光も反射面で受けて反射し得る。

なお、上記反射面において反射された光の進行方向は、上記反射面に入射する光の進行方向に応じて、光源ユニットの直上方向を含む様々な方向へ分散する。この分散の仕方は、着目している光源ユニットを中心として、隣りの光源ユニットをどのような位置に、いくつ配置するかによって多様に変化する。

また、上記角錐状を、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐など、何面を持った多角錐状とするかによっても、上記分散の仕方が変わる。

したがって、光源ユニットの配置、光源ユニットの数および角錐状の組み合わせを最適化することによって、輝度むらを最も低減することのできる照明装置を作製することができる。

また、例えば、従来技術における複数の光源ユニットを配置した上記照射対象では、隣り合う光源同士の距離が近いところでは明るくなり、距離が離れているところでは暗くなるという輝度のバラつきが生じる。

しかしながら、本発明に係る光源ユニットによれば、上述したように、光源ユニットの配置、光源ユニットの数および角錐状の組み合わせを最適化することによって、任意の方向に光を照射することができるので、隣り合う光源同士の距離が離れているところに対して光が反射されるように上記組み合わせを最適化すれば、輝度の低くなり易い部分に光を照射することができる。よって、明暗の差を減じることができるため、表示パネルにおける輝度のバラつきを低減させることができる。

さらに、角錐状を構成する面、すなわち角錐の側面と、角錐の底面とがなす角度を変えることにより、側面の傾斜角度および側面の面積を変えることができる。これにより、角錐の側面による反射光量を変えることもできる。例えば、角錐の側面と角錐の底面とがなす角度を小さくすると、反射光量を減らすことができ、上記角度を大きくすると反射光量を増やすことができる。この結果、光源ユニットの明るさを調節することができる。

また、本発明に係る光源ユニットにおいて、上記凸状の曲面は、球面の一部であってもよい。

これにより、透光部材の平面視した形状は対称性を持つので、光源ユニットから出射される光の照度分布の等方性を高めることができる。

また、本発明に係る光源ユニットにおいて、上記凸状の曲面は、楕円球面の一部であり、上記底面に平行な面による上記楕円球面の切り口は、楕円形状であってもよい。

これにより、上記切り口の楕円形状における短軸方向と長軸方向とで、光源ユニットから出射される光の照度に差をつけることができる。この結果、照度が大きい方向については、複数の光源ユニットの配置間隔を相対的に大きくし、照度が小さい方向については、当該配置間隔を相対的に小さくしても、輝度のバラツキが少ない照明装置を構成することができる。すなわち、複数の光源ユニットの配置の自由度を向上させることができる。

また、本発明に係る光源ユニットにおいて、上記凹部は、上記底面の中心に配されていることが好ましい。

これにより、光源ユニットが出射または反射する光の照度分布の対称性を保ちやすくなる。

本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、本発明に係る光源ユニットを複数備えており、隣り合う上記光源ユニットは、一方の光源ユニットの上記反射面と他方の光源ユニットの上記反射面とが異なる方向に面するように設けられていることを特徴としている。

上記の構成によれば、本発明に係る照明装置に設けられた、隣り合う光源ユニットにおいて、一方の光源ユニットの反射面と他方の光源ユニットの反射面とは互いに異なる方向に面している。これにより、一方の光源ユニットの反射面における光の反射方向と、他方の光源ユニットの反射面における光の反射方向とが異なるため、隣り合う光源同士の距離が離れているところ、すなわち輝度の低い部分に対して光を照射することができる。

よって、輝度のバラつきを低減させることができる。

本発明に係る照明装置は、上記の課題を解決するために、本発明に係る光源ユニットを複数備えており、隣り合う上記光源ユニットは、上記底面の面積がそれぞれ異なることを特徴としている。

上記の構成によれば、隣り合う光源ユニットにおいて、透光部材の底面の面積をそれぞれ異なるものとした場合、底面の面積が大きい（すなわち、光源ユニットの体積が大きい）ものの方が底面の面積が小さい（すなわち、光源ユニットの体積が小さい）ものと比較して、透光部材の発光面から照射される光の広がる領域が広い。

よって、例えば、複数配置された光源ユニット同士の距離、または光源からの発光量がそれぞれ異なる場合であっても、透光部材の面積、すなわち光源ユニットの大きさをそれぞれ異なるものとすることにより、全体的に照度分布を一様にすることができる。

また、例えば、底面の面積が大きい光源ユニットを正方形または長方形の四隅に配置した場合、当該正方形または長方形の中央の照度は、小さくなりやすい。そこで、そのような照度が小さい領域に、底面の面積が小さい光源ユニットを配置することにより、照度分布を全体として一様にすることができる。

以上により、上記の構成によれば、照度分布が一様な照明装置を設計し易くなるという効果を奏する。

本発明に係る液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、本発明に係る光源ユニットをバックライトとして備えていることを特徴としている。

上記の構成によれば、隣り合う光源同士の距離が離れているところに対して光が反射されるように凹部の角度を調節すれば、輝度の低い部分に光を照射することができる。また、各光源ユニットの光源から照射される光の強度が異なる場合であっても、凹部の角度を調節することによって、全体的に照度分布が一様にすることができる。

よって、明暗の差を減じることができるため、表示パネルにおける輝度のバラつきを低減させることができる。

本発明に係る液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、本発明に係る照明装置をバックライトとして備えていることを特徴としている。

これにより、本発明に係る照明装置は輝度のバラツキが少ない面光源であるため、表示品位の高い液晶表示装置を提供することができる。

なお、本発明に係る光源ユニットにおいて、上記反射面には、光を反射する反射材が付与されていることが好ましい。

上記の構成によれば、凹部の角錐状を構成する各面の外側である反射面に、反射材が付与されている。これにより、当該反射面において反射される光の光量が増えるため、例えば、光源ユニット間の距離が離れている等により輝度が低い領域に対して積極的に光を反射させることができるため、光の利用効率を向上させることができるとともに、輝度のバラつきを低減させることができる。

また、本発明に係る光源ユニットは、上記透光部材は、透明樹脂により形成されていることが好ましい。

上記の構成によれば、透光部材が透過率の高い透明樹脂により形成されているため、光源から出射された光を外部へ向けて効率よく照射することができる。

本発明は、光源および透光部材を備える光源ユニットであって、上記透光部材は、凸状の曲面および底面を有しており、上記底面には、上記光源を設置するための凹部が設けられており、上記凹部において、上記底面側は柱状であり、上記曲面側は角錐状であり、上記凹部の上記角錐状を構成する各面の上記光源と反対側は、反射面になっているので、光が照射される方向を調節し、輝度のバラつきを低減させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る光源ユニットの構成を示す断面図である。 上記光源ユニットの構成を示す斜視図である。 図３（ａ）は、上記光源ユニットが複数配置された液晶表示装置の構成を示す断面図であり、図３（ｂ）は、光源からランダムに出射した光線の詳細な光路を示す図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す光線の配置を示す模式図である。 上記光源ユニットに具備されるＬＥＤパッケージの構成を示す上面図であり、図４の（ａ）は光源ユニットの各面の向きを０度としたときを示し、図４の（ｂ）は図４（ａ）の光源ユニット１の各面の向きを４５度傾けたときを示す。 図５の（ａ）は、複数の光源が基板上に配置された状態を示す説明図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示す光源３の向きを４５度傾けたときの、本発明の第１の実施形態に係る光源ユニットが複数配置された状態を示す説明図である。 図６の（ａ）および図６の（ｂ）は、光源ユニットの外部から照射された光が、反射面に反射されるときの光の進路を示す模式図である。 図７の（ａ）は隣り合う光源ユニットにおける光強度の強さを示す模式図であり、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）よりも小さい透光部材を有する光源ユニットにおける光強度の強さを示す模式図である。 光源のみを設けた場合の照度分布図である。 図９の（ａ）は、上記光源ユニットにおける光の広がりを示す模式図であり、図９の（ｂ）は、光源から光を出射させた複数の光源ユニットのうちの１つにおける広がりを示す照度分布図である。 図１０の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る他の光源ユニットにおける光の広がりを示す模式図であり、図１０の（ｂ）は、光源から光を出射させた複数の他の光源ユニットのうちの１つにおける光の広がりを示す照度分布図である。 光源のみを複数配置したときの照度分布図である。 本発明の第１の実施形態に係る光源ユニットを複数配置したときの照度分布図である。 図１２の光源ユニットのサイズおよび凹部の形状を変更した光源ユニットを複数配置したときの照度分布図である。 本発明の第２の実施形態に係る光源ユニットが複数配置された状態を示す説明図である。 図１５の（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光源ユニットにおける反射面７の向きを示す模式図であり、図１５の（ｂ）は当該光源ユニットからの光の広がりを示す照度分布図である。 図１６の（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光源ユニットにおける反射面７の向きを示す模式図であり、図１６の（ｂ）は当該光源ユニットからの光の広がりを示す照度分布図である。 本発明の第３の実施形態に係る光源ユニットが複数配置された状態を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る光源ユニットを複数配置したときの照度分布図である。 本発明の第４の実施形態に係る光源ユニットの構成を示す上面図である。 図１９の光源ユニットの構成を示す断面図である。 図１９の光源ユニットが複数配置された状態を示す上面図である。 光源のみが複数配置された状態を示す説明図である。 図１９の光源ユニットが複数配置された状態を示す説明図である。 図１９の光源ユニットからの光の広がりを示す照度分布図である。 光源のみを図２２の状態に複数配置したときの照度分布図である。 図１９の光源ユニットを複数配置したときの照度分布図である。 従来の照明装置の構成を示す断面図である。

本発明に係る光源ユニットの一実施形態について、図１〜図１３を参照して以下に説明する。

〔第１の実施形態〕
（光源ユニット１の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光源ユニット１の構成を示す断面図である。図１に示すように、光源ユニット１は、透光部材２および光源３を備えている。

光源ユニット１は、透光部材２の底面側に設けられた光源３から出射された光によって、表示パネルのような照射対象を間接的に照射する間接光型の光源ユニットである。すなわち、光源ユニット１は、光源３から透光部材２を介して、主として横方向に、すなわち隣り合う他の光源ユニット１に向けて、四方に光を出射するとともに、隣り合う他の光源ユニット１から出射された光と、光源ユニット１単独内で導光される光を、後述する反射面７によって反射することにより、間接光を生成する。

また、光源３から出射された光のうち一部は、自身の透光部材２において反射される。特に、透光部材２と外界の空気との界面において、透光部材２内へ戻る反射光（その一部は全反射光）が生成される。この場合、透光部材２において反射された光を、光源３と同一の光源ユニット１内の反射面７が受けると、四方へ反射される。このように、光源ユニット１では、隣り合う他の光源ユニット１から出射された光だけではなく、単独の光源ユニット１内で導光する光を、反射面７によって反射することにより、間接光を生成する。したがって、透光部材２は、光源３の出射光の進路を調整して一様な照度分布を作り出す、いわば光路調整部材として機能する。

本実施形態に係る光源ユニット１において、透光部材２は、凸状の曲面（以下、発光面とも言う）および底面を有しており、当該底面には、光源３を設置するための凹部４が設けられている。また、凹部４において、底面側は柱状であり、曲面側は角錐状であり、凹部４の角錐状を構成する各面の外側、つまり光源３と反対側は、反射面７になっている。この反射面７の向き、サイズ、および数のいずれか、または組み合わせを最適化することによって、光が照射（反射）される方向を調節し、輝度のバラつきを低減させることができる。

透光部材２は、光源３を設置するための凹部４が底面側に設けられており、光源３から照射された光を透過させて外部へ向けて照射する。

また、本実施形態において、凹部４の柱状を構成する領域には光源３が設置されており、角錐状を構成する各面の外側、すなわち反射面７には、光を反射する反射材が付与されていることが好ましい。なお、反射面７は鏡面でもよいが、光を様々な方向へ散乱させる拡散機能が付与された面であることが一層好ましい。

図１に示すように、透光部材２の凹部４の発光面側が角錐状であれば、光源３から照射された光が透光部材２の外部へ向けて照射されるとき、この光が角錐状を構成する各面の正面方向に広がるように調節することができる。

また、反射面７に反射材が付与されていることにより、例えば、光源ユニット１の外部から照射された光が反射面７に達すると、当該光は反射面７に付与された反射材に反射される。のみならず、光源ユニット１自身の透光部材２内を導光された光が、反射面７に入射し、反射される。この光の反射方向は、反射面７に入射する光の方向に応じた多様な方向を取り得る。

さらに、反射面７において反射される光の光量が増えるため、例えば、光源ユニット１間の距離が離れている等により輝度が低い領域に対して積極的に光を反射させることができるため、光の利用効率を向上させることができるとともに、輝度のバラつきを低減させることができる。

このように、本実施形態に係る光源ユニット１によれば、透光部材２に設けられた角錐状を構成する各面（側面）の向きによって、光源３から広がる光の方向、および反射面７において反射される光の方向を調節することができる。したがって、例えば、輝度の低いところに対して光を照射させるように、角錐状を構成する各面の向きを調整することで、輝度のバラつきを低減させることができる。

また、光源ユニット１は、光源３毎に独立しているため、ローカルディミング技術に対応し易い。ここで、ローカルディミング技術とは、ＬＥＤ光源のような点状光源を複数備えた照明装置において、上記点状光源それぞれを独立的にコントロールし、上記照明装置の発光面の輝度を部分的にコントロールする技術である。

さらに、タンデム型の照明装置と比べ、光源ユニット１が個々に独立しているため、光源ユニット１のいずれかが故障した場合のリワーク時の処理が簡単になる。すなわち、故障が発生した光源ユニット１のみを取り外せばよい。これに対し、タンデム型の照明装置では、リワーク時に全ての光源ユニットを取り外さなければならない事態も起こり得る。

なお、タンデム型の照明装置を構成する導光体は、発光面を有する発光部と、該発光部へ光源からの光を導く導光部とを有し、一方の導光体の導光部に、該一方の導光体に隣り合う他方の導光体の発光部が乗り上げるように配置される構成となっている。

光源３は、透光部材２の凹部４に設置され、透光部材２に対して光を照射する。光源３としては、特に限定されないが、光源ユニット１を実装する装置の薄型化および小型化を図るために、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の点状光源を用いてもよい。ここで、本実施形態に係る光源ユニット１の各構成についてさらに説明する。

（透光部材２）
透光部材２において、凸状の曲面は、特に限定されないが、球面の一部または楕円球面の一部であってもよい。また、例えば、当該曲面が楕円球面の一部である場合、透光部材２の底面に平行な面による当該楕円球面の切り口は、楕円形状であればよい。透光部材２における凸状の曲面が球面または楕円球面の一部であれば、平板状のものと比較して体積を減らすことができるので、重量の削減に繋がる。

また、本実施形態に示すように、凸状の曲面が球面の一部であれば、透光部材２の平面視した形状は対称性を持つので、光源ユニット１から出射される光の照度分布の等方性を高めることができる。

透光部材２の材料は、光を透過するものであれば特に限定されないが、例えば透明樹脂であることがより好ましい。これによれば、透過率の高い透明樹脂によって透光部材２を形成するため、光源３から照射された光を効率よく出射することができる。

そのような透明樹脂としては、例えば、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）等の（メタ）アクリル系樹脂、「ゼオノア」（登録商標、日本ゼオン株式会社製）等のＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＣＯＣ（シクロオレフィンコポリマー）、ポリカーボネート等の透明樹脂が挙げられる。

また、透光部材２に設けられた凹部４は、透光部材２の底面の中心に配されていることが好ましい。これにより、光源ユニット１が出射または反射する光の照度分布の対称性を保ちやすくなる。

上述したように、凹部４において、底面側は柱状であり、曲面側は角錐状であり、凹部４の角錐状を構成する各面の外側、つまり光源３と反対側は、反射面７になっている。以下、説明の便宜のため、曲面側の角錐状の領域を光反射部５と称し、底面側の柱状の領域を光源格納部６と称する。なお、本実施形態において、光反射部５および光源格納部６は境目がなく、一体的に形成されているが、これに限定されるものではない。

光反射部５において、角錐状を構成する各面の外側は反射面７となっている。そのため、光源３から光源ユニット１の直上に照射された光を遮光するとともに、光源格納部６から透光部材２を経て、周囲へ光を出射する。

その一方、光源ユニット１自身の透光部材２内を導光された光、および隣りに配置される他の光源ユニット１から出射される光を、反射面７で受けて、いろいろな方向へ反射することができる。この結果、光源ユニット１によって光を照射される表示パネルなどの照射対象では、反射面７を介して間接光が照射されることになるので、光源３の直上部が輝点とならず、輝度むらが生じにくくなる。

もし、上記反射面７が光源３の出射光を遮光しないとすると、光源３の直上は極端に明るくなって、輝度むらが発生する。また、角錐の側面に上記反射面７を設けなかったり、光源３の上に単なる平面の反射材を置くなどすると、光源３の直上は極端に暗くなり、やはり輝度むらが発生する。角錐の側面に上記反射面７を設けたことによって、この極端な差を改善することができる。しかも、光源ユニット１の照度分布を、後述するように、角錐の面の大きさや角度や、透光部材２の球面の半径で調整することができる。

なお、反射面７において反射された光の進行方向は、反射面７に入射する光の進行方向に応じて、光源ユニット１の直上方向を含む様々な方向へ分散する。この分散の仕方は、着目している光源ユニット１を中心として、隣りの光源ユニット１をどのような位置に、いくつ配置するかによって多様に変化する。

また、光反射部５の形状は、角錐状であれば特に限定されるものではなく、例えば、三角錐、四角錐、五角錐、六角錐など、何面も持った多角錐状であってもよい。これら多角錐状のいずれにするかによっても、上述した分散の仕方が変化する。

したがって、光源ユニット１の配置、光源ユニット１の数および角錐状の組み合わせを最適化することによって、輝度むらを最も低減することのできる照明装置を作製することができる。

ここで、光源ユニット１から出射される光の方向について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る光源ユニット１の構成を示す斜視図である。

図２に示すように、光源３は、光源格納部６、すなわち、凹部４の柱状領域から透光部材２を介して、主として横方向（図２に「ｘ」として示す方向を含む）に向けて、四方に光を出射する。光源３から出射された光は、図３（ａ）に示すように、隣り合う他の光源ユニット１に照射される。

図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光源ユニット１が複数配置された液晶表示装置の構成を示す断面図である。この液晶表示装置において、光源ユニット１は基板８の上に複数設置されており、光源ユニット１の直上方向には光を拡散する拡散板９、および表示パネル１０が設けられている。なお、図３（ａ）において、光源３から出射された光が取る光路を矢印にて示す。

また、図３（ａ）に示す光源３から出射された光が取る光路、および隣り合う他の光源ユニット１から照射された光が取る光路のシミュレーション結果を、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示す。図３（ｂ）は、光源３からランダムに出射した光線の詳細な光路を示す図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示す光線の配置を分かり易く示す模式図である。なお、図３（ｂ）の結果は、通常のシミュレーションによって得られる。

これらの図に示すように、光源３から出射された光（図３（ｃ）中、「Ａ」で示す光路を取る光）のうち一部は、自身の透光部材２において反射され、透光部材２内へ戻る反射光が生成される。この場合、透光部材２において反射された光を、光源３と同一の光源ユニット１内の反射面７が受けると、当該光は反射面７において反射される。

一方、光源ユニット１の光源格納部６から、隣り合う他の光源ユニット１に対して出射された光は、反射面７に達すると、入射する光の進行方向に応じて、光源ユニット１の直上方向、すなわち表示パネル１０側を含む様々な方向へ分散する。また、角錐状の各面の正面方向に反射される。

ここで、隣り合う他の光源ユニット１から照射された光が取る光路の一例を、図３（ｃ）中に「Ｂ」で示す。図３（ｃ）に示すように、光路Ｂによれば、隣り合う他の光源ユニット１から照射された光が透光部材２内に進入すると、透光部材２の底面に位置する基板８において反射された後、反射面７によって再度反射される。

しかしながら、他の光源ユニット１から照射された光が取る光路は、これに限定されるものではなく、他の光源ユニット１から反射面７へ直接到達した後、反射面７において反射されることもある。

また、光源３の直上を極角９０度、および基板８の表面を極角０度としたとき、光路Ａの光は、主として、０度以上α度以下（０＜α＜９０）の照射範囲をカバーし、光路Ｂの光は、主としてα度以上９０度以下の照射範囲をカバーしている。

このように、光源ユニット１によって光を照射される表示パネル１０などの照射対象では、反射面７を介して間接光が照射されることになるので、光源３の直上部が輝点とならず、輝度むらが生じにくくなる。

なお、基板８に、例えば、反射シート等の反射材を設けることが好ましい。これによれば、基板８において反射される光の反射効率が上がる。基板８において反射材を設ける領域は特に限定されず、例えば、透光部材２の底面の範囲内に設けてもよいが、基板８の全面に設けることがより好ましい。

凹部４の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば金型によって透光部材２の形成と同時に形成してもよいし、透光部材２を形成した後、切削手段を用いて後から形成してもよい。また、切削方法としては、ドリルまたはバイトなどの切削工具によって透光部材２の表面を押し付け、剥ぎ取るようにして削る方法が挙げられる。

また、反射面７に付与する反射材としては、特に限定されるものではなく、例えばＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）等の反射シートが挙げられる。また、反射材を付与する方法としては、例えば、銀蒸着または当該反射シートのテープ貼等が挙げられる。また、反射材を付与する領域は、反射面７である限り特に限定されるものではない。

（光源３）
光源３としては、上述したようにＬＥＤを用いてもよく、その場合、図４に示すように、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色のＬＥＤチップ３１、３２、３３が１つのパッケージにモールドされているサイド発光タイプのＬＥＤを用いてもよい。図４は、本発明の第１の実施形態に係る光源ユニット１に具備されるＬＥＤパッケージの構成を示す上面図であり、図４の（ａ）は光源ユニット１の各面の向きを０度としたときを示し、図４の（ｂ）は図４（ａ）の光源ユニット１の各面の向きを４５度傾けたときを示す。

例えば、各色のＬＥＤチップ３１、３２、３３を組み合わせて使用する場合、各色のＬＥＤチップ３１、３２、３３を混色させて白色の光を得るためには、各色の光を十分に拡散する必要がある。本実施形態によれば、各色のＬＥＤチップ３１、３２、３３を組み合わせて図４に示すように配置することによって、色再現範囲の広い光源ユニット１を得ることができる。

また、例えば、本実施形態に係る光源ユニット１を備える照明装置または液晶表示装置を作製する場合、まず、基板８の上に光源３を設置する。このとき、光源３の各面の設置する向きは、例えば、矩形の基板８の１辺に平行な方向を基準方向とし、図４の（ａ）に示す光源３および凹部４の配置を、その基準方向に対する０度の配置とした場合、基準方向に対する光源３および凹部４の配置角度は０度でもよいし、図４の（ｂ）に示すように４５度傾けてもよい。なお、平面視した凹部４の形状が矩形（好ましくは正方形）のとき、直交する２辺のうちの１辺が、上記基準方向に対してなす角度を、光源３および凹部４の上記配置角度と定義することができる。

上述したように、光源３から出射された光は、反射面７に入射する光の方向に応じた多様な方向に反射し得る。そのため、光源３の各面の向きは、例えば、図５の（ａ）に示すような向き（すなわち配置角度が０度）であってもよいし、図５の（ｂ）に示すように、図５の（ａ）に示す光源３の向きを４５度傾けて（すなわち配置角度が４５度）設置してもよい。図５の（ａ）は、複数の光源３が基板上に配置された状態を示す説明図であり、図５の（ｂ）は、図５の（ａ）に示す光源３の向きを４５度傾けたときの、光源ユニット１が複数配置された状態を示す説明図である。

したがって、例えば、図５の（ｂ）に示すように、光源ユニット１における角錐状を構成する各面が、光源ユニット１を正方形の四隅に配置したような状態において、当該正方形の中央に向いているとき、凹部４の形状に合わせて、光源３の向きも、図５の（ａ）に示す光源３の向きよりも４５度傾けて設置すればよい。

また、本実施形態に係る光源ユニット１は、例えば照明装置または液晶表示装置のバックライトとして具備させてもよい。この場合、特に限定されないが、光源ユニット１を複数配置させて面状光源としてもよい。これによれば、隣り合う光源３同士の距離が離れているところに対して光が照射されるように角錐状を構成する各面の向きを調整すれば、輝度が低くなり易い部分に光を照射することができる。よって、明暗の差を減じることができるため、表示パネル１０における輝度のバラつきを低減させることができる。

この場合、例えば基板８または反射板等に光源３を設置し、その上から透光部材２を被せるように形成すればよい。なお、透光部材２の固定方法は特に限定されるものではなく、例えば透光部材２の底面に突起を設け、光源３が設置された基板または反射板等に穴を開けて差し込む方法、またはテープ等によって張り合わせる方法等により行なえばよい。

また、上記照明装置を液晶表示装置のバックライトとして備えていてもよい。これにより、本実施形態に係る光源ユニット１を備えた照明装置は、輝度のバラツキが少ない面光源であるため、表示品位の高い液晶表示装置を提供することができる。

また、本実施形態に係る光源ユニット１において、凹部４における角錐状を構成する面、すなわち反射面７と、角錐の底面とがなす角度を変えることにより、反射面７の傾斜角度および側面の面積を変えることができる。これにより、反射面７による反射光量を変えることもできる。例えば、反射面７と角錐の底面とがなす角度を小さくすると、反射光量を減らすことができ、上記角度を大きくすると反射光量を増やすことができる。この結果、光源ユニット１の明るさを調節することができる。

反射面７の面積は特に限定されず、例えば透光部材２の材料の屈折率、隣り合う光源３の中心までの距離、または光源３から照射される光の強さに応じて適宜調節すればよい。図６の（ａ）および図６の（ｂ）には、光源ユニット１の外部から照射された光が、反射面７に反射されるときの光の進路を示す。

例えば、反射面７の面積が図６の（ａ）に示すような大きさの場合、外部から光源ユニット１に照射された光は、そのまま光源ユニット１を透過するものと、反射面７において反射され、光源ユニット１の直上方向に照射されるものとに分かれる。

これに対し、反射面７の面積が図６の（ｂ）に示すように、図６の（ａ）に示す反射面７の面積よりも大きい場合、この光源ユニット１に外部から照射された光が反射面７において反射される量が増える。その結果、光源ユニット１の直上方向に照射される光量が多くなる。よって、表示パネル１０において輝度を高くしたい部分では、反射面７の面積を大きくすればよい。

また、本実施形態において、透光部材２の大きさは特に限定されるものではなく、例えば、光源３から照射される光の強さ等に応じて調節すればよい。図７の（ａ）は隣り合う光源ユニット１における光強度の強さを示す模式図であり、図７の（ｂ）は、図７の（ａ）よりも小さい透光部材２を有する光源ユニット１における光強度の強さを示す模式図である。

例えば、図７の（ａ）に示すように、透光部材２の体積が比較的小さい場合、光源３から光源ユニット１の周囲に出射される光が広がる領域は、隣り合う光源ユニット１から出射される光が広がる領域と重ならず、その結果、これらの光源ユニット１の間は比較的暗くなりやすい。

一方、図７の（ｂ）に示すように、図７の（ａ）に示す光源ユニット１よりも透光部材２の体積が大きい場合、光源３から光源ユニット１の周囲に出射される光が広がる領域は、隣り合う光源ユニット１から出射される光が広がる領域と重なる。これらの光源ユニット１の間は、比較的明るくなりやすい。このように、各光源ユニット１の透光部材２の体積を変えることによって、照度分布を調整してもよい。

次に、本実施形態に係る光源ユニット１における光の広がりについて、さらに詳細に説明する。

（光源ユニット１における光の広がり）
上述したように、光源３としてＬＥＤ等の点状光源を用いた場合、光源３から出射される光は、ある一定の角度で出射されることから、出射角度が制限される。このため、例えば光源３の発光面を液晶表示装置等の表示パネル１０に対して垂直に設置した場合、光は光源３の直上方向に強く照射され、図８に示すように光源３の周囲は暗くなる。図８は、光源３のみを設けた場合の照度分布図である。

これに対し、本実施形態に係る光源ユニット１によれば、光源３から照射される光は図９および図１０に示すように広がる。図９の（ａ）は、本実施形態に係る光源ユニット１における光の広がりを示す模式図であり、図９の（ｂ）は、光源３から光を出射させた複数の光源ユニット１のうちの１つにおける光の広がりを示す照度分布図である。また、図１０の（ａ）は、本実施形態に係る他の光源ユニット１における光の広がりを示す模式図であり、図１０の（ｂ）、光源３から光を出射させた複数の他の光源ユニット１のうちの１つにおける光の広がりを示す照度分布図である。

すなわち、図９の（ａ）に示すように、凹部４の光反射部５が四角錐である場合、上述したように、隣り合う他の光源ユニット１の光源３から出射された光は、四角錐を構成する各面の外側の反射面７において反射され、四方に向かって強く照射される。この結果、図９の（ｂ）に示すように光源ユニット１の四方向において光強度が強くなる。

なお、図９の（ｂ）において、光源３の直上領域の照度が高くなっているのは、前述したとおり、光源ユニット１自身の透光部材２内を導光された光、および隣りに配置される他の光源ユニット１から出射された光を、反射面７で受けて、光源３の直上方向へ立ち上げているからである。

また、図１０の（ａ）に示すように、凹部４の光反射部５が三角錐である場合、隣り合う他の光源ユニット１の光源３から出射された光は、三角錐を構成する各面の外側の反射面７において反射され、三方向に向かって強く照射される。その結果、図１０の（ｂ）に示すように光源ユニット１の三方向において光強度が強くなる。

次に、本実施形態に係る光源ユニット１を複数配置した場合の照度分布について説明する。図１１は、光源３のみを複数配置したときの照度分布図であり、図１２は、本実施形態に係る光源ユニット１を複数配置したときの照度分布図であり、図１３は、図１２の光源ユニットのサイズおよび凹部の形状を変更した光源ユニットを複数配置したときの照度分布図である。

図１１に示すように、光源３のみを複数配置した場合では、光源３が配置されている領域と光源３が配置されていない領域とでは明暗の差が明確に現れ、輝度のバラつきが生じる。

これに対し、本実施形態に係る光源ユニット１を複数配置した場合では、図１２および図１３に示すように、光源ユニット１の周囲に光がより広がるように照射される。ここで、図１２は光源ユニット１の直上および光源ユニット１の対角上の照度が同等になるように光源ユニット１を配置したものであり、反射面７の角度を５０度、また透光部材２の底面の半径を１０ｍｍとした場合を示す図である。また、図１３は光源ユニット１の直上およびその周辺の照度が同等になるように光源ユニット１を配置したものであり、反射面７の角度を５０度、また透光部材２の底面の半径を１２ｍｍとした場合を示す図である。

このように、本実施形態によれば、用途に応じて反射面の角度または透光部材２の底面の半径を変えることにより、照度分布を調整することができる。なお、図１２および図１３に示すように光源ユニット１を備える液晶表示装置において、例えば、拡散板９の上に光学シート等を設ければ、より輝度のムラを抑えることができる。

〔第２の実施形態〕
本発明に係る光源ユニットの第２の実施形態について、図１４〜１６を参照して以下に説明する。図１４は、本発明の第２の実施形態に係る光源ユニット１（１Ａ、１Ｂ）が複数配置された状態を示す説明図であり、図１５の（ａ）および図１６の（ａ）は、本実施形態に係る光源ユニット１における反射面７の向きを示す模式図であり、図１５の（ｂ）および図１６の（ｂ）は、光源ユニット１からの光の広がりを示す照度分布図である。なお、図１４において、光源ユニット１Ｂは、光源ユニット１Ａの角錐状を構成する各面の向きを４５度傾けた状態を示す。

第２の実施形態は、角錐状を構成する各面の向きが異なる、複数の光源ユニット１を配置させている点が異なるのみであり、その他は第１の実施形態と同様に構成されている。なお、説明の便宜上、第１の実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１４に示すように、本発明の第２の実施形態によれば、複数の光源ユニット１（１Ａ、１Ｂ）を備えた照明装置において、隣り合う光源ユニット１Ａ、１Ｂは、一方の光源ユニット１Ａの角錐状を構成する各面の向きと、他方の光源ユニット１Ｂの角錐状を構成する各面の向きとが異なる方向に向くように設けられている。

ここで、角錐状を構成する各面の向きが異なる光源ユニット１（１Ａ、１Ｂ）における光の広がりについて、図１５および図１６を参照して説明する。

角錐状を構成する各面の向きが、図１５の（ａ）に示すような方向の場合、光源３から出射された光は、図１５の（ｂ）に示すように、上下左右の四方向に広がる。一方、図１６の（ａ）に示すように、図１５（ａ）に示す光源ユニット１の当該各面の向きを４５度傾けた場合、光源３から出射された光は、図１６の（ｂ）に示すように、対角線上の四方向に広がる。

このように、角錐状を構成する各面の向きが異なる光源ユニット１（１Ａ、１Ｂ）では、他の光源ユニット１から照射された光が当該各面の外側の反射面７によって反射され、それぞれ異なる方向、すなわち、上下左右または対角線上に対して強く照射（反射）される。

したがって、一方の光源ユニット１の反射面７における光の反射方向と、他方の光源ユニット１の反射面７における光の反射方向とが異なるため、隣り合う光源３同士の距離が離れているところ、すなわち輝度の低い部分に対して光を照射することができる。

よって、輝度のバラつきを低減させることができる。

なお、本実施形態では、角錐状を構成する各面の向きを０度または４５度傾けたものと２パターンとしたが、これに限定されず、角錐状を構成する各面の向きは、光源ユニット１の配置、光源ユニット１の数および角錐状の組み合わせに応じて最適化すればよい。

〔第３の実施形態〕
本発明に係る光源ユニットの第３の実施形態について、図１７および図１８を参照して以下に説明する。図１７は、本発明の第３の実施形態に係る光源ユニット１（１Ａ、１Ｃ）が複数配置された状態を示す説明図であり、図１８は、本発明の第３の実施形態に係る光源ユニット１（１Ａ、１Ｃ）を複数配置したときの照度分布図である。なお、図１７において、光源ユニット１Ｃは、光源ユニット１Ａの角錐状を構成する各面の向きを４５度傾けるとともに、光源ユニット１Ａよりも透光部材２の底面の面積が小さい。

第３の実施形態は、角錐状を構成する各面の向き、および透光部材２の底面の面積が異なる、複数の光源ユニット１を配置させている点が異なるのみであり、その他は第１の実施形態と同様に構成されている。なお、説明の便宜上、第１の実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１７に示すように、本発明の第３の実施形態によれば、複数の光源ユニット１（１Ａ、１Ｃ）を備えた照明装置において、隣り合う光源ユニット１Ａ、１Ｃは、一方の光源ユニット１Ａの角錐状を構成する各面の向きと、他方の光源ユニット１Ｂの角錐状を構成する各面の向きとが異なる方向に向くように設けられており、さらに透光部材２の底面の面積がそれぞれ異なっている。

ここで、角錐状を構成する各面の向き、および透光部材２の底面の面積が異なる複数の光源ユニット１（１Ａ、１Ｃ）を配置したしたときの照度分布について、図１８を参照して説明する。

図１８に示すように、透光部材２の底面の面積が大きい光源ユニット１Ａは、光源ユニット１Ａよりも透光部材２の底面の面積が比較的小さい光源ユニット１Ｃに比べて、照射する光の広がる領域が広い。

したがって、例えば、隣り合う光源ユニット１（１Ａ、１Ｃ）同士の距離、または光源ユニット１からの発光量がそれぞれ異なる場合であっても、透光部材２の底面の面積をそれぞれ異なるものとすることにより、全体的に照度分布を一様にすることができる。

また、例えば、底面の面積が大きい光源ユニット１Ａを正方形または長方形の四隅に配置した場合、当該正方形または長方形の中央の照度が小さくなりやすい。そこで、そのような照度が小さい領域に、底面の面積が小さい光源ユニット１Ｃを配置することにより、照度分布を全体として一様にすることができる。

以上により、上記の構成によれば、照度分布が一様な照明装置を設計し易くなるという効果を奏する。

なお、本実施形態では、透光部材２の底面の面積を２パターンとしたが、これに限定されず、透光部材２の底面の面積は、光源ユニット１の配置、光源ユニット１の数および角錐状の組み合わせに応じて最適化すればよい。また、光源ユニット１Ａの角錐状を構成する各面の向きと、光源ユニット１Ｂの角錐状を構成する各面の向きとの組み合わせについても、図１７の例に限らず、輝度ムラを低減させるように、前記配置角度を多様に変更すればよい。

〔第４の実施形態〕
本発明に係る光源ユニットの第４の実施形態について、図１９〜２６を参照して以下に説明する。図１９は、本発明の第４の実施形態に係る光源ユニット１０の構成を示す上面図であり、図２０は、図１９の光源ユニット１０の構成を示す断面図である。

第４の実施形態は、透光部材１１の形状が異なるのみであり、その他は第１の実施形態と同様に構成されている。なお、説明の便宜上、第１の実施形態にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図１９および図２０に示すように、本実施形態に係る光源ユニット１０において、透光部材１１における凸状の曲面は、楕円球面の一部であり、透光部材１１の底面に平行な面による当該楕円球面の切り口は、楕円形状である。

これにより、例えば、図２１に示すように、楕円球面の切り口の楕円形状における短軸方向と長軸方向とで、光源ユニット１０から出射される光の照度に差をつけることができる。図２１は、図１９の光源ユニットが複数配置された状態を示す上面図であり、この図において、楕円形状における短軸方向をＦ１と表わし、長軸方向をＦ２と表わす。

例えば、図２２に示すように、複数設置された光源３の間隔が、第１の実施形態において示したような均等でない場合、隣り合う光源３同士の距離が離れているところよりも、近いところの方が必然的に輝度が高くなる。図２２は、光源のみが複数配置された状態を示す説明図である。

そのため、図２３に示すように、隣り合う光源３が配置されている間隔が広いところに楕円形状における長軸方向が向くように配置する。図２３は図１９の光源ユニット１０が複数配置された状態を示す説明図である。

すなわち、図２４に示すように、光源ユニット１０の水平方向の照度が垂直方向の照度よりも高い。図２４は、図１９の光源ユニット１０からの光の広がりを示す照度分布図であり、この図において水平方向が楕円形状における長軸方向であり、垂直方向が楕円形状における短軸方向である。透光部材１１内では、透光部材１１の長軸方向に延びる面によって、光の屈折および反射が繰り返され、短軸方向に延びる面に比べて、より光が広がるように導光されると考えられる。

このため、例えば、複数設置された光源３の間隔が均等ではないために、図２５のような照度分布となっていても、透光部材１１を光源３に組み合わせることによって、図２６に示すように、各光源３の間における照度分布が一様となるように光が広がる。図２５は、光源３のみを図２２の状態に複数配置したときの照度分布を示し、図２６は、図１９の光源ユニット１０を複数配置したときの照度分布を示す。

このように、光源ユニット１０では、光源３の配置間隔が異なっていても、楕円形状における長軸方向を、照度を大きくしたい方向に向けることによって、全体的に照度分布を一様にすることができる。

したがって、本実施形態に係る光源ユニット１０によれば、照度が大きい方向については、複数の光源ユニット１０の配置間隔を相対的に大きくし、照度が小さい方向については、当該配置間隔を相対的に小さくしても、輝度のバラツキが少ない照明装置を構成することができる。すなわち、複数の光源ユニット１０の配置の自由度を向上させることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明の光源ユニットは、液晶表示装置のバックライトに利用することができる。本発明の光源ユニットは、特に、大型の液晶表示装置のバックライトとして好適に利用することができる。

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ），１０ 光源ユニット
２，１１ 透光部材
３ 光源
４，１２ 凹部
５ 光反射部（角錐状を構成する部分）
６ 光源格納部（柱状を構成する部分）
７ 反射面
８ 基板
９ 拡散板
１０ 表示パネル

Claims (8)

1. 光源および透光部材を備える光源ユニットであって、
   上記透光部材は、凸状の曲面および底面を有しており、
   上記底面には、上記光源を設置するための凹部が設けられており、
   上記凹部において、上記底面側は柱状であり、上記曲面側は角錐状であり、
   上記凹部の上記角錐状を構成する各面の上記光源と反対側は、反射面になっていることを特徴とする光源ユニット。
2. 上記凸状の曲面は、球面の一部であることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 上記凸状の曲面は、楕円球面の一部であり、上記底面に平行な面による上記楕円球面の切り口は、楕円形状であることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
4. 上記凹部は、上記底面の中心に配されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源ユニット。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光源ユニットを複数備えており、
   隣り合う上記光源ユニットは、一方の光源ユニットの上記反射面と他方の光源ユニットの上記反射面とが異なる方向に面するように設けられていることを特徴とする照明装置。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光源ユニットを複数備えており、
   隣り合う上記光源ユニットは、上記底面の面積がそれぞれ異なることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１から４のいずれか１項に記載の光源ユニットをバックライトとして備えていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項５または６に記載の照明装置をバックライトとして備えていることを特徴とする液晶表示装置。