JP2011216203A - 光源装置、バックライト装置、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工数やコストの低減、良好な光学的性能の実現、及び装置の小型化（薄型化）を図る。
【解決手段】複数の光源２（Ｌ１１〜Ｌ１３）と、互いに位置の異なる複数の部分領域Ａ１１〜Ａ１３が設定された出光面５、その内部を伝搬される光を出光面５に向けて反射する裏面６、及び各光源２に対応してその側面４に沿って配設された複数の分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃを有する導光板３とを備え、各分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃの出光面５に対する傾斜角度を、裏面６との関係で各光源２からの光が互いに異なる部分領域から出射されるように互いに異なる角度に設定した光源装置１である。光源Ｌ１１〜Ｌ１３の発光を制御することにより、各部分領域Ａ１１〜Ａ１３における輝度をそれぞれ独立して任意に変更調整することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、被照明体を照明するための光源装置、該光源装置を備えるバックライト装置、及び該バックライト装置を備える液晶表示装置に関する。

液晶表示装置においては、消費電力を低減させつつ実効的なコントラストや動画追従性を向上させる技術として、ローカルディミングと呼ばれる技術が開発されている。このローカルディミングは、周囲の明るさにあわせてバックライトの輝度を調整したり、表示画像データにあわせてバックライトを場所的及び時間的に制御してダイナミックに明るさを変更するものである。

このようなローカルディミング等に関する従来技術としては、全発光領域を複数に分割した部分領域毎に、それぞれに導光板と該導光板の側面に配置されたＬＥＤとからなるユニットを配置して、各ユニット毎にＬＥＤの点灯及び消灯、あるいは発光量を制御するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

しかしながら、従来技術では、各ユニット毎にＬＥＤを配置しているため、ユニットとこれに隣接するユニットとの境界部分にＬＥＤが存在する、即ち発光領域内にＬＥＤが存在することとなり、ＬＥＤ自身や該ＬＥＤへ電力を供給するための配線等が、均一な照明の妨げとなったり、ユニット間の境界部分から光洩れを生じる等、高い光学的性能を実現できない場合があり、これらを抑制するための特別な工夫を必要とするという問題があった。また、部分領域の数が多くなると、製造面でその工数やコストが増大するという問題もあった。さらに、装置の小型化（薄型化）も要請されている。

本発明はこのような点に鑑みなされたものであり、製造工数やコストを低減でき、良好な光学的性能を実現することができ、さらに装置を小型化（薄型化）することができる光源装置、該光源装置を備えるバックライト装置、及び該バックライト装置を備える液晶表示装置を提供することを目的とする。

特開２００７−２９３３３９号公報 特開２００８−２１４２０号公報

本発明の第１の観点に係る光源装置は、複数の光源と、互いに位置の異なる複数の部分領域が設定された出光面、その内部を伝搬される光を前記出光面に向けて反射する裏面、及び各光源に対応してその側面に沿って配設された複数の分割入光面を有する導光板とを備え、各分割入光面の前記出光面に対する傾斜角度を、前記裏面との関係で各光源からの光が互いに異なる前記部分領域から出射されるように互いに異なる角度に設定した光源装置である。

本発明の第２の観点に係る光源装置は、複数の光源と、互いに位置の異なる複数の部分領域が設定された出光面、その内部を伝搬される光を前記出光面に向けて反射する裏面、及び各光源に対応してその側面に沿って配設された複数の分割入光面を有する導光板とを備え、各光源からの入射光の主光線方向を、前記裏面との関係で各光源からの光が互いに異なる前記部分領域から出射されるように互いに異なる方向に設定した光源装置である。

本発明の第１又は第２の観点に係る光源装置において、前記裏面を、前記入光面に近い側から遠い側にいくに従って前記出光面に対する離間寸法が小さくなるように傾斜させることができる。

本発明の第１又は第２の観点に係る光源装置において、前記出光面及び前記裏面の少なくとも一方に、前記導光板の前記側面に実質的に平行な方向に沿って延在する複数の条からなる第１条列を設けることができる。この場合において、前記第１条列の各条の断面形状を略三角形状に設定することができる。また、前記第１条列の各条を構成する２つの斜面のうちの前記入光面に対して近い側の斜面の傾斜角を遠い側の斜面の傾斜角よりも大きく設定することができる。

本発明の第１又は第２の観点に係る光源装置において、前記出光面及び前記裏面の少なくとも一方に、前記導光板の前記側面に実質的に直交する方向に沿って延在する複数の条からなる第２条列を設けることができる。この場合において、前記第２条列の前記条の断面形状を略三角形状又は略半円形状に設定することができる。

本発明の第１又は第２の観点に係る光源装置において、各光源は、単独で又は群毎に調光可能とすることができる。

本発明の第１又は第２の観点に係る光源装置において、前記光源としてＬＥＤを用いることができる。

本発明の第３の観点に係るバックライト装置は、本発明の第１又は第２の観点に係る光源装置を備えて構成される。

本発明の第４の観点に係る液晶表示装置は、本発明の第３の観点に係るバックライト装置と、液晶パネルとを備えて構成される。

本発明の第１又は第２の観点に係る光源装置では、各光源からの光は導光板の対応する分割入光面を介して互いに異なる角度で内部に導かれ、それぞれの角度との関係で、裏面と出光面との間で適宜に反射されつつ対応する部分領域から出射される。これにより、各光源の発光量をそれぞれ制御すれば、各部分領域についての輝度を任意に変更することができる。従って、単一の導光板を用いて複数の部分領域のそれぞれについて輝度を任意に変更することができるので、従来技術のように、各部分領域毎に導光板をそれぞれ備えるものと比較して、その枚数を大幅に削減することができ、光源を導光板の端部に配置することもできるため、光学的性能の低下を招くことなく、製造工数やコストを低減することができる。また、各分割入光面は導光板の側面に沿って配設されているため、導光板としてより薄いものを用いることができ、装置の小型化（薄型化）を図ることができる。

本発明の第３の観点によれば、本発明の第１又は第２の観点に係る光源装置を備えているので、高い光学的性能を実現することができるとともに、安価で小型（薄型）なバックライト装置を提供することができる。

本発明の第４の観点によれば、本発明の第３の観点に係るバックライト装置を備えているので、品質の高い表示が可能であるとともに、安価で小型（薄型）な液晶表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態の光源装置の平面図である。 本発明の実施形態の光源装置の側面図である。 本発明の実施形態の光源装置の光の伝搬の様子を示す側面図である。 本発明の実施形態の光源の集光度を説明するための図である。 本発明の実施形態の光源装置の変更例を示す側面図である。 本発明の実施形態の光源装置を用いたバックライト装置の一例を示す平面図である。 本発明の実施形態の光源装置の一部を変更した光源装置を用いたバックライト装置の一例を示す平面図である。 本発明の実施例のシミュレーションに用いた光源装置のモデルを示す図である。 本発明の実施例のシミュレーション結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る光源装置について、図面を参照して説明する。なお、以下では、後述する平面視矩形状の導光板の厚さ方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する面内において、該矩形状の導光板の１辺に沿う方向をＸ方向、該Ｘ方向に直交する方向をＹ方向としたＸＹＺ正規直交座標系を用いて説明する。

この光源装置は、液晶表示装置の液晶パネルを被照明体として照明するバックライトに用いて特に好適なものである。但し、被照明体としては、そのような液晶パネルに限られず、店頭等に配置される看板の照明として、ショーウィンドウ等の照明として、その他のあらゆる照明として、用いることもできる。以下では、液晶表示装置のバックライトとして用いられる場合を例に説明する。

まず、図１〜図３を参照する。この実施形態の光源装置１は、複数の光源２（Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１〜Ｌ３３）と、これらの光源２からの光を導く導光体としての導光板３とを備えている。導光板３は平面視矩形状（正方形又は長方形）の板状体からなり、光源２は導光板３の一の側面（後述する入光面４）を指向して該側面に沿って（すなわち、Ｙ方向に沿って）配列的に設けられている。

光源２としては、この実施形態では、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いている。ＬＥＤとしては、青黄色系擬似白色発光ダイオードや３色（ＲＧＢ）方式の白色発光ダイオード等が用いられる。但し、光源２としては、このようなＬＥＤに限られず、少なくとも点灯／消灯、発光量の制御が所望の応答性をもって行えるものであればどのようなものでもよく、例えば、半導体レーザー等を用いてもよい。

光源２としては、小型で、集光度が高いものを用いることが好ましい。なお、本実施形態における集光度とは、光源からの光の出射角度（照射角度）と同義である。光源２の集光度は半値（全角）で３０°以下が好ましく、２０°以下がより好ましい。本実施形態では、光源２として、砲弾型ＬＥＤを用い、その集光度は半値（全角）で１５°のものを用いている。但し、光源２の厚さ（Ｚ方向の寸法）が導光板３の厚さ（Ｚ方向の寸法）と比較して小さい場合（例えば、導光板３として比較的に厚みのある板状体を用いる場合等）には、光源２としてはその集光度は半値（全角）でより大きなものを用いてもよい。

各分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃに対応する各光源２（例えば、Ｌ１１〜Ｌ１３とする）は、光源Ｌ１１〜Ｌ１３からの出射光の主光線の方向が、図１のＺ−Ｘ平面において互いに異なるように、その設置角度を互いに異ならせて配置されていてもよい。但し、各分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃに対応する各光源Ｌ１１〜Ｌ１３の設置角度の差（各出射光の主光線の方向がＺ−Ｘ面内においてなす角度）が各光源Ｌ１１〜Ｌ１３の半値（全角）に対して大きすぎると、全光源Ｌ１１〜Ｌ１３を点灯させたときに、出光する光の弱い部分が生じ好ましくない。一方、設置角度の差が小さすぎると、全光源Ｌ１１〜Ｌ１３を点灯させたときに局所的に出光する光が強い部分が生じるためやはり好ましくない。従って、各光源Ｌ１１〜Ｌ１３の設置角度は、これらの事情を考慮して、適切に設定する必要がある。他の光源Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１〜Ｌ３３についても同様である。

導光板３の材料としては、例えば、ガラス、透明樹脂等が挙げられる。なお、導光板３の材料は、１種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いてもよい。該透明樹脂としては、特に限定されないが、プロピレン−エチレン共重合体、ポリスチレン、 (メタ)アクリル酸エステル−芳香族ビニル化合物共重合体、ポリエチレンテレフタレート、テレフタル酸−エチレングリコール−シクロヘキサンジメタノール共重合体、ポリカーボネート、メタクリル樹脂、脂環式構造を有する樹脂（例えば、ノルボルネン系の樹脂）などを挙げることができる。

これらの中で、脂環式構造を有する樹脂、メタクリル樹脂及び(メタ)アクリル酸エステル−芳香族ビニル化合物共重合体樹脂を好適に用いることができ、脂環式構造を有する樹脂を特に好適に用いることができる。脂環式構造を有する樹脂は、溶融樹脂の流動性が良好なので、例えば射出成形により導光板を製造する場合、低い射出圧力で金型のキャビティを充填することができ、吸湿性が極めて低いので、寸法安定性に優れ、導光板に反りを生ずることがなく、比重が小さいので導光板を軽量化することができる。また、脂環式構造を有する樹脂は、ウエルドラインが発生しにくい。また、例えば押し出し成形により導光板を製造する場合、成形時の厚みムラが少なく、成形後の形状付与が容易である。さらに、脂環式構造を有する樹脂は吸湿性が極めて低いので、寸法安定性に優れ、導光板に反りを生じにくい。さらに、脂環式構造を有する樹脂は比重が小さいので、導光板を軽量化することができる。

導光板が樹脂で形成されている場合、導光板が吸湿により寸法変化（伸びや反り）を生じる可能性がある。特に導光板の寸法が大きい場合（例えば、４０インチ）には、当該寸法変化により、照明装置において光源と光導入面との相対位置関係が変化し、光利用効率が低下する傾向がある。このため、導光板の吸水率は、０．５０％以下に設定することが好ましく、０．２５％以下がより好ましく、０．０５％以下がさらに好ましい。なお、本願明細書中における吸水率は、ＪＩＳ Ｋ７２０９ Ａ法に準拠して、厚さ３ｍｍで、直径５０ｍｍの円板形又は一辺５０ｍｍの正方形の試験片を５０℃で２４時間乾燥したのちデシケ一ター中で放冷し、２３℃の水に２４時間浸漬したときの重量増から求めることができる。

脂環式構造を有する樹脂としては、主鎖又は側鎖に脂環式構造を有する重合体樹脂を挙げることができる。主鎖に脂環式構造を有する重合体樹脂は、機械的強度と耐熱性が良好なので、特に好適に用いることができる。脂環式構造は、飽和環状炭化水素構造であることが好ましく、その炭素数は、４〜３０であることが好ましく、５〜２０であることがより好ましく、５〜１５であることがさらに好ましい。脂環式構造を有する重合体樹脂中の脂環式構造を有する繰り返し単位の割合は、５０重量％以上であることが好ましく、７０重量％ 以上であることがより好ましく、９０重量％以上であることがさらに好ましい。脂環式構造を有する樹脂としては、例えば、ノルボルネン系単量体の開環重合体若しくは開環共重合体又はそれらの水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加重合体若しくは付加共重合体又はそれらの水素添加物、単環の環状オレフィン系単量体の重合体又はその水素添加物、環状共役ジエン系単量体の重合体又はその水素添加物、ビニル脂環式炭化水素系単量体の重合体若しくは共重合体又はそれらの水素添加物、ビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体又は共重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物などを挙げることができる。これらの中で、ノルボルネン系単量体の重合体の水素添加物及びビニル芳香族炭化水素系単量体の重合体の芳香環を含む不飽和結合部分の水素添加物は、機械的強度と耐熱性に優れるので、特に好適に用いることができる。

メタクリル樹脂は、透明性に優れ、強靭でひびが入りにくいので、好適に用いることができる。メタクリル樹脂としては、ＪＩＳＫ６７１７に規定されるメタクリル酸メチル重合物を８０％以上含むメタクリル樹脂成形材料を挙げることができる。この規格に規定されるメタクリル樹脂の中で、ビカット軟化点温度９６〜１００℃、メルトフローレート８〜１６の指定分類コード１００−１２０のメタクリル樹脂は、適度な流動性と強度を有するので、好適に用いることができる。

導光板３の成形材料には、成形時における酸化劣化や熱劣化を防止するために、酸化防止剤を添加することができる。また、成形品の耐光性などを向上させるために、耐光安定剤を添加することができる。

酸化防止剤としては、例えば、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤などを挙げることができる。これらの酸化防止剤は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組みあわせて用いることができる。これらの中で、フェノール系酸化防止剤、特にアルキル置換酸化防止剤を好適に用いることができる。酸化防止剤の添加量は、樹脂成分１００重量部に対して、０.０１〜２重量部であることが好ましく、０.０２〜１重量部であることがより好ましい。

導光板の成形材料には、導光板の耐光性などを向上させるために、耐光安定剤を含ませてもよい。耐光安定剤としては、例えば、ヒンダードアミン系耐光安定剤（ＨＡＬＳ）、ベンゾエート系耐光安定剤などを挙げることができる。これらの耐光安定剤は、１種を単独で用いることができ、あるいは、２種以上を組み合わせて用いることもできる。これらの中で、ヒンダードアミン系耐光安定剤を特に好適に用いることができる。耐光安定剤の添加量は、樹脂成分１００重量部に対して、０.０１〜２重量部であることが好ましく、０.０２〜１重量部であることがより好ましく、０.０５〜０.５重量部であることがさらに好ましい。

該成形材料には、必要に応じて、さらに他の添加剤を添加することができる。他の添加剤としては、例えば、熱安定剤、紫外線吸収剤、近赤外線吸収剤などの安定剤；滑剤、可塑剤などの樹脂改質剤；染料、顔料などの着色剤；帯電防止剤、蛍光増白剤、光拡散剤などを挙げることができる。なお、他の添加剤は、1種類を単独で用いてもよく、２種類以上を任意の比率で組み合わせて用いても良い。

導光板３は、この実施形態では、一例として、Ｘ方向の寸法がＬ＝２４０ｍｍ、Ｙ方向の寸法が２４０ｍｍに設定された正方形とし、Ｚ方向の寸法（厚さ）は最も厚い部分でｔ＝３．０ｍｍとしている。この実施形態の導光板３の屈折率は１．５３３程度、臨界角は４０．７度である。

導光板３は、光源２からの光が入射される入光面４と、互いに位置の異なる複数の部分領域Ａ１１〜Ａ１３，Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３が設定された出光面５と、導光板３内を伝搬する光を反射する反射面として機能する裏面６とを備えている。出光面５（出光面５に凹凸がある場合にはその平均面）はＸ−Ｙ平面に実質的に平行な面となっている。また、裏面６（裏面６に凹凸がある場合にはその平均面）はＸ−Ｙ平面に対して所定の角度傾斜した面となっている。但し、この裏面６はＸ−Ｙ平面に対して実質的に平行な面となっていてもよい。また、図１に示すように、導光板３は、出光面５に実質的に垂直な面である端面７ａ，７ｂ，７ｃを有し、これらは反射面となっている。各光源２からの入射光の主光線方向を設定するためには、光源２の配置する方向（姿勢）を変更するか、光源２と導光板３の間に、光線方向を変更するプリズム等の部材を別途設置すればよい。

入光面４は、出光面５（Ｘ−Ｙ平面）に対する傾斜角度が互いに異なるように光源２の配列方向（Ｙ方向）に沿って導光板３の一の側面（端面７ａ，７ｂ，７ｃ以外の側面）に配設されている。入光面４は、各光源２からの光を互いに異なる角度で内部に導く複数の分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃを有している。この実施形態では、例えば、光源Ｌ１１からの光を入射させるための分割入光面として分割入光面４ａが、光源Ｌ１２からの光を入射させるための分割入光面として分割入光面４ｂが、光源Ｌ１３からの光を入射させるための分割入光面として分割入光面４ｃが設けられている。各分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃのＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度は、裏面６との関係において、各光源２（Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１〜Ｌ３３）からの光がこれらにそれぞれ対応する部分領域Ａ１１〜Ａ１３，Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３から出射させるような角度に設定されている。

ここで、「裏面６との関係」とは、具体的には、裏面６の傾斜角度（Ｘ−Ｙ平面に対する角度）との関係を意味し、裏面６にＹ方向に延在する断面が三角形状の複数の条からなる条列が付与されている場合には、当該条列を構成する傾斜面の角度（Ｘ−Ｙ面に対する角度）との関係を意味する。即ち、分割入射面４ａ，４ｂ，４ｃの傾斜角度は、各光源Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３からの出射光をそれぞれ最適な角度で導光板３内に導入し、適宜に導光板３内で略全反射させつつ伝搬させ、対応する部分領域Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３から出射させるために、最適な角度に設定されており、その角度は裏面５の傾斜角（条列が付与されている場合にはその傾斜面の角度）に応じて最適な値に設定される。

この実施形態では、裏面６のＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度をδ＝０．４４°に設定して、光源Ｌ１１からの光を部分領域Ａ１１から出射させるため、分割入光面４ａのＸ−Ｙ平面に対する角度はφ１＝１２．５°に、光源Ｌ１２からの光を部分領域Ａ１２から出射させるため、分割入光面４ｂのＸ−Ｙ平面に対する角度はφ２＝２０．０°に、光源Ｌ１３からの光を部分領域Ａ１３から出射させるため、分割入光面４ｃのＸ−Ｙ平面に対する角度はφ３＝１４０．０°に設定している。光源Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１〜Ｌ３３にそれぞれ対応する分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃについても同様である。

導光板３の出光面５は、複数の部分領域Ａ１１〜Ａ１３，Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３を備え、これらの部分領域Ａ１１〜Ａ１３，Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３は、ローカルディミングを行う際の輝度を調整する単位としての領域である。部分領域Ａ１１〜Ａ１３は、Ｘ方向に沿って、入光面４に対して近い側から遠い側に向かう方向（Ｘ方向）に沿って、Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３の順に配置されている。部分領域Ａ２１〜Ａ２３、部分領域Ａ３１〜Ａ３３についても同様である。

なお、以下では、説明を簡単にするため、部分領域Ａ１１〜Ａ１３及び光源Ｌ１１〜１３によって構成される部分（以下、基本ユニットと言うことがある）についての説明とし、部分領域Ａ２１〜Ａ２３及び光源Ｌ２１〜Ｌ２３によって構成される部分、並びに部分領域Ａ３１〜Ａ３３及び光源Ｌ３１〜Ｌ３３によって構成される部分については、該基本ユニットと同様なので、その説明は省略する。

各光源２は、不図示の光源支持手段を介して、この光源装置１を構成する不図示の筐体（ハウジング）に、＋Ｘ方向を指向するように支持されている。各光源２から＋Ｘ方向に出射された光は、対応する分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃからそれぞれのＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度に応じて屈折入射され、互いに異なる角度で導光板３内に導入される。各光源２から＋Ｘ方向に出射され、対応する分割入射面４ａ，４ｂ，４ｃを介して導光板３内に導入される各光の角度（主光線の角度）は、分割入射面４ａ，４ｂ，４ｃの傾斜角度に応じて互いに異なるものとされるため、各光源２は互いに同一の姿勢で支持することができる。このため、その構成の簡略化や組立工数の低減を図ることができる。但し、各光源２は、対応する分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃのＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度に応じて、それぞれ互いに異なる角度で支持するようにしてもよい。例えば、その主光線の方向（指向方向）が対応する分割傾斜面４ａ，４ｂ，４ｃに略直交するように支持してもよい。

図３に示されているように、光源２（光源Ｌ１１とする）から出射された光は分割入光面４ａに入射され、分割入光面４ａとのなす角度及び導光板３の屈折率に応じて屈折されて導光板３内に導かれ、出光面５及び／又は裏面６において臨界角θ以下となることにより適宜に全反射されつつ、図中の矢印Ｄ１のように伝搬されて部分領域Ａ１１に導かれ、該部分領域Ａ１１の部分において臨界角θ以上となることにより該部分領域Ａ１１から出射される。また、光源２（光源Ｌ１２とする）から出射された光は分割入光面４ｂに入射され、分割入光面４ｂとのなす角度及び導光板３の屈折率に応じて屈折されて導光板３内に導かれ、出光面５及び／又は裏面６において臨界角θ以下となることにより適宜に全反射されつつ、図中の矢印Ｄ２のように伝搬されて部分領域Ａ１２に導かれ、該部分領域Ａ１２の部分において臨界角θ以上となることにより該部分領域Ａ１２から出射される。さらに、光源２（光源Ｌ１３とする）から出射された光は分割入光面４ｃに入射され、分割入光面４ｃとのなす角度及び導光板３の屈折率に応じて屈折されて導光板３内に導かれ、出光面５及び／又は裏面６において臨界角θ以下となることにより適宜に全反射されつつ、図中の矢印Ｄ３のように伝搬されて部分領域Ａ１３に導かれ、該部分領域Ａ１３の部分において臨界角θ以上となることにより該部分領域Ａ１３から出射される。分割入光面４ａ、４ｂ、４ｃの傾斜角度（Ｘ−Ｙ面に対する角度）は、光源Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３から出た光がそれぞれの分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃに入射し、対応する部分領域Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３から出射する光の光路の進み方を前記のように考えることにより決定することができる。

この実施形態では、導光板３の裏面６は、一様な平面となっており、反射材料の蒸着等の処理は施しておらず、導光板３を構成する樹脂板が露出した面となっている。各光源２からの光は対応する分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃによってそれぞれ所定の角度で導光板３内に導入され、裏面６においては臨界角θ以上とはならないような角度で進行するため、反射材料の蒸着等の処理を施さなくても全反射されるからである。これにより、裏面６に反射材料の蒸着等を行う場合と比較して、その構成の簡略化、製造工数の低減を図ることができる。但し、導光板３を構成する樹脂板の裏面側表面に反射金属を蒸着し、あるいは白色散乱板（白色反射板）を配置する構成としてもよい。

導光板３の出光面５側には、この光源装置１による照明光が一様で均一となるように、空気層を挟んで光拡散シートを、また、輝度を高められるように、プリズムシート等の光学シートが配置されることが好ましい。光学シートとしては、透明樹脂、透明樹脂に光拡散剤その他の添加剤を添加した板状体、板状体の一方又は両方の面に複数の突起や条列等のパターンを形成したもの等を用いることができる。

上述した光源装置１によれば、光源Ｌ１１に電流を供給して点灯させると部分領域Ａ１１が明るくなり、光源Ｌ１２に電流を供給して点灯させると部分領域Ａ１２が明るくなり、光源Ｌ１３に電流を供給して点灯させると部分領域Ａ１３が明るくなる。光源Ｌ１１、光源Ｌ１２、光源Ｌ１３に供給する電流をそれぞれ調整することによって、それぞれに対応する部分領域Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３の輝度を任意に変更制御することができる。部分領域Ａ２１〜Ａ２３及び光源Ｌ２１〜２３によって構成される部分、ならびに部分領域Ａ３１〜Ａ３３及び光源Ｌ３１〜３３によって構成される部分についても同様である。このように、１個の導光板３について、全領域を９つに分割した各部分領域Ａ１１〜Ａ１３，Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３の輝度を独立して任意に変更制御することができる。

なお、上述した実施形態では、各部分領域（例えば、Ａ１１〜Ａ１３）のそれぞれに対応する光源として、単一の光源（例えば、Ｌ１１〜Ｌ１３）を設けたが、各部分領域について光源の数を２つ以上としてもよい。光源の数は、部分領域のＹ方向の寸法と、光源の最大発光量や集光度等との関係において適宜な数を選定すればよい。

各光源２として、入光面４に近い部分領域Ａ１１に対応する光源Ｌ１１よりも中間の部分領域Ａ１２に対応する光源Ｌ１２の集光度を大きくし、さらに中間の部分領域Ａ１２に対応する光源Ｌ１２の集光度よりも最も遠い部分領域Ａ１３に対応する光源Ｌ１３の集光度を大きくすることが好ましい。各光の光路長の相違による拡散に基づく照度低下を抑制し、各部分領域Ａ１１〜Ａ１３でなるべく照度を均一にするためである。

各光源Ｌ１１〜Ｌ１３の集光度は、集光度の異なる光源を用いて調整してもよいし、同一の仕様（同一の集光度）のものを用いてリフレクタやレンズ等を別途設けて調整するようにしてもよい。各光源の集光度は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、主光線の方向をｘ方向とし、ｘ方向に直交する面内において、前記Ｙ方向に沿う方向をｙ方向とし、該ｙ方向に直交する方向をｚ方向として、ｚ方向の集光度は各光源間で同じとし、ｙ方向の集光度を順次小さくすればよい。

また、各光源２のＹ方向の集光度とＺ方向の集光度とは、各光源毎のＹ方向の半値（全角）をφ、Ｚ方向の半値（全角）をθとして、φ／θ＞１の関係を満たすことが好ましく、より好ましくはφ／θ≧２、さらに好ましくはφ／θ≧３の関係を満たすことが好ましい。これは、導光板３の厚み（Z方向の寸法）の薄型化に伴い、光利用効率が落ちることを配慮したためである。光源２のＺ方向の半値（全角）θを小さくすることが好ましいのは上述した通りであるが、Ｙ方向の半値（全角）φも小さくすると、導光板３の出光面５において、いわゆる目玉（局所的に明るい部分）等が発生し、輝度ムラを生じる場合があるためである。φ／θの上限は、不必要に集光させない範囲となるが、例えば１００以下とすることができる。

上述した実施形態では、各分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃは平面としたが、輝度ムラの発生を抑制する等の観点から、各分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃを、複数のレンチキュラーレンズを配列してなるレンチキュラー面とすることができる。各レンチキュラーレンズの中心軸の傾斜角は、各分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃを平面とした場合のＸ−Ｙ平面に対する傾斜角と一致させる。このようなレンチキュラー面に代えて、その断面が三角形状の複数の条をＹ方向に所定のピッチで配列してなるプリズム条列面としてもよい。また、これらの代わりに、各光源２と各分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃとの間に、レンズやプリズム等の光学素子を配置してもよい。

上述した実施形態では、部分領域のＸ方向の数は、３つとしたが、２つ又は４つ以上としてもよい。この場合には、各部分領域のＸ方向の数に対応した数の光源を設ける。また、上述した実施形態では、部分領域のＹ方向の数も３つとしたが、１つ若しくは２つ又は４つ以上としてもよい。

上述した実施形態では、裏面６は平面であるものとして説明したが、導光板３の側面に実質的に平行な方向（Ｙ方向）に沿って延在する複数の条（畝）からなる条列（第１条列）を設けてもよい。この場合の条列としては、Ｙ方向に沿うようにその長手方向が設定されるとともに、その断面（Ｚ−Ｘ平面の断面）が三角形状に設定された条をＸ方向に所定のピッチで複数配列してなる条列とすることができる。この場合において、各条を構成する２つの斜面のうちの入光面４に対して近い側の斜面のＸ−Ｙ平面とのなす角度を遠い側の斜面のＸ−Ｙ平面とのなす角度よりも大きくなるように設定するとよい。

このような条列（第１条列）を有する裏面を備えた構成の一例を図５に示す。図５では、裏面６に部分領域に対応して３つの条を配置して（３つに分割して）、入光面４に対して遠い側の斜面により分割傾斜面６ａ，６ｂ，６ｃを構成している。ここでは、入光面４に対して近い側の斜面（例えば、分割傾斜面６ａと６ｂの間の面）はＹ−Ｚ平面と実質的に平行な面（Ｘ−Ｙ平面に対して略９０°をなす面）とし、遠い側の斜面としての分割傾斜面６ａ，６ｂ，６ｃはＸ−Ｙ平面に対して互いに同一の角度（例えば、図２に示した単一の傾斜面からなる裏面６の場合と同じ角度、δ＝０．４４°）に設定することができる。このように、裏面６に条列を配置して、複数の分割傾斜面６ａ，６ｂ，６ｃを形成することにより、図２のような単一の傾斜面とした場合と比較して、より薄い導光板に対応することができるようになる。

なお、ここでは、第１条列を構成する各条は略同一として各分割傾斜面６ａ，６ｂ，６ｃを互いに同じ角度にしたが、隣接する各条の形状を異ならせて、分割傾斜面６ａ，６ｂ，６ｃを互いに異なる角度に設定してもよい。また、第１条列を構成する複数の条の数を、図５に示した３つよりも多くしてもよい。さらに、第１条列としては、隣接する条間で頂角、ピッチ、２つの斜面の傾斜角等を異ならせたものであってもよい。また、第１条列は、導光板３のＹ方向に渡って一様に形成されたもののみならず、その途中で分断されたものであってもよい。また、Ｙ方向に対して僅かに斜交していてもよい。このような第１条列は、裏面６にではなく、出光面５に設けてもよく、裏面６と出光面５の両方に設けてもよい。

導光板３の裏面６に、このような第１条列（Ｙ方向に延在する複数の条をＸ方向に配設した条列）ではなく、導光板３の側面に実質的に垂直な方向（Ｘ方向）に沿って延在する複数の条（畝）からなる条列（第２条列）を設けてもよい。この場合の条列としては、Ｘ方向に沿うようにその長手方向が設定されるとともに、その断面（Ｙ−Ｚ平面の断面）が三角形状に設定された条をＹ方向に所定のピッチで複数配列してなる条列とすることができる。このような第２条列を設けることにより、導光板３内を伝搬される光のＹ方向への拡散が抑制され、各光源２からの光を対応する部分領域に高効率的に導くことができる。この第２条列としては、一例として、頂角９０°、幅０．２ｍｍの略三角形状の条を順次Ｙ方向に隣接して配置したものを用いることができる。

なお、第２条列としては、その断面が略三角形状の条を配列したものに限られず、その断面が略半円形状（弓形を含む）の条を複数配列してなるレンチキュラー面としてもよく、略曲面としてもよい。また、その断面は略多角形(略台形を含む）であってもよい。さらに、隣り合う条の間に隙間（Ｘ−Ｙ平面に略平行な面）があっても良い。隙間の具体的な間隔は、通常１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上であり、通常１００００μｍ以下、好ましくは５０００μｍ以下、より好ましくは３０００μｍ以下である。小さすぎると、回折現象により光が散乱したり、作製が困難になる傾向がある。大きすぎると、光を取り出している部分と取り出していない部分との明暗を目視で視認可能となり、光学的な欠陥となる可能性がある。また、第２条列は単一の条を配列したものではなく、前述した異なる断面形状の条を組み合わせて配列したものでも良い。さらに、第２条列は、裏面６ではなく、出光面５に設けてもよく、裏面６及び出光面５の両方に設けてもよい。

第２条列としては、例えばその断面が略三角形状の条である場合、略三角形状は第２条列の設けられる面（裏面６若しくは出光面５又は裏面６及び出光面５）と、２つの斜面とが接触を持つ形状であり、第２条列の設けられる面と各斜面との傾斜角の平均値を、平均傾斜角度ψとしたとき、ψは１５°以上が好ましく、２５°以上がより好ましく、３０°以上が特に好ましい。なお、上限は９０°未満である。略三角形状に関して補足すると、第２条列の設けられる面は第２条列を有するため、微視的に見ると平坦な平面ではないが、第２条列はＺ軸方向の寸法が小さいため、巨視的に見た場合には平坦な平面として取り扱うことができる。従って、前記の平均傾斜角度ψは、２つの斜面と巨視的に見た場合の第２条列の設けられる面（裏面６若しくは出光面５又は裏面６及び出光面５）とがなす角度の平均値として理解できる。平均傾斜角度ψを前記の範囲にすることにより、導光板３内を伝搬される光のＹ方向への拡散が抑制され、各光源２からの光を対応する部分領域に高効率的に導くことができる。

第２条列の条の幅は、通常１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上であり、通常３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。小さすぎると、回折現象により光が散乱したり、作製が困難になる傾向がある。大きすぎると、光を取り出している部分と取り出していない部分との明暗を目視で視認可能となり、光学的な欠陥となる可能性がある。

さらに、第２条列の条の高さは、通常１．０μｍ以上、好ましくは２．０μｍ以上、より好ましくは３．０μｍ以上であり、通常５００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下である。小さすぎると加工精度の限界から作製が困難となり、大きすぎると目視で視認可能となり光学的な欠陥となる可能性がある。

第２条列は、導光板３内を伝搬される光のＹ方向への拡散を任意に抑制し、出光する領域を選択できるように、面全体にわたって設けても良いし、部分的に設けても良いし、無くても良い。たとえば、図１を参照すると、光源Ｌ２２から出射された光は分割入光面４ｂに入射され、分割入光面４ｂとのなす角度及び導光板３の屈折率に応じて屈折されて導光板３内に導かれ、出光面５及び／又は裏面６において臨界角θ以下となることにより適宜に全反射されつつ伝搬されて部分領域Ａ２２に導かれ、該部分領域Ａ２２の部分において臨界角θ以上となることにより該部分領域Ａ２２から出射されるが、光源Ｌ２２から出射された光のＹ方向の集光度が大きいのであれば、裏面６上の部分領域Ａ２１に対応した部分に適度な第２条列を設けることができる。これにより光源Ｌ２２から出射された光のＹ方向への拡散を抑制することができ、部分領域Ａ１２、及び部分領域Ａ３２から光が出射されることを防止できる。

導光板３の製造方法に特に制限は無いが、例えば樹脂により導光板を形成する場合には、射出成形法、押し出し成形法、キャスト法により製造できる。また、その表面に特定形状の条列（第１条列、第２条列）等を形成する方法に特に制限はなく、例えば、平板状に成形した導光板３に後から条列を形成することができ、あるいは、導光板３の成形と同時に条列を形成することもできる。導光板３の表面に後から条列を形成する方法としては特に制限はなく、例えば、所望の形状の条列を形成できる工具を用いた切削加工によることができ、あるいは、光硬化樹脂を塗布し、所望の形状の型を転写した状態で硬化させることもできる。さらに、レーザー加工で凹凸構造を形成する方法でも形成できる。導光板３を押出成形で作製し、同時に条列を形成する場合は、所望の条列形状を有する異形ダイを用いて異形押出することができ、あるいは、押出後にエンボス加工により条列を形成することもできる。導光板３をキャスティングにより作製し、同時に条列を形成する場合は、所望の条列の形状を形成できるキャスティング型を用いることができる。導光板３を射出成形により作製し、同時に条列を形成する場合は、所望の条列の形状を形成できる金型を用いることができる。光硬化樹脂への型形状転写、異形ダイによる押出し加工、エンボス加工、キャスティング、若しくは射出成形により、条列を形成する場合に使用する型は、所望の形状の条列を形成できる工具を用いた型の金属部材への切削加工、若しくは所望の形状が形成された部材上への電鋳加工により得ることができる。また、分割入光面４ａ，４ｂ，４ｃを形成する方法にも特に制限はなく、例えば上記の条列（第１条列、第２条列）等を形成する方法に書かれた方法で形成することもできる。

上述したように構成した光源装置１により、被照明体としての液晶パネルの全領域を照明するバックライト装置（照明装置）を構成することができる。また、上述したように構成した光源装置１を、１つのユニットとして、複数のユニットを適宜に配列することにより、被照明体としての液晶パネルの全領域を照明するバックライト装置を構成することもできる。

図６は、上述した光源装置１を対称的に２個配列して、液晶パネルの全体を照明するバックライト装置を構成した一例を示す平面図である。光源２の一部は省略して表示している。このバックライト装置１０は、２つの光源装置１の光源２側を外側に、光源２と反対側を内側にして、Ｙ方向に関して対称となるようにＸ方向に隣接させて構成されている。１つの光源装置１について９つの部分領域の輝度調整が可能であるので、合計で１８個の部分領域を有するバックライト装置を２枚の導光板で実現することができ、従来よりも導光板の枚数を大幅に削減することができる。

また、光源２は導光板の外側に配置されており、従来技術のように、照明の有効領域内に光源を配置しなくてもよいので、光源自身やその配線等による照明ムラや光洩れの発生等を抑制できるとともに、これらを防止するための特別な工夫も必要がなくなる。導光板の枚数が少ないので、製造工数やコストも低減することができる。なお、導光板の側面に光源を配置したサイドエッジ型であるため、拡散板とその直下に光源を配置した直下型のバックライト装置等と比較して、装置全体としての厚さも大幅に薄くでき、液晶表示装置に適用した場合に装置を小型・薄型化することができる。

なお、図６のように構成した一対の光源装置１をさらにＹ方向に複数隣接して配置して、バックライト装置を構成してもよい。また、図７に示されているように、図６の構成において、一対の光源装置１の導光板を一体的に形成し、２つの光源装置で１つのユニットを構成してもよい。一対の導光板間の境目がない点を除いて、図６の構成と実質的に同じである。このような構成とすることにより、１つのユニットで１８個の部分領域の輝度調整が可能となり、導光板の数をさらに削減することが可能となる。なお、図７のように構成した一対の光源装置１をさらにＹ方向に複数隣接して配置するとともに、各導光板に相当する部分を一体的に形成して単一の導光板として、バックライト装置を構成してもよい。

図８は本発明の実施例のシミュレーションで用いた光源装置の構成（モデル）を示す図であり、図９はシミュレーション結果を示すグラフである。シミュレーションは「ＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ」（サイバネット株式会社製）を用いている。図８に示したモデルをソフトウエア的に作成し、入光面４のＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度φを５°〜１６０°の範囲で２．５°〜１０°ピッチで適宜に設定して、出光面５におけるＸ方向の位置（ｍｍ）と照度（ｌｕｘ）との関係を算出した。なお、光源２として、半値角（全角）が１５°のＬＥＤを用いるものとし、光源２のＸ方向及びＺ方向の寸法を１ｍｍに設定した。導光板３のＸ方向の寸法を２４０ｍｍ、最大厚さ３ｍｍ、最小厚さ１ｍｍとし、裏面６のＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度δ＝０．４４°とした。なお、部分領域のＸ方向の数は３つとする。

このモデルを用いたシミュレーションの結果、図９に示すように、入光面４の角度は、φ＝１２．５°に設定した場合に、Ｘ方向の位置が０〜９０ｍｍ程度（例えば、図１において、部分領域Ａ１１，Ａ２１，Ａ３１に相当する部分）で適宜な照度を得ることができ、φ＝２０°に設定した場合に、Ｘ方向の位置が９０〜１４０ｍｍ程度（例えば、図１において、部分領域Ａ１２，Ａ２２，Ａ３２に相当する部分）で適宜な照度を得ることができ、φ＝１４０°に設定した場合に、Ｘ方向の位置が１５０〜２４０ｍｍ程度（例えば、図１において、部分領域Ａ１３，Ａ２３，Ａ３３に相当する部分）で適宜な照度を得ることができた。このように、入光面４のＸ−Ｙ平面に対する傾斜角度を裏面６との関係で適宜な角度に設定することにより、出光面５上の適宜な部分領域に光を導くことができる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上述した実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１…光源装置
２（Ｌ１１〜Ｌ１３，Ｌ２１〜Ｌ２３，Ｌ３１〜Ｌ３３）…光源
３…導光板
４…入光面
４ａ，４ｂ，４ｃ…分割入光面
５…出光面
６…裏面
１０，１１…バックライト装置
Ａ１１〜Ａ１３，Ａ２１〜Ａ２３，Ａ３１〜Ａ３３…部分領域

Claims (12)

1. 複数の光源と、
   互いに位置の異なる複数の部分領域が設定された出光面、その内部を伝搬される光を前記出光面に向けて反射する裏面、及び各光源に対応してその側面に沿って配設された複数の分割入光面を有する導光板とを備え、
   各分割入光面の前記出光面に対する傾斜角度を、前記裏面との関係で各光源からの光が互いに異なる前記部分領域から出射されるように互いに異なる角度に設定した光源装置。
2. 複数の光源と、
   互いに位置の異なる複数の部分領域が設定された出光面、その内部を伝搬される光を前記出光面に向けて反射する裏面、及び各光源に対応してその側面に沿って配設された複数の分割入光面を有する導光板とを備え、
   各光源からの入射光の主光線方向が、前記裏面との関係で各光源からの光が互いに異なる前記部分領域から出射されるように互いに異なる方向に設定した光源装置。
3. 前記裏面は、前記入光面に近い側から遠い側にいくに従って前記出光面に対する離間寸法が小さくなるように傾斜された請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記出光面及び前記裏面の少なくとも一方に、前記導光板の前記側面に実質的に平行な方向に沿って延在する複数の条からなる第１条列を設けた請求項１又は２に記載の光源装置。
5. 前記第１条列の各条の断面形状を略三角形状に設定した請求項４に記載の光源装置。
6. 前記条を構成する２つの斜面のうちの前記入光面に対して近い側の斜面の傾斜角を遠い側の斜面の傾斜角よりも大きく設定した請求項５に記載の光源装置。
7. 前記出光面及び前記裏面の少なくとも一方に、前記導光板の前記側面に実質的に直交する方向に沿って延在する複数の条からなる第２条列を設けた請求項１〜６の何れか一項に記載の光源装置。
8. 前記第２条列の各条の断面を略三角形状又は略半円形状に設定した請求項７に記載の光源装置。
9. 各光源は、単独で又は群毎に調光可能な請求項１〜８の何れか一項に記載の光源装置。
10. 前記光源はＬＥＤである請求項１〜９の何れか一項に記載の光源装置。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の光源装置を備えるバックライト装置。
12. 請求項１１に記載のバックライト装置と、液晶パネルとを備える液晶表示装置。

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