JP2012099365A - 照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の実施形態は、ローカルディミングの効果を向上させることができる照明装置および液晶表示装置を提供する。
【解決手段】実施態様によれば、照明装置は、第１の方向に延在する複数の溝が光出射面に形成された導光板と、個別に発光輝度の制御が可能であり、前記導光板の端部であって前記第１の方向に対して垂直な端部から前記導光板の内部へ光を供給する複数の光源と、を備える。前記光源から前記導光板に入射し前記光出射面から出射した光の輝度分布は、空間周波数領域における直流成分に対する相対強度が、値が１以上の空間周波数領域において第１閾値以下である関数により得られる。前記光源の光源間距離は、前記光の輝度分布により適正化される。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、照明装置および液晶表示装置に関する。

近年、薄型の表示装置として、液晶表示装置（以下、「ＬＣＤ」（Liquid Crystal Display）ともいう）が急速に普及している。しかしながら、ＬＣＤには、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube：陰極線管）表示装置と比較して、コントラストが低いという問題点がある。

これに対して、例えば導光板の直下に配設された光源から光を出射させる直下型バックライト装置では、表示映像の明るさに基づいてバックライト装置の輝度を部分的に制御するローカルディミングが行われている。これにより、コントラストを向上させることができる。しかしながら、例えば導光板の端部に配設された光源からの光を導光板によって面状に出射させるエッジライト型バックライト装置では、光源からの光は、導光板を伝播する際に拡がる。そのため、導光板を部分的に点灯させ、バックライト装置の輝度を部分的に制御することは困難である。つまり、エッジライト型バックライト装置では、ローカルディミングの効果を向上させる点について改善の余地がある。

特開２００９−１３９８６０号公報

本発明の実施形態は、ローカルディミングの効果を向上させることができる照明装置および液晶表示装置を提供する。

実施態様によれば、照明装置は、第１の方向に延在する複数の溝が光出射面に形成された導光板と、個別に発光輝度の制御が可能であり、前記導光板の端部であって前記第１の方向に対して垂直な端部から前記導光板の内部へ光を供給する複数の光源と、を備える。前記光源から前記導光板に入射し前記光出射面から出射した光の輝度分布は、空間周波数領域における直流成分に対する相対強度が、値が１以上の空間周波数領域において第１閾値以下である関数により得られる。前記光源の光源間距離は、前記光の輝度分布により適正化される。

本発明の実施の形態にかかる照明装置を表す平面模式図である。 本実施形態にかかる照明装置を図１に表した矢視Ａ１の方向から眺めたときの拡大模式図である。 照明装置の輝度分布のシミュレーション結果を例示する模式図である。 本実施形態にかかる液晶表示装置の要部構成を表すブロック図である。 液晶パネルに表示される映像を例示する平面模式図である。 光源の点灯状態を表す平面模式図である。 消費電力を比較したグラフ図である。 図５に表した位置Ｐ１−Ｐ１における輝度を比較したグラフ図である。 理想的な輝度分布を説明するためのグラフ図である。 本実施形態の光源の発光輝度分布を例示するグラフ図である。 本実施形態の光源の輝度分布の形状とその空間周波数成分との関係を説明するためのグラフ図である。 本実施形態の光源の他の発光輝度分布を例示するグラフ図である。 本実施形態の光源のさらに他の発光輝度分布を例示するグラフ図である。 光源と輝度分布との関係を例示するグラフ図である。 理想的な輝度分布と光源間距離との関係を例示するグラフ図である。 光源間距離の適正化を説明するためのグラフ図である。 適正化された光源間距離を例示するグラフ図である。 本実施形態の導光板の溝の頂角と点灯エリア幅との関係を表すグラフ図である。 本実施形態の導光板の溝の深さと点灯エリア幅との関係を表すグラフ図である。 本実施形態の導光板の光入射端からの距離と点灯エリア幅との関係を表すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる照明装置を表す平面模式図である。
また、図２は、本実施形態にかかる照明装置を図１に表した矢視Ａ１の方向から眺めたときの拡大模式図である。
なお、図２（ａ）は、導光板が楔形の溝を有する場合を例示しており、図２（ｂ）は、導光板が波形の溝を有する場合を例示している。

本実施形態にかかる照明装置（バックライト装置）１０は、図１において上下方向（第１の方向）に延在する複数の溝２１が光出射面（図２において上面）に形成された導光板２０と、導光板２０の端部に配設された複数の光源３０と、導光板２０からみて光出射面とは反対側に配設された反射板４０と、導光板２０からみて光出射面の側に配設されたプリズムシート５１および拡散シート５３と、を備える。反射板４０は、導光板２０の下方に向けて出射した光を上方に向けて反射する。プリズムシート５１および拡散シート５３は、導光板２０を出射した光の輝度分布が、導光板２０の表面に対して略垂直な方向に大きくなるようにする。

光源３０は、図１に表したように、導光板２０の端部であって第１の方向に対して垂直な端部に配設されている。図１および図２に表した照明装置１０では、光源３０は、単一の発光素子を有しているかのように表されているが、複数の発光素子を有していてもよい。発光素子は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）などである。

導光板２０は、図２（ａ）に表したように、側方から（図１に表した矢視Ａ１の方向から）みたときの形状が楔形である溝２１を有する。なお、本実施形態では、矢視Ａ１の方向からみたときの溝２１の形状は、図２（ａ）に表した楔形に限定されるわけではなく、図２（ｂ）に表した波形であってもよい。図２（ｂ）に表した波形の溝２１は、頂部および底部において角部ではなく屈曲部２１ａを有する。また、導光板２０の光出射面とは反対側の面には、光を拡散させる光取り出しパターン２３が形成されている。光取り出しパターン２３は、例えば所定間隔でドット状に塗布された白色インク、あるいは所定間隔で形成されたプリズムパターンなどである。

光源３０から放射された光は、導光板２０の端面から内部へ進入し、導光板２０の溝２１を形成する面、下面、および側面において全反射され、導光板２０内を光源３０から遠ざかる方向へ伝播していく。この伝播の過程において、光は、光取り出しパターン２３により散乱される。あるいは、光取り出しパターン２３により散乱されずに下方へ出射した光は、反射板４０により上方へ反射される。そして、全反射条件を満たさなくなった光は、溝２１が形成された面（光出射面）から外部に向けて出射する。なお、光の進行方向の下流側（導光板２０の中央側）ほど、光取り出しパターン２３の形成密度を高くすることにより、導光板２０からより均一に光を出射させることができる。これにより、導光板２０から面状に光を出射させることができる。

また、本実施形態の導光板２０は、前述したように、光出射面に形成された溝２１を有する。これにより、導光板２０の端面から内部へ進入した光の直進性を向上させることができる。ここで、光の直進性について、図面を参照しつつさらに詳細に説明する。

図３は、照明装置の輝度分布のシミュレーション結果を例示する模式図である。
なお、図３（ａ）は、光出射面に溝を有する導光板が使用された場合のシミュレーション結果を例示する模式図であり、図３（ｂ）は、溝を有していない導光板が使用された場合のシミュレーション結果を例示する模式図である。

まず、本シミュレーションの条件を説明する。
光源３０は、導光板２０の端部であって第１の方向に対して垂直な端部（図３において上端部および下端部）に配設されている。そのため、光源３０から放射された光は、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂから内部へ進入する。また、点灯させる光源３０の幅は、図３に表した光源点灯幅Ｄ１である。本実施形態では、光源点灯幅は、光源間距離に相当する。つまり、本願明細書において「光源間距離」とは、問題としている光源中心から、隣接する光源中心までの最短距離をいうものとする。言い換えれば、「光源」とは、同時に点灯させる発光素子の集団をいうものとし、「光源間距離」とは、その集団（光源）の中心から隣接する集団（光源）の中心までの最短距離をいうものとする。

導光板２０の厚さＤ２（図２（ａ）参照）は、約４ｍｍ（ミリメートル）程度である。溝２１の深さＤ３（図２（ａ）参照）は、約１００μｍ（ミクロン）程度である。溝２１の頂角θ（図２（ａ）参照）は、約９０°（度）程度である。溝２１の形成方向（第１の方向）の導光板２０の長さＤ４は、約４８０ｍｍ程度である。すなわち、本シミュレーションにおいて使用される導光板２０のモデルは、３７型のサイズの液晶パネル９０（図４参照）に使用される導光板２０であって、長辺の長さが半分のサイズの導光板２０のモデルである。

以上の条件に基づいて照明装置１０の輝度分布のシミュレーションを行った結果は、図３（ａ）および図３（ｂ）に表した如くである。
これによれば、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂから内部へ進入した光は、導光板２０が光出射面に溝２１を有する場合の方が導光板２０の中央部にまで伝播していることが分かる。つまり、導光板２０の光出射面に溝２１を形成することにより、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂから内部へ進入した光の直進性を向上させることができることが分かる。また、図３（ａ）に表したように、導光板２０が光出射面に溝２１を有する場合には、光源間距離Ｄ１から左右方向へ遠ざかるにつれて輝度分布が穏やかに変化していることが分かる。

これによれば、表示映像の明るさに基づいて照明装置の輝度を部分的に制御するローカルディミングの効果を向上させることができる。そのため、コントラストを向上させることができる。ここで、ローカルディミングについて、図面を参照しつつ説明する。

図４は、本実施形態にかかる液晶表示装置の要部構成を表すブロック図である。
また、図５は、液晶パネルに表示される映像を例示する平面模式図である。
また、図６は、光源の点灯状態を表す平面模式図である。
また、図７は、消費電力を比較したグラフ図である。
また、図８は、図５に表した位置Ｐ１−Ｐ１における輝度を比較したグラフ図である。 なお、図６（ａ）は、全ての光源３０を点灯させた場合の状態を表す平面模式図であり、図６（ｂ）は、ローカルディミングを行った場合の状態を表す平面模式図である。

本実施形態にかかる液晶表示装置１００は、図４に表したように、照明装置１０と、制御部８０と、液晶パネル９０と、を備える。制御部８０には、外部から映像信号が入力される。制御部８０は、入力された映像信号に基づいて照明装置１０の輝度の決定、および映像信号の補正を行う。そして、照明装置１０には照明制御信号が制御部８０から入力され、液晶パネル９０には補正された映像信号が制御部８０から入力される。照明装置１０は、制御部８０からの照明制御信号にしたがって発光し、液晶表示装置１００の表示面の背面から液晶パネル９０に光Ｌを照射する。液晶パネル９０は、制御部８０からの映像信号にしたがって液晶パネル９０上の各画素の光透過率を変化させ、各画素を透過する光の量を変化させる。

本願明細書では、液晶パネル９０の光透過率を最大にしたときに液晶パネル９０の表面から漏れ出てくる光の強さ、すなわち液晶パネル９０の光透過率を最大にしたときに液晶パネル９０の表面側で観測される輝度を、便宜上、光源３０の発光輝度として扱うこととする。この光源３０の発光輝度は、液晶パネル９０に入射する光の強度にほぼ比例すると考えて差し支えない。

また、液晶パネル９０上の各画素の光透過率を均一にした場合に、液晶パネル９０の表面側で観測される光源３０の発光輝度の分布を、光源３０の発光輝度分布と呼ぶこととする。この光源３０の発光輝度の分布（形状）と液晶パネル９０に入射する光の強度の分布（形状）とは、ほぼ同等なものとして扱うことができる。光源３０の発光輝度は、液晶パネル９０に入射する光の強度にほぼ比例すると考えて差し支えないからである。

例えば、図５に表したように、暗い背景１１１に明るい物体１１３が写っている映像を液晶パネル９０に表示する場合を例に挙げて説明する。制御部８０は、ローカルディミングを行う際には、図６（ａ）に表したように、暗い背景１１１の近傍にある光源３１を暗く、明るい物体１１３の近傍にある光源３３を明るく点灯させるように、各光源３０の輝度の設定値を算出する。例えば、入力された映像信号から、各光源３０の近傍に位置する画素およびその周辺に位置する画素の輝度の平均値を算出し、算出された輝度の平均値に基づいて各光源３０の輝度設定値を算出する。あるいは、入力された映像信号から、各光源３０の近傍に位置する画素およびその周辺に位置する画素の輝度の最大値を算出し、算出された輝度の最大値に基づいて各光源３０の輝度設定値を算出する。各光源３０の輝度設定値の算出は、その他公知の手法を用いて算出することもできる。

液晶パネル９０の特性上、一般に液晶パネル９０の光透過率を「０」にすることは、非常に困難である。従って、図６（ｂ）に表したように、光源３０毎の輝度制御が行えず、全光源３０を同一の輝度でしか点灯させられない場合には、例え真っ暗な部分を表示しようとしても、その部分の輝度を十分に暗くすることはできない。これは、液晶パネル９０の光透過率を「０」にすることができず、光源３０の光が少なからず液晶パネル９０の表面から漏れ出てきてしまうからである。

これに対して、制御部８０がローカルディミングを行うと、暗い部分を表示しようとしているにもかかわらず光源３０を明るく点灯させるといったような、不要な光源３０の点灯を避けることが可能である。これにより、図７に表したように、低消費電力での映像表示が可能である。また、制御部８０がローカルディミングを行うと、明るい部分の明るさを維持したまま、暗い部分をより暗く表示することが可能である。これにより、図８に表したように、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことが可能である。

しかしながら、図８に表したように、光源３０の発光輝度分布が光源間の境界部において急峻に変化している場合には、液晶表示装置１００に表示される映像の輝度分布の光源間の境界に、入力映像信号には存在しなかったような急峻な輝度変化が生じることとなる。この現象は、映像信号の補正によって照明装置１０の輝度分布の変化を補償し切れなかったため、その照明装置１０の輝度分布の変化が表示映像に反映されてしまうことによって生じる。このような現象が発生すると、明るい部分の周辺の暗い部分が、不自然に明るくなってしまい、輝度ムラとして知覚される。光源３０の発光輝度分布が、急峻に変化する部位を有する場合には、この輝度ムラがはっきりと知覚されてしまう。

これに対して、輝度ムラを抑制することができるとともにコントラスト改善効果が弱くなることを可及的に抑制することができる理想的な輝度分布が存在する。次に、理想的な輝度分布について、図面を参照しつつ説明する。

図９は、理想的な輝度分布を説明するためのグラフ図である。
理想的な輝度分布を求める際には、図９に表した正のシグモイド関数と負のシグモイド関数との合成関数ｚ１を求める。なお、シグモイド関数は、ゲインを「ａ」とすると式（１）の通りである。

ｙ（ｘ）＝１／（１＋ｅｘｐ（−ａｘ）） ・・・式（１）

続いて、合成関数ｚ１を最大値で規格化した合成関数ｚ２を求める。この規格化された合成関数ｚ２が、理想的な輝度分布である。理想的な輝度分布について、図面を参照しつつさらに詳細に説明する。

図１０は、本実施形態の光源の発光輝度分布を例示するグラフ図である。
また、図１１は、本実施形態の光源の輝度分布の形状とその空間周波数成分との関係を説明するためのグラフ図である。
なお、図１０（ａ）は、光源３０の発光輝度分布を例示するグラフ図であり、図１０（ｂ）は、光源３０の発光輝度分布の各空間周波数成分の振幅を例示するグラフ図である。図１０（ａ）では、光源３０の発光輝度の大きさは、光源３０の発光輝度の最大値で規格化した相対輝度値で表している。これは、図１１（ａ）、図１１（ｃ）、図１１（ｅ）、図１２（ａ）、および図１３（ａ）に関して後述する光源３０の発光輝度の大きさについても同様である。また、図１０（ｂ）において、光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅は、直流成分に対する振幅で表されている。また、図１１（ａ）、図１１（ｃ）、および図１１（ｅ）は、光源３０の発光輝度分布を例示するグラフ図であり、図１１（ｂ）、図１１（ｄ）、および図１１（ｆ）は、光源３０の発光輝度分布の各空間周波数成分の振幅を例示するグラフ図である。

一般に、なんらかの値の実空間上の分布を表す任意の関数ｇ（ｘ）は、異なる空間周波数を持った複数の正弦波の和として表すことができる。ここで、ｘは実空間上の位置または座標とする。関数ｇ（ｘ）を構成する正弦波はｇ（ｘ）の成分と呼ばれ、任意の空間周波数ｆ_ｘにおけるｇ（ｘ）の成分の振幅（強度）は、ｇ（ｘ）をフーリエ変換することによって求めることができる。関数ｇ（ｘ）と、関数ｇ（ｘ）をフーリエ変換して得られた関数Ｇ（ｆ_ｘ）と、は１対１に対応し、同一のある１つの分布を表している。ある一つの分布に対して、ｇ（ｘ）が空間領域での関数（分布）と呼ばれるのに対して、Ｇ（ｆ_ｘ）は空間周波数領域での関数（分布）と呼ばれる。例えば、図１０（ａ）に表したような光源３０の発光輝度分布に含まれる各空間周波数成分の振幅は、図１０（ｂ）に表したようになっている。逆に言えば、図１０（ａ）に表した光源３０の発光輝度分布は、図１０（ｂ）に表したような空間周波数、振幅を持った正弦波から構成されていることとなる。また、図１０（ａ）に表した空間周波数０Ｈｚ（ヘルツ）の成分は、その輝度が空間的に変化しない定数成分であり、直流成分と呼ばれている。

図１０（ｂ）に表したように、光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅が、１／（光源間距離）以上の空間周波数において第１閾値以下であるとする。なお、この第１閾値は、例えば、人が知覚できる最小のコントラストにすることができる。人が知覚できる最小のコントラストは、コントラスト閾値などと呼ばれてる。一般的に良く知られているコントラスト閾値の最小値は−５３ｄＢ（デシベル）程度であることから、第１閾値は−５３ｄＢとしても良い。

そうすると、図１１（ａ）〜図１１（ｆ）から分かるように、より急峻な変化を有する発光輝度分布ほど、高い空間周波数の成分の強度（振幅）が大きく、より穏やかな変化を有する発光輝度分布ほど、高い空間周波数の成分の強度（振幅）が小さくなる。これは、急峻な変化を有する発光輝度分布は、その急峻な変化をする部分に対して高い空間周波数の成分を必要とするためである。逆に高い空間周波数の成分をあまり含まない輝度分布は、急峻な変化をする部分を有さない。すなわち、図１０（ｂ）に表した光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅では、第１閾値以上の高い空間周波数の成分を発光輝度分布に有するような光源３０と比較して、発光輝度分布全体に渡って発光輝度分布の変化が穏やかである。

これによれば、光源３０の発光輝度分布が急峻に変化する部位を有する場合とは異なり、入力映像信号には存在しなかったような急峻な輝度変化が表示映像中に生じることが無い。なお、光源３０の発光輝度分布が急峻に変化する部位を有する場合と同様に、映像信号の補正を施しても照明装置１０の輝度分布の変化を補償し切れず、照明装置１０の輝度分布の変化が表示映像に反映されてしまうという現象は発生しうる。しかし、光源３０の発光輝度分布が急峻に変化する部位を有さないため、入力映像信号には存在しなかったような輝度変化が表示映像上に生じたとしても、その輝度変化は急峻な変化では無い。一般に人の視覚は、空間周波数の低い、穏やかな輝度変化に対して感度が低いため、たとえ、以上に述べたような原理で輝度ムラが発生したとしても観察者には知覚されにくい。これにより、各光源３０の発光輝度分布の高い周波数成分が弱いため、輝度ムラが知覚されにくいという効果を奏する。

図１２は、本実施形態の光源の他の発光輝度分布を例示するグラフ図である。
なお、図１２（ａ）は、光源３０の発光輝度分布を例示するグラフ図であり、図１２（ｂ）は、光源３０の発光輝度分布の各空間周波数成分の振幅を例示するグラフ図である。図１２（ｂ）において、光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅は、直流成分に対する振幅で表されている。また、ここでは、直流成分の空間周波数（０［×１／光源間距離］）を空間周波数０と呼ぶこととする。

図１２（ｂ）に表したように、光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅が、直流成分の空間周波数（０［×１／光源間距離］）から第１空間周波数に渡って、第２閾値以上であるとする。第１空間周波数［×１／光源間距離］は「０」より大きく「１」より小さな値であって、例えば０．４／（光源間距離）である。また、第２閾値は、人が知覚できる最小のコントラストである。第２閾値は、図１０および図１１に関して前述した第１の閾値と同様に、−５３ｄＢとしても良い。

そうすると、図１１（ａ）〜図１１（ｆ）から分かるように、より穏やかな変化をする発光輝度分布ほど、より低い空間周波数の成分まで強度（振幅）が小さく、より急峻な変化を有する発光輝度分布ほど、より高い空間周波数の成分まで強度（振幅）が大きくなる。これは、より急峻な変化を有する発光輝度分布ほど、より高い空間周波数の成分まで必要とするためである。逆に、より高い空間周波数まで強度（振幅）の大きい成分を有する発光輝度分布ほど、より急峻な変化をすることが可能である。すなわち、図１２（ｂ）に表した光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅では、直流成分の空間周波数（０［×１／光源間距離］）から第１空間周波数の間で光輝度分布の強度（振幅）が、第２閾値以下になってしまうような光源と比較して、より急峻な変化をすることが可能である。

これによれば、光源３０の発光輝度分布が穏やかな変化を有する場合とは異なり、照明装置１０の発光輝度の変化幅が大きい。照明装置１０の発光輝度の変化幅が大きいということは、光源３０毎に発光輝度を制御したことによる効果が大きいということを意味する。つまり、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことが十分に可能である。これにより、各光源３０の発光輝度分布の低周波数成分が十分に強いため、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことができるという効果を奏する。

図１３は、本実施形態の光源のさらに他の発光輝度分布を例示するグラフ図である。
なお、図１３（ａ）は、光源３０の発光輝度分布を例示するグラフ図であり、図１３（ｂ）は、光源３０の発光輝度分布の各空間周波数成分の振幅を例示するグラフ図である。図１３（ｂ）において、光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅は、直流成分に対する振幅で表されている。また、ここでは、直流成分の空間周波数（０［×１／光源間距離］）を空間周波数０と呼ぶこととする。

図１３（ｂ）に表したように、光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅が、１／（光源間距離）以上の空間周波数において、第１閾値以下であり、かつ、直流成分の空間周波数から第１空間周波数に渡って、第２閾値以上であるとする。すなわち、図１３（ｂ）に表した空間周波数成分の振幅は、図１０に関して前述した条件と、図１２に関して前述した条件と、を合わせた条件を有する。

そのため、図１０に関して前述した効果のように、各光源３０の発光輝度分布の高周波数成分が弱いため、輝度ムラが知覚されにくいという効果を奏する。また、図１２に関して前述した効果のように、各光源３０の発光輝度分布の低周波数成分が十分に強いため、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことができるという効果を奏する。これにより、各光源３０の発光輝度分布の高周波数成分が弱いため、輝度ムラが知覚されにくく、かつ、各光源３０の発光輝度分布の低周波数成分が十分に強いため、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことができるという効果を奏する。

図９〜図１３に関して前述したように、光源３０の発光輝度分布の空間周波数成分の振幅を所定条件に制限し、理想的な輝度分布を得ることより、輝度ムラを抑制することができるとともにコントラスト改善効果が弱くなることを可及的に抑制することができる。あるいは、輝度ムラが知覚されにくく、かつ、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことができる。あるいは、輝度ムラを抑制することができるとともにコントラスト改善効果が弱くなることを可及的に抑制し、輝度ムラが知覚されにくく、かつ、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことができる。これにより、照明装置１０の輝度分布を理想的な輝度分布に近づけると、ローカルディミングの効果を向上させることができる。

次に、照明装置１０の輝度分布を理想的な輝度分布に近づけるための光源間距離Ｄ１（図３参照）について、図面を参照しつつ説明する。
図１４は、光源と輝度分布との関係を例示するグラフ図である。
なお、図１４（ａ）、図１４（ｃ）、および図１４（ｅ）は、点灯させる発光素子３５の数を変えた場合を表す平面模式図であり、図１４（ｂ）、図１４（ｄ）、および図１４（ｆ）はそれぞれ、点灯させる発光素子３５の数が図１４（ａ）、図１４（ｃ）、および図１４（ｅ）である場合の照明装置１０の輝度分布を表すグラフ図である。

光源間距離Ｄ１を変化させると、照明装置１０の輝度分布は変化する。図１４（ａ）および図１４（ｂ）に表したように、例えば１つの発光素子３５を点灯させると、照明装置１０の発光輝度の変化幅は、より小さい。これは、ローカルディミングの効果が弱いということを意味する。つまり、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことができなくなってしまう。この場合は、どの光源３０を点灯させても照明装置１０の全面の輝度が一様に変化するだけである。そのため、ローカルディミングにより照明装置１０の輝度分布に空間方向の起伏をつけることができなくなってしまう。つまり、ローカルディミングを行う意味がなくなってしまう。

一方、図１４（ｅ）および図１４（ｆ）に表したように、例えば５つの発光素子３５を点灯させると、照明装置１０の発光輝度の変化幅は、より大きい。しかしながら、照明装置１０の発光輝度は、光源間の境界部においてより急峻に変化している。そのため、輝度ムラが知覚されてしまう。

これに対して、図１４（ｃ）および図１４（ｄ）に表したように、例えば３つの発光素子３５を点灯させると、照明装置１０の輝度分布の変化は、輝度分布全体にわたって穏やかである。そうすると、輝度ムラが知覚されにくく、かつ、コントラストの高い、メリハリのある映像表示を行うことができる。つまり、ローカルディミングの効果を向上させることができる。このように、照明装置１０の輝度分布を理想的な輝度分布に近づけるための光源間距離Ｄ１が存在する。

図１５は、理想的な輝度分布と光源間距離との関係を例示するグラフ図である。
また、図１６は、光源間距離の適正化を説明するためのグラフ図である。
また、図１７は、適正化された光源間距離を例示するグラフ図である。

理想的な輝度分布と光源間距離Ｄ１との関係は、図１５に表した如くである。図１５に表した輝度分布は、図３（ａ）に表した導光板２０の中央部２０ｃにおける輝度分布を表している。すなわち、図１５は、３７型のサイズの液晶パネル９０に使用される導光板２０の中央部２０ｃにおける輝度分布を表している。また、導光板２０の厚さＤ２、溝の深さＤ３、および溝の頂角θは、図３に関して前述した如くである。また、図１５では、照明装置１０の発光輝度の大きさは、照明装置１０の発光輝度の最大値で規格化した相対輝度値で表している。ここで、本願明細書において、照明装置１０の発光輝度の最大値で規格化した相対輝度値の半値全幅を「点灯エリア幅」と呼ぶこととする。

点灯エリア幅と光源間距離Ｄ１との関係は、図１６に表した如くである。それぞれの曲線は、液晶表示装置１００の液晶パネル９０のサイズ毎の関係を表している。なお、光源間距離が変化すると点灯エリア幅は変化するため、図１６に表したグラフ図の横軸は、光源間距離Ｄ１で規格化した点灯エリア幅を表している。ここで、図１５に表したグラフ図により、理想的な輝度分布では、点灯エリア幅は「１．３」であることが分かる。すなわち、理想的な点灯エリア幅は、「１．３」であることが分かる。そのため、図１６に表したグラフ図により、３２型、３７型、４２型、４６型、５０型、および５５型のサイズの液晶パネル９０を使用する場合において、光源間距離Ｄ１を例えば約９０〜１１０ｍｍに設定することで理想的な点灯エリア幅を得ることができる。つまり、３２型、３７型、４２型、４６型、５０型、および５５型のサイズの液晶パネル９０を使用する場合において、光源間距離Ｄ１を例えば約９０〜１１０ｍｍに設定することにより、照明装置１０の輝度分布を理想的な輝度分布に近づけることができる。

液晶パネル９０の長辺のサイズと光源間距離Ｄ１との関係は、図１７に表した如くである。図１７は、図１６に表した適正化された光源間距離Ｄ１（理想的な点灯エリア幅「１．３」を満たす光源間距離）と液晶パネル９０の長辺のサイズとの関係をグラフ化したものである。これによれば、導光板２０の厚さＤ２が４ｍｍの場合において、式（２）を満たす光源間距離Ｄ１を設定すると、照明装置１０の輝度分布を理想的な輝度分布に近づけることができる。そのため、ローカルディミングの効果を向上させることができる。

適正光源間距離［ｍｍ］＝０．０２９×液晶パネル長辺サイズ［ｍｍ］＋７１．８８６ ・・・式（２）

次に、溝２１の形状を変化させたときの点灯エリア幅の変化について、図面を参照しつつ説明する。
図１８は、本実施形態の導光板の溝の頂角と点灯エリア幅との関係を表すグラフ図である。
また、図１９は、本実施形態の導光板の溝の深さと点灯エリア幅との関係を表すグラフ図である。
また、図２０は、本実施形態の導光板の光入射端からの距離と点灯エリア幅との関係を表すグラフ図である。

本発明者は、導光板２０の溝２１の頂角θを１５°〜１２０°の間で変化させたときの点灯エリア幅の変化をシミュレーションにより求めた。その結果は、図１８に表した如くである。なお、導光板２０の厚さＤ２および溝２１の深さＤ３は、図３に関して前述したシミュレーションの条件と同様である。図１８に表したグラフ図によれば、導光板２０の溝２１の頂角θを１５°〜１２０°の間で変化させても、光源３０から放射された光が入射する導光板２０の端面２０ａ、２０ｂ（図３参照）における点灯エリア幅の変化は、比較的小さいことが分かる。また、導光板２０の中央部２０ｃにおける点灯エリア幅の変化は、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂにおける点灯エリア幅の変化と同様に、比較的小さいことが分かる。

また、本発明者は、導光板２０の溝２１の深さＤ３を５０μｍ〜１ｍｍの間で変化させたときの点灯エリア幅の変化をシミュレーションにより求めた。その結果は、図１９に表した如くである。なお、導光板２０の厚さＤ２および溝２１の頂角θは、図３に関して前述したシミュレーションの条件と同様である。図１９に表したグラフ図によれば、導光板２０の溝２１の深さＤ３を５０μｍ〜１ｍｍの間で変化させても、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂおよび中央部２０ｃにおける点灯エリア幅の変化は、比較的小さいことが分かる。

また、本発明者は、導光板２０の溝２１の有無に関し、点灯エリア幅の変化をシミュレーションにより求めた。その結果は、図２０に表した如くである。なお、導光板２０の厚さＤ２、溝２１の深さＤ３、および溝２１の頂角θは、図３に関して前述したシミュレーションの条件と同様である。また、図２０に表したグラフ図の縦軸は、光源間距離Ｄ１で規格化した点灯エリア幅を表している。図２０に表したグラフ図によれば、導光板２０の光出射面に溝２１が形成されていない場合には、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂから中央部２０ｃの方向へ遠ざかるにつれて点灯エリア幅が大きくなることが分かる。つまり、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂから内部へ進入した光の直進性を向上させることができていない。

これに対して、導光板２０の光出射面に溝２１が形成されている場合には、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂから中央部２０ｃの方向へ遠ざかっても、点灯エリア幅の変化は、比較的小さいことが分かる。つまり、導光板２０の光出射面に溝２１を形成することにより、導光板２０の端面２０ａ、２０ｂから内部へ進入した光の直進性を向上させることができることが分かる。

以上説明したように、本実施形態によれば、光源間距離Ｄ１を適正化することにより、理想的な点灯エリア幅を得ることができる。つまり、光源間距離Ｄ１を適正化することにより、照明装置１０の輝度分布を理想的な輝度分布に近づけることができる。これにより、ローカルディミングの効果を向上させることができる。

なお、本実施形態では、主として照明装置１０がローカルディミングを行う場合を例に挙げて説明したが、これだけに限定されるわけではない。例えば、光源３０を順次点灯させ、導光板２０を順次発光させるスキャニング点灯あるいはセグメント点灯についても本実施形態を適用可能である。これによれば、残像感を低減させて動画のボヤケを解消することができると共に、黒表示中には光源３０を消灯するため、画像のコントラストを向上させることができる。また、消費電力を低減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 照明装置、 ２０ 導光板、 ２０ａ、２０ｂ 端面、 ２０ｃ 中央部、 ２１ 溝、 ２１ａ 屈曲部、 ２３ 光取り出しパターン、 ３０、３１、３３ 光源、 ３５ 発光素子、 ４０ 反射板、 ５１ プリズムシート、 ５３ 拡散シート、 ８０ 制御部、 ９０ 液晶パネル、 １００ 液晶表示装置、 １１１ 暗い背景、 １１３ 明るい物体

Claims (6)

1. 第１の方向に延在する複数の溝が光出射面に形成された導光板と、
   個別に発光輝度の制御が可能であり、前記導光板の端部であって前記第１の方向に対して垂直な端部から前記導光板の内部へ光を供給する複数の光源と、
   を備え、
   前記光源から前記導光板に入射し前記光出射面から出射した光の輝度分布は、空間周波数領域における直流成分に対する相対強度が、値が１以上の空間周波数領域において第１閾値以下である関数により得られ、
   前記光源の光源間距離は、前記光の輝度分布により適正化されることを特徴とする照明装置。
2. 第１の方向に延在する複数の溝が光出射面に形成された導光板と、
   個別に発光輝度の制御が可能であり、前記導光板の端部であって前記第１の方向に対して垂直な端部から前記導光板の内部へ光を供給する複数の光源と、
   を備え、
   前記光源から前記導光板に入射し前記光出射面から出射した光の輝度分布は、空間周波数領域における直流成分に対する相対強度が、空間周波数の値が０よりも大きくかつ１よりも小さい第１空間周波数以下の空間周波数領域において第２閾値以上である関数により得られ、
   前記光源の光源間距離は、前記光の輝度分布により適正化されることを特徴とする照明装置。
3. 第１の方向に延在する複数の溝が光出射面に形成された導光板と、
   個別に発光輝度の制御が可能であり、前記導光板の端部であって前記第１の方向に対して垂直な端部から前記導光板の内部へ光を供給する複数の光源と、
   を備え、
   前記光源から前記導光板に入射し前記光出射面から出射した光の輝度分布は、空間周波数領域における直流成分に対する相対強度が、値が１以上の空間周波数領域において第１閾値以下でありかつ空間周波数の値が０よりも大きくかつ１よりも小さい第１空間周波数以下の空間周波数領域において第２閾値以上である関数により得られ、
   前記光源の光源間距離は、前記光の輝度分布により適正化されることを特徴とする照明装置。
4. 前記光の輝度分布の半値全幅であって前記光源間距離で規格化された点灯エリア幅は、１．３であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の照明装置。
5. ３２型〜５５型のサイズの液晶パネルとともに使用される照明装置であって、
   前記適正化された前記光源間距離は、前記導光板の厚さが４［ｍｍ］のときに、
   
   適正光源間距離［ｍｍ］＝０．０２９×液晶パネル長辺サイズ［ｍｍ］＋７１．８８６
   
   の関係式を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の照明装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の照明装置と、
   前記照明装置により光が照射される液晶パネルと、
   前記液晶パネルに映像信号を入力し、前記映像信号に基づいて前記複数の光源の発光輝度を個別に制御した照明制御信号を前記照明装置に入力する制御部と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。