JP2012174370A - 照明装置、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各ＬＥＤの照射エリアにおける光漏れを低減させ、かつ、生産性に優れた、液晶表示装置の直下型の照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１２は、複数の照明ユニット１２２と、複数の照明ユニット１２２から出射される光を液晶パネル１１へ向けて拡散する拡散板１２１とを備える。照明ユニット１２２は、ＬＥＤ光源１２２ａと、光学レンズ１２２ｄと、フレネルレンズ１２２ｃとを有する。ＬＥＤ光源１２２ａからの光は、光学レンズ１２２ｄによって発散されてフレネルレンズ１２２ｃに導かれる。フレネルレンズ１２２ｃは、ＬＥＤ光源１２２ａからの光の入射角が小さい位置では屈折率が小さく、かつ、ＬＥＤ光源から離れるに従って屈折率が大きくなるよう構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、液晶表示装置に取り付けられる直下型の照明装置（バックライト装置、バックライトユニット）に関する。

従来、透過型の液晶表示装置では、表示パネルのバックライトとして冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）を光源とした照明装置が主として用いられていた。しかし、最近では、ＬＥＤ素子の普及が急速に進んだことによって、ＬＥＤ方式の照明装置（ＬＥＤを光源とした照明装置）の価格低下が顕著になり、ＬＥＤ方式の照明装置が用いられることが多くなっている。ＬＥＤ方式の照明装置は、冷陰極蛍光管を光源とした照明装置にて用いられる水銀を使用しないため、環境に優しいという利点がある。さらに、ＬＥＤ方式の照明装置は、低消費電力化及び長寿命化の点において、冷陰極蛍光管を光源とした照明装置よりも優れている。

ＬＥＤは指向性が強い光源であるため、液晶パネル全体を均一に照射するには、液晶パネルに対して照射される光を均一に拡散させる必要がある。そこで、特許文献１では、複数のＬＥＤと拡散板とを液晶パネルの背面に配置する直下型の照明装置において、ＬＥＤの発光面直上に頂点を下向きとする逆円錐形部材を配置してＬＥＤ上部の光を拡散する技術が開示されている。さらに、この逆円錐形部材により、ＬＥＤと拡散板との間隔を狭めることが可能となり、液晶表示装置の薄型化を図っている。また、特許文献２では、液晶パネルにおいて輝度が一定となる面積を５０％以上とする技術が提案されている。

なお、プロジェクタ用光源装置であるが、複数のＬＥＤの上部全体に渡って設けられた１つのフレネルレンズにて各ＬＥＤからの光を拡散させ、この拡散された光を集光レンズにて集光させて、プロジェクタに配光する技術が特許文献３に開示されている。

特開２０１０−２３８４２０（２０１０年１０月２１日公開） 特開２０１０−０４９８８４（２０１０年３月４日公開） 特開２００４−２８１１０３（２００４年１０月７日公開）

しかしながら、特許文献１や２の技術では、複数のＬＥＤのうちあるＬＥＤが照射する照射エリアにおいて、隣接するＬＥＤの照射エリアへの大きな光漏れが生じてしまう。また、特許文献１の技術では、逆円錐部材とＬＥＤの中心を合わせることが難しく量産性に優れない。特許文献２の技術では、輝度が一定となる面積が５０％以上というような過度の輝度の均一化は、生産コストが極めて高くなる。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、各ＬＥＤの照射エリアにおける光漏れを低減させ、かつ、生産性に優れた、液晶表示装置の直下型の照明装置等を提供することにある。

なお、特許文献３の技術の、複数のＬＥＤの上部全体に渡って設けられた１つのフレネルレンズは、複数のＬＥＤからの光を拡散させるものであり、各ＬＥＤの照射エリアの光漏れを低減するものではない。

本発明は、上記の課題を解決するために、表示パネルの背面に配置され、光を出射する複数の照明ユニットと、当該複数の照明ユニットから出射される光を拡散する拡散板とを備え、当該拡散板にて拡散された光を前記表示パネルに照射する直下型の照明装置において、前記複数の照明ユニットは、それぞれ、（ａ）ＬＥＤ光源と、（ｂ）前記ＬＥＤ光源と前記拡散板との間に配置される光学部材と、（ｃ）前記ＬＥＤ光源からの出射光を発散させて前記光学部材に導く発散手段と、を備え、前記光学部材は、前記ＬＥＤ光源から離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成されていることを特徴とする。

本発明の構成によれば、発散手段はＬＥＤ光源からの出射光を発散させ、光学部材は、発散手段から導かれた光を、ＬＥＤ光源からの光の入射角が小さい位置では小さい屈折率で透過させ、かつ、ＬＥＤ光源から離れるに従って大きな屈折率で透過させる。

光学部材からの透過光は、上記のような屈折率で透過されるので、出射方向が略揃ったものとなる。よって、各照明ユニットが照射する表示パネルにおける各照射エリアにおいて、隣接する照射エリアへの光漏れを低減させることができる。

さらに、発散手段によりＬＥＤ光源からの出射光は発散されているため、光学部材に入射される光は光量分布が略一定になっている。よって、光学部材の透過光は、光量分布が略一定になっている。よって、本発明の構成によれば、光学部材におけるＬＥＤ光源との対向領域から離れた領域でも近い領域でも領域に関係なく、光学部材からは進行方向が略揃った光量が略均一の光を、拡散板に入射させることができる。また、発散手段によりＬＥＤ光源からの出射光は発散されるため、ＬＥＤ光源と拡散板との間を狭くすることができる。よって、上記構成の照明装置を液晶表示装置の液晶パネルを照射する装置に適用することで、液晶表示装置の薄型化に寄与することができる。

また、光学部材と発散手段とを備えるという簡易な構成であるため、生産性に優れる。

なお、特許文献２のような、表示パネルにおいて輝度が一定となる面積が５０％以上というような過度の輝度の均一化は、ある照明ユニットが照射する表示パネルにおける照射エリアと、この照明ユニットに隣接する照明ユニットの照射エリアとの境界が顕在化するという問題を招来している。しかし、本発明では、輝度分布の制限がないため、隣接する照明ユニットの照射エリアで連続的な輝度変化となり、照明ユニットの階調表示の制御（複数の照明ユニットを一つのエリアとして制御する場合も含む）においても照射エリア間の境界が顕在化しない自然な調光が実現できる。

ここで、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記光学部材は、フレネルレンズであってもよい。

この構成によると、フレネルレンズにより、発散手段から導かれた光を、ＬＥＤ光源からの光の入射角が小さい位置では小さい屈折率で透過させ、かつ、ＬＥＤ光源から離れるに従って大きな屈折率で透過させることができる。フレネルレンズからの透過光は平行光であるので、均一な平行光を拡散板に入射させることができ、各ＬＥＤの照射エリアにおける光漏れを低減させることができる。

なお、フレネルレンズの材質としては、ガラスやアクリル樹脂等が挙げられる。

また、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、ＬＥＤ光源から出射される光の指向特性は複数の輝度ピークを有していてもよい。ＬＥＤ光源から出射される光の指向特性が複数の輝度ピークを有することにより、当該ＬＥＤ光源から光が照射されることで、前記ＬＥＤ光源が前記発散手段としても機能することができる。

また、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記発散手段として、前記ＬＥＤ光源からの出射光を拡散させる光学素子を有していてもよい。

この構成によると、光学素子により、効果的にＬＥＤ光源からの出射光を発散させて光学部材に導くことができる。なお、上記光学素子を有する場合に、ＬＥＤ光源の発光点は１つでも複数でも構わない。

また、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記複数の照明ユニットは、それぞれ、前記ＬＥＤ光源の周囲に形成されている第１反射面と、前記第１反射面よりも前記ＬＥＤ光源から離れた位置であって前記第１反射面の周囲に形成されている第２反射面とを有し、前記第２反射面と前記光学部材との間隔は、前記第１反射面と前記光学部材との間隔よりも短くてもよい。

上記構成によれば、ＬＥＤ光源から遠い位置に配置されている第２反射面と光学部材との間隔が、ＬＥＤ光源から近い位置に配置されている第１反射面と光学部材との間隔よりも短いことから、ＬＥＤ光源から遠い位置において光の密度を高くすることができる。それゆえ、光学部材の透過光の分布をより均一なものに近づけることができる。

また、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記ＬＥＤ光源に接続するプリント基板を有し、前記第１反射面の裏側が前記プリント基板に接触している一方、前記第２反射面の裏側が前記プリント基板から離れていてもよい。

この構成によれば、第２反射面の裏側とプリント基板との間に空隙が形成されることになり、この空隙が断熱層として機能することになる。それゆえ、プリント基板においてＬＥＤ光源の発光に伴う発熱が生じた場合、プリント基板から、第２反射面の裏側への熱伝導を抑制できる。引いては、光学部材、拡散板、表示パネル等へ与えられる前記発熱によるダメージを抑制できる。

さらに、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記複数の照明ユニットは、それぞれ、前記第１反射面と前記第２反射面との間に第３反射面を備え、前記第３反射面は、前記光学部材に近い側の径が前記光学部材に遠い側の径よりも大きくなるテーパー形状に形成されていてもよい。

この構成によれば、第１反射面と第２反射面との間の第３反射面を光学部材に対面させることができ、第１反射面と第２反射面との間において反射ムラを抑制でき、反射面にて反射する光の分布を均一なものに近づけることができる。

また、本発明の照明装置は、前記構成に加えて、前記複数の照明ユニットは、それぞれ、前記光学部材と対向する底面を有しており、前記底面には光反射性の球状部材が散在されていてもよい。

この構成によれば、光学部材に反射された光を球状部材によって乱反射させることができる。よって、光学部材のうちＬＥＤ光源との対向領域から離れた領域に対して入射する光を増やすことができ、光学部材において透過光の分布をより均一なものに近づけることができる。球状部材の材質としては、ガラスやアクリル樹脂等が挙げられる。

また、本発明は、上記の課題を解決するために、前記いずれかの照明装置と、記表示パネルとしての液晶パネルとを備えていることを特徴とする液晶表示装置であってもよい。

この構成によると、各照明ユニットが照射する表示パネルにおける各照射エリア間での光漏れを抑制し、高品質の画像を表示でき、生産性に優れた液晶表示装置を提供することができる。

本発明の照明装置は、以上のように、前記複数の照明ユニットは、それぞれ、（ａ）ＬＥＤ光源と、（ｂ）前記ＬＥＤ光源と前記拡散板との間に配置される光学部材と、（ｃ）前記ＬＥＤ光源からの出射光を発散させて前記光学部材に導く発散手段と、を備え、前記光学部材は、前記ＬＥＤ光源から離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成されている。

本発明の上記構成によれば、発散手段はＬＥＤ光源からの出射光を発散させ、光学部材は、発散手段から導かれた光を、ＬＥＤ光源からの光の入射角が小さい位置では小さい屈折率で透過させ、かつ、ＬＥＤ光源から離れるに従って大きな屈折率で透過させる。

光学部材からの透過光は、上記のような屈折率で透過されるので、出射方向が略揃ったものとなる。よって、各照明ユニットが照射する表示パネルにおける各照射エリアにおいて、隣接する照射エリアへの光漏れを低減させることができる。

さらに、発散手段によりＬＥＤ光源からの出射光は発散されているため、光学部材に入射される光は光量分布が略一定になっている。よって、光学部材の透過光は、光量分布が略一定になっている。よって、本発明の構成によれば、光学部材におけるＬＥＤ光源との対向領域から離れた領域でも近い領域でも領域に関係なく、光学部材からは進行方向が略揃った光量が略均一の光を、拡散板に入射させることができる。

また、上記構成では、輝度分布の制限がないため、隣接する照明ユニットの照射エリアで連続的な輝度変化となり、照明ユニット毎の階調表示の制御（複数の照明ユニットを一つのエリアとして制御する場合も含む）においても照射エリア間の境界が顕在化しない自然な調光が実現できる。

本実施形態の照明装置を備えた液晶表示装置を模式的に示した分解図である。 図１に示す照明装置を模式的に示した断面図である。 図１に示す照明装置における照明ユニットを囲う側壁部材の変形例を示した断面図である。 図１に示す照明装置における照明ユニットの変形例を示した断面図である。 本実施形態の液晶表示装置におけるエリア制御を説明するための図である。 図３に示す隔壁部材の斜視図である。 ２つの輝度ピークを示す図である。 照明ユニットを囲う側壁部材が一体形成された照明装置を模式的に示した分解図である。 図８に示す照明装置を模式的に示した断面図である。

〔概略説明〕
まず、本発明の一実施形態の照明装置の構成の概略を説明する。図１は、本実施形態の照明装置（バックライト装置）を備える透過型の液晶表示装置を模式的に示した分解図である。図２は、図１に示す液晶表示装置をＡ方向に垂直な面で切断した場合の断面図である。

図１及び図２に示すように、照明装置１２は、液晶表示装置１０に取り付けられており、液晶パネル（表示パネル）１１の背面に配置される。照明装置１２は、光を出射する複数の照明ユニット１２２と、複数の照明ユニット１２２から出射される光を入射して液晶パネル１１へ向けて拡散する拡散板１２１とを備えている。

各照明ユニット１２２は、（ａ）ＬＥＤ光源１２２ａと、（ｂ）ＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成されたフレネルレンズ（光学部材）１２２ｃと、（ｃ）ＬＥＤ光源１２２ａからの出射光を発散させてフレネルレンズに導く光学レンズ（光学素子）１２２ｄとを備えている。

さらに、各照明ユニット１２２は、フレネルレンズ１２２ｃのＬＥＤ光源１２２ａ側の面と対向しＬＥＤ光源１２２ａを取り囲む底面ａを含む隔壁部材１２２ｂとを有いる。つまり、隔壁部材１２２ｂによって照明ユニット毎に区切られる。なお、少なくとも隔壁部材１２２ｂの底面ａは光反射機能を有する。

フレネルレンズ１２２ｃは、ＬＥＤ光源１２２ａから出射し光学レンズ１２２ｄにて発散された光及び、底面ａによって反射された光を入射し、入射光を、フレネルレンズ１２２ｃを透過して拡散板１２１へ出射する。また、フレネルレンズ１２２ｃで反射された光は底面ａで反射され、再度フレネルレンズに到達する。底面ａは、フレネルレンズ１２２ｃから到達した光をフレネルレンズ１２２ｃへ向けて反射するようになっている。

フレネルレンズ１２２ｃの材質として、例えば、ガラスや透明アクリル樹脂等が挙げられる。

ここで、フレネルレンズ１２２ｃの中心部がＬＥＤ光源１２２ａと対向するよう配置することで、フレネルレンズ１２２ｃにおいてＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って光の屈折率が大きくなる。なお、フレネルレンズ１２２ｃの代わりに、ＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成されている他の光学部材が用いられてもよい。

以上の構成によれば、光学レンズ１２２ｄは、ＬＥＤ光源１２２ａからの出射光を発散させ、フレネルレンズ１２２ｃは、光学レンズ１２２ｄから導かれた光を、ＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って大きな屈折率で透過させる。言い換えれば、ＬＥＤ光源からの光の入射角が小さい位置ほど、小さい屈折率で透過させる。

フレネルレンズ１２２ｃからの透過光は、上記のような屈折率で透過され、フレネルレンズからの透過光は平行光であるので、出射方向が略揃ったものとなる。よって、各照明ユニット１２２が照射する液晶パネル１１における各照射エリアにおいて、隣接する照射エリアへの光漏れを低減させることができる。

さらに、光学レンズ１２２ｄによりＬＥＤ光源１２２ａからの出射光は発散されているため、フレネルレンズ１２２ｃに入射される光は光量分布が略一定になっている。よって、フレネルレンズ１２２ｃからの透過光は、光量分布が略一定になっている。よって、本実施の形態によれば、フレネルレンズ１２２ｃのＬＥＤ光源１２２ａとの対向領域から離れた領域でも近い領域でも関係なく、フレネルレンズ１２２ｃからは進行方向が略揃った光量が略均一の光（平行光）を、拡散板１２１に入射させることができる。なお、拡散板１２１は、フレネルレンズ１２２ｃからの平行光が垂直に入射されるように配置されている。

また、光学レンズ１２２ｄによりＬＥＤ光源１２２ａからの出射光は発散されるため、ＬＥＤ光源１２２ａと拡散板１２１との間を狭くすることができる。よって、本実施形態の照明装置１２を液晶表示装置１０の液晶パネル１１を照射する装置に適用することで、液晶表示装置１０の薄型化に寄与することができる。

また、フレネルレンズ１２２ｃと光学レンズ１２２ｄとを備えるという簡易な構成であるため、生産性に優れる。

なお、表示パネルにおいて過度の輝度の均一化は、ある照明ユニットが照射する表示パネルにおける照射エリアと、この照明ユニットに隣接する照明ユニットの照射エリアとの境界が顕在化するという問題を招来している。しかし、本実施形態では、輝度分布の制限がない。よって、隣接する照明ユニット１２２の照射エリアで連続的な輝度変化となり、照明ユニット１２の階調表示の制御（複数の照明ユニット１２２を一つのエリアとして制御する場合も含む）においても、照射エリア間の境界が顕在化しない自然な調光が実現できる。

以下、本実施形態の照明装置の構成をより詳細に説明する。

〔詳細説明〕
図１及び図２に示すように、液晶表示装置１０は、液晶パネル１１と、液晶パネル１１の背面側に配置される照明装置１２とを備えている。

本実施形態の照明装置１２は、直下型のバックライト装置であり、フレーム部材１２４と、プリント基板１２３と、複数の照明ユニット１２２と、拡散板１２１とを備えている。

フレーム部材１２４は、液晶パネル１１と略同一形状及び略同一面積を有する板状部材であって、プリント基板１２３及び複数の照明ユニット１２２を支持するためのものである。

プリント基板１２３は、フレーム部材１２４における液晶パネル１１に対向する側の面に形成されており、後述するＬＥＤ光源１２２ａを駆動するための駆動電流をＬＥＤ光源１２２ａに供給する回路基板である。

照明ユニット１２２は、図１及び図２に示すように、一つのＬＥＤ光源１２２ａと一つのフレネルレンズ１２２ｃと一つの光学レンズ１２２ｄとの組からなり、拡散板１２１の方へ向けて光を出射する照明部材である。そして、照明装置１２においては、図１に示すように、フレーム部材１２４における液晶パネル１１に対向する側の面に、複数の照明ユニット１２２がマトリクス状に配列されている。照明ユニット１２２は、隔壁部材１２２ｂによって隣接する照明ユニット１２２と区切られている。

拡散板１２１は、液晶パネル１１と複数の照明ユニット１２２との間に配置されており、液晶パネル１１と略同一形状及び略同一面積を有する板状の光学部品である。この拡散板１２１は、複数の照明ユニット１２２の各々から出射される光を入射して液晶パネル１１の方へ向けて拡散するものである。なお、本実施形態では、図１に示すように、照明装置１２に対して取り付けられる拡散板１２１の枚数は１枚であるが、光学フイルムやプリズムシート等の複数の光学シート部材が照明装置１２に取り付けられるような形態であってもよい。

次に照明ユニット１２２に含まれる部材について説明する。なお、本実施形態の照明装置１２に取り付けられている複数の照明ユニット１２２は全て同一の構造であるため、説明の便宜上、以下では１つの照明ユニット１２２に含まれる部材についてのみ説明する。

照明ユニット１２２は、図１及び図２に示すように、ＬＥＤ光源１２２ａと、フレネルレンズ１２２ｃと、光学レンズ１２２ｄとを有し、隔壁部材１２２ｂによって隣接する照明ユニット１２２と区切られている。

ＬＥＤ光源１２２ａは、ＬＥＤ（light emitting diode）チップ（発光点）からなるものである。ＬＥＤチップは白色光を発する発光素子である。また、図２に示すように、ＬＥＤ光源１２２ａは、プリント基板１２３に対して電気的に接続されており、プリント基板１２３から駆動電流が供給されるようになっている。

ここで、ＬＥＤ光源１２２ａが単一のＬＥＤチップを有している場合には、ＬＥＤチップの指向性が高いことから、ＬＥＤ光源１２２ａからの光を発散させてフレネルレンズ１２２ｃに導くために、光学レンズ１２２ｄが必要である。

しかし、ＬＥＤ光源１２２ａから出射される光の指向特性が複数の輝度ピークを有していてもよい。この場合、複数の輝度ピークを有することにより、ＬＥＤ光源１２２ａから光が発散して照射される。この場合には、ＬＥＤ光源１２２ａが、光を発散させてフレネルレンズ１２２ｃに導く発散手段としても機能する。例えば、ＬＥＤ光源１２２ａから出射される光の指向特性が２つの輝度ピークを有する場合の、ＬＥＤ光源１２２ａからの出射光の輝度ピークは、図７に示すようなものと成る。図７から、光の指向特性が２つの輝度ピークを有するＬＥＤ光源１２２ａから光が照射されることにより、ＬＥＤ光源１２２ａからの光が発散して照射されることがわかる。

なお、ＬＥＤ光源１２２ａから出射される光の指向特性が複数の輝度ピークを有している場合には、光学レンズ１２２ｄが設けられていても、いなくてもよい。ＬＥＤ光源１２２ａから出射される光の指向特性が複数の輝度ピークを有しており、光学レンズ１２２ｄが設けられていると、ＬＥＤ光源１２２ａからの光をより広範囲に発散させることができる。

隔壁部材１２２ｂは、照明ユニット１２２を構成しているＬＥＤ光源１２２ａを囲い、当該ＬＥＤ光源１２２ａと他のＬＥＤ光源１２２ａとの間を隔てるための部材である。隔壁部材１２２ｂは、方形状且つ平板状の底面ａと、底面ａの４辺の各々から液晶パネル１１の方へ向けて延びるように形成される側壁部ｂとからなり、底面ａと対向する位置が開放された枡形部材である。隔壁部材１２２ｂは、光反射性を有する樹脂材料からなる。この樹脂材料の一例として白色のポリエチレンテレフタレートが挙げられる。

フレネルレンズ１２２ｃは、中心部から離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成された光学部材である。フレネルレンズ１２２ｃを透過した光は平行光となる。

フレネルレンズ１２２ｃは、図１及び図２に示すように、底面ａと同じ方形状であって底面ａとほぼ同一の面積を有し、底面ａとオーバーラップ（対向）するように、側壁部ｂに支持される。これにより、照明ユニット１２２において、隔壁部材１２２ｂの底面ａと側壁部ｂとフレネルレンズ１２２ｃとに囲まれる内部空間ｃが形成され、底面ａとフレネルレンズ１２２ｃとが互いに対向することになる。なお、本実施形態では、図１及び図２に示すように、一つの照明ユニット１２２に一枚のフレネルレンズ１２２ｃが取り付けられている。つまり、照明装置１２に備えられるフレネルレンズ１２２ｃの枚数は、照明装置１２に備えられる照明ユニット１２２の数と同数である。

なお、フレネルレンズ１２２ｃは、図１に示すように、一つの照明ユニット１２２毎に分かれていても、複数のフレネルレンズ１２２ｃが一体形成されていてもよい。一体形成されている場合も、個々のＬＥＤ光源１２２ａに対して、ＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成されている。

また、図２に示すように、一つの照明ユニット１２２の内部空間ｃに一つのＬＥＤ光源１２２ａが配置されている。具体的には、隔壁部材１２２ｂの底面ａの中央に開口部が形成されており、プリント基板１２３に接続されているＬＥＤ光源１２２ａが当該開口部から内部空間ｃに突出している。つまり、ＬＥＤ光源１２２ａは、隔壁部材１２２ｂの底面ａの中央に位置し、その光出射面がフレネルレンズ１２２ｃの中央部と対向している。

光学レンズ１２２ｄは、ＬＥＤ光源１２２ｄからの出射光を発散させてフレネルレンズ１２２ｃに導く発散手段である。

光学レンズ１２２ｄを用いている理由を以下に説明する。ＬＥＤ光源は指向性が高いため、光学レンズ１２２ｄを仮に取り付けない場合、拡散板１２１において、ＬＥＤ光源１１２ａからの入射光の密度がＬＥＤ光源１１２ａとの対向位置で高くなり、この対向位置から離れるほど低くなる。そのため、フレネルレンズ１２２ｃを介して拡散板１２１へ入射する光を均一にできない。そして、拡散板へ入射する光を均一にするためには、拡散板１２１とＬＥＤ光源１２２ａとの距離を長くしなければならず、液晶表示装置１０の薄型化を妨げてしまうという問題が生じる。

そこで、本実施形態では、光学レンズ１２２ｄを用いて、ＬＥＤ光源１２２ｄからの出射光を発散させて、フレネルレンズ１２２ｃに導く。光学レンズ１２２ｄによりＬＥＤ光源１２２ａからの出射光は発散されるため、光学部材に入射される光は光量分布が略一定になっている。よって、ＬＥＤ光源１２２ａと拡散板１２１との間を狭くすることができる。よって、本実施形態の照明装置１２を液晶表示装置１０の液晶パネル１１を照射する装置に適用することで、液晶表示装置１０の薄型化に寄与することができる。

また、光学レンズ１２２ｄによりＬＥＤ光源１２２ａからの出射光は発散されるため、フレネルレンズ１２２ｃへの入射光の光量分布は略一定になっており、引いては、フレネルレンズ１２２ｃの透過光が、光量分布が略一定になっている。よって、本実施の形態によれば、フレネルレンズ１２２ｃにおけるＬＥＤ光源１２２ａとの対向領域から離れた領域でも近い領域でも領域に関係なく、フレネルレンズ１２２ｃからは進行方向が揃った光量が略均一の光を、拡散板に入射させることができる。

以上にて示した構成の照明ユニット１２２において、ＬＥＤ光源１２２ａから出射される光は、図２に示すように、光学レンズ１２２ｄにて発散され、フレネルレンズ１２２ｃに入射する。図２に示すように、ＬＥＤ光源１２２ａから出射され光学レンズ１２２ｄによって発散された光の一部は、フレネルレンズ１２２ｃを透過し、拡散板１２１に入射し、拡散板１２１によって液晶パネル１１へと拡散される。また、図２に示すように、ＬＥＤ光源１２２ａから出射され光学レンズ１２２ｄによって発散された光の一部は、フレネルレンズ１２２にて反射し、フレネルレンズ１２２ｃに対向する底面ａ（隔壁部材１２２ｂ）に入射する。

ここで、底面ａは、隔壁部材１２２ｂの一部であり、光反射性の樹脂材料からなる反射面である。それゆえ、フレネルレンズ１２２ｃで反射した光は、底面ａをさらに反射し、この反射によってフレネルレンズ１２２ｃの中央部から離れた方へ進行し、フレネルレンズ１２２ｃに再度入射するようになっている。フレネルレンズ１２２ｃに再度入射した光は、フレネルレンズ１２２ｃを透過して拡散板１２１に入射し、拡散板１２１によって液晶パネル１１へと拡散される。また、フレネルレンズ１２２ｃで再度反射した光は、再度底面ａに入射する。

照明ユニット１２２においては、以上のような光の挙動が繰り返されることにより、フレネルレンズ１２２ｃを透過した光が拡散板１２１へ入射し、拡散板１２１によって液晶パネル１１の方へ拡散されるようになっている。

そして、本実施形態のフレネルレンズ１２２ｃは、ＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成されている。これは、フレネルレンズ１２２ｃの中心部がＬＥＤ光源１２２ａと対向するよう配置することで、フレネルレンズ１２２ｃにおいてＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って光の屈折率が大きくすることがきる。

よって、フレネルレンズ１２２ｃは、光学レンズ１２２ｄで発散された光を、ＬＥＤ光源からの光の入射角が小さい位置では小さい屈折率で透過させ、かつ、ＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って大きな屈折率で透過させる。

フレネルレンズからの透過光は平行光であるので、均一な平行光を拡散板１２１に入射させることができ、各ＬＥＤの照射エリアにおける光漏れを低減させることができる。なお、拡散板１２１は、フレネルレンズ１２２ｃからの平行光が垂直に入射されるように配置されている。

さらに、本実施形態では、直下型の照明装置１２を用いており、液晶パネル１１の背面側において複数の照明ユニット１２２をマトリクス状に配列している。そして、照明ユニット１２２毎に照射光量を制御（調整）、いわゆるエリア制御、が可能になっている。したがって、液晶パネル１１において高輝度の下地画像上に低輝度の暗部画像を表示するような場合、照明装置１２のうち、暗部画像及びその周囲に対向している照明ユニット１２２の照射光量を抑制することで、暗部画像の輪郭部分における滲みを抑制できる。つまり、図５に示すように、白色の下地画像（明部）１７０と、文字画像（暗部）１８０とを液晶パネル１１に表示する場合、次のようにする。照明装置１２のうち、文字画像１８０及びその周囲を照らす領域を減光領域２００とし、減光領域２００に属する照明ユニット１２２の照射光量が、減光領域２００に属していない照明ユニット１２２の照射光量よりも少なくなるように、各照明ユニット１２２の照射光量を調整する。これにより、文字画像１８０の輪郭部分において滲みが発生することを抑制できる。

〔変形例〕
つぎに、本実施形態の照明装置１２の変形例について、図４を用いて説明する。図４に示す照明装置１２’は、本実施形態の照明装置１２の有する照明ユニット１２２の変形例である照明ユニット１２２’を備えている。照明ユニット１２２’は、隔壁部材１２２ｂの底面ａに、光反射性のビーズ１２２ｅが散在している。また、照明装置１２’と液晶パネル１１とから、変形例の液晶表示装置１０１が成る。

図４の変形例では、光反射性のビーズ（球状部材）１２２ｅが散在している点で図２に示す照明装置１２及び照明ユニット１２２と異なるが、他の構成については図２の照明装置１２及び照明ユニット１２２と同一である。よって同一の構成については、図２と同一の参照符号を付し、説明を省略する。

ここで光反射性のビーズ１２２ｅの材質としては、ガラスやアクリル樹脂等が挙げられる。

光反射性のビーズ１２２ｅは、表面が滑らかな曲面であり、入射した光を、乱反射する光と透過する光とに分離する。つまり、フレネルレンズ１２２ｃを反射した後の光は、ビーズ間を通過して底面ａに到達したり、ビーズ１２２ｅを透過して底面ａに到達したり、ビーズを乱反射するようになっている。用いられる光反射性のビーズ１２２ｅとしては、直径０．３ｍｍから３ｍｍ程度のガラスやアクリル等の透明球状粒子が好ましいが、これらに限定されない。

光反射性のビーズ１２２ｅが散在していることにより、フレネルレンズ１２２ｃから反射する光を前記ビーズによって乱反射させることができる。よって、フレネルレンズ１２２ｃのうちＬＥＤ光源１２２ａとの対向部から離れた位置に対して入射する光を図２の構成よりもさらに増やすことができる。そのため、フレネルレンズ１２２ｃにおいて透過光の分布をより均一なものに近づけることができる。

また、本実施形態の照明ユニット１２２の隔壁部材は図２の参照符１２２ｂに示されるものに限定されるものではなく、例えば図３及び図６の参照符１２２ｂ’に示されるような隔壁部材が照明ユニット１２２に取り付けられていてもよい。以下では、隔壁部材１２２ｂ’について図３及び図６を参照して説明する。

図３は、本実施形態の照明ユニット１２２を囲う（照明ユニット同士を区画する）隔壁部材１２２ｂの変形例を示した断面図である。図６は、図３の隔壁部材１２２ｂ’の底面を示した斜視図である。図３では、図２の隔壁部材１２２ｂの代わりに隔壁部材１２２ｂ’が取り付けられている点で図２の照明ユニット１２２及び照明装置１２と異なるが、他の構成については図２の照明ユニット１２２及び照明装置１２と同一である。よって同一の構成については、図２と同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図３に示すように、隔壁部材１２２ｂ’の底面ａは、ＬＥＤ光源１２２ａの周囲に形成されている第１反射面ａ_１と、第１反射面ａ_１よりもＬＥＤ光源１２２ａから離れた位置であって第１反射面ａ_１の周囲に形成されている第２反射面ａ_２とを含んでいる。そして、第２反射面ａ_２とフレネルレンズ１２２ｃとの間隔は第１反射面ａ_１とフレネルレンズ１２２ｃとの間隔よりも短くなっている。これにより、隔壁部材１２２ｂ´の底面とフレネルレンズ１２２ｃとの間のスペースにおいて、ＬＥＤ光源から遠い位置（第２反射面ａ_２とフレネルレンズ１２２ｃとの間のスペース）の光の密度を高くすることができる。それゆえ、フレネルレンズ１２２ｃの透過光の分布をより均一なものに近づけることができる。

さらに、図３及び６に示すように、隔壁部材１２２ｂ’の底面は、第１反射面ａ_１及び第２反射面ａ_２の他、第１反射面ａ_１と第２反射面ａ_２との間に形成される第３反射面ａ_３を含んでいる。そして、第３反射面ａ_３は、フレネルレンズ１２２ｃに近い側の径がフレネルレンズ１２２ｃに遠い側の径よりも大きくなるテーパー形状になっている。これにより、第１反射面ａ_１と第２反射面ａ_２との間の第３反射面ａ_３をフレネルレンズ１２２ｃに対面させることができる。そのため、第１反射面ａ_１と第２反射面ａ_２との間において反射ムラを抑制でき、隔壁部材１２２ｂ’の底面にて反射する光の分布を均一なものに近づけることができる。

また、図３に示すように、隔壁部材１２２ｂ’における第１反射面ａ_１の裏側がプリント基板１２３に接触している。他方、隔壁部材１２２ｂ’における第２反射面ａ_２の裏側がプリント基板１２３から離れており、隔壁部材１２２ｂ’における第２反射面ａ_２の裏側とプリント基板１２３との間に空隙が形成されている。これにより、前記空隙が断熱層として機能するため、プリント基板１２３においてＬＥＤ光源１２２ａの発光に伴う発熱が生じた場合、プリント基板１２３から、隔壁部材１２２ｂ’における第２反射面ａ_２の裏側への熱伝導を抑制できる。ひいては、光学レンズ１２２ｄ、フレネルレンズ１２２ｃ、拡散板１２１、液晶パネル１１等へ与えられる前記発熱によるダメージを抑制できる。よって、長寿命で安全面にも配慮した液晶表示装置１００を提供することができる。

なお、本実施形態の構成によれば、フレネルレンズ１２２ｃとＬＥＤ光源１２２ａとの位置合わせは、特許文献１における逆円錐部材とＬＥＤの光射出面の中心との位置合わせのような困難なものではない。よって、特許文献１における量産性に優れないという問題点を有さない。また、本実施形態の構成によれば、特許文献２の構成のような輝度分布の制限がない。このことから、ある照明ユニット１２２が照射する液晶パネル１１における照射エリアと、当該照明ユニット１２２に隣接する照明ユニット１２２の照射エリアとの境界部においても連続的な輝度変化となる。よって、照明ユニット毎の階調表示の制御（複数の照明ユニットを一つのエリアとして制御する場合も含む）においても照明ユニット１２２間の境界が顕在化しない自然な調光を実現できる。

また、図１及び図２にて示した照明装置１０において、各照明ユニット１２２の各隔壁部材１２２ｂは、隣の照明ユニット１２２の隔壁部材１２２ｂと分離している。しかし、照明装置の隔壁部材は図１及び図２に示すものに限定されるものではない。例えば、図８及び図９に示すように、全ての照明ユニット１２２にて共用される構成の一体形成された隔壁部材３３０が、照明装置３２に取り付けられていてもよい。以下、図８及び図９に示す照明装置３２の構成を説明する。

図９に示すように、照明装置３２は、液晶パネル１１の背面に取り付けられるものであり、拡散板１２１、フレーム部材１２４、プリント基板１２３の他、格子状の隔壁部材３３０を備えている。

隔壁部材３３０は、光反射性を有する樹脂材料（例えば、白色のポリエチレンテレフタレート）からなり、例えば押し出し成型によって一体的に成型されるものである。図８に示すように、隔壁部材３３０は、底面３３０ａと、底面３３０ａから液晶パネル１１及び拡散板１２１の方へ向けて突出している側壁部３３０ｂとを有する。

また、図８及び図９に示すように、側壁部３３０ｂに囲まれている各スペース３３０ｃには、ＬＥＤ光源１２２ａが一つづつ配置され、ＬＥＤ光源１２２ａからの光を拡散する光学レンズ１２２ｄが備えられている。また、側壁部３３０ｂに囲まれている各スペース３３０ｃ毎に、各スペース３３０ｃを覆うフレネルレンズ１２２ｃが取り付けられている。フレネルレンズ１２２ｃは、側壁部３３０ｂに支持されており、ＬＥＤ光源１２２ａ及び底面３３０ａに対向する位置に配されている。

図８、９に示すように、一つの照明ユニット１２２は隔壁部材３３０により取り囲まれている。つまり、照明装置３２は、隔壁部材３３０により隔離された複数の照明ユニット１２２を備えている。

以上にて示した照明装置３２も、照明装置１２と同じ効果を奏する。つまり、図８及び図９に示す照明装置３２においても、各照射ユニット１２２の照射エリアにおける光漏れを低減させ、生産性に優れた液晶表示装置１０２を提供できる。また、液晶表示装置１０２の薄型化を妨げることがない。

なお、図８及び図９に示す照明装置３２において、図４に示す構成と同様、底面３３０ａにガラスビーズを散在させてもよい。また、照明装置３２においても、複数のフレネルレンズ１２２ｃが一体形成されていてもよい。一体形成されている場合も、個々のＬＥＤ光源１２２ａに対して、ＬＥＤ光源１２２ａから離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成されている。

また、図８及び図９に示す照明装置３２の底面３３０ａも、図３及び図６に示す底面ａと同様に構成されていてもよい。つまり、ＬＥＤ光源１２２ａの周囲に形成されている第１反射面と、第１反射面の外周側に形成されておりテーパー形状になっている第３反射面と、第３反射面の外周側に形成される第２反射面とを有していてもよい。この場合、図８及び図９に示す照明装置３２においても、第２反射面とフレネルレンズ１２２ｃとの間隔が第１反射面とフレネルレンズ１２２ｃとの間隔よりも短くなっている。そして、第１反射面の裏面はプリント基板１２３に接触している。他方、第２反射面の裏面はプリント基板１２３から離間している。これにより、図３及び図６に示す構成と同様の効果が得られる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。すなわち、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更した技術的手段や、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を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。

本発明は、液晶表示装置に取り付けられる直下型のバックライト装置に利用することができる。

１０，１００，１０１，１０２ 液晶表示装置
１１ 液晶パネル（表示パネル）
１２，１２’，３２ 照明装置
１２１ 拡散板
１２２，１２２’ 照明ユニット
１２２ａ ＬＥＤ光源（発散手段）
１２２ｂ，１２２ｂ’ 隔壁部材
１２２ｃ フレネルレンズ（光学部材）
１２２ｄ 光学レンズ（発散手段、光学素子）
１２２ｅ ビーズ（球状部材）
１２３ プリント基板
１２４ フレーム部材
３３０ 隔壁部材
３３０ａ 底面
３３０ｂ 側壁部
ａ 底面
ａ１ 第１反射面
ａ２ 第２反射面
ａ３ 第３反射面

Claims (9)

1. 表示パネルの背面に配置され、光を出射する複数の照明ユニットと、当該複数の照明ユニットから出射される光を拡散する拡散板とを備え、当該拡散板にて拡散された光を前記表示パネルに照射する直下型の照明装置において、
   前記複数の照明ユニットは、それぞれ、（ａ）ＬＥＤ光源と、（ｂ）前記ＬＥＤ光源と前記拡散板との間に配置される光学部材と、（ｃ）前記ＬＥＤ光源からの出射光を発散させて前記光学部材に導く発散手段と、を備え、
   前記光学部材は、前記ＬＥＤ光源から離れるに従って光の屈折率が大きくなるよう構成されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記光学部材はフレネルレンズであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記ＬＥＤ光源から出射される光の指向特性は複数の輝度ピークを有し、当該ＬＥＤ光源から光が照射されることにより、前記ＬＥＤ光源が前記発散手段としても機能することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記発散手段として、前記ＬＥＤ光源からの出射光を拡散させる光学素子を有するとことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記複数の照明ユニットは、それぞれ、前記ＬＥＤ光源の周囲に形成されている第１反射面と、前記第１反射面よりも前記ＬＥＤ光源から離れた位置であって前記第１反射面の周囲に形成されている第２反射面とを有し、
   前記第２反射面と前記光学部材との間隔は、前記第１反射面と前記光学部材との間隔よりも短いことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記ＬＥＤ光源に接続するプリント基板を有し、
   前記第１反射面の裏側が前記プリント基板に接触している一方、前記第２反射面の裏側が前記プリント基板から離れていることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記複数の照明ユニットは、それぞれ、前記第１反射面と前記第２反射面との間に第３反射面を備え、
   前記第３反射面は、前記光学部材に近い側の径が前記光学部材に遠い側の径よりも大きくなるテーパー形状に形成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の照明装置。
8. 前記複数の照明ユニットは、それぞれ、前記光学部材と対向する底面を有しており、
   前記底面には光反射性の球状部材が散在されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の照明装置と、前記表示パネルとしての液晶パネルとを備えていることを特徴とする液晶表示装置。

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