JP2012248769A - 発光装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示パネルを備える表示装置のバックライトユニットに用いられる発光装置において、面方向において光量が均一化された光を被照射体に照射することができる発光装置を提供する。
【解決手段】 バックライトユニット１の発光部１１は、光を出射するＬＥＤチップ１１１ａと、プリント基板１２上に設けられ、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１と、ＬＥＤチップ１１１ａおよび基台１１１を覆うように設けられ、入射光を反射または屈折させるレンズ１１２と、ＬＥＤチップ１１１ａが支持された基台１１１の周囲に設けられる反射部材１１３とを備える。そして、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰ（ｍ）と、レンズ１１２からの出射光の、全光量に対する拡散成分の光量の比率であるＩ_Ｈ（％）とは、Ｐ^２／（Ｉ_Ｈ×０．０００６２５）≦０．１を満たす。
【選択図】 図２

Description

本発明は、表示パネルの背面に光を照射するバックライトユニットとなる発光装置、この発光装置を備える表示装置に関する。

表示パネルは、２枚の透明基板の間に液晶が封入され、電圧が印加されることにより液晶分子の向きが変えられ光透過率を変化させることで予め定められた映像等が光学的に表示される。この表示パネルには、液晶自体が発光体ではないので、たとえば透過型の表示パネルの背面側に冷陰極管（ＣＣＦＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などを光源とした光を照射するバックライトユニットが備えられる。

バックライトユニットには、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を底面に並べて光を出す直下型と、冷陰極管やＬＥＤ等の光源を導光板と呼ばれる透明な板のエッジ部に配して、導光板エッジから光を通して背面に設けられたドット印刷やパターン形状によって前面に光を出すエッジライト型とがある。

ＬＥＤは、低消費電力、長寿命、水銀を使わないことによる環境負荷低減などの優れた特性を有するが、強い指向性を有していることから、バックライトユニットの光源としての利用が遅れていた。しかしながら近年、照明用途での高演色高輝度白色ＬＥＤの急速な普及に伴って、バックライトユニットの光源としては、冷陰極管からＬＥＤへの移行が進んでいる。

ＬＥＤは強い指向性を有するので、表示パネルの背面において面方向に強度を均一化して光を照射するという観点では、直下型よりもエッジライト型が有効である。しかしながら、エッジライト型のバックライトユニットは、導光板のエッジ部に集中して光源が配置されることによる発熱が大きくなる、表示パネルのベゼル部が大きくなるという問題が生じる。さらに、エッジライト型のバックライトユニットは、表示画像の高品質化および省電力化が可能な制御方法として注目されている部分的な調光制御（ローカルディミング）についても制約が大きく、表示画像の高品質化および省電力化が達成可能な小分割領域の制御ができないという問題がある。

そこで、部分的な調光制御に有利な直下型のバックライトユニットにおいて、強い指向性を有するＬＥＤを光源として用いた場合であっても、面方向において強度が均一化された光を表示パネルに照射することが可能な方法の検討が進められている。

たとえば、特許文献１には、表示パネルを複数の分割領域に分割し、分割した領域毎に制御する表示パネルに使用するバックライトユニットにおいて、分割した領域には、発光面が真上になるように表示面の直下に発光素子が配置され、発光素子の発光面直上に頂点を下向きとする逆円錐体をした導光反射体を配置し、導光反射体の発光素子の反対側の対向位置には、散乱特性をもつ拡散板を配置した構成のバックライトユニットが開示されている。

特許文献１に開示される技術では、発光素子から出射された強い指向性を有する光を、導光反射体によって、発光素子の光軸と交差する方向に拡散させ、面方向において光を表示パネルに照射することができる。

特開２０１０−２３８４２０号公報

近年、表示装置の薄型化に対する要求が高まってきており、このような薄型化された表示装置に備えられる直下型の発光装置においては、発光素子から出射された光を発光素子の光軸と交差する方向に精度よく拡散させ、表示パネルへの照射光量を均一にすることが求められる。

導光反射体は、光軸に対して傾斜する複数の方向に光を出射するので、導光反射体からの出射光は、配光分布を有する。表示パネルへの照射光量を均一にするためには、導光反射体からの出射光の配光分布に応じて、隣接する発光素子間の距離を設定する必要があるが、特許文献１には、その設定方法について開示されていない。そのため、特許文献１に開示される技術では、上記の要求を充分に満足することができない。

したがって本発明の目的は、表示パネルを備える表示装置のバックライトユニットに用いられる発光装置において、面方向において光量が均一化された光を被照射体に照射することができる発光装置、および、この発光装置を備える表示装置を提供することである。

本発明は、被照射体に光を照射する複数の発光部であって、被照射体の光照射面に対向して整列配置される複数の発光部と、
前記複数の発光部を支持する基板とを備え、
前記発光部は、
前記基板上に設けられ、光を出射する発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子からの入射光を複数の方向に反射または屈折させて光を出射する光学部材と、
前記光学部材の周囲において、前記発光素子が中心に位置するように前記基板上に設けられ、前記被照射体側から平面視したときの外形状が多角形状である反射部材と、を含み、
隣接する前記発光素子間の距離をＰ（ｍ）、前記光学部材からの出射光の、全光量に対する、出射方向が光軸に対して１５°以上となる拡散成分の光量の比率をＩ_Ｈ（％）としたときに、前記発光素子間の距離Ｐと、前記拡散成分の光量の比率Ｉ_Ｈとが、下記式（１）
Ｐ^２／（Ｉ_Ｈ×０．０００６２５）≦０．１ …（１）
を満たす値に設定されることを特徴とする発光装置である。

また本発明の発光装置において、前記反射部材の前記基板に対する遠端部と、前記被照射体との間には、隙間が形成されていることを特徴とする。

また本発明の発光装置において、前記反射部材は、前記被照射体側から平面視したときに、外形状が正方形または正六角形であり、かつ、外形状の各辺が、隣接する反射部材同士で重なっていることを特徴とする。

また本発明は、表示パネルと、
前記表示パネルの背面に光を照射する前記発光装置とを備えることを特徴とする表示装置である。

本発明によれば、発光装置は、被照射体の光照射面に対向して整列配置される複数の発光部と、発光部を支持する基板とを備える。発光部は、基板上に設けられ、光を出射する発光素子と、光学部材と、反射部材とを含む。光学部材は、発光素子を覆い、発光素子からの入射光を複数の方向に反射または屈折させて光を出射する。反射部材は、光学部材の周囲において、発光素子が中心に位置するように基板上に設けられ、被照射体側から平面視したときの外形状が多角形状である。そして、隣接する発光素子間の距離Ｐ（ｍ）と、光学部材からの出射光の、全光量に対する、出射方向が光軸に対して１５°以上となる拡散成分の光量の比率Ｉ_Ｈ（％）とが、上記式（１）を満たす値に設定される。

このように構成された発光装置は、面方向において光量が均一化された光を被照射体に照射することができる。したがって、発光装置は、被照射体の光照射面における輝度均一性を向上することができる。

また本発明によれば、発光装置において、反射部材の基板に対する遠端部と、被照射体との間には、隙間が形成されている。発光部では、面方向に発光素子から遠ざかるにつれて、光量が低下する傾向にある。前記隙間が形成されていることによって、隣接する発光部同士において、互いに照射される光の一部が前記隙間から入り込み、光量の低下を補うことができる。したがって、面方向における光量の均一性をより向上することができる。

また本発明によれば、反射部材は、被照射体側から平面視したときに、外形状が正方形または正六角形であり、かつ、外形状の各辺が隣接する反射部材同士で重なっている。これによって、隣接する発光部において、発光素子間の距離が同じになるので、被照射体の光照射面における輝度均一性をより向上することができる。

また本発明によれば、表示装置は、面方向において光量が均一化された光を被照射体に照射することができる、本発明に係る発光装置を含んで構成されるので、輝度むらなどの発生がなく、高画質画像を表示パネルに表示することができる。

本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図である。 図１における切断面線Ａ−Ａで切断したときの液晶表示装置１００の断面を模式的に示す図である。 バックライトユニット１の構成を示す図である。 基台１１１に支持されたＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２との位置関係を示す図である。 ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の光路を説明するための図である。 レンズ１１２からの出射光の拡散成分について説明するための図である。 レンズ１１２からの出射光の拡散成分の出射光束Ｉ_Φによる、ＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰと、拡散板３の光照射面における輝度との関係を示すグラフである。 レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈによる、ＬＥＤ１１１ａ間のピッチＰと、空間距離Ｈ４との関係を示すグラフである。 レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈによる、ＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰと、拡散板３に対する輝度むら率との関係を示すグラフである。 拡散板３に対する輝度むら率が１０％を示すときの、ＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰと、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈとの関係を示すグラフである。

図１は、本発明の実施の一形態に係る液晶表示装置１００の構成を示す分解斜視図である。図２は、図１における切断面線Ａ−Ａで切断したときの液晶表示装置１００の断面を模式的に示す図である。また、図３は、バックライトユニット１の構成を示す図である。本発明の表示装置である液晶表示装置１００は、テレビジョンまたはパーソナルコンピュータなどにおいて、画像情報を出力することによって画像を表示画面に表示する装置である。表示画面は、液晶素子を有する透過型の表示パネルである液晶パネル２によって形成され、液晶パネル２は、矩形平板状に形成される。液晶パネル２において、厚み方向の２つの面を、前面２１および背面２２とする。液晶表示装置１００は画像を、前面２１から背面２２に向かう方向に見て視認可能に表示する。

液晶表示装置１００は、液晶パネル２と、複数の発光部１１を含む、本発明に係る発光装置であるバックライトユニット１とを備える。液晶パネル２は、バックライトユニット１が備えるフレーム部材１３の底部１３１の底面１３１ａと平行に、側壁部１３２により支持される。液晶パネル２は、２枚の基板を含み、厚み方向から見て長方形の板状に形成される。液晶パネル２は、ＴＦＴ（thin film transistor）等のスイッチング素子を含み、２枚の基板の隙間には液晶が注入されている。液晶パネル２は、背面２２側に配置されるバックライトユニット１からの光がバックライトとして照射されることによって、表示機能を発揮する。前記２枚の基板には、液晶パネル２における画素の駆動制御用のドライバー（ソースドライバ）、種々の素子および配線が設けられている。

また、液晶表示装置１００において、液晶パネル２とバックライトユニット１との間には、拡散板３が、液晶パネル２に平行に配置される。この拡散板３が、被照射体となる。なお、液晶パネル２と拡散板３との間に、プリズムシート（図示せず）を配置してもよい。

拡散板３は、バックライトユニット１から照射される光を、面方向に拡散することによって、輝度が局所的に偏ることを防止する。プリズムシートは、拡散板３を介して背面２２側から到達した光の進行の向きを、前面２１側に向ける。拡散板３では、輝度が面方向に偏ることを防ぐために、光の進行方向は、ベクトル成分として、面方向の成分を多く含む。これに対しプリズムシートは、面方向のベクトル成分を多く含む光の進行方向を、厚み方向の成分を多く含む光の進行方向に変換する。具体的には、プリズムシートは、レンズまたはプリズム状に形成される部分が面方向に多数並んで形成され、これによって、厚み方向に進行する光の拡散度を小さくする。したがって、液晶表示装置１００による表示において、輝度を上昇させることができる。

バックライトユニット１は、液晶パネル２に背面２２側から光を照射する直下型のバックライト装置である。バックライトユニット１は、拡散板３を介して液晶パネル２に光を照射する複数の発光部１１と、複数のプリント基板１２と、フレーム部材１３とを含む。

フレーム部材１３は、バックライトユニット１の基本構造体であり、液晶パネル２と予め定められた間隔をあけて対向する平板状の底部１３１と、底部１３１に連なり底部１３１から立ち上がる側壁部１３２とからなる。底部１３１は、厚み方向から見て長方形に形成され、その大きさは液晶パネル２よりも少し大き目である。側壁部１３２は、底部１３１のうち短辺を成す２つの端部と、長辺を成す２つの端部とから液晶パネル２の前面２１側に立ち上がって形成される。これによって、平板状の側壁部１３２が底部１３１の周囲に４つ、形成される。

プリント基板１２は、フレーム部材１３の底部１３１に固定される。このプリント基板１２上には、複数の発光部１１が設けられる。プリント基板１２は、たとえば、導電層が両面に形成されたガラスエポキシからなる基板である。

複数の発光部１１は、拡散板３を介して液晶パネル２に光を照射するものである。本実施形態では、複数の発光部１１を１つの群として、拡散板３を介して液晶パネル２の背面２２の全体にわたって対向するように、複数の発光部１１が設けられたプリント基板１２を複数並列に配列することで、発光部１１がマトリクス状に設けられる。各発光部１１は、被照射体である拡散板３側から平面視したとき、すなわち、フレーム部材１３の底部１３１に垂直な方向から見て正方形に形成され、拡散板３の光照射面における平均輝度が５０００ｃｄ／ｍ^２となるように規定され、一辺の長さは、たとえば５５ｍｍである。

複数の発光部１１は、それぞれ、発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ１１１ａと、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１と、光学部材であるレンズ１１２と、反射部材１１３とを含む。

図４は、基台１１１に支持されたＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２との位置関係を示す図である。

基台１１１は、ＬＥＤチップ１１１ａを支持するための部材であり、樹脂からなる。この基台１１１は、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する支持面が正方形に形成され、正方形の一辺の長さＬ１は、たとえば３ｍｍである。また、基台１１１の高さは、たとえば１ｍｍである。

ＬＥＤチップ１１１ａは、基台１１１を介してプリント基板１２に実装され、プリント基板１２から離れる方向に光を出射する。ＬＥＤチップ１１１ａは、発光部１１を拡散板３側から平面視したとき、すなわち、フレーム部材１３の底部１３１に垂直な方向から見たときに、基台１１１の中央部に位置する。複数の発光部１１において、それぞれのＬＥＤチップ１１１ａによる光の出射の制御は、互いに独立して制御可能である。これによって、バックライトユニット１は、部分的な調光制御（ローカルディミング）が可能である。

複数の発光部１１にそれぞれ備えられるＬＥＤチップ１１１ａは、フレーム部材１３の底部１３１に垂直な方向から見たときに、マトリクス状に整列配置され、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間の距離（ピッチ）Ｐは、図３に示すように、行方向および列方向ともに同じである。

レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１を覆うように、ＬＥＤチップ１１１ａに当接して設けられ、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光を複数の方向に反射または屈折させる。すなわち、レンズ１１２は、光を拡散させる。レンズ１１２は、透明なレンズであり、たとえばアクリル樹脂などからなる。

レンズ１１２は、拡散板３を介して液晶パネル２に対向する面である上面１１２ａが中央部に凹みを有して湾曲し、側面１１２ｂがＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓと平行な略円柱状に形成され、光軸Ｓに直交する断面における直径Ｌ２がたとえば１０ｍｍであり、基台１１１に対して外方に延出し、かつ、基台１１１の側面（基台１１１の支持面に対して直交する４つの面）の少なくとも一部を覆うように設けられている。すなわち、レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに直交する方向に関して基台１１１よりも大きい（レンズ１１２の直径Ｌ２は、基台１１１の支持面の一辺の長さＬ１よりも大きい）。このように、レンズ１１２が基台１１１に対して外方に延出して設けられることによって、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光をレンズ１１２により広範囲に拡散させることができる。

また、レンズ１１２の高さＨ１は、たとえば４．５ｍｍであり、直径Ｌ２よりも小さい。換言すれば、レンズ１１２は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓに直交する方向の長さ（直径Ｌ２）が、高さＨ１よりも大きい。このレンズ１１２に入射した光は、レンズ１１２の内部において光軸Ｓに交差する方向に拡散される。

レンズ１１２の上面１１２ａは、中央部分１１２１と、第１湾曲部分１１２２と、第２湾曲部分１１２３とを含んで構成される。レンズ１１２において、中央部に凹みを有して湾曲した上面１１２ａは、到達した光を反射させて側面１１２ｂから出射させる第１領域と、到達した光を外方に屈折させて出射する第２領域とを有する。第１領域は第１湾曲部分１１２２に形成され、第２領域は第２湾曲部分１１２３に形成される。

中央部分１１２１は、拡散板３を介して液晶パネル２に対向する上面１１２ａの中央部に形成され、中央部分１１２１の中心（すなわち、レンズ１１２の光軸）は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ上に位置する。中央部分１１２１は、ＬＥＤチップ１１１ａの発光面に平行な円形状に形成され、その直径Ｌ３は、たとえば１ｍｍである。第１湾曲部分１１２２は、中央部分１１２１の外周縁端部に連なり、外方に向かうにつれてＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向の一方（液晶パネル２に向かう方向）に延び、光軸Ｓ方向の一方に凸となるように湾曲した環状の曲面である。第２湾曲部分１１２３は、第１湾曲部分１１２２の外周縁端部に連なり、外方に向かうにつれてＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向の他方に延び、光軸Ｓ方向の一方に凸となるように湾曲した環状の曲面である。

なお、中央部分１１２１は、ＬＥＤチップ１１１ａの発光面に平行な円形状としているが、これに限らず、例えば逆円錐形状でもよい。

図５は、ＬＥＤチップ１１１ａから出射された光の光路を説明するための図である。また、図６は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分について説明するための図である。ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光は、レンズ１１２に入射し、このレンズ１１２で拡散される。具体的には、レンズ１１２に入射した光のうち、拡散板３を介して液晶パネル２に対向する上面１１２ａにおいて中央部分１１２１に到達した光は、液晶パネル２に向けて矢符Ａ１方向に出射され、第１湾曲部分１１２２に到達した光は、反射して側面１１２ｂから矢符Ａ２方向に出射され、第２湾曲部分１１２３に到達した光は、外方（ＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかる方向）に屈折して液晶パネル２に向けて矢符Ａ３方向に出射される。

レンズ１１２からの出射光は、矢符Ａ１方向に出射される垂直成分と、矢符Ａ２および矢符Ａ３方向に出射される拡散成分とに分類される。レンズ１１２からの出射光の拡散成分は、図６に示すように、出射方向がレンズ１１２の光軸（ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓと同軸）に対して１５°以上１８０°以下となる光である。図６に示す例では、レンズ１１２からの出射光の拡散成分は、矢符Ａ２および矢符Ａ３方向に出射される光である。

なお、レンズ１１２からの出射光の、出射方向がレンズ１１２の光軸に対して１８０°の拡散成分は、上面１１２ａとは反対側のレンズ１１２の底面から光軸に対して平行に出射される出射光である。また、レンズ１１２からの出射光の、拡散成分以外の垂直成分、すなわち、出射方向がレンズ１１２の光軸に対して０°以上１５°未満となる垂直成分は、レンズ１１２の上面１１２ａにおける中央部分１１２１から出射される出射光である。換言すると、レンズ１１２からの出射光の拡散成分は、レンズ１１２の上面１１２ａの中央部分１１２１以外の領域部分から出射される出射光である。

また、本実施形態では、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とは、互いの光軸が一致する、すなわち、レンズ１１２の中心（すなわち、レンズ１１２の光軸）がＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ上に位置し、レンズ１１２がＬＥＤチップ１１１ａに当接するように、予め高精度に位置合わせされて形成されている。

ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とを、予め位置合わせして形成する方法としては、インサート成形、所定の形状に成形されたレンズ１１２に基台１１１に支持されたＬＥＤチップ１１１ａを嵌合させる方法などを挙げることができる。本実施形態では、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とは、インサート成形により、予め位置合わせされて形成されている。

インサート成形する際には、大きく分けて、上面金型と下面金型とを使用する。上面金型と下面金型とを合わせた際に形成される空間に、ＬＥＤチップ１１１ａを保持した状態で、レンズ１１２の原料となる樹脂を樹脂流入口から注入することにより成形する。なお、上面金型と下面金型とを合わせた際に形成される空間に、基台１１１に支持されたＬＥＤチップ１１１ａを保持した状態で、レンズ１１２の原料となる樹脂を樹脂注入口から注入することにより成形するようにしてもよい。

このように、ＬＥＤチップ１１１ａとレンズ１１２とをインサート成形により形成することによって、レンズ１１２がＬＥＤチップ１１１ａに当接するように、高精度に位置合わせすることができる。

これによって、バックライトユニット１は、ＬＥＤチップ１１１ａからレンズ１１２を介して出射した光を、ＬＥＤチップ１１１ａに当接したレンズ１１２により、精度よく反射および屈折させることができるので、拡散板３からプリント基板１２までの距離Ｈ３が小さい薄型化された液晶表示装置１００においても、面方向において光量が均一化された光を、拡散板３を介して液晶パネル２に照射することができる。

図２に戻って、発光部１１は、反射部材１１３を備える。この反射部材１１３は、ＬＥＤチップ１１１ａが支持された基台１１１の周囲に設けられ、レンズ１１２から出射された光を、拡散板３を介して液晶パネル２へ向けて反射する。反射部材１１３は、拡散板３側から平面視したとき、すなわち、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向に平面視したときの外形状が多角形状、たとえば正方形または正六角形であり、本実施形態では正方形である。

また、反射部材１１３は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向に平面視したときに、外形状の各辺が、隣接する反射部材１１３同士で重なっている。これによって、隣接する発光部１１において、ＬＥＤチップ１１１ａ間の距離が同じになるので、拡散板３の光照射面における輝度均一性をより向上することができる。

反射部材１１３は、中心に開口部が設けられた、１辺の長さが３８．８ｍｍの正方形平板状の基部１１３１と、基部１１３１を取り囲み、ＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかるにつれてプリント基板１２から遠ざかるように傾斜して形成される傾斜部１１３２とを有する。基部１１３１と傾斜部１１３２とによって構成される反射部材１１３は、ＬＥＤチップ１１１ａを中心とした逆ドーム状に設けられる。

本実施形態では、反射部材１１３は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向に平面視したときの外形状が正方形状であり、その正方形状の対角線について線対称に構成される。また、正方形状の中心点について９０°回転対称に構成される。

基部１１３１は、ＬＥＤチップ１１１ａの光軸Ｓ方向に平面視したときの正方形状の各辺が、マトリクス状に、すなわち整列配置される複数のＬＥＤチップ１１１ａの行方向または列方向と平行になるように形成される。また、基部１１３１は、プリント基板１２に沿って形成され、光軸Ｓ方向に平面視したときに、中央部に正方形状の開口部が設けられる。この正方形状の開口部の１辺の長さは、ＬＥＤチップ１１１ａを支持する基台１１１の１辺の長さＬ１と同程度であり、この開口部に基台１１１が挿通される。

傾斜部１１３２は、基部１１３１の外周縁端部に連なり、外方（ＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかる方向）になるにつれてプリント基板１２から離反するように傾斜して延びる。傾斜部１１３２とプリント基板１２との間の傾斜角度θ１は、たとえば８０°である。また、光軸Ｓ方向における傾斜部１１３２の高さＨ２は、たとえば４ｍｍである。

また、本実施形態では、反射部材１１３のプリント基板１２に対する遠端部、すなわち、傾斜部１１３２の光軸Ｓ方向における拡散板３側の先端部と、拡散板３との間には、隙間Ｇが形成されている。発光部１１では、面方向にＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかるにつれて、光量が低下する傾向にある。前記隙間Ｇが形成されていることによって、隣接する発光部１１同士において、互いに照射される光の一部が前記隙間Ｇから入り込み、光量の低下を補うことができる。したがって、面方向における光量の均一性をより向上することができる。

基部１１３１および傾斜部１１３２は、高輝性ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）、アルミニウムなどからなる。高輝性ＰＥＴとは、蛍光剤を含有した発泡性ＰＥＴであり、たとえば、東レ株式会社製のＥ６０Ｖ（商品名）などを挙げることができる。基部１１３１および傾斜部１１３２の厚みは、たとえば０．１〜０．５ｍｍである。

基部１１３１および傾斜部１１３２を含む反射部材１１３は、その全反射率が、ＬＥＤチップ１１１ａから出射される可視光に対して、たとえば、８０％〜１００％であり、本実施形態では、９７％である。全反射率は、ＪＩＳ−Ｋ−７３７５に準拠して測定することができる。

上記のように構成され、複数の発光部１１にそれぞれ備えられる反射部材１１３は、互いに一体的に成形されるのが好ましい。複数の反射部材１１３を一体成形する方法としては、反射部材１１３が高輝性ＰＥＴにより構成されている場合には押出し成型加工を挙げることができ、反射部材１１３がアルミニウムにより構成されている場合にはプレス加工を挙げることができる。このように、複数の発光部１１にそれぞれ備えられる反射部材１１３を一体成形することによって、複数の発光部１１のプリント基板１２に対する配置位置の精度を向上することができるとともに、バックライトユニット１の組立作業時に、反射部材１１３を取り付ける作業数を低減することができるので、組立作業の効率を向上することができる。

以上のように構成されるバックライトユニット１を備える液晶表示装置１００における、ＬＥＤチップ１１１ａから出射した光の光路について図４を用いて説明する。

バックライトユニット１において、ＬＥＤチップ１１１ａから出射し、レンズ１１２に入射した光のうち、拡散板３を介して液晶パネル２に対向する上面１１２ａにおいて中央部分１１２１に到達した光は、液晶パネル２に向けて矢符Ａ１方向に出射され、第１湾曲部分１１２２に到達した光は、反射して側面１１２ｂから矢符Ａ２方向に出射され、第２湾曲部分１１２３に到達した光は、外方に屈折して液晶パネル２に向けて矢符Ａ３方向に出射される。

そして、レンズ１１２から出射した光のうち、側面１１２ｂから出射した光（出射方向が光軸Ｓに交差する方向である光）は、反射部材１１３の傾斜部１１３２に入射する。この反射部材１１３の傾斜部１１３２は、外方（ＬＥＤチップ１１１ａから遠ざかる方向）になるにつれてプリント基板１２から離反して延びるので、傾斜部１１３２に入射した光を、プリント基板１２に平行な液晶パネル２側に反射させることができ、面方向において傾斜部１１３２に対応した領域の光量を増加させることができる。

次に、バックライトユニット１における、面方向の光量が均一化された光を照射するための構成について、詳細に説明する。

図７は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分の出射光束Ｉ_Φによる、ＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰと、拡散板３の光照射面における輝度との関係を示すグラフである。図７のグラフにおいて、横軸は隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間の距離であるピッチＰ（ｍ）を示し、縦軸は拡散板３の光照射面における輝度（ｃｄ／ｍ^２）を示す。また、図７のグラフにおいて、曲線Ｂ１は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分の出射光束Ｉ_Φが３０（ｌｍ：ルーメン）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示し、曲線Ｂ２は、出射光束Ｉ_Φが２５（ｌｍ：ルーメン）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示し、曲線Ｂ３は、出射光束Ｉ_Φが２０（ｌｍ：ルーメン）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示し、曲線Ｂ４は、出射光束Ｉ_Φが１５（ｌｍ：ルーメン）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示し、曲線Ｂ５は、出射光束Ｉ_Φが１０（ｌｍ：ルーメン）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示す。

ここで、拡散板３の光照射面における輝度の測定には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラのような２次元的な測定ができる機器を用いることができ、本実施形態では、面輝度計（ProMetric、サイバネット社製）を用いて、光の発散具合を測定する方法であるファーフィールド法で測定した。

一般的に液晶の透過率は５％程度であることから、拡散板３の光照射面における輝度としては、液晶パネル２の表示画面目標輝度の２０倍程度の輝度が必要となる。本実施形態では、拡散板３の光照射面における平均輝度が５０００ｃｄ／ｍ^２以上となるように、レンズ１１２からの出射光の拡散成分の出射光束Ｉ_Φ（ｌｍ：ルーメン）と、ＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰ（ｍ）とが、図７のグラフに基づいて導かれる下記式（２）を満たす。
Ｉ_Φ／（Ｐ^２×２．６）≧５０００ …（２）

すなわち、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰは、レンズ１１２からの出射光の拡散成分の出射光束Ｉ_Φに応じて、上記式（２）を満たすように設定される。

図８は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈによる、ＬＥＤ１１１ａ間のピッチＰと、空間距離Ｈ４との関係を示すグラフである。図８のグラフにおいて、横軸は、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰ（ｍ）を示し、縦軸は、基台１１１におけるＬＥＤチップ１１１ａの支持面から拡散板３までの距離である空間距離Ｈ４（ｍｍ）を示す。また、図８のグラフにおいて、直線Ｃ１は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈが３０（％）である場合における実験結果のプロットに基づく近似直線を示し、直線Ｃ２は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈが７０（％）である場合における実験結果のプロットに基づく近似直線を示す。

ここで、図８のグラフは、レンズ１１２からの出射光の拡散成分の出射光束Ｉ_Φを４０（ｌｍ：ルーメン）に設定し、拡散板３の光照射面における平均輝度を５０００ｃｄ／ｍ^２に設定したときの結果を示す。また、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈは、下記式（３）で算出されるものであり、レンズ１１２からの出射光の、全光量に対する、出射方向が光軸に対して１５°以上となる拡散成分の光量の比率（％）である。
Ｉ_Ｈ＝（拡散成分の光量）／（レンズからの出射光の全光量）×１００ …（３）

図８のグラフより、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰが狭くなるほど、空間距離Ｈ４を小さくすることができる、ということがわかる。

本実施形態では、拡散板３からプリント基板１２までの距離Ｈ３が小さい薄型化された液晶表示装置１００を可能とするために、空間距離Ｈ４を８ｍｍ以下に設定するのが好ましい。空間距離Ｈ４を８ｍｍ以下に設定するためには、たとえば、拡散成分比率Ｉ_Ｈが３０％である場合には、図８のグラフの直線Ｃ１より、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰを０．０２ｍ以下に設定すればよく、拡散成分比率Ｉ_Ｈが７０％である場合には、図８のグラフの直線Ｃ２より、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰを０．０８ｍ以下に設定すればよい。

すなわち、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰは、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈに応じて、空間距離Ｈ４が８ｍｍ以下となるように設定される。

図９は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈによる、ＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰと、拡散板３に対する輝度むら率との関係を示すグラフである。図９のグラフにおいて、横軸は、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰ（ｍ）を示し、縦軸は、各発光部１１における拡散板３に対する輝度むら率（％）を示す。また、図９のグラフにおいて、曲線Ｄ１は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈが２０（％）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示し、曲線Ｄ２は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈが３０（％）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示し、曲線Ｄ３は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈが５０（％）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示し、曲線Ｄ４は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈが７０（％）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示し、曲線Ｄ５は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈが８０（％）である場合における実験結果のプロットに基づく近似曲線を示す。

ここで、図９のグラフは、レンズ１１２からの出射光の拡散成分の出射光束Ｉ_Φを４０（ｌｍ：ルーメン）に設定し、拡散板３の光照射面における平均輝度を５０００ｃｄ／ｍ^２に設定したときの結果を示す。

また、拡散板３に対する輝度むら率は、下記式（４）で算出されるものであり、拡散板３の光照射面における平均輝度（ｃｄ／ｍ^２）に対する、最大輝度（ｃｄ／ｍ^２）と最小輝度（ｃｄ／ｍ^２）との差分の比率（％）である。
輝度むら率（％）＝（最大輝度−最小輝度）／平均輝度×１００ …（４）

拡散板３に対する輝度むら率が小さいほど、拡散板３の光照射面における輝度均一性が高いものである。

図９のグラフより、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰが狭くなるほど、拡散板３に対する輝度むら率を小さくすることができる、ということがわかる。

本実施形態では、拡散板３に対する輝度むら率を１０％以下にする。レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈが大きいほど、拡散板３に対する輝度むら率を１０％以下にするときの、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰの設定自由度が広い。たとえば、拡散成分比率Ｉ_Ｈが２０％の場合には、図９の曲線Ｄ１より、ピッチＰが０．０３５４（ｍ）以下で輝度むら率を１０％以下にすることができるのに対して、拡散成分比率Ｉ_Ｈが８０％の場合には、図９の曲線Ｄ５より、ピッチＰが０．０７０７（ｍ）以下で輝度むら率を１０％以下にすることができる。

隣接するＬＥＤチップ１１１ａのピッチＰを小さくすると、使用するＬＥＤチップ１１１ａの個数が増える。このように、ＬＥＤチップ１１１ａの個数が増えると、コストアップやＬＥＤチップ１１１ａからの発熱による温度上昇による問題が発生するおそれがあるが、図９の結果より、拡散成分比率Ｉ_ＨとＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰとを適切に設定することができる。

図１０は、拡散板３に対する輝度むら率が１０％を示すときの、ＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰと、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈとの関係を示すグラフである。図１０のグラフにおいて、横軸は、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰ（ｍ）を示し、縦軸は、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈ（％）を示す。

拡散成分比率Ｉ_Ｈが２０％の場合には、図９の曲線Ｄ１より、輝度むら率が１０％となるピッチＰは、表１に示すように、０．０３５４（ｍ）である。拡散成分比率Ｉ_Ｈが３０％の場合には、図９の曲線Ｄ２より、輝度むら率が１０％となるピッチＰは、表１に示すように、０．０４３４（ｍ）である。拡散成分比率Ｉ_Ｈが５０％の場合には、図９の曲線Ｄ３より、輝度むら率が１０％となるピッチＰは、表１に示すように、０．０５６２（ｍ）である。拡散成分比率Ｉ_Ｈが７０％の場合には、図９の曲線Ｄ４より、輝度むら率が１０％となるピッチＰは、表１に示すように、０．０６５１（ｍ）である。拡散成分比率Ｉ_Ｈが８０％の場合には、図９の曲線Ｄ５より、輝度むら率が１０％となるピッチＰは、表１に示すように、０．０７０７（ｍ）である。

図１０のグラフにおける曲線Ｅ１は、図９に示した上記の実験結果（表１）に基づくプロットの２乗近似曲線であり、下記式（５）で表される。
Ｉ_Ｈ＝１６０００×Ｐ^２ …（５）

拡散板３に対する輝度むら率を１０％以下にするためには、上記式（５）を用いて下記式（６）を満たせばよい。
Ｉ_Ｈ≧１６０００×Ｐ^２ …（６）

上記式（６）を変形すると、下記式（１）が導かれる。
Ｐ^２／（Ｉ_Ｈ×０．０００６２５）≦０．１ …（１）
［式中、Ｉ_Ｈは、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率（％）を示し、Ｐは、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチ（ｍ）を示す。］

すなわち、隣接するＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰ（ｍ）と、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈ（％）とが、上記式（１）を満たす値に設定されることによって、拡散板３に対する輝度むら率を１０％以下にすることができ、拡散板３の光照射面における輝度均一性を向上することができる。

なお、ＬＥＤチップ１１１ａの輝度を変更しても、ＬＥＤチップ１１１ａ間のピッチＰと、拡散成分比率Ｉ_Ｈとが、上記式（１）を満たす値に設定されることによって、拡散板３の光照射面における輝度均一性を向上することができる。

このように、ＬＥＤチップ１１１ａの輝度を変更しても輝度均一性を向上する効果が得られる理由は、たとえば、ＬＥＤチップ１１１ａの輝度を変更しても、拡散板３へ照射される全体的な輝度は変化するが、輝度むら率は変わらないので、輝度均一性については変化しないためである。

また、レンズ１１２からの出射光の拡散成分比率Ｉ_Ｈは、８０％以下に設定するのが好ましい。これは、拡散成分比率Ｉ_Ｈが８０％を超える場合には、レンズ１１２の上面１１２ａにおける中央部分１１２１から出射される光の光量が小さくなり過ぎるために、面方向における光量の均一性が低下するためである。

１ バックライトユニット
２ 液晶パネル
３ 拡散板
１１ 発光部
１２ プリント基板
１３ フレーム部材
１００ 液晶表示装置
１１１ 基台
１１１ａ ＬＥＤチップ
１１２ レンズ
１１３ 反射部材

Claims (4)

1. 被照射体に光を照射する複数の発光部であって、被照射体の光照射面に対向して整列配置される複数の発光部と、
   前記複数の発光部を支持する基板とを備え、
   前記発光部は、
   前記基板上に設けられ、光を出射する発光素子と、
   前記発光素子を覆い、前記発光素子からの入射光を複数の方向に反射または屈折させて光を出射する光学部材と、
   前記光学部材の周囲において、前記発光素子が中心に位置するように前記基板上に設けられ、前記被照射体側から平面視したときの外形状が多角形状である反射部材と、を含み、
   隣接する前記発光素子間の距離をＰ（ｍ）、前記光学部材からの出射光の、全光量に対する、出射方向が光軸に対して１５°以上となる拡散成分の光量の比率をＩ_Ｈ（％）としたときに、前記発光素子間の距離Ｐと、前記拡散成分の光量の比率Ｉ_Ｈとが、下記式（１）
   Ｐ^２／（Ｉ_Ｈ×０．０００６２５）≦０．１ …（１）
   を満たす値に設定されることを特徴とする発光装置。
2. 前記反射部材の前記基板に対する遠端部と、前記被照射体との間には、隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記反射部材は、前記被照射体側から平面視したときに、外形状が正方形または正六角形であり、かつ、外形状の各辺が、隣接する反射部材同士で重なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 表示パネルと、
   前記表示パネルの背面に光を照射する発光装置とを備え、
   前記発光装置は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置であることを特徴とする表示装置。

Images