JP2022086370A - 照明装置および表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】精密な位置合わせを要することなく、光源が発する光の向きを表側に効果的に変化させる。【解決手段】照明装置20は、第1方向に沿う指向性を有する光を発する光源22,23と、第1入光面30Aと第1出光面30Bとを有するプリズムシート30であって、第1入光面30Aは、光源22,23に対向するように配されており、かつ、第1方向に沿って延びるとともに第1方向に交わる方向に複数並ぶ第1プリズム31を備えており、第1出光面30Bは、第1方向と交わる第2方向に沿って延びるとともに第2方向に交わる方向に複数並ぶ第2プリズム32を備えている、プリズムシート30と、を備える。【選択図】図1
Description
ここに開示される技術は、照明装置および表示装置に関する。
従来、照明装置からの光を利用して表示を行う表示装置が知られている。このような表示装置としては液晶表示装置が広く一般に知られており、この液晶表示装置用のバックライトとして、例えば特許文献1に、面状光源が開示されている。この特許文献1の面状光源は、複数個の光源をその光軸を反射板及び拡散板に対して平行に配するとともに、互いに背面を向かい合わせて近接状態に設置し、当該光源の発光方向の前方にレンズやミラーを配して光軸を拡散板に向けて指向させる構成を備えている。
このような特許文献1の技術によると、上記レンズを用いる場合は、光源とレンズとの位置合わせが必要となり、光源の数が多い場合は精密な位置合わせが困難になるという課題がある。また、ミラーを用いる場合は、ミラーを当該光源による発光領域の端部に設置することが必要となり、かかるミラーに到達しない光については拡散板に向けて指向させることができないという課題がある。
ここに開示される技術は、上記のような事情に基づいて完成されたものであって、精密な位置合わせを要することなく、光源が発する光の向きを表側に効果的に変化させることを目的とする。
(1)ここに開示される技術に係る照明装置は、第1方向に沿う指向性を有する光を発する光源と、シート状をなし、第1入光面と、前記第1入光面とは反対側の第1出光面とを有するプリズムシートであって、前記第1入光面は、前記光源に対向するように配されており、かつ、前記第1方向に沿って延びるとともに前記第1方向に交わる方向に複数並ぶ第1プリズムを備えており、前記第1出光面は、前記第1方向と交わる第2方向に沿って延びるとともに前記第2方向に交わる方向に複数並ぶ第2プリズムを備えている、プリズムシートと、を備える。
(2)また、ここに開示される技術の一実施形態では、上記(1)の構成に加え、前記光源は、第1光源と第2光源とを含むペア光源であって、互いの光軸が逆向きになるように背面合わせで組み合わされていてもよい。
(3)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(2)の構成に加え、前記ペア光源は、前記プリズムシートのシート面の法線方向について、前記第1光源および前記第2光源を挟むように配される一対の反射板を備えていてもよい。
(4)また、ここに開示される技術の一実施形態では、上記(1)~(3)のいずれか1つの構成に加え、前記光源は、複数のものが前記第1方向に沿って配列されていてもよい。
(5)また、ここに開示される技術の一実施形態では、上記(1)~(4)のいずれか1つの構成に加え、前記第1プリズムおよび前記第2プリズムはそれぞれ、延設方向に直交する断面形状が三角形であってもよい。
(6)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(5)の構成に加え、前記第1プリズムは、前記三角形の断面形状における頂角が65°以上90°以下であってよい。
(7)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(5)または(6)の構成に加え、前記第2プリズムは、前記三角形の断面形状における頂角が90°以上130°以下であってよい。
(8)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(1)~(7)のいずれか1つの構成に加え、前記複数のペア光源のぞれぞれは、白色光を発することができる構成を備えているとともに、シート状をなし、前記プリズムシートを前記第1出光面の側において覆うとともに、前記プリズムシートの側に配される入光面から入射する光を散乱させて、前記入光面とは反対側の出光面から出光させる拡散シートをさらに備えていてもよい。
(9)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(1)~(7)のいずれか1つの構成に加え、前記光源は、青色光を発することができる構成を備えているとともに、シート状をなし、前記プリズムシートを前記第1出光面の側において覆うとともに、前記プリズムシートの側に配される入光面から入射する前記青色光を白色光に波長変換する波長変換シートをさらに備えていてもよい。
(10)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(1)~(9)のいずれか1つの構成に加え、シート状をなし、前記第1出光面と対向するように配置される第2のプリズムシートをさらに備え、前記第2のプリズムシートは、前記第1出光面と対向する第2入光面と、前記第2入光面とは反対側の第2出光面と、を有し、前記第2出光面には、前記第1方向と交わる方向に沿って延びる第3プリズムを備えていてもよい。
(11)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(10)の構成に加え、前記第3プリズムは、前記第2方向に沿って延びていてもよい。
(12)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(1)~(11)のいずれか1つの構成に加え、シート状をなし、前記光源に対して前記プリズムシートとは反対側に配置され、前記光源から発せられる光を前記プリズムシートの側に反射することができる反射シートをさらに備えている。
(13)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(12)の構成に加え、前記反射シートは、正反射シートであってもよい。
(14)ここに開示される技術に係る表示装置は、上記(1)~(13)のいずれか1つの構成を備える照明装置と、前記照明装置からの光を利用して表示を行う表示パネルと、を備えている。
(15)ここに開示される技術の一実施形態では、上記(14)の構成に加え、前記光源は、複数のものを含み、前記光源を複数のグループに分割するとともに、前記グループごとに所定の明るさで前記光源から光を発生させる制御装置をさらに備えていてもよい。
本願明細書に記載の技術によれば、精密な位置合わせを要することなく、光源が発する光の向きを効果的に変化させることができる。
<実施形態1>
一実施形態に係るバックライト装置(照明装置の一例)20およびこれを備える液晶表示装置(表示装置の一例)1について、図1~図6を適宜に参照しつつ説明する。なお、図面の一部にはX軸、Y軸およびZ軸を示しており、本実施形態においてこれらは互いに直交しているものの、ここに開示される技術はこれに限定されない。また、以下の説明では、例えば図2および図3の左側を表側、同図右側を裏側と呼ぶ。
一実施形態に係るバックライト装置(照明装置の一例)20およびこれを備える液晶表示装置(表示装置の一例)1について、図1~図6を適宜に参照しつつ説明する。なお、図面の一部にはX軸、Y軸およびZ軸を示しており、本実施形態においてこれらは互いに直交しているものの、ここに開示される技術はこれに限定されない。また、以下の説明では、例えば図2および図3の左側を表側、同図右側を裏側と呼ぶ。
液晶表示装置1は、図1に示すように、画像を表示可能な液晶パネル(表示パネル)10と、液晶パネル10に対して裏側に配されるバックライト装置20と、を備えている。図1等は分解図となっているが、実際には図1等に示される各要素は積層されている。
液晶パネル10は、大まかには、所定のギャップを介して対向配置された一対のガラス基板と、両ガラス基板の間に封入された液晶と、により構成される。一方のガラス基板は、例えば、アレイ基板、アクティブマトリクス基板などと呼ばれるものである。この一方のガラス基板の対向面には、互いに直交するソース配線およびゲート配線、これらの配線によって区画された領域に設けられる複数の画素電極、各画素電極とソース配線およびゲート配線とを接続するスイッチング素子(例えばTFT)、および配向膜等が設けられている。他方のガラス基板は、例えば、CF基板などと呼ばれるものである。この他方のガラス基板の対向面には、赤色(R),緑色(G),青色(B)等の各色に着色された着色部が所定配列で配置されたカラーフィルタや、カラーフィルタ間を仕切るブラックマトリクス、その他配向膜等が設けられている。なお、両ガラス基板の非対向面には、偏光板がそれぞれ設けられている。
バックライト装置20は、液晶パネル10に対して裏側に配され、液晶パネル10に表示のための光を照射する外部光源である。本実施形態のバックライト装置20は、図1に示すように、全体として横長な方形の板状をなしており、その長辺方向がX軸方向と、短辺方向がY軸方向と、板面に垂直な厚み方向がZ軸方向と、それぞれ一致するよう配されている。本実施形態のバックライト装置20は、図1~図3等に示すように、表側から順に、光学シート25と、拡散シート26と、プリズムシート30と、複数のペアLED21と、光源実装基板24と、反射シート28と、を備えている。これらのうち、光学シート25と、拡散シート26と、光源実装基板24と、反射シート28とは、付加的な要素であり、概ねバックライト装置20と同程度の横長な方形状をなしている。
バックライト装置20は、光源としてのLED(Light Emitting Diode)22,23と、プリズムシート30とを備えている。本実施形態の光源は、後で詳しく説明するが、第1LED22と第2LED23とを含み、これらのLED22,23の互いの光軸A1,A2が逆向きになるように背面合わせで組み合わされたペア光源21である。このペア光源21は、光軸A1,A2に沿う第1方向に指向性を有する光を発するものである。プリズムシート30は、その第1入光面30Aがペア光源21に対向するように配されており、ペアLED21から発せられる光の向きを、シート面の法線方向に近づく方向であって、かつ、第1方向と交わる方向に変えて(指向させて)、拡散した状態で表側に出光する。本実施形態に係るバックライト装置20は、このように、液晶パネル10の直下位置に光源としての複数のペアLED21が配された、いわゆる直下型と呼ばれるものである。直下型のバックライト装置20は、液晶パネル10の周縁位置にLEDが配された、いわゆるエッジ型と呼ばれるものよりも光のロスが抑制されて、光利用効率が高いという利点がある。なお、バックライト装置20は、LED22,23やプリズムシート30等を収容するシャーシを備えたり、これらの外周縁部を保持する枠状のフレームを備えたりすることができる。以下、バックライト装置20の各構成部品について詳細に説明する。
本実施形態では、図2等に示すように、2つのLED22,23が一つのペアLED21(ペア光源の一例)を構成している。具体的には、ペアLED21は、第1LED22(第1光源の一例)と第2LED23(第2光源の一例)とを含む。これら2つのLED22,23は、互いの光軸が逆向きになるように背面合わせで組み合わせて配置されることでペアLED21を構成している。本実施形態における第1LED22および第2LED23はいずれも同一の構成を備えているが、異なる構成を備えていてもよい。以下、図4を参照しつつ、第1LED22を例にして、一つのLEDの構成について説明する。なお、LEDの構成の説明に際し、図4に示す符号U,D,F,B,L,およびRによって、上,下,前,後,左,および右の相対的な方位を示すが、これらの方位は説明のために便宜的に定めたものに過ぎず、LEDの設置態様を何ら限定するものではない。
第1LED22は、LED素子22Aを一つ含む。LED素子22Aは、矩形の小片状のLED基板22Bの前方の面である実装面の中央に支持されている。実装面は、例えば他の面よりも可視光の反射率が高い反射面であってもよい。LED基板22Bには、実装面反対側(後側)の背面22Gから下方の側面にまで延びる薄膜状の電極22Cが左右に対となって設けられている。この一対の電極22CとLED素子22Aとは電気的に接続されており、一対の電極22Cを介してLED素子22Aに電圧を印加することができるようになっている。実装面には、LED素子22Aを上下において挟むように、上端と下端とにそれぞれリフレクタ22D(反射板の一例)が設けられている。リフレクタ22Dは、表面が概ね平らな板状であって、LED素子22Aから上下に発せられる光を反射する要素であり、例えば、反射率の高い(例えば反射率80%以上、好ましくは90%以上)の白色樹脂によって構成されている。リフレクタ22Dが、LED素子22Aの上下に対となって配されることで、LED素子22Aから上方および下方に向けて発せられる光を、下方および上方に向けてそれぞれ反射させる。第1LED22は、このような構成によって、LED素子22Aから発せられる光を、LED素子22Aの近傍において上方または下方に向かわせることなく、その殆どを前方ないしは左右の側方に向かわせる。このことによって、前方に向かう光の密度(光束)が特に高められ、かかる第1LED22は前方に向かう光の指向性が高められたものとなっている。より詳細には、第1LED22が照射する光束の中心である第1LED22の第1光軸A1は、LED素子22Aの中心(ここではLED基板22Bの中心に一致する)を通り、LED基板22Bに対して前方に向けて垂直な直線と一致するものとなっている。このような本実施形態における第1LED22は、外形がブロック状(直方体状)をなしており、第1光軸A1の延びる側を向く1つの発光頂面22Fと、左右の側方を向く2つの発光側面22Hと、の3つの発光面を有する三面発光LEDである。なお、一対のリフレクタ22Dの間は、可視光(特に、LED素子22Aが発する光)に対して透明な樹脂22Eによって埋められている。すなわち、LED素子22Aは、樹脂22Eによって包埋されている。後で詳しく説明するが、本実施形態の樹脂22Eは蛍光体を含む。
そして図5に示すように、ペアLED21は、上記の第1光軸A1を有する第1LED22と、同様の光軸A2を有する第2LED23とが、互いの光軸を一の方向(例えば前後方向)の一方(例えば前方)と他方(例えば後方)とに沿うように互いの背面(例えば背面22G)が対向するように配置されている。なおここで、「光軸が一の方向に沿う」とは、光軸と当該一の方向とが完全に重なることのみを意味するのではなく、光軸と当該一の方向とが概ね同一の方向を指向することをいう。例えば、光軸と当該一の方向とのなす角は、例えば、±45°以下であってよく、好ましくは、±30°以下、±15°以下、5°以下などであってよい。また、本実施形態の第1LED22および第2LED23は、いずれも電極が下方に配され、かつ、背面同士が対向するように配置されている。これにより、ペアLED21は、前後左右の四方に向かう発光面を有する側面発光型(Side View Type)のLEDとなっている。なお、本実施形態のペアLED21において、第1LED22および第2LED23は互いに電極(例えば、電極22C)が背面にまで延びており、絶縁のために互いに離間して配置されている。しかしながら、電極(例えば、電極22C)が背面にまで延びていない場合等、互いの絶縁が確保できる状態であれば離間して配置する必要はない。第1LED22と第2LED23とを離間させる場合は、その離間距離は特に制限されないものの、第1LED22および第2LED23の絶縁を確保できる程度の距離であればよく、例えば、凡そ0.5mmとすることが例示される。また、本実施形態のペアLED21において、第1LED22および第2LED23は互いに独立して配されているものの、例えば、互いの光軸を一方と他方とに沿うように絶縁性のハウジングに収容して、一つのペアLED21を構成していてもよい。この場合、ハウジングには、第1LED22および第2LED23の電極とそれぞれ接続される第1,第2の引き出し配線が設けられているとよい。
なお、本実施形態に係る第1LED22(第2LED23についても同様である。)は、これに限定されるものではないが、LED素子22Aとして青色の光を発する青色LEDを備えている。青色LEDは、例えばInGaN等の化合物半導体を発光材料として含んでおり、順方向に電圧が印加されることでバンドギャップに対応したエネルギーの波長領域(約400nm~500nm)の可視光線である青色光を発光することができる。また、樹脂22Eは、LED素子22Aからの青色光を励起光(一次光)として、二次光を発光する蛍光体を含有している。この蛍光体は、二次光として緑色光を発する緑色蛍光体と、二次光として赤色光を発する赤色蛍光体と、を含んでいる。これら緑色蛍光体および赤色蛍光体は、励起波長よりも長い波長の光を放出するダウンコンバージョン型(ダウンシフティング型)である。ここで言う緑色光は、緑色に属する波長領域(約500nm~約570nm)の可視光線であり、赤色光は、赤色に属する波長領域(約600nm~約780nm)の可視光線である。したがって、第1LED22から発せられる青色光は、その一部が樹脂22Eに含まれる緑色蛍光体および赤色蛍光体によって緑色光や赤色光に波長変換され、これら波長変換された緑色光および赤色光(二次光)と、第1LED22の青色光(一次光)と、の加法混色によって、バックライト装置20は概ね白色の光を発することができるようになっている。波長変換層に含まれる緑色蛍光体および赤色蛍光体としては、一般式:Si6-ZAlZOZN8-Z:Eu(式中、0<Z<6を満たす。);や一般式:(Sr,Ca)AlSiN3:Eu;に代表される窒化アルミニウム系蛍光体、一般式:SrGa2S4:Eu;や一般式:CaS:Eu;に代表される硫化物系蛍光体、一般式:K2SiF6:Mn;に代表されるフッ化物系蛍光体、ZnSeやInP等に代表される量子ドット蛍光体(Quantum Dot Phosphor)が一例として挙げられる。これらの蛍光体としては、なかでも、カドミウムを含まない量子ドット蛍光体が好ましい。量子ドット蛍光体は、ナノサイズ(例えば直径2nm~10nm程度)の半導体結晶中に電子・正孔や励起子を閉じ込めることでエネルギー状態が離散的なものとなっており、その量子サイズ効果によって、光ルミネセンスによる発光波長(発光色)をドットサイズに応じて適宜に設定することが可能となる。量子ドット蛍光体による発光は、その発光スペクトルにおけるピークが急峻となって半値全幅(FWHM:Full Width Half Max)が狭くなることから、色純度が極めて高くなるとともに、液晶表示装置1における色域を拡大することができるという利点がある。
また、本実施形態の第1LED22は、左右方向の寸法が上下方向の寸法よりも大きい横長形状をなしており、上下方向の寸法が前後方向の寸法よりも大きいやや薄型である。必ずしもこれに限定されるものではないが、一例として、第1LED22の左右方向の寸法は約0.6~1.2mm(例えば約0.9mm)程度であり、上下方向の寸法が約0.5~1mm(例えば約0.8mm)程度であり、前後方向の寸法が約0.5~0.8mm(例えば約0.7mm)程度である。このうち、例えば、LED基板22Bの厚み(前後方向の寸法)は約0.05~0.25mm(例えば約0.2mm)程度であり、各々のリフレクタ22Dの厚み(上下方向の寸法)は約0.05~0.15mm(例えば約0.1mm)程度であってよい。また、LED素子22Aの上下・左右の寸法は、例えば、約150μm×450μm程度である。したがって、ペアLED21の前後方向の寸法は、例えば、約1~2mm(例えば約1.5mm)程度である。このような第1LED22は、例えば、消費電力10mW当たりの光束が約1.2~1.5lumen程度である。
以上の構成のペアLED21は、一つのバックライト装置20に複数のものが備えられている。複数のペアLED21は、例えば図5に示すように、X軸方向とY軸方向とに沿って列をなして並んで配置されている。また本実施形態において、複数のペアLED21のそれぞれは、各々のLED22,23の光軸A1,A2がX軸方向に沿うように配置されている。より具体的には、例えば、複数のペアLED21は、光源実装基板24の表側の実装面24Aに支持されている。光源実装基板24は、上述のとおり横長の板状をなし、長手方向がY軸方向と一致し、長手方向に直交する幅方向(短手方向)がX軸方向と一致し、厚み方向(基板の法線方向)がZ軸方向と一致するようバックライト装置20に配されている。そして複数のペアLED21は、この光源実装基板24に、長辺方向および短辺方向のそれぞれについて、所定のピッチで離間して配列されている。ここで、各々のペアLED21は、LED22,23の前後方向がX軸方向に沿い、かつ、左右方向がY軸方向に沿い、上下方向がZ軸方向に沿うように、光源実装基板24上に配列されている。換言すると、LED22,23は、リフレクタ22Dが後述するプリズムシート30の法線方向に一致するZ軸方向において、LED素子22Aを挟むような姿勢で配されることとなる。また、LED22,23の発光頂面(例えば発光頂面22F)および背面(例えば背面22G)は、その法線がX軸方向に一致するとともに、発光側面(例えば発光側面22H)は、その法線がY軸方向に一致するように配されている。そのため、全てのペアLED21、延いてはLED22,23の光軸A1,A2は、X軸方向に沿っている。このように、光軸A1,A2が光源実装基板24の板面に沿うように(例えば平行となるように)ペアLED21を配することで、ペアLED21から面方向に沿って進む光束が増大され、バックライト装置20の発光領域の単位面積当たりに設置するペアLED21の数を削減しながら、発光領域の全体に光を供給することができる。必ずしもこれに限定されるものではないが、本実施形態のバックライト装置20において、X軸方向について隣り合うペアLED21の中心間の寸法Gxは、例えば約7~8mm(例えば、約7.16mm)程度とすることができる。また、Y軸方向について隣り合うペアLED21の中心間の寸法Gyは、X軸方向についての中心間の寸法よりも大きくすることができ、例えば約7.5~8.5mm(例えば、約8.08mm)程度とすることができる。また、ペアLED21は、実装面24Aに沿う前後左右の四方に向けて発光するものの、その輝度は光軸A1,A2に沿う方向である長辺方向(X軸方向)について他の方向よりも高くなるといえる。さらに、本実施形態では、ペアLED21の配列ピッチを、光軸A1,A2に沿う方向であるX軸方向について、他の方向(ここではY軸方向)のピッチよりも短くしており、X軸方向についての輝度がより高くなる配列となっている。なお、光源実装基板24としては、各種の絶縁性の基板を用いることができ、リジット基板であってもフレキシブル基板であってもよい。リジッド基板としては、例えば、ガラス・エポキシ(NEMA規格:FR4)基板やBTレジン(ビスマレイミド・トリアジン樹脂)基板などが例示され、フレキシブル基板としては、例えば、ポリイミド基材などが例示される。本実施形態では、光源実装基板24としてBTレジン基板を使用している。光源実装基板24は、ペアLED21が実装される実装面24Aに、銅箔などの金属膜からなる配線パターンを備えており、この配線パターンを通じて各ペアLED21(延いては、各LED22,23)に給電できるようになっている。
反射シート28は、光源実装基板24の実装面24Aに設けられ、複数のペアLED21が光源実装基板24に向けて発する光を表側に向けて反射させる要素である。LED22,23に対して裏側に反射シート28が備えられることで、LED22,23が発した光を表側に反射させることができ、光のロスを減らしてバックライト装置20および液晶表示装置1の輝度を向上させることができる。本実施形態の反射シート28は、図6に示すように、ペアLED21の設置部分を除く実装面24Aの略全面を覆うように配されている。例えば、反射シート28は、それぞれのペアLED21の設置部分に対応する位置に開口28Aが設けられたものであってよい。反射シート28は、ペアLED21が発する光に対して高い反射率(例えば、反射率80%以上、好ましくは90%以上)を有するものであればその構成は特に制限されない。例えば、反射シート28は、主に光を拡散反射させる拡散反射シートであってもよいし、光を正反射(鏡面反射)させる正反射シートであってもよい。拡散反射シートは、典型的には、例えば、ポリプロピレンや、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate:PET)やその他のポリエステル等の合成樹脂材料に、酸化チタン等の散乱フィラーや気泡等を内填してシート状に成形したものである。拡散反射シートとして、例えば、東レ株式会社製、ルミラーシリーズ(例えば、ルミラーE6SR)等が好適例として挙げられる。正反射シートとしては、典型的には、例えば、ポリプロピレンや、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate:PET)やその他のポリエステル等の合成樹脂製のシートの上に、アルミニウムや銀をコーティングしたものが知られており、例えば、尾池工業株式会社製のBLフィルムなどが好適例として挙げられる。さらに、他の正反射シートとして、前記合成樹脂材料を所定の膜厚の多層膜構造としたものが例示される。ここで、「多層膜構造」とは、例えば、屈折率の高い誘電体膜と屈折率の低い誘電体膜を交互に積み重ねた構造を有し、これらの誘電体膜の厚さが可視光の波長の1/4(または1/2)の光路長に調整されている。このような構成によって、各層の境界で反射した光は位相がそろって強め合い、透過方向に進む光は打ち消し合ってゼロとなり、高い反射率(例えば、95%以上)の反射シートを実現することができる。かかる多層膜構造を備える反射シートは、誘電体多層膜ミラー等と呼ばれることもある。このような反射シート28の一例としては、ポリエステル系樹脂からなるスリーエム・ジャパン株式会社製、商品名「ESR」などを挙げることができる。なお、反射シート28等についての反射率は、例えば、JIS K7375:2008に準じて測定することができる。
プリズムシート30は、ペアLED21から発せられる光の向きを、光源実装基板24の板面に沿う方向から表側に向けて立ち上げる作用を有する要素である。プリズムシート30は、図1~図3に示すように、第1入光面30Aと、この第1入光面30Aとは反対側の第1出光面30Bとを有するシート状をなしている。プリズムシート30は、第1入光面30Aが複数のペアLED21に対向するように配される。典型的には、プリズムシート30は、複数のペアLED21と拡散シート26との間において、複数のペアLED21を覆うように配されている。本実施形態のプリズムシート30は、上述のとおり横長の矩形状をなしており、そのシート面における長辺方向がX軸方向に、短辺方向がY軸方向に、厚み方向(法線方向)がZ軸方向に、それぞれ一致するよう配されている。このプリズムシート30は、第1入光面30Aに、ペアLED21の光軸A1,A2の方向である第1方向(すなわち、X軸方向)に沿って延びる第1プリズム31を備えている。また、プリズムシート30は、第1出光面30Bに、第1方向と交わる第2方向(ここではY軸方向)に沿って延びる第2プリズム32を備えている。より詳細には、プリズムシート30は、典型的には、基材シート33の第1入光面30Aの側と第1出光面30Bの側とに、第1プリズム31と第2プリズム32とをそれぞれ備えている。基材シート33は、ペアLED21から発せられる光に対して透明な合成樹脂(例えば、PET)からなるシートである。第1プリズム31および第2プリズム32は、透明な合成樹脂(例えばアクリル系の樹脂等)から構成される。これに限定されるものではないが、第1プリズム31および第2プリズム32は、屈折率が1.4以上1.7以下程度の高屈折率を備える光学樹脂材料(典型的には、アクリル系のUV硬化型樹脂等)によって好適に構成することができる。また、プリズムシート30は、例えば総厚みが約100~250μm程度とすることができる。
第1プリズム31は、X軸方向に沿って光源実装基板24の略全長にわたって延在するとともに、X軸方向と交わるY軸方向に沿って配列される複数の第1単位プリズム31Aを含む。第1単位プリズム31Aは、断面形状が略三角形のいわゆる三角プリズム型のレンズであり、本実施形態における第1単位プリズム31Aは、基材シート33から裏側に向けて突出する凸型のプリズムである。第1単位プリズム31Aは、その断面形状が長さ方向(X軸方向)について全長にわたって一定であることが好ましく、第1単位プリズム31Aの稜線は、X軸方向に沿って直線的に延びている。本実施形態の第1単位プリズム31Aは、延設方向(X軸方向)に直交する断面形状が略二等辺三角形をなしており、その斜辺に対応する一対の斜面31Bを有している。斜面31Bはそれぞれ、この斜面31Bに向かって進む光を反射する反射面や、この斜面31Bに向かって進む光の進路を屈折させる屈折面として機能する。一対の斜面31Bのなす頂角θ1は特に制限されないものの、斜面31Bに向かって進む光の向きを大きく変え得る点において、90°ないしは鋭角であるとよい。典型的には、頂角θ1は、例えば、約65°以上や、約70°以上であってよく、約90°以下や約85°以下であってよく、例えば約75°程度であってよい。このような第1単位プリズム31Aは、Y軸方向に連続して同じ形状のものが複数配列されているとよい。このような第1単位プリズム31AのY軸方向に沿う断面形状は、例えばジグザグ形状となっている。第1単位プリズム31AのY軸方向における配列ピッチは特に制限されないものの、第1単位プリズム31Aを通過する光の光路長をある程度確保しつつ、第1単位プリズム31Aの厚み方向の寸法を小さく抑えるとの観点から、例えば可視光の波長の約10~100倍程度、好適な一例として、約20~30μm(例えば約25μm)程度とすることが例示される。なお、第1単位プリズム31Aの配列ピッチは、一つの第1単位プリズム31AのY軸方向に沿う断面におけるY軸方向についての寸法であって、三角形の底辺に相当する。プリズムシート30が第1入光面30Aにこのような第1プリズム31を備えることで、第1入光面30Aに入射する光がすべて斜面31Bに入射することとなり、光源であるペアLED21の位置に左右されることなく、斜面31Bによる屈折作用を発揮させることができる。具体的には、ペアLED21が発する光を、X軸方向とは交差する方向に好適に屈折させながら、光を表側に指向させることができる。これにより、バックライト装置20は、Y軸方向について、ペアLED21の近傍で明るく、ペアLED21から離れるにつれて暗くなる、輝度ムラの発生を抑制することができる。なお、ペアLED21から発せられる光は、光軸A1,A2が光源実装基板24の実装面24Aに略平行となっており、第1プリズム31に対してもシート面に平行に近い角度で多くの光が入射する。したがって、とりわけ、第1単位プリズム31Aの頂角が上記のとおりであって、その斜面31Bが光軸A1,A2に対して(90-θ1÷2)°の角度で配されていることで、ペアLED21から発せられる光をより急峻な角度で表側に向けて立ち上がらせることができるために有利である。なお、第1入光面30Aには第1単位プリズム31Aが連続して設けられており、第1入光面30Aは、光軸A1,A2と直交するY軸方向に対して(90-θ1÷2)°の角度をなす斜面31Bで占められている。したがって、複数のペアLED21とプリズムシート30とのXY軸方向についてなんら位置合わせをする必要なく、ペアLED21から発せられる光を上記のとおり屈折させることができる。また、第1単位プリズム31Aの頂角が凡そ65°以上90°以下に設定されていることで、光軸A1,A2に沿うX軸方向について、ペアLED21から発せられる光をペアLED21により近い位置において第1単位プリズム31Aに入射させることができる。また、プリズムシート30の厚み方向で反射を繰り返す光については、第1単位プリズム31Aによってより急峻な角度で反射されることで、第1出光面30Bからの出向が促進されるために好適である。
第2プリズム32は、Y軸方向に沿って光源実装基板24の略全長にわたって延在するとともに、X軸方向に沿って配列される複数の第2単位プリズム32Aを含む。第2単位プリズム32Aは、断面形状が略三角形のいわゆる三角プリズム型のレンズであり、本実施形態における第2単位プリズム32Aは、基材シート33から表側に向けて突出する凸型のプリズムである。第2単位プリズム32Aは、その断面形状が長さ方向(Y軸方向)について全長にわたって一定であることが好ましく、第2単位プリズム32Aの稜線は、Y軸方向に沿って直線的に延びている。本実施形態の第2単位プリズム32Aは、断面形状が略二等辺三角形であり、一対の斜面32Bを有している。一対の斜面32Bのなす頂角θ2は、90°ないしは鈍角である。典型的には、頂角θ2は、例えば、約90°以上や、約95°以上であってよく、約130°以下や、約120°以下であってよく、例えば約100°程度や約110°程度であってよい。このような第2単位プリズム32Aは、X軸方向に連続して同じ形状のものが配置されているとよい。このような第2単位プリズム32AのX軸方向に沿う断面形状は、例えばジグザグ形状となっている。第2単位プリズム32AのX軸方向における配列ピッチは特に制限されないものの、第2単位プリズム32Aを通過する光の光路長をある程度確保しつつ、第2単位プリズム32Aの厚み方向の寸法を小さく抑えるとの観点から、例えば可視光の波長の約10~100倍程度、好適な一例として、約20~30μm(例えば約25μm)程度とすることが例示される。なお、第2単位プリズム32Aの配列ピッチは、一つの第2単位プリズム32AのX軸方向に沿う断面におけるX軸方向についての寸法であって、三角形の底辺に相当する。プリズムシート30が第1出光面30Bにこのような第2プリズム32を備えることで、プリズムシート30内を斜面32Bに向けて進む光を、第2方向(ここではY軸方向)とは交差する方向に好適に屈折させて光を拡散させることができる。なお、第1出光面30Bには第2単位プリズム32Aが連続して設けられており、第1出光面30Bは、X軸方向に対して(90-θ2÷2)°の角度をなす斜面32Bで占められている。そして第1プリズム31は上記のとおり、ペアLED21からの光を相対的に鋭い角度で表側に指向させる作用を有するため、第1プリズム31に入射した光は面方向についてはさほど拡散されていないといえる。ここで、第2単位プリズム32Aの頂角θ2は、上記のとおり凡そ90°以上120°以下に設定されていることから、第1プリズム31入射した光をX軸方向について大きく屈折させることができる。第2プリズム32がこのような拡散作用を備えることで、バックライト装置20は、ペアLED21の並び方向(X軸方向)に沿って局所的な明部(いわゆる、ホットスポット)が視認されることが抑制される。これにより、第1出光面30Bからの出射光量が第1出光面30Bの面内において均一化され、輝度ムラの抑制を図ることができる。
拡散シート26は、プリズムシート30の表側、典型的には、プリズムシート30と光学シート25との間に配されている。拡散シート26は、光源実装基板24上に点在する複数のペアLED21から発せられたのち、プリズムシート30を通過した光を、その面内においてさらに拡散して均一化する作用を有する要素である。このような拡散シート26としては、例えば、ペアLED21から発せられる光に対して透明な合成樹脂(例えば、PET)からなるシートの裏面に、透明な合成樹脂粒子(ビーズ)を結合させることによって微細な凹凸を設けたもの等が例示される。凹凸を付与するための合成樹脂粒子は、例えば、アクリル樹脂等のより屈折率の高いものであることが好ましい。ペアLED21からの光が、この拡散シート26の凹凸を通過するときに複雑に屈折および反射され、拡散シート26の面方向に沿って拡散されて、例えば点状光がより面状光に近いかたちに均一化される。このことにより、バックライト装置20の面内における明るさが均一化される。図1等において、拡散シート26は1枚のみが配されているが、拡散シート26は2枚以上(例えば2枚、または3枚、あるいはそれ以上)が積層されて配されていてもよい。拡散シート26は、これに限定されるものではないが、例えば一枚当たりの厚みが約30~200μm程度であって、全光透過率が約85%以上(例えば約90%以上)程度、ヘイズが約85%以上(例えば約90%以上)程度であるものを好適に用いることができる。なお、拡散シート26等についての全光透過率およびヘイズはそれぞれ、例えばJIS K7361-1:1997およびJIS K7136:2000に準じて測定することができる。
光学シート25は、液晶パネル10の板面に並行する面を有するシート状をなし、図1等に示すように、Z軸方向(光学シート25などの表面の法線方向)について液晶パネル10と拡散シート26との間に配置される。光学シート25は、拡散シート26、プリズムシート30、および複数のペアLED21に対して表側に配され、複数のペアLED21から発せられて拡散シート26およびプリズムシート30を通じて表側に送られる光を調整し、液晶パネル10に向けて出射する要素である。換言すると、光学シート25は、バックライト装置20における出光経路の出口に配されており、複数のペアLED21から発せられた光に所定の光学作用を付与しつつ液晶パネル10に向けて出射させる機能を有する。光学シート25は、拡散シート26と対向する裏側が入光面となり、液晶パネル10と対向する表側が出光面である。本実施形態の光学シート25は、互いに積層される2枚のシートを含み、これらは裏側から順に、第1輝度向上シート(第1集光プリズムシート)25A、第2輝度向上シート(第2集光プリズムシート)25Bである。
第1輝度向上シート25Aおよび第2輝度向上シート25Bいずれも、光源である複数のペアLED21から送られる光を、液晶表示装置1の表側にいるユーザに向けて集光し、正面から液晶表示装置1を見たときの輝度を向上させる要素である。第1輝度向上シート25Aおよび第2輝度向上シート25Bはそれぞれ、ほぼ透明な合成樹脂(例えば、ポリエステル等)製の基材シートの表面に、より屈折率の高いアクリル樹脂等からなる単位プリズム(例えば、断面の形状が三角形の三角プリズム)を配列させたプリズムパターンを備えるものであってよい。このようなプリズムパターンによると、屈折と反射の組み合せによって入射光に対して単位プリズムの並び方向における選択的な集光作用を発揮させることができ、入光面から入射した光を集光させた状態で出向面から出射することが可能となる。またこのとき、第1輝度向上シート25Aと第2輝度向上シート25Bとにおける単位プリズムの並び方向を直交させることで、例えばX軸方向およびY軸方向のそれぞれについて集光作用が付与され、裏側からの光をより効率よく表側に集光させることができる。単位プリズムは、これに限定されるものではないが、断面形状の三角形についての頂角が90°程度であると好ましい。また、第1輝度向上シート25Aおよび第2輝度向上シート25Bは、例えば総厚みが約100~250μm程度ものであってよい。このような構成の第1輝度向上シート25Aおよび第2輝度向上シート25Bの一例としては、例えば、スリーエム・ジャパン株式会社製、BEFシリーズ等の輝度上昇フィルムを挙げることができる。
なお、いわゆる「導光板」等と呼ばれ、光をその板面に沿う方向に導光する目的で用いられる光学物品が知られている。この「導光板」は、その板面に沿う方向に光を低損失で導光させるために相対的に厚みが厚く構成されており(例えば、少なくとも0.3mm以上、典型的には1~5mm程度)、また、その表面は、意図した出光点を除いて平滑面(好適には、鏡面)とされている点において、光学シートやプリズムシート等と明確に区別される。
以上の構成のバックライト装置20は、X軸方向(第1方向)に沿う指向性を有する光を発するLED22,23と、プリズムシート30とを備える。このプリズムシート30は、シート状をなし、これらLED22,23に対向するように配されており、かつ、第1プリズム31を備える第1入光面30Aと、第2プリズム32を備える第1出光面30Bと、を備えている。第1プリズム31は、X軸方向(第1方向)に沿って延びるとともにX軸方向に交わる方向に複数並ぶ第1単位プリズム31Aを含んでいる。また、第2プリズム32は、X軸方向と交わるY軸方向(第2方向)に沿って延びるとともにY軸方向に交わる方向に複数並ぶ第2単位プリズム32Aを含んでいる。このような構成によると、LED22,23からプリズムシート30のシート面に沿うX軸方向およびY軸方向の四方に向けて発せられる光は、第1入光面30Aに設けられた第1プリズム31の斜面31Bに入光して、Y軸方向に沿う向きに屈折されるとともに、表側に指向される。このことにより、Y軸方向について光の均一化を図ることができる。また、LED22,23は、光軸A1,A2に沿う方向(X軸方向)に沿って高輝度な領域が生じるように発光し得る。とりわけ上記構成のバックライト装置20では、複数のペアLED21は、並び方向について他の方向(ここではY軸方向)よりも小さいピッチで配列されており、X軸方向についての輝度がより一層高くなり得る。これに対し、以上の構成のバックライト装置20において、第1プリズム31は、このX軸方向に沿って延びるように設けられており、斜面31Bに入射した光を積極的にY軸方向に沿うように屈折させる作用を有している。このようなプリズムシート30をLED22,23の直上に配することで、LED22,23からX軸方向に沿って高輝度に発せられる光は、Y軸方向に沿うように効率よく屈折されて、表側に指向される。その結果、Y軸方向についての光の均一化を効率的に図ることができる。また、LED22,23からX軸方向およびY軸方向の四方に向けて発せられる光のうち、光軸A1,A2に沿う方向に向かう光については、プリズムシート30内を第2プリズム32の斜面32Bに向けて進むことで、斜面32BにおいてX軸方向に沿うように屈折されるとともに、表側に指向される。このことにより、X軸方向について光の均一化を図ることができる。なお、これらの第1プリズム31および第2プリズム32は、プリズムシート30の第1入光面30Aおよび第1出光面30Bのそれぞれに複数並んで配設されていることから、LED22,23に対してプリズムシート30を精密に位置合わせする手間を省くことができる。これにより、LED22,23が発する光の光軸を簡便かつ効果的に変化させることができる。その結果、液晶表示装置1においても輝度ムラの抑制を図ることができる。
また、上記の構成のバックライト装置20によれば、LED22,23(光源)は、第1LED22および第2LED23を含むペアLED21の形態であって、互いの光軸A1,A2が逆向きになるように背面合わせで組み合わされている。また、ペアLED21は、プリズムシート30のシート面の法線方向について、LED22,23を挟むように配される一対のリフレクタ22Dを備えている。さらに、LED22,23は、複数のものがX軸方向(第1方向)に沿って配列されている。このような構成は、それぞれが独立して、LED22,23の側面発光性およびLED22,23の発光する光の指向性をより一層高めるものとなる。その結果、上記構成のプリズムシート30による光の屈折作用をより効果的に利用することができる。なお、第1プリズム31は、複数の第1単位プリズム31Aが隙間なく配列されることで構成されている。これにより、LED22,23から発せられた光を全て斜面31Bに直接入光させることができ、全ての光を直接表側とY軸方向とに指向させることができる。さらに、第2プリズム32は、複数の第2単位プリズム32Aが隙間なく配列されることで構成されている。これにより、プリズムシート30に入光した光を全て直接斜面32Bに入斜させることができ、当該全ての光を直接表側とX軸方向とに指向させることができる。その結果、効率よく光の向きを調整することができる。なお、第1プリズム31および第2プリズム32はそれぞれ、延設方向に直交する断面形状が三角形である。これにより、LED22,23から発せられる光をX軸方向およびZ軸方向と、Y軸方向およびZ軸方向とについて、効果的に屈折させることができる。なお、第1プリズム31についての頂角θ1は65°以上90°以下であると、LED22,23から発せられる光を、Z軸方向により近い角度で立ち上げやすくなる点において好ましい。また、第2プリズム32についての頂角θ2が90°以上130°以下であると、LED22,23から発せられる光を、X軸方向についてより広く拡散させる効果を発揮できる点において好ましい。
上記の構成のバックライト装置20によれば、LED22,23は、白色光を発することができる構成を備えている。そして、プリズムシート30を第1出光面30Bの側において覆うとともに、プリズムシート30の側に配される入光面から入射する光を散乱させて、入光面とは反対側の出光面から出光させる拡散シート26をさらに備えている。このことにより、バックライト装置20は、波長変換シートを備える必要なく、より厚みを抑えて、白色に照明することができる。また、LED22,23から発せられる白色光は、プリズムシート30によって向きを変えられ、拡散シート26によってシート面内においてさらに拡散されて、より均一な面状に発光する。その結果、バックライト装置20は、輝度ムラをより一層抑制して、白色に面状発光することができる。延いては、液晶表示装置1における輝度ムラをより一層抑制し、より高いレベルで輝度の均一化を図ることができる。
以下、ここに開示される技術に関するいくつかの実施例を説明するが、ここに開示される技術をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。
<実施形態2>
実施形態2に係るバックライト装置120について図7および図8を参照して説明する。実施形態2のバックライト装置120は、2枚の拡散シート26を含む。かかる点以外の構成については、実施形態1と同様であって、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。すなわち、実施形態2のバックライト装置120は、白色光を発するペアLED21を複数備え、ペアLED21を構成する一つのLED22,23の寸法は、X軸方向が約0.9mmであり、Y軸方向が約0.7mmであり、Z軸方向が約0.8mmである。ペアLED21は、X軸方向およびY軸方向の寸法が約90mmの略正方形の光源実装基板24に、光軸A1,A2がX軸方向に沿うように、X軸方向について10個ずつ、およびY軸方向について8個ずつ、合計80個を配列した。隣り合うペアLED21の、X軸方向における中心間の寸法は約7.16mmとし、Y軸方向における中心間の寸法は約8.08mmとした。反射シート28としては、多層膜構造を有する反射フィルム(スリーエム・ジャパン株式会社製)を用い、ペアLED21の設置位置を矩形に開口して光源実装基板24の実装面24Aに貼着して使用した。プリズムシート30については、第1単位プリズム31AがX軸方向に沿って延設されており、その頂角θ1は75°とし、第2単位プリズム32AがY軸方向に沿って延設されており、その頂角θ2は100°とした。第1単位プリズム31Aと第2単位プリズム32Aのピッチ(断面三角形の底辺)はいずれも25μmとした。光学シート25としては、2枚の輝度上昇フィルム(スリーエム・ジャパン株式会社製)を直交させて用いた。
実施形態2に係るバックライト装置120について図7および図8を参照して説明する。実施形態2のバックライト装置120は、2枚の拡散シート26を含む。かかる点以外の構成については、実施形態1と同様であって、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。すなわち、実施形態2のバックライト装置120は、白色光を発するペアLED21を複数備え、ペアLED21を構成する一つのLED22,23の寸法は、X軸方向が約0.9mmであり、Y軸方向が約0.7mmであり、Z軸方向が約0.8mmである。ペアLED21は、X軸方向およびY軸方向の寸法が約90mmの略正方形の光源実装基板24に、光軸A1,A2がX軸方向に沿うように、X軸方向について10個ずつ、およびY軸方向について8個ずつ、合計80個を配列した。隣り合うペアLED21の、X軸方向における中心間の寸法は約7.16mmとし、Y軸方向における中心間の寸法は約8.08mmとした。反射シート28としては、多層膜構造を有する反射フィルム(スリーエム・ジャパン株式会社製)を用い、ペアLED21の設置位置を矩形に開口して光源実装基板24の実装面24Aに貼着して使用した。プリズムシート30については、第1単位プリズム31AがX軸方向に沿って延設されており、その頂角θ1は75°とし、第2単位プリズム32AがY軸方向に沿って延設されており、その頂角θ2は100°とした。第1単位プリズム31Aと第2単位プリズム32Aのピッチ(断面三角形の底辺)はいずれも25μmとした。光学シート25としては、2枚の輝度上昇フィルム(スリーエム・ジャパン株式会社製)を直交させて用いた。
そして、上記のとおり用意した実施形態2に係るバックライト装置120を実施例1のバックライト装置とした。また、図9および図10に示すように、実施例1のバックライト装置120におけるプリズムシート30を面内で90度回転させ、第1単位プリズム31AをY軸方向に沿って延設させ、第2単位プリズム32AをX軸方向に沿って延設させることで、比較例1-1のバックライト装置C1とした。さらに、図11および図12に示すように、実施例1のバックライト装置におけるプリズムシート30を用いることなく、拡散シート26を3枚積層させて用いることで、比較例1-2のバックライト装置C2とした。
これら実施例1,比較例1-1,および比較例1-2に係る各バックライト装置について、全てのLED22,23を点灯させたときの照明領域の輝度分布を2次元輝度計(コニカミノルタ製、CA-2000)によって測定し、その結果を図13~図15(a)としてそれぞれ示した。また、各バックライト装置の照明領域のY軸方向の中央付近およびX軸方向の中央付近に配されるペアLEDの配列に沿って輝度分布を測定(ラインスキャン)した結果を、図13~図15の(b)に示した。(b)に示すラインスキャン結果のうち、一点鎖線で示したものが、(a)の像中に一点鎖線で示した位置に対応する輝度分布の測定結果であり、実線で示したものが、(a)の像中に実線で示した位置に対応する輝度分布の測定結果である。なお、(b)に示すラインスキャン結果における横軸は、(a)の像中の一点鎖線と実線の交点(すなわち、照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央位置)を基準(0mm)とした位置座標を表しており、グラフには、ペアLEDが配されている照明領域を凡そ-40mm~+40mmの範囲として示している。なお、これらのことは、以下に示すラインスキャン結果においても共通である。
その結果、実施例1のバックライト装置によると、図13(a)に示すとおり、X軸方向に沿う輝度分布とY軸方向に沿う輝度分布との間に顕著な違いは確認できなかった。すなわち、ペアLEDの光軸A1,A2に沿うX軸方向と、光軸A1,A2に直交するY軸方向とについて、輝度分布に大きな違いは見られなかった。このことは、図13(b)のグラフにおいて、X軸方向およびY軸方向における輝度分布を示す2本のラインが同程度の高さ(輝度)に位置すること、および、-40mm~+40mmの領域に亘って輝度が極端に増減していないこと、などからも確認することができる。これは、プリズムシートの第1入光面に設けた第1プリズムを、ペアLEDの光軸A1,A2に沿って延設させたことにより、ペアLEDから発せられる光をペアLEDにより近い位置において(換言すれば、光束の密度が高い状態で)Y軸方向およびZ軸方向に沿うように屈折させることができ、Y軸方向およびZ軸方向について効果的な拡散を実現できたことによると考えられる。また、プリズムシートの第1出光面に設けた第2プリズムについては、第1プリズムによる屈折方向とは異なるX軸方向への光の屈折を実現し、全体としてXY面に沿って光の面状化を図ることができたものと考えられる。
これに対し、比較例1-1のバックライト装置によると、図14(a)に示すとおり、X軸方向およびY軸方向の両方について、ペアLEDの配置に対応して輝度が局所的に高くなり、顕著な輝度ムラが生じていることが確認できた。すなわち、ペアLEDの光軸A1,A2に沿うX軸方向の方が、光軸A1,A2に直交するY軸方向よりも輝度が高く、また、X軸方向においては、隣り合う2つのペアLEDの間において局所的に輝度が高くなるとともに、ペアLEDを構成する2つのLEDの背面に対応する部分において局所的に輝度が低下していることが確認された。このことは、図14(b)のグラフにおいて、X軸方向に沿う輝度分布を示すラインよりも、Y軸方向に沿う輝度分布を示すラインの方が低いこと、また、X軸方向について、隣り合うペアLEDに挟まれる9つの位置において輝度が局所的に高くなり、ペアLEDの中央付近で輝度が局所的に低くなること、などからも確認することができる。これは、プリズムシートの第1入光面に設けた第1プリズムを、ペアLEDの光軸A1,A2に直交する方向に沿って延設させたことにより、光軸A1,A2に沿う照度の高い光を第1プリズムによって急峻に表側に指向させ、その結果、光軸A1,A2に沿う光を第1LED22の背面22Gおよび第2LED23の背面に向けて効果的に拡散できないまま第1出光面からの出向が促がされたことによるものと考えられる。なお、図13(a)と図14(a)との比較から、実施例1のバックライト装置のように、第1プリズムをペアLEDの光軸A1,A2に沿って延設させることが、発光の面内均一性を高めるために有効であることが確認できる。
また、比較例1-2のバックライト装置によると、図15(a)に示すとおり、ペアLEDの配置に対応してやや輝度にムラがあることが確認できた。すなわち、光軸A1,A2に沿うペアLEDの配列に対応する位置においてライン状に輝度が高く、ペアLEDの配列のない位置においてライン状に輝度が低くなることが確認できた。また、比較例1-1ほど顕著ではないものの、X軸方向においては、隣り合う2つのペアLEDの間において相対的に輝度が高く、ペアLEDを構成する2つのLEDの背面に対応する部分において相対的に輝度が低いことが確認された。このことは、図15(b)のグラフにおいて、X軸方向に沿う輝度分布を示すラインよりも、Y軸方向に沿う輝度分布を示すラインの方が輝度が低いこと、また、X軸方向について、隣り合うペアLEDに挟まれる9つの位置において輝度が局所的に高くなり、ペアLEDの中央付近で輝度が局所的に低くなること、などからも確認することができる。これは、プリズムシートに変えて拡散シートを用いたことにより、X軸方向およびY軸方向について均等に光の散乱効果が発揮されたものの、相対的に高輝度な光が発せられるペアLEDの光軸A1,A2に沿う方向について、好適に光を散乱させることができていないことによるものと考えられる。なお、図13(a)と図15(a)との比較から、実施例1のバックライト装置のように、ペアLEDのように輝度ムラを生じる光源に対しては、第1プリズムの延設方向(換言すれば、プリズムの斜面の向き)を適切に設定することで初めて、輝度ムラの低減を図れることが確認できた。
<実施形態3>
実施形態3に係るバックライト装置220について図16および図17を参照して説明する。実施形態3のバックライト装置220は、プリズムシートを2枚含む点において実施形態1のバックライト装置20と異なっている。かかる点以外の構成については、実施形態1および実施形態2と同様であって、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。すなわち、実施形態3のバックライト装置220は、プリズムシートとして、プリズムシート30(以下、第1プリズムシートという)と第2プリズムシート40とを含む。第1プリズムシート30については、上記の実施形態1および実施形態2と同様である。第2プリズムシート40は、裏側の面である第2入光面40Aと、表側の面である第2出光面40Bとを有する。第2入光面40Aは平坦な面であり、第2出光面40Bは、Y軸方向に沿って延びる第3プリズム42を備えている。
実施形態3に係るバックライト装置220について図16および図17を参照して説明する。実施形態3のバックライト装置220は、プリズムシートを2枚含む点において実施形態1のバックライト装置20と異なっている。かかる点以外の構成については、実施形態1および実施形態2と同様であって、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。すなわち、実施形態3のバックライト装置220は、プリズムシートとして、プリズムシート30(以下、第1プリズムシートという)と第2プリズムシート40とを含む。第1プリズムシート30については、上記の実施形態1および実施形態2と同様である。第2プリズムシート40は、裏側の面である第2入光面40Aと、表側の面である第2出光面40Bとを有する。第2入光面40Aは平坦な面であり、第2出光面40Bは、Y軸方向に沿って延びる第3プリズム42を備えている。
第3プリズム42は、Y軸方向に沿って光源実装基板24の略全長にわたって延在するとともに、X軸方向に沿って配列される複数の第3単位プリズム42Aを含む。第3単位プリズム42Aは、断面形状が略三角形のいわゆる三角プリズム型のレンズであり、本実施形態における第3単位プリズム42Aは、基材シート43から表側に向けて突出する凸型のプリズムである。ここで、基材シート43および第3プリズム42を構成する材料については、第1プリズムシート30と同様であってよい。第3単位プリズム42Aは、その断面形状が長さ方向(Y軸方向)について全長にわたって一定であることが好ましく、第3単位プリズム42Aの稜線は、Y軸方向に沿って直線的に延びている。本実施形態の第3単位プリズム42Aは、断面形状が略二等辺三角形であり、一対の斜面42Bを有している。一対の斜面42Bのなす頂角θ3は、θ1<θ3<θ2の関係を満たすとよく、例えば、90°ないしは鈍角である。典型的には、頂角θ3は、例えば、約70°以上や、約75°以上であってよく、約100°以下や、約90°以下であってよく、例えば約80°程度や約85°程度であってよい。このような第3単位プリズム42Aは、X軸方向に連続して同じ形状のものが配置されているとよい。このような第3単位プリズム42AのX軸方向に沿う断面形状は、例えばジグザグ形状となっている。第3単位プリズム42AのX軸方向における配列ピッチは特に制限されないものの、第3単位プリズム42Aを通過する光の光路長をある程度確保しつつ、第3単位プリズム42Aの厚み方向の寸法を小さく抑えるとの観点から、例えば可視光の波長の約10~100倍程度、好適な一例として、約20~30μm(例えば約25μm)程度とすることが例示される。なお、第3単位プリズム42Aの配列ピッチは、一つの第3単位プリズム42AのX軸方向に沿う断面におけるX軸方向についての寸法であって、三角形の底辺に相当する。第2プリズムシート40が第2出光面40Bにこのような第3プリズム42を備えることで、第2プリズムシート40内を斜面42Bに向けて進む光を、第2方向(ここではY軸方向)とは交差する方向に好適に屈折させて光を拡散させることができる。なお、第2出光面40Bには第3単位プリズム42Aが連続して設けられており、第2出光面40Bは、X軸方向に対して(90-θ3÷2)°の角度をなす斜面42Bで占められている。一方で、第2プリズムシート40は第2入光面40Aにはプリズムを備えていないため、第2出光面40Bにこのような第3プリズム42を備えることで、第2プリズムシート40の内部を斜面42Bに向けて進む光を、X軸方向についてさらに屈折させることができる。第3プリズム42がこのような拡散作用を備えることで、バックライト装置20は、ペアLED21の並び方向(X軸方向)に沿って局所的な明部(いわゆる、ホットスポット)が視認されることがより一層好適に抑制される。これにより、第2出光面40Bからの出射光量が第2出光面40Bの面内においてより一層均一化され、輝度ムラの抑制をさらに好適に図ることができる。
上記の実施形態3に係るバックライト装置220について、第2プリズムシート40の第3単位プリズム42Aにおける頂角θ3を85°、配列ピッチを25μmとして、実施例2のバックライト装置とした。また、図18および図19に示すように、実施例2のバックライト装置における第1プリズムシート30および第2プリズムシート40を面内で90度回転させ、第1単位プリズム31AをY軸方向に沿って延設させ、第2単位プリズム32Aおよび第3単位プリズム42AをX軸方向に沿って延設させることで、比較例2-1のバックライト装置C3とした。さらに、図20および図21に示すように、実施例2のバックライト装置における多層膜構造を有する反射シート28に換えて、PET樹脂に、気泡を内填してシート状に成形した拡散反射シート28Xを用いることで、比較例2-2のバックライト装置C4とした。
これら実施例2,比較例2-1,および比較例2-2に係る各バックライト装置について、全てのLED22,23を点灯させたときの照明領域の輝度分布を2次元輝度計(コニカミノルタ製、CA-2000)によって測定し、その結果を図22~図24(a)としてそれぞれ示した。また、(a)撮像結果に示したように、各バックライト装置の照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央付近に配されるペアLEDの列に沿って輝度分布を測定した結果を、図22~図24(b)として示した。なお、輝度分布を示すグラフの横軸は、照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央位置を基準(0mm)とした位置座標を表しており、グラフには、ペアLEDが配されている照明領域を凡そ-40mm~+40mmの範囲として示している。
その結果、実施例2のバックライト装置によると、図22(a)に示すとおり、X軸方向に沿う輝度分布とY軸方向に沿う輝度分布との間に顕著な違いは確認できなかった。しかしながら、図13(a)に示す実施例1の撮像結果と比較すると、ペアLEDの光軸A1,A2に沿うX軸方向と、光軸A1,A2に直交するY軸方向との両方について、輝度分布がより均一化されていることが分かった。このことは、図22(b)のグラフにおいて、X軸方向およびY軸方向における輝度分布を示す2本のラインが同程度の高さ(輝度)に位置することに加え、-40mm~+40mmの領域に亘って輝度が極微小にしか増減していないことなどからも確認することができる。これは、第2プリズムシート40の第2出光面40Bに設けた第3プリズムを、ペアLEDの光軸A1,A2に交わる方向に延設させたことにより、斜面42Bに到達する光をX軸方向およびZ軸方向に沿うように屈折させることができ、X軸方向およびZ軸方向について効果的な拡散を実現できたことによると考えられる。バックライト装置にこのような第2プリズムシート40を加えることで、特にペアLEDを構成する2つのLED22,23の背面に対応する位置における輝度の低下を効果的に抑制でき、かかる背面に対応する位置における輝度をY軸方向の全体に亘って高めることができる。
これに対し、比較例2-1のバックライト装置によると、図23(a)に示すとおり、X軸方向およびY軸方向の両方について、ペアLEDの配置に対応して輝度が局所的に高くなり、顕著な輝度ムラが生じていることが確認できた。このことは、図23(b)のグラフにおいて、X軸方向およびY軸方向における輝度を示す2本のラインがペアLEDの配置に対応して大きく増減していることなどからも確認することができる。このような輝度ムラは、例えば図14(a)に示す比較例1-2の撮像結果と比較すると、より一層顕著なものとなっていることがわかる。以上のことから、第1プリズムシート30の斜面31B,32Bおよび第2プリズムシート40の斜面42Bは、ペアLEDの配列方向に対する姿勢が適切でないと、輝度ムラを低減することはできず、却って輝度ムラを顕著にしてしまうことが分かった。
また、比較例2-2のバックライト装置は、気泡による散乱を利用したを拡散反射シートを用いているため、図24(a)に示すとおり、X軸方向およびY軸方向の両方についての輝度ムラが顕著となることが確認できた。このことは、図24(b)のグラフにおいて、X軸方向およびY軸方向における輝度を示す2本のラインがペアLEDの配置に対応して激しく増減していることなどからも確認することができる。散乱フィラーによる散乱を利用したを反射シートによると、反射シートにおいて散乱および反射される光の向きがランダムとなってしまい、反射光を第1プリズムシートおよび第2プリズムシートによって所定の向きに効果的に指向させることができなくなるためである。これに対し、反射シートとして多層膜構造を有する反射フィルムを用いた実施例2では、反射フィルムの各層の膜厚が制御されているため、入射光に対する反射光の向きがばらつくことがない。その結果、反射シートによって反射された光は、ペアLEDから発せられた光と同様に、第1プリズムシートおよび第2プリズムシートによって所定の向きに好適に送ることができる。したがって、本技術においてプリズムシート(第1プリズムシート30および第2プリズムシート40)と組み合わせて反射シートを用いる場合は、正反射(鏡面反射)シートを採用することが望ましい。
<実施形態4>
上記実施形態3における実施例2のバックライト装置220は、第1プリズムシート30および第2プリズムシート40を備え、第1プリズムシート30の第1入光面30Aに備えられる第1単位プリズム31Aの頂角θ1は75°であった。これに対し、実施形態4においては、第1プリズムシート30の第1単位プリズム31Aの頂角θ1を、65°、70°、80°、85°、90°に変化させて、順に、実施例3-1,実施例3-2,実施例3-3,実施例3-4,および実施例3-5のバックライト装置とした。なお、かかる点以外の構成については、実施形態1~3等と同様であってよく、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。
上記実施形態3における実施例2のバックライト装置220は、第1プリズムシート30および第2プリズムシート40を備え、第1プリズムシート30の第1入光面30Aに備えられる第1単位プリズム31Aの頂角θ1は75°であった。これに対し、実施形態4においては、第1プリズムシート30の第1単位プリズム31Aの頂角θ1を、65°、70°、80°、85°、90°に変化させて、順に、実施例3-1,実施例3-2,実施例3-3,実施例3-4,および実施例3-5のバックライト装置とした。なお、かかる点以外の構成については、実施形態1~3等と同様であってよく、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。
そしてこれら実施例3-1,実施例3-2,実施例3-3,実施例3-4,および実施例3-5のバックライト装置について、全てのLED22,23を点灯させたときの輝度分布を2次元輝度計(コニカミノルタ製、CA-2000)によって測定し、その結果を図25~29(a)としてそれぞれ示した。また、(a)撮像結果に示したように、各バックライト装置の照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央付近に配されるペアLEDの列に沿って輝度分布を測定した結果を、図25~29(b)として示した。なお、輝度分布を示すグラフの横軸は、照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央位置を基準(0mm)とした位置座標を表しており、グラフには、ペアLEDが配されている照明領域を凡そ-40mm~+40mmの範囲として示している。
その結果、図25~29および図13の(a)(b)に示すとおり、第1単位プリズム31Aの頂角θ1を65°~90°の範囲で変更しても、X軸方向に沿う輝度分布とY軸方向に沿う輝度分布との間に顕著な違いは確認できず、また、ペアLEDの光軸A1,A2に沿うX軸方向と、光軸A1,A2に直交するY軸方向との両方について、輝度分布が比較的よく均一化された状態を維持することが確認された。より詳細には、頂角θ1を65°から大きくすると、頂角θ1が70°~80°の範囲に近づくにつれて、X軸方向およびY軸方向に沿う輝度分布が均一になる傾向があることが分かった。この輝度の均一化は、第1単位プリズム31Aの配列方向であるY軸方向に沿う方向において、X軸方向に沿う輝度分布におけるよりも、顕著にみられることが分かった。輝度は、頂角θ1が70°および75°の近傍で最も均一になるようにみえるが、70°~80°の範囲で顕著な差異はないようにも見える。そして頂角θ1を80°からさらに大きくすると、頂角θ1が90°に近づくにつれて、X軸方向およびY軸方向に沿う輝度分布がやや不均一になる傾向があることが分かった。以上のことから、第1単位プリズム31Aの頂角θ1は、例えば、65°以上(あるいは65°超過)とするとよく、例えば、90°以下(あるいは90°未満)や、85°以下(あるいは、85°未満)とするとよく、例えば、凡そ70°以上80°以下程度の範囲(例えば、約75°)とすることが好ましいといえる。
<実施形態5>
上記実施形態3における実施例2のバックライト装置220は、第1プリズムシート30および第2プリズムシート40を備え、第1プリズムシート30の第1出光面30Bに備えられる第2単位プリズム32Aの頂角θ2は100°であった。これに対し、実施形態5においては、第1プリズムシート30の第2単位プリズム32Aの頂角θ2を、90°、110°、120°、130°に変化させて、順に、実施例4-1,実施例4-2,実施例4-3,および実施例4-4のバックライト装置とした。なお、かかる点以外の構成については、実施形態1~4等と同様であってよく、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。
上記実施形態3における実施例2のバックライト装置220は、第1プリズムシート30および第2プリズムシート40を備え、第1プリズムシート30の第1出光面30Bに備えられる第2単位プリズム32Aの頂角θ2は100°であった。これに対し、実施形態5においては、第1プリズムシート30の第2単位プリズム32Aの頂角θ2を、90°、110°、120°、130°に変化させて、順に、実施例4-1,実施例4-2,実施例4-3,および実施例4-4のバックライト装置とした。なお、かかる点以外の構成については、実施形態1~4等と同様であってよく、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。
そしてこれら実施例4-1,実施例4-2,実施例4-3,および実施例4-4のバックライト装置について、全てのLED22,23を点灯させたときの輝度分布を2次元輝度計(コニカミノルタ製、CA-2000)によって測定し、その結果を図30~33の(a)としてそれぞれ示した。また、(a)撮像結果に示したように、各バックライト装置の照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央付近に配されるペアLEDの列に沿って輝度分布を測定した結果を、図30~33に(b)として示した。なお、輝度分布を示すグラフの横軸は、照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央位置を基準(0mm)とした位置座標を表しており、グラフには、ペアLEDが配されている照明領域を凡そ-40mm~+40mmの範囲として示している。
その結果、図30~33および図13の(a)(b)に示すとおり、第2単位プリズム32Aの頂角θ2を90°~130°の範囲で変更しても、X軸方向に沿う輝度分布とY軸方向に沿う輝度分布との間に顕著な違いは確認できず、また、ペアLEDの光軸A1,A2に沿うX軸方向と、光軸A1,A2に直交するY軸方向との両方について、輝度分布が比較的よく均一化された状態を維持することが確認された。より詳細には、頂角θ2を90°から大きくすると、頂角θ2が100°~110°の範囲に近づくにつれて、X軸方向およびY軸方向に沿う輝度分布が均一になる傾向があることが分かった。輝度は、頂角θ2が約100°のときに最も均一になるようにみえるが、100°~110°の範囲で顕著な差異はないようにも見える。そして頂角θ2を110°からさらに大きくすると、頂角θ2が130°に近づくにつれて、X軸方向およびY軸方向に沿う輝度分布がやや不均一になる傾向があることが分かった。頂角θ2が130°に至ると、光軸A1,A2に沿うX軸方向に沿う輝度分布の不均一さがやや目立つようになり、第2単位プリズム32AによるX軸方向について光を屈折させる効果が低減することが分かった。頂角θ2は、例えば、90°以上(あるいは90°超過)とするとよく、例えば、130°以下(あるいは130°未満)や、120°以下(あるいは、120°未満)とするとよく、例えば、凡そ100°以上110°以下程度の範囲(例えば、約100°)とすることが好ましいといえる。
<実施形態6>
上記実施形態3における実施例2のバックライト装置220は、第1プリズムシート30および第2プリズムシート40を備え、第2プリズムシート40の第2出光面40Bに備えられる第3単位プリズム42Aの頂角θ3は85°であった。これに対し、実施形態6においては、第2プリズムシート40の第3単位プリズム42Aの頂角θ3を、65°、75°、95°、105°に変化させて、順に、実施例5-1,実施例5-2,実施例5-3,および実施例5-4のバックライト装置とした。なお、かかる点以外の構成については、実施形態1~5等と同様であってよく、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。
上記実施形態3における実施例2のバックライト装置220は、第1プリズムシート30および第2プリズムシート40を備え、第2プリズムシート40の第2出光面40Bに備えられる第3単位プリズム42Aの頂角θ3は85°であった。これに対し、実施形態6においては、第2プリズムシート40の第3単位プリズム42Aの頂角θ3を、65°、75°、95°、105°に変化させて、順に、実施例5-1,実施例5-2,実施例5-3,および実施例5-4のバックライト装置とした。なお、かかる点以外の構成については、実施形態1~5等と同様であってよく、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。
そしてこれら実施例5-1,実施例5-2,実施例5-3,および実施例5-4のバックライト装置について、全てのLED22,23を点灯させたときの照明領域の輝度分布を2次元輝度計(コニカミノルタ製、CA-2000)によって測定し、その結果を図34~37(a)としてそれぞれ示した。また、(a)撮像結果に示したように、各バックライト装置の照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央付近に配されるペアLEDの列に沿って輝度分布を測定した結果を、図34~37(b)として示した。なお、輝度分布を示すグラフの横軸は、照明領域のX軸方向およびY軸方向についての中央位置を基準(0mm)とした位置座標を表しており、グラフには、ペアLEDが配されている照明領域を凡そ-40mm~+40mmの範囲として示している。
その結果、図34~37および図13の(a)(b)に示すとおり、第3単位プリズム42Aの頂角θ3を65°~105°の範囲で変更しても、X軸方向に沿う輝度分布とY軸方向に沿う輝度分布との間に顕著な違いは確認できず、また、ペアLEDの光軸A1,A2に沿うX軸方向と、光軸A1,A2に直交するY軸方向との両方について、輝度分布が比較的よく均一化された状態を維持することが確認された。より詳細には、頂角θ3を65°から大きくすると、頂角θ3が75°~95°の範囲に近づくにつれて、X軸方向およびY軸方向に沿う輝度分布が均一になる傾向があることが分かった。輝度は、頂角θ3が約85°のときに最も均一になるようにみえるが、75°~95°の範囲で顕著な差異はないようにも見える。そして頂角θ3を95°からさらに大きくすると、頂角θ3が105°に近づくにつれて、X軸方向およびY軸方向に沿う輝度分布がやや不均一になる傾向があることが分かった。頂角θ3が65°程度に小さくなったり、130°程度まで大きくなったりすると、光軸A1,A2に沿うX軸方向に沿う輝度分布の不均一さがやや目立つようになり、第3単位プリズム42AによるX軸方向について光を屈折させる効果が低減することが分かった。頂角θ3は、例えば、65°以上(あるいは65°超過)とするとよく、例えば、130°以下(あるいは130°未満)とするとよいといえる。
<実施形態7>
上記実施形態3における実施例2のバックライト装置220は、ペアLED21を構成する2つのLED22,23として、白色光を発光する構成のものを用い、第1プリズムシート30および第2プリズムシート40の表側に、拡散シート26を配していた。これに対し、実施形態7におけるバックライト装置320は、図38~39に示すように、ペアLED121を構成する2つのLEDとして、青色光を発光する構成の青色発光LED122,123を用い、拡散シート26に換えて波長変換シート27を用いた。青色発光LED122,123は、実施形態1の第1LED22とほぼ同様の構成を有しているが、図40に示すように、LED素子122A,123Aを包埋する樹脂122E,123Eが蛍光体を含んでいたことに換えて、樹脂122E,123Eが光拡散材を含んでいる。なお、かかる点以外の構成については、実施形態1~6等と同様であってよく、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。
上記実施形態3における実施例2のバックライト装置220は、ペアLED21を構成する2つのLED22,23として、白色光を発光する構成のものを用い、第1プリズムシート30および第2プリズムシート40の表側に、拡散シート26を配していた。これに対し、実施形態7におけるバックライト装置320は、図38~39に示すように、ペアLED121を構成する2つのLEDとして、青色光を発光する構成の青色発光LED122,123を用い、拡散シート26に換えて波長変換シート27を用いた。青色発光LED122,123は、実施形態1の第1LED22とほぼ同様の構成を有しているが、図40に示すように、LED素子122A,123Aを包埋する樹脂122E,123Eが蛍光体を含んでいたことに換えて、樹脂122E,123Eが光拡散材を含んでいる。なお、かかる点以外の構成については、実施形態1~6等と同様であってよく、同様の構成、作用および効果についての説明は省略する。
光拡散材としては、可視光に対して反射または屈折発揮する材料からなる粉末を用いることができる。このような材料としては、例えば、可視光に対して透明であり、上記の樹脂122E,123Eよりも屈折率が高い各種の合成樹脂材料や、可視光に対して反射率の高い各種の材料を挙げることができる。より具体的には、光拡散材として、例えば屈折率が1.3以上1.7以下程度の、アクリル系樹脂、ポリウレタン、ポリスチレン等の合成樹脂粒子からなる粉末であってよい。また、光拡散材として、例えば、シリカ、水酸化アルミニウム、酸化亜鉛等の白色の無機材料粒子からなる粉末であってよい。これらの光拡散材は、粒子形状がほぼ球形の形状等方性を有するものであってもよいし、粒子形状がロッド状や繊維状の形状異方性を有するものであってもよい。光拡散材が形状等方性を有するものである場合、樹脂122E,123E中に光拡散材を均一に分散させやすくなる点において好ましい。そして樹脂122E,123Eが光拡散材を含むことで、LED素子22A,23Aが発する青色光を樹脂122E,123E中で拡散させながら、青色発光LED122,123の発光頂面122F,123Fおよび発光側面122H,123Hから出射させることができる。
波長変換シート27は、ペアLED121(青色発光LED122,123)から発せられる青色光を白色光に波長変換する要素である。図38および図39に示すように、波長変換シート27は、拡散シート26に換えて、プリズムシート(第1プリズムシート30および第2プリズムシート40)の表側に配される。波長変換シート27は、ペアLED21からの光を波長変換するための蛍光体(波長変換物質)を含有する波長変換層(蛍光体フィルム)と、この波長変換層を表裏から挟み込んでこれを保護する一対の保護層(保護フィルム)と、から構成されている。蛍光体としては、実施形態1においてLED素子22A,23Aを包埋する樹脂22Eが含有していたのと同様の蛍光体を用いることができる。波長変換層およびこれを挟み込む一対の保護層は、略透明な合成樹脂材料によって構成することができる。これにより、ペアLED21(青色発光LED122,123)から発せられる青色光の一部が波長変換シート27を通過することにより緑色光や赤色光に変換され、これら緑色光および赤色光(二次光)と青色光(一次光)の加法混色によって、バックライト装置20は概ね白色の光を発することができる。
以上の構成のバックライト装置20によれば、蛍光体は波長変換シート中に分散状態で配されるため、凝集等による波長変換効率の低下を抑制することができる。また、蛍光体は、発光とともに発熱するペアLED21から離れた位置に配することができ、ペアLED21の発熱等に起因する蛍光体の劣化を好適に抑制することができる。また、波長変換シートは、光源実装基板24上に点在するペアLED21を均一に覆うことから、波長変換シートを通過する光を、シート面においてよりムラなく均等に白色光に変換することができる。
<実施形態8>
実施形態8における液晶表示装置401は、例えば図41および図42に示すように、15.6型のワイドサイズ(345mm×194mm)であって、略同サイズの液晶パネル410およびバックライト装置420と、制御装置450と、を備えている。液晶パネル410は、サイズ以外は実施形態1における液晶パネル10と同様の構成を備えており、バックライト装置420は、サイズ以外は実施例2のバックライト装置120と同様の構成を備えている。バックライト装置420は、表示領域が縦24行×横48列の1152個のブロックに仮想的に分割されており、一つのブロックの寸法は、縦8.08mm×横7.16mmとなっている。バックライト装置420は、これらのブロックに1152個のペアLED21(すなわち、2304個のLED)を備えている。
実施形態8における液晶表示装置401は、例えば図41および図42に示すように、15.6型のワイドサイズ(345mm×194mm)であって、略同サイズの液晶パネル410およびバックライト装置420と、制御装置450と、を備えている。液晶パネル410は、サイズ以外は実施形態1における液晶パネル10と同様の構成を備えており、バックライト装置420は、サイズ以外は実施例2のバックライト装置120と同様の構成を備えている。バックライト装置420は、表示領域が縦24行×横48列の1152個のブロックに仮想的に分割されており、一つのブロックの寸法は、縦8.08mm×横7.16mmとなっている。バックライト装置420は、これらのブロックに1152個のペアLED21(すなわち、2304個のLED)を備えている。
制御装置450は、各種情報等を送受信するインターフェイス(I/F)と、制御プログラムの命令を実行する中央演算処理装置(central processing unit:CPU)と、CPUが実行するプログラムを格納したROM(read only memory)と、プログラムを展開するワーキングエリアとして使用されるRAM(random access memory)と、各種の情報を記憶する記憶部Mと、計時機能を有するタイマT等を有するマイクロコンピュータを主体として構成され、有線または無線を介して液晶表示装置401の各部と通信可能に接続されている。本実施形態における制御装置450は、液晶表示装置401に高画質な映像を表示させるためのエリアアクティブ制御を行うことができるようになっている。すなわち、制御装置450は、液晶パネル410が表示する画像について制御するLCD制御部451と、バックライト装置420の発光について制御するLED制御部452と、を含んでいる。LED制御部452は、制御装置450が外部から受信した表示すべき映像に関する映像データから、当該映像のブロック毎の輝度を算出し、当該ブロックごとの輝度でバックライト装置420を発光させるために必要なLEDデータを作成する。そして、このLEDデータに基づき、バックライト装置420をブロックごとに所定の輝度で発光させて、LED映像を生成する。LCD制御部451は、映像データとLED制御部452が作成したLEDデータとから、液晶パネル410で表示すべきRGB画像に関するLCDデータを作成し、このLCDデータに基づき、液晶パネル410に表示すべきRGB映像を表示させる。これにより、液晶表示装置401には、バックライト装置420に表示されたLED映像と、液晶パネル410に表示されたRGB映像とが重ね合わされた映像が表示される。なお、LCD制御部451およびバックライト装置420は、電子回路等のハードウェアで構成されていてもよいし、CPUがコンピュータプログラムを実行することにより機能的に実現されるように構成されていてもよい。
以上の構成によると、液晶表示装置401に表示される映像は、ブロック単位で輝度と色度とが最適化されており、ダイナミックレンジの広い、高コントラストなものとして実現される。とりわけ、15.6型のバックライト装置420を512個のブロックに細かく分割していることで、映像の画柄に合わせてよりきめ細やかな明るさ調整(オン・オフ、および発光量調整)を行うことができ、従来の「局所輝度制御」あるいは「ローカルディミング」と呼ばれる制御技術と比較して、より高いレベルでのコントラストアップを図ることができる。これにより、ローカルディミング制御やHDR(High Dynamic Range)制御をより好適に行うことができる。また、LED素子は、生産上の理由から輝度、色度、駆動電圧などの特性のバラつきが避けられないものの、本実施形態では、2個のLEDを組み合わせたペアLEDを一つのブロックに複数個(本実施形態では、例えば2個)用いることで、1ブロック当たりのLED素子に起因する特性のバラツキを抑制して均一化することができる。加えて、バックライト装置420は、ペアLEDをブロックごとに必要な輝度となるように発光させるため、広色再現が可能となるとともに、消費電力を抑えることができる。これにより、高品質な映像を低消費電力で表示することができる液晶表示装置401が実現される。
<他の実施形態>
ここに開示される技術は、上記記述および図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。
ここに開示される技術は、上記記述および図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。
(1)第1プリズムは、上述した斜面に代えて、例えば図43に示すように、円弧状等のような非平面を有していてもよい。円弧状の非平面は、この非平面に向かって進む光を反射したり屈折させたりすることに加え、光を集約するレンズの機能を有し得る。第1プリズムが円弧状の非平面を含む場合、その稜線によって区分けされる一対の非平面のなす角度θxは、概ね65°以上(例えば65°超過)であって、90°以下(例えば90°未満)の程度であるとよい。ここで、一対の非平面のなす角度は、各々の非平面の接面(接線)が交わる角度とすることができる。角度θxは、基材シートに連続する部分における両非平面の接面(接線)が交わるときに最小角θx1となり、稜線近傍における両非平面の接面(接線)が交わるときに最大角θx2となる。非平面は、最小角θx1および最大角θx2の両方が、上記関係を満たすとよい。
(2)第2プリズムおよび第3プリズムは独立して、上述した斜面に代えて、例えば図44に示すように、円弧状等のような非平面を有していてもよい。円弧状の非平面は、この非平面に向かって進む光を反射したり屈折させたりすることに加え、光を集約するレンズの機能を有し得る。第2プリズムおよび第3プリズムが円弧状の非平面を含む場合、その稜線によって区分けされる一対の非平面のなす角度θyは、概ね90°以上(例えば90°超過)であって、130°以下(例えば130°未満)の程度であるとよい。ここで、一対の非平面のなす角度θyは、各々の非平面の接面(接線)が交わる角度とすることができる。角度θyは、基材シートに連続する部分における両非平面の接面(接線)が交わるときに最小角θy1となり、稜線近傍における両非平面の接面(接線)が交わるときに最大角θy2となる。非平面は、最小角θy1および最大角θy2の両方が、上記関係を満たすとよい。
(3)LED(光源の一例)の数、設置、配列間隔などは適宜に変更可能である。例えば、上記実施形態において光源としてのLEDは、いずれもペア光源として光源実装基板に配されていたが、LEDは1つまたは2つ以上の複数のものが、互いに独立して光源実装基板に配されていてもよい。LEDが複数配される場合、各LEDは、各々の光軸が一の方向に沿って配されていれば、光源実装基板上に規則的に配列されていてもよいし、ランダムに配されていてもよい。
(4)複数のペア光源において、第1光源の光軸である第1光軸と第2光源の光軸である第2光軸とは、互いに異なる方向を向いていれば、必ずしも同軸上にある必要はない。しかしながら、第1光軸と第2光軸とが同軸上の異なる方向を向いていると、第1プリズムおよび第2プリズムの組み合わせによる光の向きの屈折作用がよりよく発揮されるために好適である。
(5)また、複数のペア光源において、第1光源の光軸である第1光軸と第2光源の光軸である第2光軸の方向は、必ずしも複数のペア光源の並び方向に一致している必要はない。しかしながら、第1光軸および第2光軸の少なくとも一方が複数のペア光源の並び方向に一致していると、第1プリズムおよび第2プリズムの組み合わせによる光の向きの屈折作用がよりよく発揮されるために好適である。なお、複数のペア光源の第1光軸および第2光軸は、それぞれが独立して、並び方向に対して±90°未満の角度をなしているとよく、例えば、±45°の角度をなすとよい。
(6)一の方向に沿って列をなして並ぶ複数のペアLEDは、1つのLED基板の実装面上に一列のもの設けられていてもよいし、複数列のものが設けられていても構わない。ここで、一の方向に配列されたペアLEDの列が、一の方向と交わる交差方向に沿って複数配列するとき、例えば一の方向と交差方向とは、必ずしも直交している必要はない。一の方向と交差方向との交わる角度に制限はないが、例えば、約15°以上、約30°以上、約45°以上、約60°以上、約75°以上等であってよい。例えば、一の方向と交差方向との交差角度を約45°として、複数のペアLEDをスタッガ配列してもよい。
(7)ペア光源は、第1の光源と第2の光源とが共通する一つの光源によって構成されていて、一つの光源を含むように構成されていてもよい。
(8)ペア光源を構成する第1光源と第2光源とは、それぞれが必ずしも一つの光源(光源素子)によって構成されている必要はなく、例えば複数の光源(光源素子)を含んでいてもよい。例えば、第1光源および第2光源としてのLEDはそれぞれ、白色光を発する構成であってよく、例えば、青色光を発する青色LED素子と、赤色LED素子と、緑色LED素子と、を含む構成であってよい。
(9)ペアLEDを構成するLEDの具体的な形状や外寸などは適宜に変更可能である。LEDは、封止樹脂によって包埋されていないベアLEDであってもよいし、CSP(Chip Scale Package)と呼ばれるタイプのものであってもよい。
(10)ペア光源を構成する第1の光源および第2の光源は、青色以外の色の光を発するものであってよい。このとき、第1の光源および第2の光源(例えばLED素子)を包埋する樹脂に含まれる蛍光体や、波長変換シートに含まれる蛍光体は、当該光源が発する光の色を直接、あるいは、加飾混合法によって、白色を呈するように変換できるものに適宜変更するとよい。例えば、第1の光源および第2の光源としてマゼンタ色の光を発するLEDを用いる場合には、蛍光体として、マゼンダ色の補色となる緑色を呈する光を発する緑色蛍光体を用いるとよい。また、第1の光源および第2の光源として紫色の光を発するLEDを用いる場合には、蛍光体として、紫色の補色となる黄緑色を呈する光を発する緑色蛍光体及び黄色蛍光体を用いるとよい。例えば、第1の光源および第2の光源としてシアン色の光を発するLEDを用いる場合には、蛍光体として、シアン色の補色となる赤色を呈する光を発する赤色蛍光体を用いるとよい。これにより、バックライト装置の照明光(出射光)を白色化することができる。
(11)ペア光源を構成する第1の光源および第2の光源は、LED以外のものであってよく、例えば、有機EL素子、レーザダイオードなどであってよい。
(12)光学シートの具体的な構成や、数、その積層の順等は適宜変更してもよい。また、拡散シートおよび波長変換シートは、両方を含まなくてもよいし、いずれか一方、あるいは両方を含んでもよい。なお、拡散シートおよび波長変換シートは、いずれか一方を含む構成とすると、白色光を発するバックライト装置を構成しやすくなるために好適である。
(13)波長変換シートおよび包埋樹脂に含まれる蛍光体は、黄色蛍光体のみを含む構成であってもよいし、黄色蛍光体に加えて赤色蛍光体や緑色蛍光体を含む構成であってもよい。
(14)反射シートの構成は、上記したものに限定されず、例えば、合成樹脂製の基材の表面に銀やアルミニウム等の金属を蒸着した、反射性に優れたものであってもよい。
(15)表示パネルは、液晶パネル以外の種類の表示パネル(例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)表示パネルなど)であってよい。
1,401…液晶表示装置(表示装置)、10,410…液晶パネル(表示パネル)、20,120,220,320,420…バックライト装置(照明装置)、21…ペアLED、22…第1LED(第1光源)、22D…リフレクタ(反射板)、23…第2LED(第2光源)、25…光学シート、25A…第1輝度向上シート(第1集光プリズムシート)、25B…第2輝度向上シート(第2集光プリズムシート)、26…拡散シート、27…波長変換シート、28…反射シート、30…プリズムシート(第1プリズムシート)、30A…第1入光面、30B…第1出光面、31…第1プリズム、31A…第1単位プリズム、32…第2プリズム、32A…第2単位プリズム、33…基材シート、40…第2プリズムシート、40A…第2入光面、40B…第2出光面、42…第3プリズム、42A…第3単位プリズム、43…基材シート、122,123…青色発光LED、450…制御装置、451…LCD制御部、452…LED制御部、A1…第1光軸、A2…第2光軸、θ1,θ2,θ3…頂角
Claims (15)
- 第1方向に沿う指向性を有する光を発する光源と、
シート状をなし、第1入光面と、前記第1入光面とは反対側の第1出光面とを有するプリズムシートであって、
前記第1入光面は、前記光源に対向するように配されており、かつ、前記第1方向に沿って延びるとともに前記第1方向に交わる方向に複数並ぶ第1プリズムを備えており、
前記第1出光面は、前記第1方向と交わる第2方向に沿って延びるとともに前記第2方向に交わる方向に複数並ぶ第2プリズムを備えている、プリズムシートと、
を備える照明装置。 - 前記光源は、第1光源と第2光源とを含むペア光源であって、互いの光軸が逆向きになるように背面合わせで組み合わされている、請求項1に記載の照明装置。
- 前記ペア光源は、前記プリズムシートのシート面の法線方向について、前記第1光源および前記第2光源を挟むように配される一対の反射板を備えている、請求項2に記載の照明装置。
- 前記光源は、複数のものが前記第1方向に沿って配列されている、請求項1~3のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記第1プリズムおよび前記第2プリズムはそれぞれ、延設方向に直交する断面形状が三角形である、請求項1~4のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記第1プリズムは、前記三角形の断面形状における頂角が65°以上90°以下である、請求項5に記載の照明装置。
- 前記第2プリズムは、前記三角形の断面形状における頂角が90°以上130°以下である、請求項5または6に記載の照明装置。
- 前記光源は、白色光を発することができる構成を備えているとともに、
シート状をなし、前記プリズムシートを前記第1出光面の側において覆うとともに、前記プリズムシートの側に配される入光面から入射する光を散乱させて、前記入光面とは反対側の出光面から出光させる拡散シートをさらに備えている、請求項1~7のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記光源は、青色光を発することができる構成を備えているとともに、
シート状をなし、前記プリズムシートを前記第1出光面の側において覆うとともに、前記プリズムシートの側に配される入光面から入射する前記青色光を白色光に波長変換する波長変換シートをさらに備えている、請求項1~7のいずれか1項に記載の照明装置。 - シート状をなし、前記第1出光面と対向するように配置される第2のプリズムシートをさらに備え、
前記第2のプリズムシートは、前記第1出光面と対向する第2入光面と、前記第2入光面とは反対側の第2出光面と、を有し、前記第2出光面には、前記第1方向と交わる方向に沿って延びる第3プリズムを備えている、請求項1~9のいずれか1項に記載の照明装置。 - 前記第3プリズムは、前記第2方向に沿って延びている、請求項10に記載の照明装置。
- シート状をなし、前記光源に対して前記プリズムシートとは反対側に配置され、前記光源から発せられる光を前記プリズムシートの側に反射することができる反射シートをさらに備えている、請求項1~11のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記反射シートは、正反射シートである、請求項12に記載の照明装置。
- 請求項1から請求項13のいずれか1項に記載の照明装置と、
前記照明装置からの光を利用して表示を行う表示パネルと、を備える表示装置。 - 前記光源は、複数のものを含み、
前記光源を複数のグループに分割するとともに、前記グループごとに所定の明るさで前記光源から光を発生させる制御装置をさらに備えている、請求項14に記載の表示装置。
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