JP4118324B2 - 光源装置、バックライト装置、及び液晶ディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイのバックライト装置に適した光源装置に関する。

近年、ディスプレイを薄型化する技術開発が活発化し、ブラウン管に代わり、フラットパネルディスプレイ（Flat Display Panel：ＦＤＰ）と呼ばれる新しい方式のディスプレイが多く商品化されている。ＦＤＰのうち、最も有力な方式の一つが液晶ディスプレイである。液晶ディスプレイは液晶パネルとバックライト装置と呼ばれる面状の光源装置により構成される。液晶パネルの液晶素子で形成された各画素の窓を電気的に開閉することにより、バックライト装置からの光が各画素の窓で選択的に透過される。これらの透過光によってパネル面に映像や文字が表示される。

液晶ディスプレイの最近の開発動向としては、大型化、高輝度化が要求されている。これらの要求を充足するため、バックライト装置として「直下型」と呼ばれる方式の光源装置が採用される場合がある。一般に、直下型の光源装置は、平行に並べられた数本の長尺な管形状の光源と、それらの光源の上に配置された均斉度や集光性を向上させるための拡散板、拡散シート、レンズシートのような光学シート群と、光源からの光を光学シート群に向けて反射する反射板とを備える。

直下型の光源装置では、各光源の直上では発光が高く、光源間の領域では発光が少ないため、輝度差によって縞状の模様が形成される傾向がある。したがって、平行に並べられた光源を輝度が均一な面（均斉度が高い面）として発光させる光学系を構成することが、直下型の光源装置における重要な課題である。

従来の直下型の光源装置には、均斉度向上のために、光源間の光量を増加させるように工夫した反射板を備えるものがある。例えば、特許文献１に、この種の反射板を備える光源装置が開示されている。

図２０は、特許文献１の光源装置の断面である。図２０において、光源１は長尺な蛍光管であって、通常は冷陰極蛍光灯が使用される。平面反射面２は反射率の低い反射板である。三角形突条部３は反射率の高い反射板であり、平面反射面２とは別に作製されたものである。三角形突条部３は、光取り出し方向から見て平面反射板２上の光源１間の隙間４に対応する位置に、光源１の長手方向に沿って延びるように配置される。光源１から発せられて三角形突条部３で反射された光線５を光源１間の隙間４に導くことで隙間４の光量を増加させ、それによって均斉度の向上を図っている。

特許文献２にも、特許文献１と同様に、反射板上の光源間の隙間に対応する位置に光源の長手方向に沿って延びる突条を設けた反射板が開示されている。

しかしながら、図２０のように光源１間の長手方向に沿って三角形突条部３を配置した構成は、光源１からの照射の角特性に大きな影響を及ぼす。以下、この点について説明する。

直下型の光源装置を液晶ディスプレイのバックライト装置として使用する場合、通常、重力方向を上下方向とした場合の横方向に管軸ないし軸線が延びる姿勢で長尺な管形状の光源が配置される。図２０の光源装置の場合、この光源１の姿勢に対応して、三角形突条部３も横方向に延びるように配置される。この配置では、上下方向の反射光は三角形突条部３で遮られるために横方向の反射光と比較して少なくなる。したがって、液晶ディスプレイとしては、横方向の視野角は広いが、上下方向の視野角（仰角及び俯角）は三角形突条部３によって制限されるために横方向の視野角よりも狭くなる。ただし、実際の使用時に上下方向から液晶ディスプレイを眺めることは少ないため、上下方向の視野角が狭いことは、実用上大きな問題にならない。

キセノン等の希ガスを主な放電媒体として使用する無水銀蛍光ランプが知られている。この無水銀蛍光ランプは水銀を使用しない点で環境保全の観点から好ましく、かつ輝度が周囲温度の影響を受けにくいという利点を有する。無水銀蛍光ランプはランプ長が短い程高効率であるので、特に大画面の液晶ディスプレイ用のバックライト装置において光源として使用する場合、上下方向に管軸が延びる姿勢で配置することが好ましい。しかしながら、図２０の構成で上下方向に管軸が延びる姿勢で複数の光源１を平行に並べた場合、三角形突条部３も上下方向に延びるように配置される。この配置では、横方向の反射光が三角形突条部３で遮られるために上下方向の反射光と比較して少なくなる。したがって、液晶ディスプレイとしては、横方向の視野角が三角形突条部３で制限されて狭くなる。実際の使用時に横方向から液晶ディスプレイを眺めることはごく一般的であるので、横方向の視野角が狭いことは実用上問題である。

以上のように、図２０の構成では、光源の姿勢ないしは配置方向によって照射の角度特性が変化し、液晶ディスプレイのバックライ装置として使用した場合に視野角特性に大きな影響を及ぼす。

バックライト装置として使用される光源装置として、直下型以外にエッジライト型と呼ばれる方式が知られている。このエッジライト型の光源装置では、光源からの光線を端面から導光板内に導いて全反射によって導光板全面から出射させる。特許文献３には、エッジライト型の光源装置に関して均斉度向上を図った反射板が開示されている。しかしながら、エッジライト型と直下型とでは、光源と反射板の相対的な配置がまったく相違している。そのため、特許文献３の開示は、直下型の光源装置における光源の配置方向に対する照射の角度特性の依存性を解消することについて、何らの示唆を与えない。

特開平５−２１６５号公報（図２） 特開２００５−１５００３７号公報（図１） 特開２００４−１７９１１６号公報（図２）

本発明は、輝度分布の均一性、すなわち均斉度を確保しつつ、光源の配置方向に依存しない配光特性を有する光源装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、軸線が同方向に延びるように間隔を隔てて配置された複数の管形状の光源と、光取り出し方向から見て前記光源の背面側に配置され、前記光源と対向する平坦部と、前記平坦部から前記光源に対して離れる方向に窪み、前記平坦部との接続部分に形成される開口縁が円形又は楕円形であり、かつ前記光取り出し方向から見て少なくとも個々の前記光源の前記軸線に沿ってそれぞれ複数個配置された凹形状部とを有する反射部材とを備える光源装置を提供する。

光取り出し方向から見て個々の光源の軸線に沿って複数個の凹形状部を配置した反射部材を備えるので、光源の姿勢ないしは配置方向、すなわち光源を上下方向に配置するか横方向に配置するかに依存しない配光分布が得られる。

前記開口縁を構成する前記円形の半径又は前記楕円形の長軸が前記光源の外径半径よりも大きいことが好ましい。

凹形状部の開口縁の半径又は長軸を光源の外径半径よりも大きく設定することで、光源装置から取り出すことができる光量を向上させることができる。

凹形状部は、例えば円錐面や放物面からなる。本明細書において放物面は、狭義の放物面、すなわち放物線をその対称軸周りに回転させることで得られる回転放物面と、回転放物面の縦横比を変化させることで得られる広義の放物面の両方を含む。

個々の前記光源について、前記軸線と、前記軸線に沿って配置された前記複数個の凹形状部のうち最も前記軸線から離れた位置にある点を結んだ中心線とが、前記光取り出し方向から見て実質的に一致していることが好ましい。

光源と凹形状部の位置関係をこのように設定することによっても、光源装置から取り出すことができる光量を向上させることができる。

前記光取り出し方向から見て互いに隣接する前記光源間の前記平坦部に前記凹形状部が配置されていることが好ましい。

この構成により、均斉度を向上させることができる。

前記光源間に配置された前記凹形状部の深さは、前記光源の前記軸線に沿って配置された前記凹形状部の深さよりも深いことが好ましい。

凹形状部の深さが浅いと配光分布が広がり、深さが深いと光取り出し方向で光量が大きい配光分布となる。光源間の凹形状部の深さを光源の光軸に沿って配置された光源の深さよりも深く設定することにより、光源間の光量を増大させて均斉度をより向上させることができる。

前記軸線が重力方向に延びる姿勢で光源が配置されている場合、前記光源の軸線に沿って配置された前記凹形状部の前記開口縁は楕円形であり、前記光取り出し方向から見て前記軸線に沿って延びる短軸を有することが好ましい。

凹状形状部をかかる形状とすることにより、上下方向の配光分布を狭め、左右方向の配光分布を拡げることができる。

本発明の第２の態様は、前述の光源装置と、光入射面と光出射面とを備え、前記光源装置から発せられる光を前記光入射面から前記光出射面に導いて出射させる拡散板とを少なくとも含む光学部材とを備える、バックライト装置を提供する。

本発明の第３の態様は、前述のバックライト装置と、前記拡散板の前記光出射面に対向して配置された液晶パネルとを備える、液晶ディスプレイを提供する。

本発明の光源装置は液晶ディスプレイのバックライト装置で使用するのに適している。本発明を液晶ディスプレスのバックライト装置に適用すれば、光源の配置方向に依存しない視野角特性が得られる。

本発明の光源装置は、光取り出し方向から見て個々の光源に軸線に沿ってそれぞれ複数個配置された凹形状部を有する反射板を備えるので、光源の配置方向に依存しない配光特性が得られる。光量がユーザの見る方向に大きく依存しない光源装置を実現できる。また、光源間にも凹形状部を配置することで、均斉度を向上させることができる。したがって、本発明の光源装置を液晶ディスプレイのバックライト装置に適用すれば、高い均斉度を確保しつつ、光源の配置方向に依存しない視野角特性を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。添付図面において、Ｚ方向は光取り出し方向、Ｙ方向は重力方向である上下方向、Ｘ方向は水平方向である横方向を示す。

（第１実施形態）
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る光源装置１１を有するバックライト装置１２と液晶パネル１３とを備える液晶ディスプレイ１４を示す。本実施形態では、バックライト装置１２と液晶パネル１３は扁平な直方体状の筐体１５内に収容されている。光源装置１１は、複数個の光源１７と、反射板（反射部材）１８とを備える。バックライト装置１２は、光源装置１１に加え、光学シート（光学部材）としての拡散板１９、拡散シート２０、レンズシート２１、及び輝度上昇フィルム（ＤＢＦＥ）２２を備える。光学シート１９〜２２はすべての実施形態に共通であるので、後に詳述する。

光源１７は管形状の長尺な蛍光管である。本実施形態では内部−外部電極方式のキセノン蛍光ランプを光源１７として使用したが、冷陰極低圧水銀蛍光ランプも使用できる。光源１７は、内部にキセノンを含む放電媒体が封入されたバルブ２３と、このバルブ２３の内部の一方の端部に配置された内部電極２４を備える。後に詳述するように、外部電極は反射板１８で兼用した。

光源１７の蛍光管ないしバルブ２３の外径直径Ｉは、３ｍｍから５ｍｍであることが実用的である。本実施形態においては、外径直径３ｍｍ（外径半径１．５ｍｍ）のバルブ２３を用いた。また、バルブ２３の長手方向の寸法（長さ）は、ディスプレイの大きさによって１００ｍｍから１０００ｍｍまでであることが実用的であり、本実施形態では長さ７１０ｍｍである。

本実施形態では、液晶ディスプレイ１４は３２インチサイズである。光源１７は管軸ないし軸線Ｌが重力方向である縦方向ないし上下方向（Ｙ方向）に延びる姿勢で、水平方向ないし横方向（Ｘ方向）に等間隔（１５．６ｍｍ間隔）で３２本配置されている。換言すれば、３２本の光源１７は上下方向に延びる姿勢で、ＸＹ平面に対して平行な平面上に等間隔で配置されている。前述のバルブ２３の長さ（７１０ｍｍ）は、光源１７を軸線Ｌが縦方向に延びるように配置した場合に、３２インチサイズの液晶ディスプレイに対応している。

反射板１８は光取り出し方向から見て光源１７の背面側に配置されている。反射板１８の反射面の反射率は９８％であり、鏡面性の高いものを用いた。

図３を参照すると、反射板１８は内部−外部電極方式の蛍光ランプの外部電極を兼ねている。バルブ２３内の放電媒体の放電は、誘電体バリア放電となるため、個々の光源１７毎に点灯回路２５を設ける必要なく、少なくとも１つの点灯回路２５ですべての光源１７を点灯できる。内部−外部電極方式の蛍光ランプでは、外部電極はバルブの内部に封入されている放電媒体と離れていればよく、バルブ２３と接触していてもよい。しかし、本実施形態では、バルブ２３と外部電極としての反射板１８との間に間隔をあけており、両者の最小距離はシステム効率が最も高かった３．１ｍｍに設定している。

反射板１８の反射面は単なる平面ではなく、複数のディンプルないし凹形状部２７が形成されている。具体的には、反射板１８は光源１７と対向し、かつＸＹ平面に対して平行な平面である平坦部２８を備え、この平坦部２８に光源１７から離れる方向（−Ｚ方向）に窪んだ同一形状の凹形状部２７が複数個形成されている。

複数の凹形状部２７を有する反射板１８の詳細を図４Ａ〜図４Ｄに示す。図４Ａは斜視図、図４ＢはＸＹ平面、図４ＣはＸＺ平面に平行な断面、図４ＤＹＺ平面に平行な断面を示す。これら図４Ａ〜図４Ｄで、凹形状部２７の形状の理解を容易にするために反射板１８の一部のみを示しており、３行３列で合計９個の凹形状部２７のみが図示されている。

図４Ａに最も明瞭に示すように、本実施形態における凹形状部２７は円錐面である。また、凹形状部２７と平坦部２８の接続部分に形成される開口縁２９は閉曲線である円形である。

本実施形態では、凹形状部２７の開口縁２９が構成する円形は直径１５．６ｍｍ（半径ｒは７．８ｍｍ）である。したがって、凹形状部２７の開口縁２９が構成する円形はバルブ２３の外径（外径直径は３ｍｍ、外径半径Ｉは１．５ｍｍ）よりも大きい。また、本実施形態では、凹形状部２７の深さ（円錐の高さ）ｄは１．９５ｍｍである。

図４Ｂに示すように、凹形状部２７は光取り出し方向（Ｚ方向）から見て個々の光源１７の軸線Ｌに沿って配置されている。詳細には、個々の光源１７について、軸線Ｌと、その軸線Ｌに沿って配置された複数個の凹形状部２７における平坦部２８から最も離れた位置にある点（本実施形態では円錐の頂点）Ｐとを結んだ中心線Ｃとが、光取り出し方向から見て一致している。

反射板１８は、均一な材質なので一体形成ができる。したがって、図２０で示した従来技術のように、個々異なる反射板を作成する必要がない。また、従来技術のように反射板と三角形突条部をそれぞれ別々に配置する必要がない。したがって、本実施形態の反射板１８は低コストで製造できる。

反射板１８の作製方法は、アルミ平板のプレス加工や、切削加工、また、樹脂材を用いて型で成形した後に、アルミや銀などでメッキ、スパッタ、蒸着等で金属膜を形成する方法がある。本実施形態では、反射板１８はアルミ平板をプレス加工することで作製されている。

以上のように構成された本実施形態の光源装置１１の特徴について説明する。

まず、反射板１８に光取り出し方向から見て個々の光源１７の軸線Ｌに沿って複数個の凹形状部２７を設けたことにより、光源１７の姿勢ないしは配置方向、すなわち光源１７を上下方向に配置するか横方向に配置するかに依存しない配光特性が得られる。特に、図４Ｃ及び図４Ｄを参照すれば明らかなように、円錐面である凹形状部２７が形成された反射板１８はｘｚ面とｙｚ面で断面形状が同一である。したがって、光源１７を上下方向に配置した場合でも、光源１７を横方向に配置した場合でも、光源１７から放射された光の凹形状部２７における反射特性は同じとなる。これらの点で、本実施形態の光源装置１１は、図２１で示した反射板に三角形突条部を光源の長手方向に配置した従来技術と比較して、光源の配置方向による制約が少ない。

また、図４Ａ〜図４Ｄを参照すれば明らかなように反射板１８に形成された個々の凹形状部２７は互いに分離されているため、反射板１８の製造に関して液晶ディスプレイ１４のサイズによる制約がない。すなわち、図２０の構成では光源の長さに応じて三角形突条部の長さを調整する必要があるのに対して、本実施形態では凹形状部２７を形成済みの反射板１８を光源１７の長さに応じた寸法で切り出すか、あるいは光源１７の長さに応じた切り出した反射板１８に凹形状部２７を形成することで、液晶ディスプレイ１４のサイズに応じて反射板１８のサイズを簡単に調整できる。

図５は、本実施形態の光源装置１１における角特性を光学シミュレーションにより計算した結果を示す。本計算では、光源１７の本数は５本とした。また、液晶パネル１３と光学シート１９〜２２は取り外した状態で、光源装置１１から無限に離れた位置に配置した光度計に入射する方向余弦の光を光度として計算した。さらに、０°方向（ｙｚ面）と９０°方向（ｘｚ面）について角特性を計算した。

図５を参照すれば明らかなように、０°方向、９０°方向の角特性ともに、光度の強さに少しの違いがあるが、略円形状の配光分布となっている。一方、図２０のように光源の長手方向に三角形突条部を配置した場合、０°方向の角特性は光源の長尺方向に延びた表面形状に大きく依存するため円形状の配光分布となるものの、９０°方向の角特性は三角形突条部の反射により４５°〜６７．５°、１１２．５°〜１３５°の光度が増加することにより一般的にハート形状の配光形状となることが分かっている。

以上より、０°方向、９０°方向の配光分布が略円形状である本実施形態の光源装置１１は、図２０の三角形突条部を有する光源装置と比較して、上下方向と横方向で差異の極めて少ない均一な配光分布を実現できることが分かる。かかる光源装置１１をバックライト装置１２に使用している本実施形態の液晶ディスプレイ１４は、ユーザが見る方向、すなわちユーザが横方向から眺めるか上下方向から眺めるかに依存してない視野角特性を実現できる。

また、０°方向、９０°方向の配光分布が略円形状であることから、前述のように本実施形態の光源装置１１は光源１７を上下方向に配置するか横方向に配置するかに依存しない配光特性を有することが確認できる。

図６は、光源１７の外径半径Ｉと円錐形状である凹形状部２７の開口縁２９の半径ｒの比と光度との関係の光学シミュレーションによる計算結果を示す。この図４において横軸は、光源１０１の外径半径Ｉ（ｍｍ）を凹形状部１０５の開口縁２９の半径ｒ（ｍｍ）で除した値（比）を示す。この比Ｉ／ｒが１よりも小さい場合は、光源１７の外径半径Ｉは開口縁２９の半径ｒよりも小さい。縦軸は、光源装置から出力される光度の相対値である。その他の条件は、配光分布の計算（図４）と同様である。

図６から、凹形状部２７の開口縁２９の半径ｒが光源１７の外径半径Ｉよりも大きくなると、光度が上昇していることがわかる。すなわち、より多くの光量を光源装置から取り出すためには、光源１７の半径よりも凹形状部１０５の底面の半径が大きいことが好ましいことがわかる。

以上のように、本実施形態の光源装置１１では、複数の円錐形状の凹形状部が設けられた反射板１８の上に光源１７を複数配置することで、光源１７の配置方向に依存しない配光分布を実現できる。また、この光源装置１１をバックライト装置１１に適用することにより、ユーザの見る方向に大きく依存しない視野角特性を有する液晶ディスプレイ１４を実現できる。さらに、光源１７の外径半径Ｉよりも円錐形状である凹形状部２７の開口縁２９の半径ｒを大きくすることにより、光源装置１１から取り出すことができる光量を向上させることができる。

（第２実施形態）
図７から図８Ｄに示す本発明の第２実施形態の光源装置１１では、反射板１８の光取り出し方向から見て互いに隣接する光源１７間にも複数個の凹形状部２７が設けられている。具体的には、反射板１８の光取り出し方向から見て個々の光源１７の軸線Ｌに沿って光源１７が配置されているだけでなく、互いに隣接する光源１７間にも等間隔で１列の凹形状部２７が配置されている。本実施形態では、すべての凹形状部２７の形状は同一である。

反射板１８の反射率は第１実施形態と同様に９８％である。また、凹形状部２７の形状は第１実施形態と同様に円錐面であり、開口縁２９の半径ｒは３．９ｍｍ、深さｄは０．９７５ｍｍである。さらに、光源１７は内部−外部電極方式であり、バルブ２３内に内部電極を備え、反射板１８が外部電極を兼ねている。光源１７と反射板１８との最小距離はシステム効率が最も高かった３．１ｍｍに設定している。隣接する光源１７間の横方向（ｘ方向）間隔は１５．６ｍｍに設定している。本実施形態の光源装置１１のその他の構成は第１実施形態と同様である。

本実施形態の光源装置１１は、第１実施形態と同様に、光源１７の配置方向に依存しない配光分布と、ユーザの見る方向に大きく依存しない視野角特性を実現できることに加え、反射板１８の隣接する光源１７間にも凹形状部２７を設けることにより、均斉度を高めることができる。

図９は、本実施形態における光取り出し方向から見た光源１７の軸線Ｌに対する凹形状部２７の最も深い点Ｐを結んだ中心線Ｃの相対的な位置と、０°方向（ｙｚ方向）の光度の角特性との関係を光学シミュレーションによる計算した結果を示す。この計算は、光学シミュレーション用のソフトウェア（サイバネットシステム株式会社製の「Light Tools」）を使用して光の方向性、すなわち、光度の角特性の関係を求めた。また、本計算では光源１７の本数は５本とした。さらに、液晶パネル１３と光学シート１９〜２２は取り外した状態で、光源装置１１から無限に離れた位置に配置した光度計に入射する方向余弦の光を光度として計算した。

図９の横軸は０°方向における角度成分、縦軸は光度の相対値である。図９のａは光取り出し方向から見て軸線Ｌと中心線Ｃが一致する場合を示す。ｂは凹形状部２７を光取り出し方向から見て右へ１／４ｒ（ｒは凹形状部２７の開口縁２９の半径）ずらした場合である。すなわち、ｂは光取り出し方向から見て軸線Ｌと中心線Ｃの距離が０．９７５ｍｍの場合である。ｃは、凹形状部２７を光取り出し方向から見て右へ２／４ｒずらした場合である。すなわち、ｃは光取り出し方向から見て軸線Ｌと中心線Ｃの距離が１．９５ｍｍの場合である。ｄは凹形状部２７を光取り出し方向から見て右へ２／４ｒずらした場合である。すなわち、ｄは光取り出し方向から見て軸線Ｌと中心線Ｃの距離が２．８５ｍｍの場合である。

図９から、ａの場合、すなわち光取り出し方向から見て軸線Ｌと中心線Ｃが一致する場合の光度は、ｂ、ｃ、ｄの場合の光度よりも高くなっていることがわかる。特に軸線Ｌと中心線Ｃが一致する場合には、角度０°付近での光度が非常に高くなっている。

以上より、反射板に形成された凹形状部２７の中心線Ｃと光源１７の軸線Ｌとを一致させることにより、光源装置１１から取り出すことのできる光量を向上できることがわかる。

本実施形態では、互いに隣接する光源１７間に１列の凹形状部２７が設けられているが、隣接する光源１７間に複数列の凹形状部２７を設けてもよい。第２実施形態のその他の構成及び作用は第１実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（第３実施形態）
図１０から図１１Ｄに示す本発明の第３実施形態の光源装置１１では、第２実施形態と同様に、反射板１８に光取り出し方向から見て個々の光源１７の軸線Ｌに沿って凹形状部２７が配置されているだけでなく、互いに隣接する光源１７間にも凹形状部２７が配置されている。本実施形態では、すべての凹形状部２７の形状は同一である。

本実施形態における凹形状部２７は回転放物面（放物線をその対称軸周りに回転させることで得られる三次元曲面）であり、開口縁２９は円形である。個々の光源１７に沿って配置された凹形状部２７の平坦部２８から最も離れた位置にある点（本実施形態では回転放物面の頂点）Ｐを結んだ中心線Ｃは、光取り出し方向から見て光源１７の軸線Ｌと一致している。さらに、図１１Ｃに示すように、光源１７の軸線Ｌを凹形状部２７が構成する回転放物面の焦点に一致させている。光源１７と凹形状部２７をかかる配置とすることにより、凹形状部２７で反射されて正面に照射される光線の光量を向上させるこができる。

第３実施形態のその他の構成及び作用は第２実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（第４実施形態）
図１２Ａから図１２Ｄに示す本発明の第４実施形態の光源装置１１は、第２実施形態と同様に、光取り出し方向から見て個々の光源１７の軸線Ｌに沿って凹形状部２７が配置されているだけでなく、互いに隣接する光源１７間にも凹形状部２７が配置された反射板１８を備える。

本実施形態における凹形状部２７はすべて同一形状であり、第２実施形態における凹形状部２７のような回転放物面の光取り出し方向から見た縦横比を変化させることで得られる曲面（広義の放物面）である。かかる放物面である凹形状部２７の開口縁２９は楕円形である。図１２Ｂに示すように、光取り出し方向から見たときの開口縁２９の楕円形の短軸は、上下方向に延びる光源１７の軸線Ｌと同方向に延びている。換言すれば、凹形状部２７の開口縁２９は上下方向に扁平な楕円形であり、短軸が上下方向（ｙ方向）に延び、長軸が横方向（ｘ方向）に延びている。

前述のように、上下方向から液晶ディスプレイを眺めることは少ないため、上下方向の視野角が狭いことは実用上大きな問題にならないが、横方向から液晶ディスプレイを眺めることはごく一般的であるので、横方向の視野角が狭いことは実用上問題である。つまり、液晶ディスプレイでは、上下方向の視野角特性と比較して、横方向の視野角特性が重要である。そのため、バックライト装置１２で使用する光源装置１１は、横方向の光は極端に絞らず、上下方向の光は絞って光取り出し方向に集光させることが好ましい。

本実施形態では、前述のように凹形状部２７の開口縁２９を短軸が上下方向（ｙ方向）と一致し、長軸が横方向（ｘ方向）と一致する楕円形としているので、光源１７は軸線が上下方向（ｙ方向）に延びる姿勢で配置されているにもかかわらず、横方向（ｘ方向）への配光を広げることができる。また、光源１７の軸線Ｌが上下方向に延びる姿勢であるので、必要な上下方向の配光の広がりは確保できる。したがって、本実施形態の構成により、液晶ディスプレイに要求される視野角特性に適した光学特性を達成できる。詳細には、本実施形態の光源装置１１をバックライト装置１２に使用している液晶ディスプレイ１４は、横方向に十分に広い視野角を有し、かつ上下方向にも実用上必要な視野角が確保される。

なお、本実施形態のように凹形状部２７の開口縁２９を楕円形とする場合、楕円形の扁平率を適切に設定することにより、図２０の反射板に三角形突条部を設ける場合よりも、の０°方向（ｙｚ面）と配光分布と９０°方向（ｘｚ面）の配光分布の差を小さくできることは言うまでもない。

第１実施形態に関して図６を参照して詳細に説明したように、凹形状部２７の開口縁２９が円形である場合、凹形状部２７の開口縁２９の半径ｒが光源１７の外径半径Ｉよりも大きいことが好ましい。同様の理由により、本実施形態における凹形状部２７のように開口端２９が楕円形である場合には、少なくとも楕円形の長軸が光源１７の外径半径よりも大きいことが好ましい。また、開口縁２９の楕円形の短軸が光源１７の外径半径よりも大きいことがさらに好ましい。

第４実施形態のその他の構成及び作用は第２実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（第５実施形態）
図１３Ａから図１３Ｄに示す本発明の第５実施形態の光源装置１１は、光取り出し方向から見て個々の光源１７の軸線Ｌに沿って凹形状部２７Ａが配置されているだけでなく、互いに隣接する光源１７間にも凹形状部２７Ｂが配置された反射板１８を備える。

本実施形態では、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａと、光源１７間に配置された凹形状部２７Ｂの形状が異なる。具体的には、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａは、第４実施形態と同様に、広義の放物面であり、開口縁２９は楕円形である。一方、光源１７間に配置された凹形状部２７Ｂは回転放物面であり、開口縁２９は円形である。また、図１３Ｃに最も明瞭に示すように、光源１７間に配置された凹形状部２７Ｂの深さｄは、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａの深さｄよりも深い。

仮に凹形状部２７Ａ，２７Ｂがない平坦部２８のみの反射板１８であるとすると、光源１７の直上が最高輝度であり、光源１７間が最少輝度である。したがって、光取り出し方向の均斉度を向上させるためには、光源１７の直上方向への反射板１８からの反射光を、光源１７間への反射板１８からの反射光に対して相対的に低減することが好ましい。一方、凹形状部の深さが浅いと配光分布は広がり、深いと配光分布は９０°方向（Ｚ方向）で高くなる。本実施形態では、前述のように光源１７間に配置された凹形状部２７Ｂの深さｄが、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａの深さｄよりも深いので、光源１７間の凹形状部２７Ｂからの反射光は、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａの反射光よりも配光分布が９０°方向（Ｚ方向）で高くなる。逆に、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａの反射光は、光源１７間の凹形状部２７の反射光よりも配光分布が広がる。したがって、凹形状部２７Ａ，２７Ｂは、光源１７間への反射板１８からの反射光を、光源１７の直上方向への反射板１８からの反射光に対して相対的に増加させる機能を果たす。換言すれば、凹形状部２７Ａ，２７Ｂは、光源１７の直上方向への反射板１８からの反射光を、光源１７間への反射板１８からの反射光に対して相対的に低減する機能を果たす。その結果、光取り出し方向の均斉度を向上できる。

光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａの開口縁２９を構成する楕円形は、短軸が上下方向（ｙ方向）と一致し、長軸が横方向（ｘ方向）と一致する。したがって、光源１７は軸線が上下方向（ｙ方向）に延びる姿勢で配置されているにもかかわらず、横方向（ｘ方向）への配光を広げることができる。

第５実施形態のその他の構成及び作用は第２実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（第６実施形態）
図１４Ａから図１４Ｄに示す本発明の第５実施形態の光源装置１１では、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａと光源１７間に配置された凹形状部２７Ｂがいずれも回転放物面である。また、両方の凹形状部２７Ａ，２７Ｂの開口縁２９は半径が同一の円形である。図１４Ｃに最も明瞭に示すように、光源１７間に配置された凹形状部２７Ｂの深さｄは、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａの深さｄよりも深い。そのため、光源１７間への凹形状部２７Ｂからの反射光を、光源１７の直上方向への凹形状部２７Ａからの反射光に対して相対的に増加させることができ、光取り出し方向の均斉度を向上できる。

第６実施形態のその他の構成及び作用は第２実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

（第７実施形態）
図１５Ａから図１５Ｅに示す本発明の第６実施形態の光源装置１１では、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａは回転放物面であり、開口縁２９は円形である。一方、光源１７間に配置された凹形状部２７Ｂは、円錐面、回転放物面（狭義の放物面）、及び広義の放物面でもなく、以下の手順により凹形状部２７Ａの断面形状に基づいて得られる回転曲面である。図１６を参照すると、隣接するｘｚ断面において隣接する２つの凹形状部２７Ａの断面形状（放物線）を光取り出し方向に延長する。次に、矢印α１，α２で模式的に示すように、２つの凹形状部２７Ａ間の中線Ｃ’を基準として、延長した断面形状の一部を移動させる。最後に、移動した断面形状を中線Ｃ’周りに回転させて回転曲面を得る。この手順で得られる凹形状部２７Ｂは尖った先端を有しているが、必要に応じて半球状等の湾曲面としてもよい。

図１５Ｃに最も明瞭に示すように、光源１７間に配置された凹形状部２７Ｂの深さｄは、光源１７の軸線Ｌに沿って配置された凹形状部２７Ａの深さｄよりも深く、光取り出し方向の均斉度を向上できる。

第７実施形態のその他の構成及び作用は第２実施形態と同様であるので、同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。

以下、バックライト装置１２のうち光源装置１１以外の要素、すなわち拡散板１９、拡散シート２０、レンズシート２１、及び輝度上昇フィルム２２について説明する（図１、図２、図７、図１０参照）。光取り出し方向から見て光源１７の前面側には、光源１７側から拡散板１９、拡散シート２０、レンズシート２１、及び輝度上昇フィルム２２がこの順に配置されている。液晶パネル１３は輝度上昇フィルム２２上に配置されている。

拡散板１９は、光入射面１９ａと光出射面１９ｂとを備え、光源装置１１から発せられる光を光入射面１９ａから光出射面１９ｂに導いて他の光学フィルム２０〜２２を介して液晶パネル１３へ出射する。拡散板１９は、アクリル系樹脂のメタクリルスチレン（ＭＳ）、ポリカボネート（ＰＣ）、ゼオノア等の樹脂に、シリカなどの拡散材が混入された板であり、１〜３ｍｍ程度の厚みからなる。また、拡散板の混入の代わりに、拡散板の表面に凹凸をつけることで拡散させる方法もある。本実施形態においては、シリカが混入された２ｍｍ厚のアクリル板を用いた。拡散板１９は、光源１７の直接光や、反射板１８の反射光を拡散して光出射面１９ｂの均斉度を向上させる。

拡散シート２０は、数十μｍから数百μｍの厚さで、拡散板１９と同様にアクリルなどの樹脂にシリカなどの拡散板が混入されている。また、光を集光させるために、拡散シート２０表面にプリズムを作製したものや、拡散と集光を同時に安価で実現するために、直径が数μmから数十μｍのシリカビーズを拡散材の入ったペーストに混入し、表面に塗布する方法も取られている。本実施形態においては、シリカビーズが混入されたペーストが表面に塗布されている１５０μｍの拡散シートを使用した。ペーストにより、拡散板１９による拡散光をさらに拡散させるとともに、ビーズによって、拡散された光を前面方向に集光することで正面輝度が上昇する。

レンズシート２１は数百μｍの厚さで、表面に凹凸のレンズが作製されているものである。本実施形態においては、５０μｍピッチで高さが２０μｍの三角形状が上から下に並んだレンズシートを用いた。レンズシート２１によって、平行に配列された長尺な光源の側面方向の光が集光され、正面輝度がより向上する。

輝度上昇フィルム２２は、数百μｍの厚さで、屈折率の異なる数十、数百の樹脂層を重ねることでＰ波のみを透過し、Ｓ波を反射させる。本実施形態においては、４００μm厚の輝度上昇フィルムを使用した。輝度上昇フィルム２２によって、レンズシート２１により集光された光のうち、Ｐ波のみが透過され、Ｓ波は反射される。そのため、液晶パネル１３で吸収されていたＳ波を有効利用できるので、正面輝度、輝度効率がともに向上する。

本発明は、実施形態に限定されず種々の変形が可能である。

例えば、実施形態では、反射板１８は外部電極を兼ねているが（図３参照）、反射板１８とは別個に外部電極を設けてもよい。この場合、図１７に示すように、個々の光源１７毎に別体の外部電極３０を設けてもよい。

また、図１８に示すように、光源１７はバルブ２３の内部の両端に一対の内部電極２４Ａ，２４Ｂを備える内部−内部電極方式でもよい。この場合、図１８のように個々の光源１７毎に点灯回路２５を設けてもよいが、コスト低減のために２つの光源１７に対して１つの点灯回路２５を設けることも可能である。

さらに、図１９に示すように、光源１７はバルブ２３の外部の両端に一対の外部電極３０Ａ，３０Ｂを備える外部−外部電極方式でもよい。外部−外部電極方式では放電媒体の放電は誘電体バリア放電となるので、最低限１個の点灯回路２５で各光源１７を点灯できる。外部電極３０Ａ，３０Ｂはバルブ２３内の放電媒体に離れて配置されていればよいので、バルブ２３の外周に接触していてもよい。

本発明は、光源の配置による制約、及び、液晶ディスプレイのサイズによる制約、すなわち、管形状光源の長さによる制約を解除し、効率向上、均斉度向上ができるので、液晶バックライト用の光源装置等として有用である。

本発明の第１実施形態に係る光源装置を備える液晶ディスプレイの断面図。 本発明の第１実施形態に係る光源装置を備える液晶ディスプレイの分解斜視図。 本発明の第１実施形態に係る光源装置の配線構造（内部−外部電極方式）を示す模式図。 第１実施形態における反射板の模式的な部分斜視図。 第１実施形態における反射板の模式的な正面図（ｘｙ面）。 図４ＢのIV−IV線での断面図（ｘｚ断面）。 図４ＢのIV’−IV’線での断面図（ｙｚ断面）。 本発明の第１実施形態に係る光源装置の光学シミュレーションによる配光図。 本発明の第１実施形態に係る光源装置における凹形状部の開口縁の半径に対する光源の外径半径の比と光度との関係を示す線図。 本発明の第２実施形態に係る光源装置を備える液晶ディスプレイの断面図。 第２実施形態における反射板の模式的な部分斜視図。 第２実施形態における反射板の模式的な正面図（ｘｙ面）。 図８ＢのXIII−XIII線での断面図（ｘｚ断面）。 図８ＢのXIII’−XIII’線での断面図（ｙｘ断面）。 本発明の第２実施形態に係る光源装置における管軸の凹部に対する位置と光度の関係を示す線図。 本発明の第３実施形態に係る光源装置を備える液晶ディスプレイの断面図。 第３実施形態における反射板の模式的な部分斜視図。 第３実施形態における反射板の模式的な正面図（ｘｙ面）。 図１１ＢのXI−XI線での断面図（ｘｚ断面）。 図１１ＢのXI’−XI’線での断面図（ｙｚ断面）。 本発明の第４実施形態に係る光源装置が備える反射板の模式的な部分斜視図。 第４実施形態における反射板の模式的な正面図（ｘｙ面）。 図１２ＢのXII−XII線での断面図（ｘｚ断面）。 図１２ＢのXII’−XII’線での断面図（ｙｚ断面）。 本発明の第５実施形態に係る光源装置が備える反射板の模式的な部分斜視図。 第５実施形態における反射板の模式的な正面図（ｘｙ面）。 図１３ＢのXIII−XIII線での断面図（ｘｚ断面）。 図１３ＢのXIII’−XIII’線での断面図（ｙｚ断面）。 図１３ＢのXIII''−XIII''線での断面図（ｙｚ断面）。 本発明の第６実施形態に係る光源装置が備える反射板の模式的な部分斜視図。 第６実施形態における反射板の模式的な正面図（ｘｙ面）。 図１４ＢのXIV−XIV線での断面図（ｘｚ断面）。 図１４ＢのXIV’−XIV’線での断面図（ｙｚ断面）。 図１４ＢのXIV''−XIV''線での断面図（ｙｚ断面）。 本発明の第７実施形態に係る光源装置が備える反射板の模式的な部分斜視図。 第７実施形態における反射板の模式的な正面図（ｘｙ面）。 図１５ＢのXV−XV線での断面図（ｘｚ断面）。 図１５ＢのXV’−XV’線での断面図（ｙｚ断面）。 図１５ＢのXV''−XV''線での断面図（ｙｚ断面）。 第７実施形態における凹部の形状の設計の概念を示す模式図。 配線構造の第１の代案（内部−外部電極方式）を示す模式図。 配線構造の第２の代案（内部−内部電極方式）を示す模式図。 配線構造の第３の代案（外部−外部電極方式）を示す模式図。 従来の光源装置を示す部分的な模式図。

符号の説明

１１ 光源装置
１２ バックライト装置
１３ 液晶パネル
１４ 液晶ディスプレイ
１５ 筐体
１７ 光源
１８ 反射板
１９ 拡散板
１９ａ 光入射面
１９ｂ 光出射面
２０ 拡散シート
２１ レンズシート
２２ 輝度上昇フィルム
２３ バルブ
２４ 内部電極
２５ 点灯回路
２７ 凹形状部
２８ 平坦部
２９ 開口縁
３０ 外部電極
Ｌ 軸線
Ｉ バルブの外径半径
ｒ 開口縁の半径
Ｐ 点
Ｃ 中心線
Ｃ’ 中線

Claims (10)

1. 軸線が同方向に延びるように間隔を隔てて配置された複数の管形状の光源と、
   光取り出し方向から見て前記光源の背面側に配置され、前記光源と対向する平坦部と、前記平坦部から前記光源に対して離れる方向に窪み、前記平坦部との接続部分に形成される開口縁が円形又は楕円形であり、かつ前記光取り出し方向から見て少なくとも個々の前記光源の前記軸線に沿ってそれぞれ複数個配置された凹形状部とを有する反射部材と
   を備える光源装置。
2. 前記開口縁を構成する前記円形の半径又は前記楕円形の長軸が前記光源の外径半径よりも大きい、請求項１に記載の光源装置。
3. 前記凹形状部は、円錐面又は放物面である、請求項２に記載の光源装置。
4. 個々の前記光源について、前記軸線と、前記軸線に沿って配置された前記複数個の凹形状部のうち最も前記軸線から離れた位置にある点を結んだ中心線とが、前記光取り出し方向から見て実質的に一致している、請求項３に記載の光源装置。
5. 前記光取り出し方向から見て互いに隣接する前記光源間の前記平坦部に前記凹形状部が配置されている、請求項１に記載の光源装置。
6. 前記光源間に配置された前記凹形状部の深さは、前記光源の前記軸線に沿って配置された前記凹形状部の深さよりも深い、請求項５に記載の光源装置。
7. 前記光源は前記軸線が重力方向に延びる姿勢で配置されている、請求項１に記載の光源装置。
8. 前記光源の軸線に沿って配置された前記凹形状部の前記開口縁は楕円形であり、前記光取り出し方向から見て前記軸線に沿って延びる短軸を有する、請求項７に記載の光源装置。
9. 請求項１に記載の光源装置と、
   光入射面と光出射面とを備え、前記光源装置から発せられる光を前記光入射面から前記光出射面に導いて出射させる拡散板とを少なくとも含む光学部材と
   を備える、バックライト装置。
10. 請求項９に記載のバックライト装置と、
    前記拡散板の前記光出射面に対向して配置された液晶パネルと
    を備える、液晶ディスプレイ。

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