JP5068865B2 - 光源モジュール、およびそれを備えた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、光源モジュール、およびそれを備えた電子機器に関し、より具体的には、例えば液晶表示装置において、薄型化を図るために、光源からの光を導光板によって面状に出射させるサイドエッジ（サイドライトともいう）型導光板を備えたバックライトに用いられる光源モジュール、およびそれを備えた電子機器に関する。

近年、液晶表示装置においては、薄型化を図るために、光源からの光を導光板によって面状に出射させるサイドエッジ型導光板を備えたバックライトが多用されている。

このようなサイドエッジ型導光板として、例えば特許文献１に開示された面状照明装置がある。図１１は、特許文献１の面状照明装置を示す図である。図１１に示されるように、特許文献１の面状照明装置１００では、導光板１０１の主面にプリズム状の構造体が形成されている。そして、上記主面と直交する端面１１１近傍にＬＥＤ光源１０２が複数設けられている。ここで、複数のＬＥＤ光源１０２の１つの光源１０２ａのみを選択的点灯手段により点灯した場合、導光板１０１の端面１１１から入射した光は、導光板１０１の主面に設けられたプリズム状の構造体の作用により、図１１の上下方向には殆ど広がることなく、図１１の左方向に伝播し、帯状の照明領域１０３が形成される。

図１２は、特許文献１の面状照明装置におけるプリズム状構造体１１０の構成を示す断面図である。図１２に示されるように、導光板１０１の断面内において、プリズム面の一方の面に対して、平坦面との角度θで入射した光は、全反射されて対向するプリズム面に入射、全反射する。そして、断面角度φで平坦面に入射する。このとき、φ＝θである。特許文献１の面状照明装置では、面状照明を得るため、平坦面にドット状の白色反射面等を形成し均一に照明している。

また、例えば特許文献２には、導光板における出射面と反対の面にＶ溝が形成された構成が開示されている。

特開２００９−２８３３８３号公報（２００９年１２月 ３日公開） 特開２００９−３１４４５号公報 （２００９年 ２月１２日公開）

しかしながら、特許文献１の面状照明装置には、以下の問題がある。

すなわち、特許文献１の面状照明装置におけるプリズム状構造体１１０は、角度θが特定の角度である光に対しては、導光板内に光を閉じ込める閉じ込め効果が極めて高い。しかし、浅い角度（平坦面との角度θが小さい）で入射した光Ｃに対しては、閉じ込め効果を奏さない。浅い角度で入射した光Ｃは、直進方向（導光板の長手方向）および垂直方向（導光板の短手方向）への広がりが大きい。このため、図１２に示されるように、光Ｃは、照明領域１０３から外れたプリズム面の真下方向に反射する成分が多くなる。そして、プリズム面の真下方向に反射する成分が平坦面で散乱しプリズム状構造体１１０から出射する。その結果、浅い角度（平坦面との角度θが小さい）で入射した光Ｃは、照明領域１０３からずれた位置から出射するおそれがある。

このように、従来の構成の導光板では、浅い角度で入射する光に対しては、本来光を出射すべき照射領域１０３から外れた領域から出射する。その結果、照明領域１０３は、光の直進方向（長手方向）と垂直な方向（短手方向）に拡がるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、光の直進方向（長手方向）と垂直な方向（短手方向）への拡がりを抑えることができる光源モジュール、およびそれを備えた電子機器を提供することにある。

本発明の光源モジュールは、上記の課題を解決するために、導光板と、上記導光板における長手方向の少なくとも一方の端面から光をそれぞれ入射させる複数の光源と、上記導光板における光の出射面と反対の面に、上記導光板の内部にて導光される光を取り出すための複数の光路変換部とを備えた光源モジュールであって、上記導光板における光の出射面に、長手方向に稜線を有する曲面で構成された曲面構造部を複数有することを特徴としている。

上記の構成によれば、上記導光板における光の出射面に、長手方向に稜線を有する曲面で構成された曲面構造部を複数有する。すなわち、複数の曲面構造部は、長手方向に沿って形成されている。一方、導光板の出射面と反対の面に、上記導光板の内部にて導光される光を取り出すための複数の光路変換部が形成されている。光路変換部においては導光体中を導光する光線の角度成分を変換し、長手方向及び短手方向における全反射条件を崩す光線を導光体から出射することが可能になる。曲面構造部は、その面形状が（短手方向）に対し連続的に変化した曲面を有する。それゆえ、光路変換部にて光路が変換された光のうち、出射面の長手方向で全反射条件が崩れた光については、短手方向の様々な角度成分の光線が効率的に取り出されることになる。すなわち、出射面の長手方向で全反射条件が崩れた光は、出射面の短手方向において様々な角度で入射しても、出射面で全反射せず導光板から出射する。また、光路変換部にて光路が変換された光のうち、出射面の長手方向で全反射条件が崩れていない光は、導光板から出射することなく、短手方向の光線の成分の拡がりが抑えられた状態で導光板内部を導光することになる。したがって、上記の構成によれば、光の直進方向と垂直な方向（短手方向）への拡がりを抑えることができる光源モジュールを実現することができる。

本発明の光源モジュールにおいて、上記曲面構造部の高さをＨとし、上記曲面構造部同士の間隔をＰとしたとき、高さＨ及び間隔Ｐは、
０．２＜Ｈ／Ｐ＜０．５
を満たすことが好ましい。

上記の構成によれば、上記曲面構造部は、その接線の傾きが連続的に変化している。それゆえ、出射面に様々な角度で入射する光の取り出し効果及び短手方向への光の拡がりを抑制する効果という点で有効に作用する。また、上記の構成によれば、高さＨ及び間隔Ｐは、０．２＜Ｈ／Ｐ＜０．５を満たすように設定されているので、曲面構造部を有する導光板を量産するに際し作製効率が向上するとともに、形状のずれに対する特性の変動を抑えることが可能になる。また、Ｈ／Ｐ（高さＨ及び間隔Ｐのアスペクト比）を０．２＜Ｈ／Ｐ＜０．５の範囲に設定することにより、アスペクト比に対するクロストーク量（光直進性の優劣を示す値）の変動を小さくすることができ、光源モジュールの特性変動を抑えることができる。

本発明の光源モジュールにおいて、上記光路変換部の間隔は、上記稜線の間隔よりも小さくなっていることが好ましい。

上記の構成によれば、上記光路変換部の間隔は、上記稜線の間隔よりも小さくなっているため、光の直進方向（長手方向）と垂直な方向への拡がりをさらに抑えることができる。

本発明の光源モジュールにおいて、上記複数の光源を選択的に点灯する光源制御部を備えたことが好ましい。

上記の構成によれば、上記複数の光源を選択的に点灯する光源制御部を備えている。それゆえ、例えば電子機器として液晶表示装置に適用すると、光源制御部が映像信号における１フレーム内の垂直走査に同期して映像信号に応じた領域が照明されるように、選択的に光源を一定時間点灯するとき、導光板の特定の部分のみを適切に点滅照明して動画特性を向上させることができる。

本発明の光源モジュールにおいて、上記光路変換部は、マイクロレンズであることが好ましい。

上記の構成によれば、出射面側に取り出す光の指向性を向上させることができる。

本発明の電子機器は、上記の課題を解決するために、上述の光源モジュールを備えたことを特徴としている。

本発明の光源モジュールにおいて、上記曲面構造部の高さをＨとし、上記導光板の厚さをＴとしたとき、上記曲面構造部の高さＨは、上記導光板の厚さＴの１０％以下であることが好ましい。

上記の構成によれば、上記曲面構造部の高さＨは、上記導光板の厚さＴの１０％以下であるので、曲面構造部同士の隙間からの光漏れを低減でき、光結合効率を向上させることができる。

上記の構成によれば、光の直進方向（長手方向）と垂直な方向への拡がりを抑えることができる電子機器を実現することができる。

本発明の光源モジュールは、以上のように、上記導光板における光の出射面に、長手方向に稜線を有する曲面で構成された曲面構造部を複数有する構成である。また、本発明の電子機器は、以上のように、上記記載の光源モジュールを備えた構成である。

それゆえ、光の直進方向（長手方向）と垂直な方向（短手方向）への拡がりを抑えることができるという効果を奏する。

本発明の光源モジュールの概略構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。 上記光源モジュールを備えた液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 上記光源モジュールを備えた液晶表示装置における一部の構成を示す断面図である。 （ａ）は、マイクロレンズ群のうち１つのマイクロレンズの拡散イメージを示し、左側はｘ−ｚ面での散乱特性を示す模式図であり、右側は、ｙ−ｚ面での散乱特性を示す模式図であり、（ｂ）は、拡散材（散乱体）の拡散イメージを示し、左側はｘ−ｚ面での散乱特性を示す模式図であり、右側は、ｙ−ｚ面での散乱特性を示す模式図である。 （ａ）は、曲面構造体およびマイクロレンズ群が形成された導光板の構成を示す断面図であり、（ｂ）は、曲面構造体および散乱体が形成された導光板の構成を示す断面図である。 導光板における曲面構造体の有無と、出射面での照度分布との関係を示し、（ａ）は、導光板に曲面構造体がある場合における出射面上の２次元的な照度分布を示し、（ｂ）は、導光板に曲面構造体がない場合における出射面上の２次元的な照度分布を示し、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）の構成について、導光板の中央部におけるＹ方向の照度分布を示したグラフである。 導光板内部を導光する光の経路を示す断面図であり、（ａ）は、導光板の出射面に曲面構造体が形成された場合（実施例）を示し、（ｂ）は、導光板の出射面に頂角９０°のプリズムが形成された場合（従来例１）を示し、（ｃ）は、導光板の出射面に頂角５°のプリズムが形成された場合（従来例２）を示し、（ｄ）は、（ａ）に示された曲面構造体２０ａの別の構成を示す。 導光板におけるＸ方向の側面形状を示す側面図であり、（ａ）は、曲面構造体の高さが小さい場合を示し、（ｂ）は、曲面構造体の高さが大きい場合を示す。 上記光源モジュールにおける導光板の他の変形例を示し、（ａ）は、導光板の厚さＴに対して高さＨ／間隔Ｐが０．４の条件で曲面構造体を形成した導光板（構成Ｉ）の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の曲面構造体において、間隔をＰ／２、高さをＨ／２とした導光板（構成ＩＩ）の概略構成を示す断面図である。また、（ｃ）は、高さＨ／間隔Ｐの比が同じであるとき、間隔Ｐを半分にすると光閉じ込めの効果は変わらないことを示すグラフである。 上記光源モジュールにおける導光板の他の変形例を示す平面図である。 特許文献１の面状照明装置を示す平面図である。 特許文献１の面状照明装置におけるプリズム状構造体の構成を示す断面図である。 光源モジュールにおけるバックライトブリンキングを説明するための模式図である。 曲面構造体２０ａにおける高さＨ及び間隔Ｐのアスペクト比Ｈ／Ｐと光直進性との相関関係を示すグラフである。

本発明の一実施形態について図１〜図１０、図１３、及び図１４に基づいて説明すれば、以下のとおりである。図２は、本実施の形態の光源モジュールを備えた液晶表示装置（電子機器）の分解斜視図である。

本実施の形態の光源モジュール１０を備えた電子機器としての例えば液晶表示装置１は、図２に示すように、下から順に、シャーシ２、光源モジュール１０、液晶パネル３、ベゼル４にて構成されており、光源モジュール１０は、反射板としての反射シート１１、光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）１２及びＬＥＤ基板１３、リフレクタ１４、導光板２０、拡散板１５、並びに光学シート群１６から構成されている。尚、拡散板１５、及び光学シート群１６は、本発明においては存在しなくてもよい。

図３は、光源モジュール１０を備えた液晶表示装置１における一部の構成を示す断面図である。上記ＬＥＤ１２及びＬＥＤ基板１３、並びにリフレクタ１４は、図３に示すように、導光板２０の端部に設けられ、これによって、ＬＥＤ１２からの光を導光板２０における一方の端面２１ａに入射し、導光板２０の出射面２０ｄから拡散板１５及び光学シート群１６を通して、液晶パネル３に光を照射するようになっている。したがって、本実施の形態の光源モジュール１０は、サイドエッジ（サイドライトともいう）方式を採用している。なお、導光板２０からは出射面２１ｄ以外からの面からも光は出射するが、導光板２０の出射面２０ｄ、ＬＥＤ１２が配置される面以外の面には反射シート１１が配置され、再度導光板２０に入射するようになっているため、ほとんどの光は出射面２１ｄから出射される。なお、ここでは、導光板２０の長手方向をＸ方向とし、導光板２０の法線方向をＺ方向とし、Ｘ方向およびＺ方向に対し垂直な方向をＹ方向とする。Ｙ方向は、導光板２０の長手方向（Ｘ方向）に対して、短手方向ともいえる。

図１は、本実施の形態における光源モジュール１０の概略構成を示し、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は側面図である。図１（ａ）および（ｂ）に示されるように、導光板２０の長手方向の両端からそれぞれ光を入射させるＬＥＤ１２として、ＬＥＤＬ１〜Ｌ５、ＬＥＤＲ１〜Ｒ５が配置されている。ＬＥＤＬ１〜Ｌ５はそれぞれ、ＬＥＤＲ１〜Ｒ５と長手方向において対向するように配置されている。なお、図１（ａ）および（ｂ）に示されていないが、光源モジュール１０は、ＬＥＤＬ１〜Ｌ５およびＬＥＤＲ１〜Ｒ５を選択的に点灯（選択点灯）する光源制御部を備えている。この光源制御部は、ＬＥＤＬ１〜Ｌ５およびＬＥＤＲ１〜Ｒ５の全光源を点灯するように制御することもできる。

また、導光板２０の出射面（上面）２０ｄには、曲面で構成された曲面構造体２０ａ…が形成されている。この曲面構造体２０ａ…は、導光板２０の長手方向（Ｘ方向）に沿って筋状のパターンとして形成されている。すなわち、導光板２１は、光の出射面２０ｄに、長手方向に稜線２０ｅを有する曲面で構成された曲面構造体（曲面構造部）２０ａを複数有する。この曲面構造体２０ａは、導光板２０の出射面２０ｄ自体に形成された構造体（導光板２０自体に形成された構造体）であって、導光板２０に導光板２０とは別の部材として曲面構造部材が設けられたものではない。

なお、本実施形態では、導光板２０に形成された曲面構造体２０ａは、導光板２０の出射面に対し垂直な方向の高さをＨとし、曲面構造体２０ａ同士の間隔をＰとしたとき、以下の関係、
０．２＜Ｈ／Ｐ＜０．５
を満たす構成になっていることが好ましい。すなわち、Ｈ／Ｐ（高さＨ及び間隔Ｐのアスペクト比）は、０．２〜０．５の範囲であることが好ましい。より好ましくは、アスペクト比Ｈ／Ｐは、０．３〜０．４の範囲である。アスペクト比Ｈ／Ｐを０．２〜０．５の範囲に設定することにより、アスペクト比に対するクロストーク量（光直進性の優劣を示す値）の変動を小さくすることができ、光源モジュールの特性変動を抑えることができる。

図１４は、高さＨ及び間隔Ｐのアスペクト比Ｈ／Ｐと光直進性との相関関係を示すグラフである。図１４のグラフでは、光直進性の優劣を示すパラメータとして（互いに隣接するＬＥＤ間における出射光の）クロストーク量（％）を採用している。このクロストーク量が小さいほど、光直進性が高くなる。また、図１４に示されるグラフは、長手方向の長さ６０インチ、厚み３ｍｍの導光板２０を用いた結果である。

図１４に示されるように、アスペクト比が小さくなるに従い、クロストーク量が大きくなっている。すなわち、光直進性は、アスペクト比が小さくなるに従い低下している。アスペクト比Ｈ／Ｐ≧０．２である場合、アスペクト比に対しクロストーク量の変動が大きく、かつクロストーク量自体が比較的大きくなっている。一方、０．２＜アスペクト比Ｈ／Ｐ＜０．５である場合、アスペクト比に対するクロストーク量（光直進性）の変動が比較的小さく、かつクロストーク量自体が小さくなっている。

以上のことから、曲面構造体２０ａにおけるアスペクト比Ｈ／Ｐは、
０．２＜Ｈ／Ｐ＜０．５
を満たす構成になっていることが好ましいことがわかる。アスペクト比が０．２〜０．５の範囲内であれば、光直進性の変動を小さくすることができる。また、曲面構造体２０ａの形状にずれがあった場合でも、光直進性が大きく変動することがない。なお、アスペクト比Ｈ／Ｐ＝０．５である場合、曲面構造体２０ａの形状は半円筒形状に相当する。

また、図１（ｂ）に示されるように、導光板２０における曲面構造体２０ａと反対側の下面２０ｃ（出射面２０ｄと反対の面；裏面）には、光路変換部として、マイクロレンズ群２０ｂが形成されている。

マイクロレンズ群２０ｂは、導光板２０にて導光される光を取り出すレンズ群である。すなわち、マイクロレンズ群２０ｂは、導光板２０の内部にて導光される光の光路を変換させ、出射面２０ｄ側に取り出す。マイクロレンズ群２０ｂは、導光板２０の出射面２０ｄから出射される光が均一になるように形成されている。マイクロレンズ群２０ｂを構成するマイクロレンズは、同一の間隔で配置されている。マイクロレンズの間隔は、曲面構造体２０ａの間隔Ｐよりも小さくなっており、具体的には８５μｍである。

本実施の形態においては、光路変換部は、マイクロレンズ群２０ｂであったが、この構成に限定されず、導光板２０の内部にて導光される光の光路を変換させるものであればよい。例えば、光路変換部は、導光板２０の内部にて導光される光を散乱（拡散）させる散乱体であってもよい。この場合、光路変換部は、導光板２０の下面２０ｃに白色パターンの散乱体が点在した構成になる。しかし、散乱体の形状は点状に限定されず、線状の白色パターン、または、プリズム等から形成することもできる。白色パターンの散乱体は、例えば、スクリーン印刷等によって形成することができる。また、プリズム形状の散乱体は、押し出し成形、射出成形、プレス加工等により形成することができる。なお、本実施の形態においては、光路変換部は、出射面２０ｄ側に取り出す光の指向性を確保する上で、マイクロレンズ群２０ｂであることが好ましい。

ここで、本実施例におけるマイクロレンズについて言及する。

ここでいうマイクロレンズとは、導光板２０上に導光板２０の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する樹脂により形成される構造物である。本実施例に示すマイクロレンズにおいては、インクジェット装置により導光板２０に塗布を行い、ＵＶ硬化を行うことで形成することができる。インクジェット装置により塗布を行うことで、高い位置精度と細かい塗布が可能であり、広い狭い関係なく均一なパターン印刷が可能である。本実施例においては、マイクロレンズの単体の径は、０μｍ（マイクロレンズ塗布無しの場合に相当）および約３０〜７０μｍの範囲で制御を行い、ピッチは８５μｍとしている。

なお、マイクロレンズの屈折率は導光板材料の屈折率と同じであることが理想であるが、導光板材料の屈折率±１０％の範囲で取り出す光の指向向性確保に問題の無い結果が得られ、導光板材料の屈折率±３％で不要な散乱の殆ど無い良好な結果が得られることを確認している。

一方で、導光板２０における光路変換部としては、拡散材を含有したインクの印刷によるもの（散乱体）もある。一般的に、散乱体は、マスクを用いたスクリーン印刷により形成が可能であるが、マイクロレンズと同程度まで一つ一つのパターンをあまり小さくすることはできない。

図４（ａ）は、マイクロレンズ群２０ｂのうち１つのマイクロレンズ２０ｂ１の拡散イメージを示し、左側はｘ−ｚ面での散乱特性を示す模式図であり、右側は、ｙ−ｚ面での散乱特性を示す模式図である。また、図４（ｂ）は、拡散材（散乱体）の拡散イメージを示し、左側はｘ−ｚ面での散乱特性を示す模式図であり、右側は、ｙ−ｚ面での散乱特性を示す模式図である。

光路変換部としてのマイクロレンズ２０ｂ１は、導光板２０との屈折率が同じであるために、マイクロレンズ面での屈折と反射により光路変換がなされる。よって、図４（ａ）に示されるように、マイクロレンズ２０ｂ１により光路変換された光は、光線の進行方向（図中Ｘ方向）および進行方向に対して垂直な方向（図中Ｙ方向）において変動が少なく、ｚ方向での角度変換による光路変換が主となる。そのため、光路変換部としてのマイクロレンズ２０ｂ１は、光線の指向性は保たれることになり、導光板２０内における光線の直進性を向上させることが可能である。

一方で、拡散材を含有したインクによるパターン（散乱体）においては、拡散材による光線の乱反射による光路変換のため、光路変換後の光線は、マイクロレンズ２０ｂ１と比較すると広い範囲の角度に散乱される確率が高くなる。しかし、導光板２０の光出射面に形成された曲面構造体２０ａによる効果によって、短手方向の光を閉じ込める効果は、マイクロレンズと比較して劣るわけではない。

また、図５（ａ）は、曲面構造体２０ａおよびマイクロレンズ群２０ｂが形成された導光板２０の構成を示す断面図である。また、図５（ｂ）は、曲面構造体２０ａおよび散乱体２０ｆが形成された導光板２０の構成を示す断面図である。

上述のように、散乱体２０ｆは、マイクロレンズ２０ｂ１と同程度まで一つ一つのパターンをあまり小さくすることはできない。それゆえ、図５（ｂ）に示されるように、光路変換部として散乱体２０ｆを形成した場合、曲面構造体２０ａの大きさによっては、散乱体２０ｆが曲面構造体２０ａよりも大きくなることがある。

このように、本実施の形態の光源モジュールにおいて、導光板２０は、下面２０ｃに光を出射面２０ｄ側へ取り出すためのマイクロレンズ群２０ｂが形成され、出射面２０ｄに曲面構造体２０ａが形成された構成である。この構成によれば、マイクロレンズ群２０ｂにより導光板２０の出射面２０ｄ側に取り出される光の指向性を確保しつつ、曲面構造体２０ａにより短手方向（Ｙ方向）の光の拡がりを抑えることができる。それゆえ、導光板２０内部での光直進性を向上させることができる。

図６は、導光板２０における曲面構造体２０ａの有無と、出射面での照度分布との関係を示すグラフである。図６（ａ）は、導光板２０に曲面構造体２０ａがある場合における出射面２０ｄ（ＸＹ平面）上の２次元的な照度分布を示し、図６（ｂ）は、導光板２０に曲面構造体２０ａがない場合における出射面２０ｄ（ＸＹ平面）上の２次元的な照度分布を示し、図６（ｃ）は、図６（ａ）および図６（ｂ）の構成について、導光板の中央部におけるＹ方向の照度分布を示す。なお、図６（ａ）〜（ｃ）においては、図１（ａ）および（ｂ）におけるＬＥＤＬ３およびＬＥＤＲ３を選択的に点灯している。

図６（ａ）および（ｃ）に示されるように、導光板２０の出射面２０ｄに曲面構造体２０ａが形成されている場合、ＬＥＤＬ３およびＬＥＤＲ３からの出射光は、曲面構造体２０ａの効果により、短手方向（Ｙ方向）に拡がることなく、導光板２０内を導光していることが分かる。そして、導光板２０内部を導光している光は、マイクロレンズ群２０ｂにより出射面２０ｄ側に取り出されている。すなわち、ＬＥＤＬ３およびＬＥＤＲ３を選択的に点灯することで、導光板２０の出射面２０ｄにおける特定の照射領域（ＬＥＤＬ３およびＬＥＤＲ３に対応した領域）から光が出射している。

一方、図６（ｂ）および（ｃ）に示されるように、導光板２０の出射面２０ｄに曲面構造体２０ａが形成されていない場合、ＬＥＤＬ３およびＬＥＤＲ３からの出射光は、短手方向（Ｙ方向）に拡がってしまい、導光板２０の出射面２０ｄ全面から光が出射していることが分かる。すなわち、ＬＥＤＬ３およびＬＥＤＲ３を選択的に点灯しても、出射面２０ｄの特定の領域から光が出射しない。

このように本実施の形態の光源モジュールによれば、ＬＥＤＬ１〜Ｌ５およびＬＥＤＲ１〜Ｒ５のうち点灯するＬＥＤを選択することで、導光板２０の出射面２０ｄにおける、選択したＬＥＤに対応した領域から精度良く光を出射する（取り出す）ことが可能になる。すなわち、点灯するＬＥＤを選択することで、導光板２０の出射面２０ｄでの光の照射領域を制御することができる。

ところで、液晶表示装置１においては、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube：陰極線管）表示装置と比較して、動画のボヤケという問題点がある。すなわち、ＣＲＴ表示装置においては、あるフレームにおける画素の発光期間と、次のフレームにおけるこの画素の発光期間との間に、この画素が発光しない非発光期間があるため、残像感が少ない。これに対して、液晶表示装置１の表示方式はこのような非発光期間がない「ホールド型」であるため、残像感が生じ、この残像感が使用者に動画のボヤケとして認識される。

そこで、バックライト型の液晶表示装置１においては、バックライトである光源モジュール１０を分割し、液晶パネル３に映像信号を印加するタイミングに同期して順次消灯することにより、画像表示と画像表示との間に黒表示を挿入する技術であるバックライトブリンキングが提案されている。これにより、疑似インパルス型の表示を実現し、残像感を抑え、消費電力を低減することができる。

図１３を参照して、バックライトブリンキングについて説明する。図１３は、光源モジュール１０におけるバックライトブリンキングを説明するための模式図である。図１３に示されるように、光源モジュール１０は、光源制御部２３を備えている。このような光源モジュール１０を備えた液晶表示装置１は、映像信号における１フレーム内の垂直走査に同期して、映像信号に応じた領域が照明されるように、光源制御部２３によって、選択的にＬＥＤを一定時間点灯することができる。それゆえ、導光板２０の特定の部分のみを適切に点滅照明して動画特性を向上させることができる。

具体的なバックライトブリンキング動作として、図１３に示すような、画面をスキャンフレーム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、及び２２ｅの５フレームに分割した場合における動作について説明する。図１３に示される構成では、スキャンフレーム２２ａ〜２２ｅの各フレームに対応して、導光板２０の長手方向両端に位置するＬＥＤ１２についても５ブロックに分かれる。ＬＥＤ１２における５ブロックはそれぞれ、Ｌ１〜Ｌ５のうち対応するスキャンフレームの長手方向左側に配されたＬＥＤと、Ｒ１〜Ｒ５のうち対応するスキャンフレームの長手方向右側に配されたＬＥＤとから構成されている。例えば、スキャンフレーム２２ｄに対応するＬＥＤ１２のブロックは、Ｌ３及びＬ４から構成されている。例えばスキャンフレーム２２ｃを選択的に点灯させる場合、光源モジュール１０の光源制御部２３は、ＬＥＤ１２におけるＬ３及びＲ３を選択的に点灯させる。これにより、液晶表示装置１において、映像信号の１フレーム内の垂直走査に同期して、各フレームを選択点灯させることが可能になり、動画特性を向上させることができる。

次に、曲面構造体２０ａの効果について、図７（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。図７は、導光板内部を導光する光の短手方向の経路示す断面図であり、図７（ａ）は、導光板２０の出射面に曲面構造体２０ａが形成された場合（実施例）を示し、図７（ｂ）は、導光板２０の出射面に頂角９０°のプリズムが形成された場合（従来例１）を示し、図７（ｃ）は、導光板２０の出射面に頂角５°のプリズムが形成された場合（従来例２）を示し、図７（ｄ）は、図７（ａ）に示された曲面構造体２０ａの別の構成を示す。なお、図７（ａ）に示された曲面構造体２０ａは、高さＨと間隔Ｐとの比率Ｈ／Ｐが０．４となっている。

導光板内部を様々な角度で導光する光を、効率的に出射面で出射させるためには、光が出射面で全反射するか否かが重要である。導光板は、出射面に入射してくる光に対し全反射する光が多ければ多いほど、出射面からの光の出射効率が低下する。一方、出射面に入射してくる光に対し全反射する光が少なければ、出射面からの光の出射効率が増加する。すなわち、導光板内部の光を効率的に出射面で出射させるためには、出射面に様々な角度で入射する光に対し全反射する条件を崩すことが重要になる。本来は、導光板内の光について、Ｘ方向（長手方向）およびＹ方向（短手方向）の２成分の全反射条件を考慮する必要があるが、図７（ａ）〜（ｄ）においては、Ｙ方向成分だけを考慮し、Ｘ方向の成分については全反射条件が崩された角度であるとしている。

図７（ａ）に示される曲面構造体２０ａは、その面形状が（短手方向に対し）連続的に変化しているので、出射面に様々な角度で入射する光の取り出しに有効に作用している。それゆえ、図７（ａ）に示されるように、短手方向に対し垂直に立ち上がった垂直光Ａから浅い角度で導光する光Ｃまで、様々な入射角度に対して効率的に光を取り出し、出射面から光を出射させることができる。また、浅い角度で導光する光Ｃは、水平に近い面に入射すると全反射しやすい（全反射条件を崩しにくい）。しかし、図７（ａ）に示された形状においては、水平に近い面は半円筒の上部に形成されており、光Ｃが照射されにくい部分に位置している。それゆえ、浅い角度で導光する光Ｃは、短手方向に対し傾斜した面に照射されるため、全反射条件が崩れやすい。

一方、導光板２０の出射面に頂角９０°のプリズムが形成された場合、図７（ｂ）に示されるように垂直光Ａは、全反射条件を崩さず戻り光となってしまう。また、浅い角度で導光する光Ｃについては、全反射条件が崩れ一旦出射面から出射する。しかし、再度隣のプリズムに入射してしまい導光板内に戻ってしまう。また、導光板２０の出射面に頂角５°のプリズムが形成された場合、図７（ｃ）に示されるように、垂直光Ａおよび浅い角度で導光する光Ｃはともに、全反射条件が崩れ出射面から出射される。しかし、これらの光が隣のプリズムに再入射する確率が増加する。よって、図７（ｂ）および（ｃ）のように導光板２０の出射面にプリズムが形成された場合、導光板内に光を閉じ込めるため、導光板から光を出射させる効率が低下してしまう。

また、本実施の形態の光源モジュール１０においては、光路変換部としてのマイクロレンズ群２０ａが、導光板２０の内部にて導光される光の光路を変換させ、出射面２０ｄ側に取り出す。マイクロレンズ群２０ａは、図７（ａ）に示される垂直光Ａを効率的に誘起するため、曲面構造体２０ａによる効果がさらに向上する。一方、図７（ｂ）および（ｃ）のように導光板２０の出射面にプリズムが形成された場合、逆効果になり、効率的に導光板から光を出射させることができない。

図７（ａ）に示された曲面構造体２０ａは、導光板２０の出射面に対し突出した凸シリンダ面を有する構造であった。これに対し、図７（ｄ）に示された曲面構造体２０ａは、導光板２０の出射面に対し窪んだ凹シリンダ面を有する構造である。図７（ｄ）に示された構成においては、垂直光Ａが全反射により戻り光になることがない。このため、図７（ｄ）に示された曲面構造体２０ａは、図７（ｂ）及び（ｃ）に示された構成と比較して、効率的に導光板から光を出射させることが可能である。

また、導光板の厚さが同じである場合、図７（ａ）に示された形状は、プリズム形状よりも断面積を確保しやすい。それゆえ、導光板２０の出射面に曲面構造体２０ａが形成された構成では、ＬＥＤからの光の入射面での光結合効率が高く、光漏れが起きにくい。

また、本実施の形態の光源モジュール１０をバックライト等の面状照明として用いた場合、導光板２０真上に各種光学シートが配置されることが一般的である。それゆえ、導光板２０の出射面がプリズムのような鋭利な形状であると、こすれ等により光学シートが傷つくおそれがある。これに対し、導光板２０の出射面に曲面構造体２０ａが形成されている場合、こすれ等により光学シートが傷つくおそれがない。

次に、曲面構造体２０ａの形状について、さらに詳細に説明する。これまで、曲面構造体２０ａの形状が凸シリンダ形状である場合について説明したが、曲面構造体２０ａの形状は、長手方向（Ｘ方向）に垂直な断面形状が円弧を含んでいればよく、断面形状の一部が直線であってもよい。このような形状は、導光板２０をプレス加工することにより形成することができる。

次に、曲面構造体２０ａの高さＨと、導光板２０の光入射面での光結合効率との関係について説明する。図８は、導光板２０におけるＸ方向の側面形状を示す側面図であり、図８（ａ）は、曲面構造体２０ａの高さＨが小さい場合を示し、図８（ｂ）は、曲面構造体２０ａの高さＨが大きい場合を示す。なお、図８（ａ）および（ｂ）においては、曲面構造体２０ａの間隔Ｐ、および導光板２０の厚さＴは同一としている。

本実施の形態においては、ＬＥＤからの光は、導光板２０の長手方向の側面に入射することになる。図８（ｂ）に示されるように、光の入射面形状（導光板２０におけるＸ方向の側面形状）において曲面構造体２０ａの高さＨが大きい場合、入射面積が小さくなるため、隙間（図８（ｂ）では斜線部）から光が漏れてしまい、光結合効率が低下する。一方、図８（ａ）に示されるように、光の入射面形状（導光板２０におけるＸ方向の側面形状）において曲面構造体２０ａの高さＨが小さい場合、入射面積が大きくなり、隙間からの光漏れを低減でき光結合効率を向上させることができる。

よって、光入射面における光結合効率および光漏れは、曲面構造体２０ａの高さＨが大きければ大きいほど低下する。近似的には、曲面構造体２０ａの高さＨが２倍になると、光漏れ量が２倍になり、光結合効率のロスも２倍になる。

光入射面における光結合効率および光漏れを考慮すると、曲面構造体２０ａの高さＨは、導光板２０の厚さＴの１０％以下であることが好ましい。曲面構造体２０ａの高さＨが導光板２０の厚さＴの１０％を超えた場合、結合効率の低下が大きくなってしまう（光漏れが入射光の５％程度になる）ため、好ましくない。また、導光板２０の厚さＴが小さくなると、高さＨが厚さＴの５％以上でないと曲面構造体２０ａを作製することができないおそれがある。すなわち、導光板２０が薄くなると、曲面構造体２０ａの高さＨの範囲が厚さＴの５％以下では、曲面構造体２０ａの作製が困難である。それゆえ、曲面構造体２０ａの現実的な寸法を考慮すると、曲面構造体２０ａの高さＨは、導光板２０の厚さＴの５％以上１０％以下であることがなお好ましい。また、具体的な寸法としては、例えば、導光板２０の厚さＴが４．２ｍｍであり、面構造体２０ａの高さＨが０．２ｍｍである。ただし、曲面構造体２０ａについて、間隔Ｐを一定とし、高さＨを小さくすると、導光板２０内に光を閉じ込める閉じ込め効果が低減する。

また、曲面構造体２０ａの形状は変えずに間隔Ｐを細かくしていくことで、光直進性を維持したまま、導光板の断面積を確保することが可能である。図９（ａ）は、導光板２０の厚さＴに対して高さＨ／間隔Ｐが０．４の条件で曲面構造体２０ａを形成した導光板２０（構成Ｉ）の概略構成を示す断面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の曲面構造体２０ａのおいて、ピッチをＰ／２、高さをＨ／２とした導光板２０（構成ＩＩ）の概略構成を示す断面図である。図９（ａ）および（ｂ）に示されるように、高さｈ／間隔Ｐの比が同じであるとき、間隔Ｐを半分にすると光閉じ込めの効果は変わらないが、曲面構造体２０ａ同士の隙間は１／２になる。図９（ｃ）は、高さＨ／間隔Ｐの比が同じであるとき、間隔Ｐを半分にすると光閉じ込めの効果は変わらないことを示すグラフである。なお、図９（ｃ）では、構成Ｉとして、曲面構造体２０ａの間隔Ｐ＝０．４ｍｍ、曲面構造体２０ａの高さＨ＝０．１６ｍｍ、導光板２０の厚さＴ＝４．２ｍｍの導光板を用いている。また、構成ＩＩとして、曲面構造体２０ａの間隔Ｐ＝０．２ｍｍ、曲面構造体２０ａの高さｈ＝０．０８ｍｍ、導光板２０の厚さＴ＝４．２ｍｍの導光板を用いている。構成Ｉと構成ＩＩとは、曲面構造体２０ａにおける半円筒形状が相似的に１／２になっている。

図９（ｃ）に示されるように、構成Ｉと構成ＩＩとの間で、光直進性に関してはなんら変化することないことがわかる。それゆえ構成Ｉに対して間隔Ｐを小さくし構成ＩＩとすることで、光漏れ量を半減し、光結合ロスも半減することが可能である。また、間隔Ｐを細かくすることで、長手方向に伸びている曲面構造を視認しにくくする効果もある。

また、上述の説明では、１枚の導光板２０を備えた構成について説明したが、本実施の形態の光源モジュール１０は、この構成に限定されない。図１０に示されるように、バックライトブリンキングを行うために、導光板２０を複数の導光体２１…にて分割して構成し、これら複数の導光体２１…を、長手方向に対して並列にそれぞれ隙間２２を有して配設した構成であってもよい。この場合、ＬＥＤ１２は、各導光体２１における長手方向の一方の端面２１ａから光をそれぞれ入射させるようになっている。尚、必ずしも一方の端面２１ａに限らず、長手方向の他方の端面から入射させてもよく、さらに、一方の端面２１ａ及び他方の端面の両方から光を入射させてもよい。すなわち、本発明では、少なくとも一方の端面２１ａから光を入射させれば足りる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜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、光源からの光を導光板によって面状に出射させるサイドエッジ（サイドライトともいう）型導光板を備えた光源モジュール、およびそれを備えた電子機器に関するものであり、例えば、バックライト等の光源モジュール及び液晶表示装置等の電子機器に適用可能である。

１ 液晶表示装置（電子機器）
１０ 光源モジュール
１２ ＬＥＤ（光源）
２０ 導光板
２０ａ 曲面構造体（曲面構造部）
２０ｂ マイクロレンズ群（光路変換部）
２０ｃ 下面
２０ｄ 出射面
２０ｅ 稜線
２１ａ 端面
２２ａ〜２２ｅ スキャンフレーム
２３ 光源制御部

Claims (4)

1. 導光板と、
   上記導光板における長手方向の少なくとも一方の端面から光をそれぞれ入射させる複数の光源と、
   上記導光板における光の出射面と反対の面に、上記導光板の内部にて導光される光を取り出すための複数の光路変換部とを備えた光源モジュールであって、
   上記導光板における光の出射面に、長手方向に稜線を有する曲面で構成された曲面構造部を複数有し、上記曲面構造部の高さをＨとし、上記曲面構造部同士の間隔をＰとしたとき、高さＨ及び間隔Ｐは、
   ０．２＜Ｈ／Ｐ＜０．５
   を満たすとともに、
   上記光路変換部は、マイクロレンズであり、該マイクロレンズの間隔は、上記稜線の間隔よりも小さくなっており、
   上記導光板の厚さをＴとしたとき、
   上記曲面構造部の高さＨは、上記導光板の厚さＴの１０％以下であることを特徴とする光源モジュール。
2. 上記複数の光源を選択的に点灯する光源制御部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光源モジュール。
3. 上記導光板は、複数の導光体にて分割して構成されており、上記複数の導光体は、長手方向に並列にそれぞれ隙間を有して配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光源モジュール。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の光源モジュールを備えたことを特徴とする電子機器。