WO2010010741A1 - 照明ユニット、照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

　発光ユニット（１１）は、発光面（１２）を有する導光体（７）と、発光面（１２）の背面側に設けられた光源（５ａ）・（５ｂ）とを備え、導光体（７）は、一面が発光面（１２）をなす発光部（１０）と、一端が発光部（１０）へ接続され他端がそれぞれ光源（５ａ）・（５ｂ）からの光の入射面をなす導光部（９ａ）・（９ｂ）とを有し、導光部（９ａ）は発光面（１２）の第１の領域の背面側に設けられ、導光部（９ｂ）は発光面（１２）の第２の領域の背面側に設けられ、それぞれ第２の領域および第１の領域へ向かって光を導くように形成されているので、薄型で均一な発光を得て、かつリワーク性を向上させることができる。

Description

照明ユニット、照明装置および液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置のバックライトなどとして利用される照明ユニット、照明装置、および前記照明装置を備える液晶表示装置に関するものである。

　近年、ブラウン管（ＣＲＴ）に代わり急速に普及している液晶表示装置は、省エネ型、薄型、軽量型等の特長を活かし液晶テレビ、モニター、携帯電話等に幅広く利用されている。これらの特長をさらに活かす方法として液晶表示装置の背後に配置される照明装置（いわゆるバックライト）の改良が挙げられる。

　照明装置は、主にサイドライト型（エッジライト型ともいう）と直下型とに大別される。サイドライト型は、液晶表示パネルの背後に導光体が設けられ、導光体の横端部に光源が設けられた構成を有している。光源から出射した光は、導光体で反射して間接的に液晶表示パネルを均一照射する。この構造により、輝度は低いが、薄型化することができるとともに、輝度の均一性が優れた照明装置を実現できる。そのため、サイドライト型の照明装置は、携帯電話、ノートパソコン等のような中小型液晶ディスプレイに主に採用されている。

　直下型の照明装置の一例としては、特許文献１に記載のものが挙げられる。特許文献１には、光出射面の略中央に厚肉部を設け、前記厚肉部に設けられた発光素子が発光することにより、前記光出射面から均一な面発光が得られる面光源装置について記載されている。

　大型液晶ディスプレイで更なる薄型化を目指すには、光源と液晶表示パネルとの距離を近づけることで解決可能だが、その場合光源の数を多くしなければ、照明装置の輝度の均一性を得る事はできない。その一方で、光源の数を増やすとコストが高くなる。そのため、光源の数を増やすことなく、薄型で輝度の均一性に優れた照明装置の開発が望まれている。

　従来、これらの問題を解決するため、サイドライト型の照明装置を複数個並べることで、大型液晶ディスプレイを薄型化するという試みがなされている。

　例えば、特許文献２に開示された面光源装置は、図６に示すように、各導入部１１４ａ～１１４ｃが別体で構成されている。各導入部１１４ａ～１１４ｃには、複数の棒状の光源１１１ａ～１１１ｃを、一側及び上下をそれぞれ反射部材１１２ａ～１１２ｃで包囲し、これら光源１１１ａ～１１１ｃの他側に沿ってそれぞれ配設され、かつ断面が先細となるように導光板１１３ａ～１１３ｃが形成されている。導光板１１３ａ・１１３ｂの先端側は、隣接する導入部１１４ｂ・１１４ｃと重ね合わされている。この構造によれば、広い面積でより均一な輝度が得られるため大型の液晶ディスプレイに好適に利用できる。

　このように、光源と、導光板とを組み合わせて構成される発光ユニットを複数個並べて構成された照明装置は、タンデム型の照明装置と呼ばれる。

日本国公開特許公報「特開２００７－１５５７９１号公報」（２００７年６月２１日公開） 日本国公開特許公報「特開２００１－３１２９１６号公報」（２００１年１１月９日公開）

　上述したタンデム型の照明装置のように、複数の発光ユニットにより面光源装置を構成する場合、例えば、製造段階で、光源として用いる発光ダイオード（ＬＥＤ）が破損するなど、発光ユニットや導光体の下方に配置している各種部材に不良が発生する場合がある。このように、製造段階で発生した不良を取り除くために、発光ユニットを交換するなどのリワーク処理が行われる場合がある。

　しかしながら、特許文献２に記載の面光源装置は、隣接する発光ユニットが重なって構成される積層構造となっている。このため、発光ユニットを組み上げた後、ある発光ユニットに不良が発生していると分かった場合、不良が発生している発光ユニットのみを取り外すことができず、不良が発生している発光ユニットに重なって配置されている発光ユニットを取り外さなければならない。

　このように、特許文献２に記載の面発光装置では、不良が発生している発光ユニットのみをとりはずすことができず、リワーク処理に手間がかかるという問題が発生する。

　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、薄型で均一な発光が得られ、かつリワーク性を向上させた照明ユニット、照明装置、および液晶表示装置を提供することにある。

　本発明の照明ユニットは、前記課題を解決するために、透過型表示パネルのバックライトとして用いられる照明ユニットにおいて、発光面を有する導光体と、前記発光面の背面側に設けられた第１及び第２の光源とを備え、前記導光体は、一面が前記発光面をなす共通部と、一端が前記共通部へ接続され他端がそれぞれ前記第１及び第２の光源からの光の入射面をなす第１及び第２の導光部とを有し、前記第１及び第２の導光部は、前記発光面のそれぞれ第１及び第２の領域の背面側に設けられ、それぞれ前記第２及び第１の領域へ向かって光を導くように形成されていることを特徴とする。

　前記構成では、各光源からの光の大部分は共通部の発光面に直接照射されるのではなく、各導光部において反射を繰り返しながら共通部へ導かれ、そして発光面から面発光されることになる。

　したがって、発光面から発せられる光の強度は、発光面内においてより均一化される。このため、例えば、前記第１及び第２の光源を、発光色の異なる複数種類の光源から構成したとしても、十分に混色されて発光面から発せられることになる。

　ここで、効果的な均一化や、さらに例えば前記第１及び第２の光源を発光色の異なる複数種類の光源から構成した場合の十分な混色を図るためには、各導光部における導光方向の距離をある程度確保する必要がある。従来のタンデム型の照明装置では、隣接する導光体同士を重ねて配置することにより上記距離を確保していた。しかしながら、この照明ユニットでリワーク（修復）処理を行う場合、不良が発生した導光体や光源を取り除くために、その不良が発生した導光体と重ねて配置されている良品の導光体まで取り外す必要がある。

　これに対し、前記構成によると、第１の導光部は発光面の第１の領域の背面側に設けられ、第２の領域へ向かって光を導くように形成されており、第２の導光部は発光面の第２の領域の背面側に設けられ、第１の領域へ向かって光を導くように形成されている。なお、第１及び第２の領域は、発光面を仮想的に２分割したときのそれぞれの領域に該当するものである。これにより、各光源からの光は発光面の背面側で互いにクロスして別々の領域に導かれることになる。

　そのため、平面的に見たときに発光面からほとんどあるいは全くはみ出すことなく各導光部や光源を配置しつつ、かつ各導光部における導光方向（第１及び第２の光源から発光される光の進行方向）の距離を確保できるようになる。

　このため、上記照明ユニットを複数配置したときに、互いに隣接して配置される照明ユニットの導光体同士が重ならずに配置することができるようになる。すなわち、互いに隣接して配置される導光体同士がリワーク時に干渉することを避けることができる。

　これにより、複数の照明ユニットから照明装置を組み上げた後、特定の導光体に不良が発生した場合に、不良が発生した照明ユニットを交換するためのリワーク処理を行う際、不良が発生した照明ユニットのみを取り除き、交換作業を行うことができる。従って、タンデム型の照明装置と比較して、リワーク処理を効率よく行うことができる。

　このように、前記構成によると、タンデム構造と同様の効果を得つつ、リワーク性を向上することができる。

　すなわち、前記構成によると、薄型で均一な発光が得られ、かつリワーク性を向上させた照明装置を提供することができる。

　本発明に係る照明ユニットにおいては、前記各導光部は、それぞれの導光方向が前記発光面に対して傾斜するように配置されていることが好ましい。

　これにより、前記光源からの光は均一に、前記発光面に到達することになる。従って、光量が均一な面発光を出射する照明ユニットを提供することができる。

　本発明に係る照明ユニットにおいては、前記各導光部は、それぞれの導光方向が前記発光面に対して平行となるように配置されていることが好ましい。

　これにより、前記導光体の厚みをより薄くすることができる。従って、照明ユニットの薄型化を行うことができる。

　本発明に係る照明ユニットにおいては、前記各導光部は、前記共通部との接触部分に、それぞれの導光方向の向きを変更する導光方向変更部を備えることが好ましい。

　これにより、前記光源から発光される光は、前記導光方向変更部により導光方向が変更され、前記発光面に入射する。このため、薄型化および光量の均一化の両方を実現する照明装置を提供することができる。

　本発明に係る照明ユニットにおいては、前記発光面、又は前記共通部の前記発光面に対する対向面に光を拡散する複数の光拡散手段が配置され、前記光拡散手段は、前記発光面の発光量に応じて分布密度が異なるように配置されていることが好ましい。

　これにより、前記発光面から出射する光の光量の面内分布が異なっていても、前記光拡散手段により、均一化することができる。従って、より、均一な面発光を行う照明ユニットを提供できる。

　本発明に係る照明ユニット装置においては、前記共通部の前記発光面に対向する対向面は、前記第１及び第２の領域に対向する第１及び第２対向面からなり、前記第１対向面は、前記第２の光源から離れるにつれて、前記発光面との距離が小さくなるように傾斜して形成されており、前記第２対向面は、前記第１の光源から離れるにつれて、前記発光面との距離が小さくなるように傾斜して形成されていることが好ましい。

　ここで、前記第１の光源から発光される光は、前記第２対向面により反射され、前記第２の光源から発光される光は、前記第１対向面により反射される。このため、前記第１及び第２対向面により反射した光は、均一に前記発光面に反射されることなる。従って、より、均一な面発光を行う照明ユニットを提供できる。

　本発明に係る照明ユニットにおいては、前記各導光部の、前記各光源から前記共通部に向かう方向を長さ方向とし、前記長さ方向と交差する方向を幅方向とした場合、前記各光源は、前記各導光体の幅方向の中心に一個設けられた点光源であり、前記各導光部の前記幅方向の長さをＬ１、前記各導光部の屈折率をｎとすると、前記各光源と前記共通部との間に存在する前記各導光部の前記長さ方向の距離Ｘは、

となっていることが好ましい。

　前記の構成によれば、前記距離Ｘの下限値は、光源から導光体へ臨界角で入射した光を、前記発光部と前記導光部との境界面において導光体の幅方向における両側の端部にまで拡げるような距離に設定されている。そのため、光源から導光部へ臨界角で入射した光を、前記共通部と前記導光部との境界面全体に拡げることができる。なお、臨界角の大きさは、導光部の屈折率によって決定される。

　本発明に係る照明ユニットにおいては、前記各導光部の、前記各光源から前記共通部に向かう方向を長さ方向とし、前記長さ方向と交差する方向を幅方向とした場合、前記各光源は、発光色の互いに異なる複数種類の点光源が上記幅方向に沿って複数個並んで構成された点光源群からなり、配列方向の両端部に配置された各点光源間の距離をＬ２、前記各導光部の前記幅方向の長さをＬ１、前記各導光部の屈折率をｎとすると、前記各光源が、前記各導光部における前記長さＬ１の中央部に設けられており、前記各光源と前記共通部との間に存在する前記各導光部の前記長さ方向の距離Ｘは、

となっていることが好ましい。

　前記の構成によれば、前記距離Ｘの下限値は、導光体の一方の端部から最も離れた位置に配置されている光源からの光が導光体に臨界角で入射した場合に、導光体の前記端部に到達するような距離に設定されている。そのため、複数個の光源全てに関して、光源から導光体へ臨界角で入射した光を、前記発光部と前記導光部との境界面全体に拡げることができる。なお、臨界角の大きさは、導光部の屈折率によって決定される。

　そして、前記の構成によれば、複数個の光源が、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）などの異なる色の発光ダイオードで構成されている場合に、各色の光が均一に混合されないうちに発光部へ到達してしまうことを避けることができ、共通部と導光部との境界面全体において各色の光を均等に混ぜることができる。

　したがって、前記の構成によれば、光源が発光色の互いに異なる複数種類のもので構成において、導光体の発光面においてより均一な光を発することができる。

　本発明に係る照明装置においては、前記照明ユニットが複数平面的に配置されていることが好ましい。

　前記構成によると、リワーク性を向上した照明装置を提供することができる。

　本発明に係る照明装置においては、前記照明ユニットが複数平面的に配置されている照明装置であって、前記各照明ユニットは、それぞれの前記距離が最小となる部分同士を突き合わせるように列をなして配列されており、この突き合わせた部分の下方では前記各照明ユニット間に空間が形成されていることが好ましい。

　これにより、前記空間に、モジュールやドライバーなどの高さを有するＩＣや、配線などを配置することができる。このように、前記構成によると、照明装置の回路設計や、例えば前記照明装置をバックライトとして液晶表示装置に用いた場合に液晶表示装置の回路設計の自由度を向上させることができる。

　本発明に係る照明装置においては、前記空間が連通するように、前記各照明ユニットの列が複数配置されていることが好ましい。

　前記構成によると、連通する前記空間を通じて、照明装置で発生する熱を対流させることができる。このため、例えば前記照明装置をバックライトとして液晶表示装置に用いた場合に、液晶表示装置の内部で発生した熱を、前記空間で対流させ、前記液晶表示装置の外部に放熱することができる。従って、装置の内部で発生する熱を効率よく外部に放熱することが可能な照明装置を構成することができる。

　さらに、連通する前記空間に放熱部材を設けることが好ましい。これにより、さらに効率よく、熱を対流させることができる照明装置を提供することができる。

　本発明の液晶表示装置においては、前記照明装置をバックライトとして備えることが好ましい。

　これにより、リワーク性を向上した液晶表示装置を提供することができる。

　以上のように、本発明に係る照明装置は、発光面を有する導光体と、前記発光面の背面側に設けられた第１及び第２の光源とを備え、前記導光体は、一面が前記発光面をなす共通部と、一端が前記共通部へ接続され他端がそれぞれ前記第１及び第２の光源からの光の入射面をなす第１及び第２の導光部とを有し、前記第１及び第２の導光部は、前記発光面のそれぞれ第１及び第２の領域の背面側に設けられ、それぞれ前記第２及び第１の領域へ向かって光を導くように形成されている。

　これにより、薄型で均一な発光が得られ、かつリワーク性を向上させることができるという効果を奏する。

図２のバックライトを構成する発光ユニットの構成を表す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るバックライトを備える液晶表示装置の構成を表す概略図である。 図２の導光部の平面図である。 （ａ）は、図１の発光ユニットに光拡散手段を設けた場合の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の側面図である。 図１の発光ユニットの変形例を表す側面図である。 従来のタンデム型の照明装置を表す概略図である。

　本発明の一実施形態について図１～図５に基づいて説明すると以下の通りである。

　図２は、本実施の形態に係るバックライトを備える液晶表示装置の構成を表す概略図である。

　図２に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１は、液晶表示パネル３（透過型表示パネル）と、液晶表示パネル３の背面に配置されたバックライト２（照明装置）と、液晶表示パネル３とバックライト２との間に配置された光学シート８とを備えている。

　そして、バックライト２は、光学シート８を介して、液晶表示パネル３へ向かって光を照射するようになっている。また、液晶表示装置１は、バックライト２からの光を透過して表示を行う透過型の液晶表示装置である。

　本発明では、液晶表示パネル３の構成は特に限定されず、適宜公知の液晶パネルを適用することができる。図示は省略するが、液晶表示パネル３は、例えば、複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が形成されたアクティブマトリクス基板と、これに対向するカラーフィルタ基板とを備え、これらの基板の間に液晶層がシール材によって封入された構成を有している。

　次に、液晶表示装置１に備えられたバックライト２の構成について説明する。

　図２に示すように、バックライト２は、液晶表示パネル３の背後（表示面とは反対の側）に配置されており、光源５ａ・５ｂと導光体７とを組み合わせて構成される発光ユニット１１（照明ユニット）を複数個有している。これら発光ユニット１１は、図示しない液晶表示装置用基板上に配置されている。

　ここで、発光ユニット１１のより詳細な構造について、図１を参照して説明する。

　図１は、本実施の形態に係る発光ユニット１１の構成を表す斜視図である。

　１つの発光ユニット１１には、光源５ａ（第１の光源）および光源５ｂ（第２の光源）、光源５ａ・５ｂからの光を拡散させて面発光させる導光体７、光源５ａ・５ｂを配置している基板４ａ・４ｂ、反射シート６ａ・６ｂなどが備えられている。

　光源５ａ・５ｂは、発光面１２の背面側に設けられ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の点状の光源である。本実施の形態では、光源５は、互いに発光色の異なる複数種類の発光ダイオードで構成されている。具体的には、上記光源５は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）という３色の発光ダイオードを複数個並べて配置したＬＥＤ群で構成されている。この３色の発光ダイオードを組み合わせて光源を構成することで、発光面において白色の光を照射することができる。

　なお、発光ダイオードの色の組み合わせは、各色のＬＥＤの発色特性、および、液晶表示装置１の利用目的に応じて所望とされるバックライトの発色特性などに基づいて適宜決定することができる。このＬＥＤ群からなる光源５ａ・５ｂは、基板４上に実装されている。なお、光源５ａ・５ｂとして、各色のＬＥＤチップが１つのパッケージにモールドされているサイド発光タイプのＬＥＤを用いてもよい。これにより、色再現範囲の広いバックライトを得ることが可能となる。また、光源５ａ・５ｂとしては、１つの白色の発光ダイオードから構成され、これにより、白色の光を照射する構成であってもよい。

　導光体７は、光源５ａ・５ｂから出射された光を発光面（光出射面とも呼ぶ）１２から面発光させるものである。発光面１２は、照射対象である液晶表示パネル３に対して光を照射するための面である。

　本実施の形態においては、導光体７は、発光面１２を有する発光部１０（共通部）と、発光部１０へ光源５ａからの光を導く導光部９ａ（第１の導光部）、および光源５ｂからの光を導く導光部９ｂ（第２の導光部）とから構成されている。

　発光面１２は、光源５ａ・５ｂのそれぞれからの光を面発光するものである。

　導光部９ａ・９ｂは、発光面１２の背面側に設けられる。発光面１２を仮想的に第１の領域および第２の領域に２分割したときの、第１の領域の背面側に導光部９ａが設けられ、第２の領域の背面側に導光部９ｂが設けられている。そして、導光部９ａは発光面１２の第２の領域へ、また導光部９ｂは発光面１２の第１の領域へ向かって光を導くように形成されている。導光部９ａ・９ｂは、それぞれの導光方向が発光面１２に対して傾斜するように配置されている。

　また、対向面１３ａ・１３ｂは、発光部１０の発光面１２に対向する面である。対向面１３ａ（第１の対向面）は、発光面１２の第１の領域に対向する面であり、対向面１３ｂ（第２の対向面）は、発光面１２の第２の領域に対向する面である。

　そして、対向面１３ａは、光源５ｂから離れるにつれて、発光面１０との距離が小さくなるように傾斜して形成されている。また、対向面１３ｂは、光源５ａから離れるにつれて、発光面１２との距離が小さくなるように傾斜して形成されている。

　これにより、各光源５ａ・５ｂからの光は発光面１２の背面側で互いにクロスして別々の領域に導かれることになる。

　そのため、平面的に見たときに発光面１２からほとんどあるいは全くはみ出すことなく導光部９ａ・９ｂや光源５ａ・５ｂを配置しつつ、かつ導光部９ａ・９ｂにおける導光方向の距離を確保できるようになる。

　このため、発光ユニット１１を複数配置したときに、互いに隣接して配置される発光ユニットの導光体７同士が重ならずに配置することができるようになる。すなわち、互いに隣接して配置される導光体７同士が干渉することを避けることができる。

　これにより、複数の発光ユニット１１からバックライト２を組み上げた後、特定の導光体７に不良が発生した場合に、不良が発生した発光ユニット１１を交換するためのリワーク処理を行う際、不良が発生した発光ユニットのみを取り除き、交換作業を行うことができる。従って、隣接する導光体同士を重ねて配置する従来のタンデム型の照明装置と比較して、リワーク処理を効率よく行うことができる。

　このため、本実施の形態の発光ユニット１１によると、従来のタンデム構造と同様の効果を得つつ、リワーク処理を効率よく行うことができるバックライトを構成することができる。すなわち、発光ユニット１１によると、薄型で均一な発光が得られ、かつリワーク性を向上させたバックライト２を構成することができる。

　また、導光部９ａ・９ｂは、それぞれの導光方向が発光面１２に対して傾斜するように配置されている。そして、発光面１２の第１の領域に対向する対向面１３ａと、発光面１２の第２の領域に対向する対向面１３ｂは、発光面１２からの距離が、発光面１２の第１の領域と、第２の領域とが接する側と対向する側の辺から中央に向かうにつれて離れていくように傾斜して形成されているので、導光部９ａ・９ｂからの光はより均一に発光面１２に照射される。

　なお、導光部９ａ・９ｂは、光源５ａ・５ｂが配置されている側の端部の近傍の２箇所で、例えばネジやピンなどからなる固定部材１４により、基板４ａ・４ｂおよび基板４ａ・４ｂの下方に形成される液晶表示装置用駆動基板（不図示）などと固定されている。

　ここで、点光源である光源５ａ・５ｂから出射された光（光束）は、導光部９ａ・９ｂ内で臨界角θを有して放射状に拡がる（詳細は後述する）。従って、図１に示すように、導光部９ａ・９ｂの光源５ａ・５ｂが配置されている側の端部であって、導光部９ａ・９ｂの幅方向の端部の２箇所に固定部材１４を設けたとしても、発光面１２から出射される光には影響を及ぼさない。

　そして、導光体７の発光部１０の表面（発光面１２）、若しくは対向面１３ａ・１３ｂには、導光してきた光を前面に出射させるための加工や処理が施されており、発光面１２から液晶表示パネル３側へより効率良く光を出射できる。導光体７の発光部１０の表面（発光面１２）に施された加工や処理としては、例えば、プリズム加工や、シボ加工や、印刷処理などが挙げられるが、特に限定されず、適宜公知の出射加工が施されている。

　導光体７は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの透明樹脂で形成すればよいがこれらに限定されることはなく、導光体として一般的に使用される材料で形成することができる。導光体７は、例えば射出成型や押出成型、熱プレス成型、切削加工等によって形成することが可能である。ただし、これら方法には限定されず、同様の特性が発揮される加工方法であれば、どのような方法でもよい。

　基板４ａは光源５ａを配置し、基板４ｂは光源５ｂを配置するためのものである。基板４ａ・４ｂは、輝度向上を図るために白色のものを用いることが好ましい。なお、基板４ａ・４ｂの背面（光源５ａ・５ｂが実装されている面の反対側の面）側には、図示はしていないが、光源５ａ・５ｂを構成する各ＬＥＤを点灯制御するためのドライバーが実装されている。このように光源５ａ・５ｂを配置する同一基板にドライバーを実装することにより、基板の数を削減できるとともに、基板間を繋ぐコネクタ等が削減できるため、装置のコストダウンを図ることができる。また、基板の数が少ないため、バックライト２の薄型化を図ることもできる。

　反射シート６ａ・６ｂは、対向面１３ａ・１３ｂと接するように設けられている。反射シート６ａ・６ｂは、光を反射し、発光面１２から効率良く光を出射させるものである。

　反射シート６ａ・６ｂを対向面１３ａ・１３ｂに設けることにより、光源５ａ・５ｂから発光された光のうち、導光部９ａ・９ｂに導光せず、直接、対向面１３ａ・１３ｂから発光部１０ａ・１０ｂに入光することを防止することができる。つまり、反射射シート６ａ・６ｂを対向面１３ａ・１３ｂに設けることにより、対向面１３ａ・１３ｂの外側から発光部１０の内部に入射する光を遮光することができる。

　本実施の形態にかかるバックライト２は、上記のような構成を有する発光ユニット１１を、例えばマトリクス状に配置するなど、複数個、併置して構成されている。すなわち、バックライト２の照明領域は、複数の発光ユニット１１のそれぞれによりエリア分割されている。

　そして、上記のように、複数個の発光ユニット１１を配置した構造の上部に光学シート８が配置されている。光学シート８は、液晶表示パネル３へ均一な光を照射するための拡散板、光を集光しつつ散乱させる拡散シート、光を集光し正面方向の輝度を向上させるレンズシート、および、光の一方の偏光成分を反射し、他方の偏光成分を透過することによって液晶表示装置１の輝度を向上させる偏光反射シートなどの何れか、または、これらを適宜組み合わせて構成されている。光学シート８の構成は、液晶表示装置１の価格や性能によって決定すればよい。

　上記の構成により、点状の光源５ａ・５ｂから出射された光は、散乱作用と反射作用を受けながら導光体７内を進み、発光面１２から出射する。図１、図２では、光の進行方向を矢印で示している。

　そして、発光面１２から出射された光は、導光体７の前面に配置されている光学シート８によって、拡散されることによって均一化されるとともに集光され、液晶表示パネル３に照射されることとなる。

　また、複数の発光ユニット１１のそれぞれは、独立して輝度制御が可能である。複数の発光ユニット１１のそれぞれの輝度を個別に制御することにより、バックライト２の照明領域のエリアアクティブ制御を行うことができる。このため、液晶表示装置１によると、高コントラストな画像を表示させることができる。

　（導光部の出射方向の長さ）
　ここで、本実施の形態のバックライト２のように、光源５ａ・５ｂが赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）という３色の発光ダイオードを複数個並べて配置したＬＥＤ群で構成されている場合、導光部９ａ・９ｂは、各色の色を混合させて発光面１２で白色光を出射させるための混色エリアとしての役割も担うことになる。このようなバックライト２において、導光部（混色エリア）の長さが短いと、各色の光が完全には混合させず、各色に分離した光が発光部１０の発光面１２から出射されてしまうことになり、輝度ムラの原因となってしまう。この、導光部の長さについて、図３を用い、説明する。ここでは、導光部９ａについて説明するが導光部９ｂについても同様である。図３は導光部９ａの平面図である。

　なお、ここで説明する例では、光源５ａは、緑色のＬＥＤ（Ｇ－ＬＥＤ）、赤色のＬＥＤ（Ｒ－ＬＥＤ）、青色のＬＥＤ（Ｂ－ＬＥＤ）、および緑色のＬＥＤ（Ｇ－ＬＥＤ）からなるＬＥＤ群で、導光部９ａに一つ設けられているものとする。

　また、導光部の出射方向とは、図中に示すＤ１の方向である。そして、Ｄ１に対する垂直方向であり、導光部の幅方向がＤ２の方向である。

　本実施の形態にかかるバックライト２のように、点状の光源５ａと導光体７とを組み合わせて構成されている場合には、光源５ａから出射された光束は、導光部９ａ・９ｂ内で臨界角θを有して放射状に拡がる。この臨界角θは、導光体を形成している材料の屈折率ｎによって決まる。すなわち、導光部９ａは、臨界角θで導光体７内へ入射した光束が、発光部１０へ到達する前に十分に拡げるという役割を果たしている。

　ここで、導光体７の屈折率をｎとする。光源５ａが設けられている導光体外の空気層から導光体７に入射した光は、スネルの法則より臨界角θ以内に収まる。

　このとき、光源５ａから導光体７へ入射した光が、発光部１０と導光部９ａとの境界面全体に到達するためには、光源５ａから導光体７へ臨界角θで入射した光が、導光部９ａ内で導光体７の幅方向Ｄ２における両側の端部にまで到達すればよい。

　このような条件を満たすための距離Ｘの下限値は、光源５ａを構成する複数のＬＥＤのうち、導光体７の一方の端部から最も離れた位置に配置されているＬＥＤからの光が導光体に臨界角で入射した場合に、導光体７の上記端部に到達するような距離である。つまり、図３において、最も左側に配置されたＬＥＤ（つまり、Ｇ－ＬＥＤ）から臨界角θで導光体７へ入射した光が、破線で示すように、発光部１０と導光部９ａとの境界面上で導光体７の端部に到達するような場合の距離が、距離Ｘの下限値となればよい。

　このような下限値Ｘは、
　　ｔａｎθ＝{（Ｌ１＋Ｌ２）／２}／Ｘ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／２Ｘ　　　　（式ａ）
を満たすようなＸの値である。

　　ここで、スネルの法則より、
　　　ｓｉｎθ＝１／ｎ　　　　（式ｂ）
が得られる。

　　また、三角関数の式より、

が得られる。

　上記の（式ａ）～（式ｃ）より、Ｘの下限値は、下記の（式ｄ）を満たすような値となる。

　したがって、距離Ｘは、下記の（式１）を満たしていることが好ましい。

　なお、上記の（式１）を満たす場合、光源５は、各導光体７の幅方向Ｄ２の長さＬ１の中央部に配置されている。これにより、光源５が導光体７の幅方向Ｄ２において、何れかの端部に偏った位置に配置されている場合と比較して、導光部９ａの長さＸを短く設定することが可能となる。

　上記のような発光ユニット１１を組み合わせて構成されたバックライト２によれば、複数個の光源全てに関して、光源から導光体へ臨界角で入射した光を、上記発光部と上記導光部との境界面全体に拡げることができる。そして、複数個の光源が異なる色の発光ダイオードで構成されている場合に、各色の光が均一に混合されないうちに発光部へ到達してしまうことを避けることができ、発光部と導光部との境界面全体において各色の光を均等に混ぜることができる。

　また、光源５ａが白色のＬＥＤ１個からなる場合は、Ｌ２＝０となる。従って、下記の（式２）を満たしていることが好ましい。

　また、本実施の形態のバックライト２は、図２に示すように、複数の発光ユニット１１が平面的に配置され、各発光ユニット１１は、発光面１２および対向面１３ａが接している一辺と、発光面１２および対向面１３ｂが接している側の一辺同士が接するように列をなして配列されている。

　すなわち、各発光ユニット１１は、それぞれの発光面１２と、対向面１３ａ・１３ｂとの距離が最小となる部分同士を突き合わせるように列をなして配列されている。

　そして、この突き合わせた部分の下方では発光ユニット１１間に空間領域Ａ（空間）が形成されている。

　空間領域Ａは、導光体７の発光部１０の対向面１３ｂと導光部９ａと、隣接する導光体７の発光部１０の対向面１３ａと、導光部９ｂとに囲まれて形成される領域である。この空間領域Ａに、液晶表示装置１を駆動するためのドライバー、モジュール、高さを有するＩＣチップ、配線などを配置することができる。具体的には、温度測定用のサーミスタ、ＬＥＤの劣化などを測定するためのフォトセンサ、ＬＥＤからなる光源５ａ・５ｂを複数点灯制御可能なＬＥＤ駆動用ドライバーなどを挙げることができる。

　このように、本実施の形態のバックライト２の構成によると、新たにドライバー、モジュール、高さを有するＩＣチップ、配線などを配置することができる空間領域Ａが形成されるので、液晶表示装置１の回路設計の自由度を向上させることが可能となる。

　さらに、空間領域Ａが連通するように、各発光ユニット１１の列を複数配置してもよい。

　すなわち、液晶表示装置１をユーザーが使用する状態で、空間領域Ａが液晶表示装置１の上下（または左右）に連通するように、複数の発光ユニット１１を配置することにより、バックライト２や、液晶表示装置１の回路から発生する熱を空間領域Ａで対流させ、外部に放熱することができる。

　さらに、この空間領域Ａに、例えばヒートパイプなどの放熱関係部材を配置することにより、より効率よく液晶表示装置１の回路から発生する熱を空間領域Ａを介して、外部に放熱することができる。このように、本実施の形態のバックライト２の構成によると、液晶表示装置１の回路から発生する熱を効率よく外部に放熱することができる。

　（光拡散手段の配置）
　また、本実施の形態のバックライト２においては、発光面１２の表面（液晶パネル３は配される側の面）又は対向面１３ａ・１３ｂに光を拡散するためのプリズム１５（光拡散手段）を複数配置してもよい。

　これについて、図４の（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

　図４の（ａ）は、本実施の形態に係る発光ユニットの構成を表す平面図であり、図４の（ｂ）は、（ａ）の側面図である。

　図４の（ａ）（ｂ）に示すように、発光ユニット２１は、発光面１２に光拡散手段として複数のプリズムを配置した構成である。その他は、発光ユニット１１と同様である。

　例えば、プリズム１５の分布密度は、図４の（ａ）（ｂ）に示すように、光源５ａから遠い方から発光面１２の中心方向に向けて（密→疎）となるように配置され、さらに、光源５ｂから遠い方から発光面１２の中心方向に向けて（密→疎）となるように配置されている。

　このように、発光面１２から面発光される光量が少ない領域には、分布密度が密となるようにプリズム１５を配置し、光量が多い領域には分布密度が疎となるようにプリズム１５を配置する。このように、発光面１２から面発光される光量の面内分布が均一になるように、複数のプリズム１５が発光面１２に配置される。

　このプリズム１５の分布密度は、導光体７の発光面１２の発光量に基づいて設定されるものであり、その配置構成は特に限定されるものではない。このように発光面１２に光拡散手段としてプリズム１５を配置することにより、バックライト２の輝度の均一性をより向上させることができる。

　なお、光拡散手段としては、プリズムに限定されるものではなく、例えば、微細な凹凸（シボ形状など）や、印刷されたドットパターンなど、従来から照明装置の光拡散部材として使用されているものを使用することができる。

　（変形例）
　次に、発光ユニット１１の変形例について図５を用い説明する。

　図５は、本実施の形態に係る発光ユニットの変形例を表す側面図である。

　発光ユニット３１と発光ユニット１１とは、発光部と導光部との接触角度が異なる点で相違する。

　図５に示すように、導光体３７は、発光面１２を有する発光部１０と、該発光部１０へ光源５ａ・５ｂからの光を導く導光部３９ａ（第１の導光部）・導光部３９ｂ（第２の導光部）とから構成されている。

　発光部１０の形状は、発光ユニット１１の場合と同じである。

　導光部３９ａ・３９ｂは、接続エリア３８ａ・３８ｂ（導光方向変更部）を含む。導光部３９ａ・３９ｂは、導光方向が発光面１２と平行となるように配置されている。そして、導光部３９ａと発光部１０との境界部分には接続エリア３８ａが設けられており、導光部３９ｂと発光部１０との境界部分には接続エリア３８ｂが設けられている。接続エリア３８ａと接続エリア３８ａとの底面は、それぞれが接している側の端部がもう一方の側の端部より発光面１２側に傾斜して配置されている。

　このように、導光部３９ａ・３９ｂの導光方向が発光面１２に対して平行に配置することにより、発光ユニット３１は発光ユニット１１と比べ、厚さを薄くできる。これにより、バックライト２の厚さを薄くすることができ、液晶表示装置１の薄型化を実現することができる。

　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、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。

　本発明によれば、光源から光を均一に出射するとともに、リワーク性を向上させた照明装置を提供することができる。本発明の照明装置は、液晶表示装置のバックライトとして利用することができる。

　１　　液晶表示装置
　２　　バックライト（照明装置）
　３　　液晶表示パネル（透過型表示パネル）
　４ａ・４ｂ　基板
　５ａ　光源（第１の光源）
　５ｂ　光源（第２の光源）
　６ａ・６ｂ　反射シート
　７　　導光体
　８　　光学シート
　９ａ　導光部（第１の導光部）
　９ｂ　導光部（第２の導光部）
　１０　発光部（共通部）
　１１　発光ユニット（照明ユニット）
　１２　発光面
　１３ａ　対向面（第１の対向面）
　１３ｂ　対向面（第２の対向面）
　１４　固定部材
　１５　プリズム（光拡散手段）
　２１　発光ユニット（照明ユニット）
　３１　発光ユニット（照明ユニット）
　３７　導光体
　３８ａ・３８ｂ　接続エリア（導光方向変更部）
　３９ａ　導光部（第１の導光部）
　３９ｂ　導光部（第２の導光部）

Claims (12)

1. 　透過型表示パネルのバックライトとして用いられる照明ユニットにおいて、
   　発光面を有する導光体と、
   　前記発光面の背面側に設けられた第１及び第２の光源とを備え、
   　前記導光体は、一面が前記発光面をなす共通部と、一端が前記共通部へ接続され他端がそれぞれ前記第１及び第２の光源からの光の入射面をなす第１及び第２の導光部とを有し、
   　前記第１及び第２の導光部は、前記発光面のそれぞれ第１及び第２の領域の背面側に設けられ、それぞれ前記第２及び第１の領域へ向かって光を導くように形成されていることを特徴とする照明ユニット。
2. 　前記各導光部は、それぞれの導光方向が前記発光面に対して傾斜するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
3. 　前記各導光部は、それぞれの導光方向が前記発光面に対して平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
4. 　前記各導光部は、前記共通部との接触部分に、それぞれの導光方向を変更する導光方向変更部を備えることを特徴とする請求項３に記載の照明ユニット。
5. 　前記発光面、又は前記共通部の前記発光面に対向する対向面に光を拡散する複数の光拡散手段が配置され、
   　前記光拡散手段は、前記発光面の発光量に応じて分布密度が異なるように配置されていることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の照明ユニット。
6. 　前記共通部の前記発光面に対向する対向面は、前記第１及び第２の領域に対向する第１及び第２の対向面からなり、
   　前記第１の対向面は、前記第２の光源から離れるにつれて、前記発光面との距離が小さくなるように傾斜して形成されており、
   　前記第２の対向面は、前記第１の光源から離れるにつれて、前記発光面との距離が小さくなるように傾斜して形成されていることを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の照明ユニット。
7. 　前記各導光部の、前記各光源から前記共通部に向かう方向を長さ方向とし、前記長さ方向と交差する方向を幅方向とした場合、
   　前記各光源は、前記各導光体の幅方向の中心に一個設けられた点光源であり、
   　前記各導光部の前記幅方向の長さをＬ１、前記各導光部の屈折率をｎとすると、前記各光源と前記共通部との間に存在する前記各導光部の前記長さ方向の距離Ｘは、
   

   

   　となっていることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の照明ユニット。
8. 　前記各導光部の、前記各光源から前記共通部に向かう方向を長さ方向とし、前記長さ方向と交差する方向を幅方向とした場合、
   　前記各光源は、発光色の互いに異なる複数種類の点光源が上記幅方向に沿って複数個並んで構成された点光源群からなり、配列方向の両端部に配置された各点光源間の距離をＬ２、前記各導光部の前記幅方向の長さをＬ１、前記各導光部の屈折率をｎとすると、
   　前記各光源が、前記各導光部における前記長さＬ１の中央部に設けられており、前記各光源と前記共通部との間に存在する前記各導光部の前記長さ方向の距離Ｘは、
   　となっていることを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の照明ユニット。
9. 　請求項１～８の何れか１項に記載の照明ユニットが複数平面的に配置されていることを特徴とする照明装置。
10. 　請求項６に記載の照明ユニットが複数平面的に配置されている照明装置であって、
    　前記各照明ユニットは、それぞれの前記距離が最小となる部分同士を突き合わせるように列をなして配列されており、この突き合わせた部分の下方では前記各照明ユニット間に空間が形成されていることを特徴とする照明装置。
11. 　前記空間が連通するように、前記各照明ユニットの列が複数配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 　請求項９～１１の何れか１項に記載の照明装置をバックライトとして備えることを特徴とする液晶表示装置。

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