JP4655155B2 - 発光装置および画像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置および画像表示装置に関する。
近年、テレビジョン受像機等の画像表示装置においては、表示パネルの大型化に伴い、表示パネルの直下に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が配置されたバックライト型の発光装置が利用されることが多い。ＬＥＤはその指向特性により、ＬＥＤの中央付近ほど明るく光る特性を有する。このため、表示パネルを照明するまでに十分に光を拡散させ、表示パネルにおける輝度ムラを低減させることが要求される。
輝度ムラの発生を防止する方法としては、例えば、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１には、ＬＥＤから出射された光を導光板内で複数回反射させた後、導光板内に形成された反射機構で反射させることにより輝度ムラを抑制することが可能な発光装置が開示されている。
特開２００８−３０５６４２号公報
しかし、従来の発光装置では、ＬＥＤの位置が正規の位置からずれた場合に輝度ムラが大きくなってしまうという問題があった。例えば、単品公差、製品の組み立てバラツキ、搬送による位置ズレ、経時的な変形等により、ＬＥＤと導光板との間に隙間が発生するおそれもある。このように、ＬＥＤが正規の位置からずれた場合、ＬＥＤから出射された光は、導光板内で不規則に反射された後に導光板の出光面を透過するため、輝度ムラが大きくなってしまうという問題がある。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＬＥＤが正規の位置からずれた場合においても輝度ムラが大きくなることを抑制することが可能な、新規かつ改良された発光装置および画像表示装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、光を出射する複数の光源と、前記光源から出射された光が入光する入光面と、該入光面から入光した光が出光する出光面と、を含んで構成され、前記光源の光軸方向と直行する略平板形状の導光板と、を備え、前記入光面には、該入光面の平面と角度θａをなす第１傾斜面と、前記入光面の平面と角度θｂをなす第２傾斜面と、から構成される凹凸部が連続的に形成され、前記角度θａは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記光源から出光された光のうち、前記第１傾斜面で屈折して前記導光板に入光した光を前記出光面で全反射させる角度であり、前記角度θｂは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記光源から出光された光が前記第２傾斜面で直接屈折して前記導光板に入光することを防止する角度である、発光装置が提供される。
係る構成により、発光装置の入光面に形成される凹凸部の第１傾斜面が入光面の平面となす角度θａは、光源の位置が導光板から離れる方向にずれた場合においても、光源から出光された光のうち、第１傾斜面で屈折して導光板に入光した光を出光面で全反射させる角度で構成される。また、発光装置の入光面に形成される凹凸部の第２傾斜面が入光面の平面となす角度θｂは、光源の位置が導光板から離れる方向にずれた場合においても、光源から出光された光が第２傾斜面で直接屈折して導光板に入光することを防止する角度で構成される。
また、前記角度θａおよびθｂは、前記光源の中心と前記第１傾斜面または前記第２傾斜面を結ぶ線が前記光源の光軸方向となす角度θ１と、前記導光板の出光面と該導光板の平面とのなす角度θｃと、前記導光板の屈折率ｎと、に基づいて下記式（１）および式（２）により決定された角度とすることもできる。
Figure 0004655155
また、前記角度θｂは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記第１傾斜面で屈折して前記導光板に入光した後に前記第２傾斜面で全反射する光の絶対量を軽減する角度であり、下記式（３）により決定された角度とすることもできる。
Figure 0004655155
また、前記導光板の前記入光面には、前記光源の位置がずれていない場合において前記光源から出射された光が前記導光板に屈折して入光する凹部が設けられ、該凹部の外周面に前記凹凸部が連続的に形成されることもできる。
また、前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、所定の曲率を有する曲面であってもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、画像が表示される表示パネルと、前記表示パネルを背面から照明する発光装置と、を備え、前記発光装置は、光を出射する複数の光源と、前記光源から出射された光が入光する入光面と、該入光面から入光した光が出光する出光面と、を含んで構成され、前記表示パネルと略平行の略平板形状の導光板と、を備え、前記入光面には、該入光面の平面と角度θａをなす第１傾斜面と、前記入光面の平面と角度θｂをなす第２傾斜面と、から構成される凹凸部が連続的に形成され、
前記角度θａは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記光源から出光された光のうち、前記第１傾斜面で屈折して前記導光板に入光した光を前記出光面で全反射させる角度であり、前記角度θｂは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記光源から出光された光が前記第２傾斜面で直接屈折して前記導光板に入光することを防止する角度である、画像表示装置が提供される。
以上説明したように本発明によれば、ＬＥＤが正規の位置からずれた場合においても輝度ムラが大きくなることを抑制することが可能である。
本発明の実施形態の１つに係る発光装置１００の概略構成を示す説明図である。 同実施形態において、ＬＥＤ２２の位置が後方へずれた場合における発光装置１００の概略構成を示す説明図である。 図２における凹凸部１５０の周辺部の拡大図である。 同実施形態において、ＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれた場合で、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の進路を示す説明図である。 同実施形態において、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した光の進路を示す説明図である。 図５における凹凸部１５０の周辺部の拡大図である。 同実施形態において、第１傾斜面１５２および第２傾斜面１５４を曲率面にした場合の説明図である。 １のＬＥＤ２２を点灯した場合における輝度分布のシミュレーション結果を示す説明図である。 図８のシミュレーション結果において、相対輝度のスケールを変更した結果を示す説明図である。 すべてのＬＥＤ２２を点灯した場合における輝度分布のシミュレーション結果を示す説明図である。 図１０のシミュレーション結果の測定位置を示す説明図である。 同実施形態に係る発光装置１００でＬＥＤ２２が正規位置にある場合の輝度分布を三次元的に示したシミュレーション結果である。 同実施形態に係る発光装置１００でＬＥＤ２２が正規位置から０．５ｍｍ後方にずれた場合の輝度分布を三次元的に示したシミュレーション結果である。 従来例１における輝度分布を三次元的に示したシミュレーション結果である。 従来例２における輝度分布を三次元的に示したシミュレーション結果である。 従来例３における輝度分布を三次元的に示したシミュレーション結果である。 一般的な画像表示装置１０の概略斜視図である。 図１７に示した画像表示装置１０のＡ−Ａ断面図である。 図１８におけるＬＥＤ２２の周辺部の拡大図である。 図１７に示した発光装置１６内の概略平面図である。 導光板２４の一部概略三面図である。 一般的な画像表示装置１０において、発光装置１６を構成する１のＬＥＤ２２から出射された光の進路の一例を示す説明図である。 一般的な画像表示装置１０で、ＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれた場合において、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の進路を示す説明図である。 一般的な画像表示装置１０で、ＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれた場合において、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の進路を示す説明図である。 図２４における凹凸部５０の周辺部の拡大図である。 一般的な画像表示装置１０で、ＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれた場合において、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の進路を示す説明図である。 図２６における凹凸部５０の周辺部の拡大図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
１．従来の問題点
１−１．一般的な画像表示装置１０の概略構成
１−２．発光装置１６におけるＬＥＤ２２の位置ずれによる問題点
２．本発明の実施形態の１つに係る発光装置１００の概略構成
３．発光装置１００におけるＬＥＤ２２の位置ずれによる問題点の解消
４．シミュレーション結果
５．まとめ
＜１．従来の問題点＞
まず、一般的な画像表示装置１０に用いられる発光装置１６の基本構造を説明し、従来の問題点を明確にしたうえで、本発明の実施形態の１つに係る発光装置１００の詳細について説明する。
［１−１．一般的な画像表示装置１０の概略構成］
図１７は、一般的な画像表示装置１０の概略斜視図である。また、図１８は、図１７に示した画像表示装置１０の断面図である。また、図１９は、図１８におけるＬＥＤ２２の周辺部の拡大図である。図１７〜図１９に示すように、画像表示装置１０は、表示パネル１２と、外筐１４と、発光装置１６と、を含んで構成される。
外筐１４は、表示パネル１２を支持するとともに、発光装置１６を収容する部材であって、フロントパネル１４ａおよびリアパネル１４ｂとを接合して形成されている。フロントパネル１４ａには、ｚ軸方向に貫通する開口部が形成されており、該開口部を塞ぐように表示パネル１２が設けられる。
表示パネル１２は、映像が表示されるパネルである。表示パネル１２は、例えば、透過型のカラー液晶パネルを前後から２枚の偏光板で挟みこみ、アクティブマトリックス方式で駆動することによりフルカラー映像を表示する。
図１８に示すように、外筐１４の内部には、表示パネル１２を背面（図１７におけるｚ軸負方向側の面）側から照明する発光装置（バックライトユニット）１６が備えられている。発光装置１６は、表示パネル１２の背面に複数の光源であるＬＥＤ２２が配置された背面直下型の発光装置である。発光装置１６は、筐体１８と、回路基板２０と、ＬＥＤ２２と、導光板２４と、拡散板２６と、光学シート２８と、を含んで構成されている。
筐体１８は、例えば、熱伝導性の高い金属材料等により形成され、回路基板２０と、ＬＥＤ２２と、導光板２４と、を収容するとともに、拡散板２６および光学シート２８を支持する。筐体１８は、表示パネル１２と対向する平坦部３０と、平坦部３０の周囲から平坦部３０に対して略垂直（ｚ軸正方向）に突出する周面部３２と、からなる。周面部３２で囲われた平坦部３０には、回路基板２０、ＬＥＤ２２および導光板２４などが収容される。また、周面部３２の内面は、拡散板２６および光学シート２８の周縁部と接触して、拡散板２６および光学シート２８を支持する。
回路基板２０は、筐体１８内で表示パネル１２に対向して配設され、ＬＥＤ２２を発光制御する発光制御回路（図示せず）等を搭載する。回路基板２０上には複数のＬＥＤ２２が上下左右（ｘ軸方向およびｙ軸方向）に所定の間隔でマトリクス状に配置されている。
ＬＥＤ２２は、例えば、白色の光を出射する光源である。なお、ＬＥＤ２２が出射する光は、白色の光に限定されるものではなく、例えば、赤色、青色、緑色の光を出射してもよい。例えば、一組の発光ユニットとして構成された赤色の光を出射するＬＥＤ２２と、青色の光を出射するＬＥＤ２２と、２つの緑色の光を出射するＬＥＤと、がマトリクス状に複数配置されてもよく、ＬＥＤ２２の数および出射する光の色は特定のものに限定されない。
また、ＬＥＤ２２には、図１９に示すように、接続端子３４が接続され、該接続端子３４の一部が封止樹脂３６から突出されて回路基板２０に接続されている。なお、接続端子３４や封止樹脂３６の形状や位置等は製品仕様等によって適宜変更されるものであり、図１８に示したものに限定されるものではない。
導光板２４は、例えば、アクリルやポリカーボネート等の透明な樹脂材料によって略平板状に形成されている。導光板２４は、主にＬＥＤ２２から出射された光が入光する入光面３８（導光板２４の背面）と、導光板２４に入射した光が出光する出光面４０（導光板２４の前面）と、を有する。すなわち、ＬＥＤ２２から出射された光は、入光面３８から導光板２４に入光した後、直接または導光板２４内部で反射された後に出光面４０から出光する。
また、ＬＥＤ２２から出射した光が導光板２４内部に均一に拡散するように、導光板２４の入光面３８のＬＥＤ２２に対向する位置に第１凹部４２が設けられている。さらに、導光板２４の出光面４０には、入光面３８の第１凹部４２に対向する位置に第２凹部４４が設けられている。
拡散板２６は、ＬＥＤ２２に対向して配置され、ＬＥＤ２２から出射された光を外筐１４の内部で拡散し、表示パネル１２における輝度バラツキの低減を図る機能を有する。
光学シート２８は、拡散板２６の前面に貼り付けられ、例えば、ＬＥＤ２２から出射された光を屈折させて所定の方向へ導くプリズムシートや、偏光方向を変換する偏光方向変換シート等の所定の光学機能を有する各種シートなどが層状に配置されて構成されている。
画像表示装置１０は、以上のような構成により表示パネル１２に所定の映像を表示することができる。なお、画像表示装置１０は、要求される仕様などに応じて上記構成を適宜変更されるものである。例えば、図２０および図２１は、画像表示装置１０の仕様の一例であり、図２０は発光装置１６内の概略平面図を示し、図２１は発光装置１６内に収容される１枚の導光板２４の概略三面図を示している。図２０に示すような寸法で発光装置１６の導光板２４を構成することにより、例えば、４６インチの表示パネル１２を利用した画像表示を実現することができる。もちろん、図２０および図２１に示す例は、発光装置１６の一例であり、発光装置１６の寸法、形状、構成等はこれに限定されるものではない。
図２２は、上記発光装置１６を構成する１のＬＥＤ２２から出射された光の進路の一例を示す説明図である。なお、図２２に示す例では、ＬＥＤ２２の中心部から出射された光を実線で示し、ＬＥＤ２２の中心部から離れた位置から出射される光の一例を破線で示している。もちろん、破線で示される光の進路は、図２２に示される例に限定されるものではない。
図２２に示すように、ＬＥＤ２２から出射された光は、入光面３８から導光板２４内に入光する際に、入光面３８の第１凹部４２で屈折される。導光板２４に入光した光はその後、出光面４０に到達する。このとき、所定の角度で出光面４０に到達した光のみが出光面４０を透過し、それ以外の光は出光面４０で全反射されて再度入光面３８へ向かう。
また、図２２に示すように、導光板２４の入光面３８には、所定間隔で凸形状の反射機構４６が備えられている。導光板２４の出光面４０で全反射された光はその後、反射機構４６で所定角度に反射された後、再度出光面４０へ向かい、一部の光が出光面４０を透過して導光板２４から出光される。このように、入光面３８に反射機構４６が備えられることにより、導光板２４内で反射が繰り返される光の進路を任意の角度で屈折させることができ、ＬＥＤ２２から離れた位置でもムラなく光を導光板２４から出光させることができる。例えば、反射機構４６の数や間隔を調整することにより、導光板２４から出光する光のムラをより抑制することもできる。
［１−２．発光装置１６におけるＬＥＤ２２の位置ずれによる問題点］
図２２に示したように、ＬＥＤ２２から出射された光は、導光板２４で複数回反射された後、導光板２４から可能な限りムラが抑制された状態で出光する。しかしながら、発光装置１６におけるＬＥＤ２２は、種々の要因により、正規の位置からずれることも想定される。例えば、ＬＥＤ２２の単品公差、製品の組み立てバラツキ、搬送による位置ズレ、経時的な変形等により、ＬＥＤ２２と導光板２４との間に隙間が発生するおそれもある。このように、ＬＥＤ２２が正規の位置からずれた場合、ＬＥＤ２２から出射された光は、導光板２４内で不規則に反射された後に導光板２４の出光面４０を透過するため、輝度ムラが大きくなってしまうという問題がある。
図２３は、上記問題点を説明するために、ＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれた場合において、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の進路を示す説明図である。図２３に示すように、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の一部は、入光面３８の第１凹部４２の周辺に形成される平坦部４８で屈折された後に導光板２４に入光する。平坦部４８で屈折された光は、本来とは異なる角度で導光板２４の出光面４０に到達する。したがって、出光面４０で全反射することなく導光板２４を透過する異常発光が発生し、輝度ムラが大きくなってしまう。
また、導光板２４に入光する際に、導光板２４への入光角度を調整するために、例えば、第１凹部４２の周辺に平坦部４８の代わりに、いわゆるフレネルレンズ状の凹凸部５０が設けられる場合もある。図２４は、このような凹凸部５０が設けられた導光板２４を備えた発光装置１６で、ＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれた場合において、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の進路を示す説明図である。また、図２５は、図２４における凹凸部５０の周辺部の拡大図である。図２５に示すように、入光面３８の第１凹部４２の周辺には、第１傾斜面５２と第２傾斜面５４とが連続的に形成されることにより凹凸形状の凹凸部５０が形成されている。
本来、フレネルレンズ形状の凹凸部５０を設けることにより、ＬＥＤ２２から出射された光は、第１傾斜面５２で所定角度に屈折された後、導光板２４へ入光する。これにより、導光板２４に入光した光が導光板２４内で複数回反射されて、輝度ムラの発生を軽減することができる。しかしながら、ＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれることにより、上記平坦部４８が設けられている場合と同様に、異常発光による輝度ムラが大きくなってしまう。
例えば、図２５に示すように、第２傾斜面５４の傾斜角度θｂが、ＬＥＤ２２の中心から出射された光が入光面３８に向かう角度θ１よりも小さい場合、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の一部は、第２傾斜面５４で屈折されて導光板２４に入光する。このように、第２傾斜面５４で屈折された後に導光板２４に入光した光は、図２４に示すように、出光面４０で全反射することなく導光板２４を透過し、異常発光による輝度ムラが生じてしまう。
一方、第２傾斜面５４の傾斜角度θｂが大きすぎる場合にも、異常発光により輝度ムラが大きくなってしまうおそれがある。図２６は、第２傾斜面５４の傾斜角度θｂが大きく、さらにＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれた場合において、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の進路を示す説明図である。また、図２７は、図２６における凹凸部５０の周辺部の拡大図である。
図２７に示すように、第２傾斜面５４の傾斜角度θｂが大きすぎる場合、本来第１傾斜面５２で屈折された後に導光板２４の出光面に直接向かう光が、第２傾斜面５４で全反射され、ＬＥＤ２２の光軸方向へと向かう。この結果、図２６に示すように、第１傾斜面５２で屈折された後に第２傾斜面５４で全反射された光は、導光板２４の出光面４０を透過し、ＬＥＤ２２の光軸中心部において異常発光が発生し輝度ムラが大きくなってしまう。
このように、ＬＥＤ２２が正規の位置よりも後方にずれた場合には、本来導光板２４内を複数回反射して輝度ムラなく導光板２４から出光されるはずの光が、出光面４０において異常発光されるという問題が生じる。
本発明の実施形態の１つに係る発光装置１００を備える画像表示装置２００は、上記問題点を解決することができる。以下、このような特徴を有する発光装置１００の詳細について説明する。
＜２．本発明の実施形態の１つに係る発光装置１００の概略構成＞
図１は、本発明の実施形態の１つに係る発光装置１００の概略構成を示す説明図である。図１に示すように、本実施形態に係る発光装置１００は、導光板１２４の入光面１３８に形成される凹凸部１５０を、ＬＥＤ２２の位置ずれに対応可能な形状とすることにより、上記問題点を解決することができる。なお、凹凸部１５０は、上記発光装置１６と同様に、入光面１３８のＬＥＤ２２と対向する位置に形成される第１凹部１４２の外周に連続的に形成される。
なお、図１に示した説明図では、ＬＥＤ２２が正規の位置、すなわちＬＥＤ２２を支持する封止樹脂３６と導光板１２４の入光面１３８とが接触している場合において、ＬＥＤ２２から出射された光の進路を示している。図１に示すように、ＬＥＤ２２が正規の位置にある場合、ＬＥＤ２２の中心から出射された光は、導光板１２４の第１凹部１４２で屈折しながら導光板１２４に入射する。その後、出光面１４０および入光面１３８で反射を繰り返した後、例えば、図２２に示したような反射機構４６によって反射することで出光面１４０を透過する。
一方、ＬＥＤ２２の位置が本来よりも後方（ｚ軸負方向）へずれた場合においても、本実施形態に係る導光板１２４を利用することにより、輝度ムラが大きくなることを抑制することができる。図２は、ＬＥＤ２２の位置が後方へずれた場合における発光装置１００の概略構成を示す説明図である。また、図３は、図２における凹凸部１５０の周辺部の拡大図である。
図２に示すように、ＬＥＤ２２の位置が本来よりも後方にずれることにより、ＬＥＤ２２から出射された光の一部が導光板１２４の凹凸部１５０で屈折されて導光板１２４へ入光することとなる。ここで、本実施形態に係る発光装置１００は、凹凸部１５０を構成する第１傾斜面１５２および第２傾斜面１５４と導光板１２４の平面（ｘｙ平面）との角度を、ＬＥＤ２２から出射される光とＬＥＤ２２の光軸方向（ｚ軸正方向）との角度に基づいて設計する。以下、本実施形態の特徴の１つである凹凸部１５０の第１傾斜面１５２および第２傾斜面１５４について説明する。
まず、図２に示すように、ＬＥＤ２２の中心と傾斜面とを結ぶ直線がＬＥＤ２２の光軸方向となす角度をθ１と仮定する。また、導光板２４の出光面１４０と、導光板２４の平面（ｘｙ平面）と、の角度をθｃと仮定する。また、図３に示すように、凹凸部１５０の第１傾斜面１５２と、導光板１２４の平面（ｘｙ平面）と、の角度をθａと仮定する。また、凹凸部１５０の第２傾斜面１５４と、導光板１２４の平面（ｘｙ平面）と、の角度をθｂと仮定する。
ここで、本実施形態においては、第１傾斜面１５２の角度θａおよび第２傾斜面１５４の角度θｂを、以下の式（１）〜（３）のように設定することで、ＬＥＤ２２の位置ずれにより輝度ムラが大きくなることを抑制することができる。
Figure 0004655155
Figure 0004655155
 ）
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ここで、「ｎ」は、導光板１２４の屈折率であり、導光板１２４を形成する材質に応じて任意に変更されるものである。
上記式から明らかなように、第１傾斜面１５２の角度θａおよび第２傾斜面１５４の角度θｂは、ＬＥＤ２２から出射された光とＬＥＤ２２の光軸方向との角度θ１に基づいて決定される。したがって、ＬＥＤ２２の単品交差、経時変化などによるＬＥＤ２２のずれ量などを考慮して、第１傾斜面１５２の角度θａおよび第２傾斜面１５４の角度θｂを任意に設定して導光板１２４の凹凸部１５０を設計することができる。また、θ１は、凹凸部１５０の位置によって異なる値となる。したがって、例えば、例えば、第１傾斜面１５２毎に、第１傾斜面１５２の中央部とＬＥＤ２２の中心とを結んだ線と、ＬＥＤ２２の光軸方向と、の角度をθ１として設定してもよい。これにより、凹凸部１５０の位置によって、適切な角度で第１傾斜面１５２および第２傾斜面１５４を形成することもできる。また、出光面１４０の角度θｃも導光板１２４に要求される仕様等に応じて任意に変更することができるものであり、特定の角度に限定されるものではない。
＜３．発光装置１００におけるＬＥＤ２２の位置ずれによる問題点の解消＞
図４は、本実施形態に係る発光装置１００において、ＬＥＤ２２の位置が正規の位置よりも後方にずれた場合で、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の進路を示す説明図である。
図４に示すように、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の一部は、導光板１２４の入光面１３８の凹凸部１５０へ到達する。ここで、上記式（１）は、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した光がその後出光面１４０で全反射するように、角度θａを算出するための式である。したがって、上記式（１）により設定された角度θａで各第１傾斜面１５２を形成することにより、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した光は、出光面１４０で全反射されることとなる。
また、上記式（３）は、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の一部が、第２傾斜面１５４で直接屈折して導光板１２４に入光することを防止するように、角度θｂの最小値を算出するための式である。したがって、上記式（３）により設定された角度以上の角度θｂで各第２傾斜面１５４を形成することにより、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の一部が、第２傾斜面１５４で直接屈折して導光板１２４に入光することを防止することができる。この結果、本実施形態に係る発光装置１００を利用することにより、図２４および図２５で説明したような輝度ムラを抑制することが可能である。
また、上記式（２）は、ＬＥＤ２２の中心から出射された光のうち、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した後に第２傾斜面１５４で全反射する光の絶対量を軽減するように、角度θｂの最大値を算出するための式である。したがって、上記式（２）により設定された角度以下の角度θｂで各第２傾斜面１５４を形成することにより、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した後に第２傾斜面１５４で全反射する光を軽減することができる。
図５は、本実施形態において、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光する光の進路を示す説明図である。また、図６は、図５における凹凸部１５０の周辺部の拡大図である。上述したように、ＬＥＤ２２の入射角度θ１に応じて第２傾斜面１５４の最大角度が設定されている。したがって、図５および図６に示すように、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した光の多くが、第２傾斜面１５４で全反射することなく出光面１４０へ向かうこととなる。すなわち、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した光のうち、第２傾斜面１５４で全反射してしまう光の絶対量を大幅に軽減することができる。このように、本実施形態に係る発光装置１００を利用することにより、第２傾斜面１５４で全反射してしまうことにより発生する輝度ムラを、図２６および図２７で説明したような従来の導光板２４を利用した例と比較して抑制することが可能である。
このように、第１傾斜面１５２の角度θａを上記式で算出される角度より大きく設定することにより、ＬＥＤ２２の中心から出射された光のうち、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した光を、出光面１４０で全反射させることができる。また、第２傾斜面１５４の角度θｂを上記式（３）で算出される角度より大きく設定することにより、第２傾斜面１５４で直接屈折して導光板１２４に入光することによる異常発光を防止することができる。さらに、第２傾斜面１５４の角度θｂを上記式（２）で算出される角度より小さく設定することにより、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した光のうち、第２傾斜面１５４で全反射してしまう光の絶対量を軽減することができる。この結果、本実施形態に係る発光装置１００を利用することにより、ＬＥＤ２２が正規の位置からずれた場合においても、導光板１２４から出光される光の輝度ムラが大きくなることを抑制することができる。
なお、第１傾斜面１５２および第２傾斜面１５４は、上記式（１）〜（３）に基づいて傾斜角度が設定されれば、必ずしも平面形状である必要はない。例えば、図７に示すように、第１傾斜面１５２および第２傾斜面１５４を、所定の曲率を有する曲率面としてもよい。
＜４．シミュレーション結果＞
次に、上記実施形態に係る発光装置１００を利用することにより輝度ムラが軽減される効果について、従来の発光装置１６の場合と比較してシミュレーションを行った結果を以下説明する。
（１灯点灯時の輝度分布シミュレーション結果）
図８は、１のＬＥＤ２２のみを点灯させた場合において、該ＬＥＤ２２の中心位置からの距離に応じた輝度分布を示すシミュレーション結果である。また、図９は、図８のシミュレーション結果において、縦軸の相対輝度のスケールを変更した結果を示す説明図である。なお、図８のシミュレーション結果において、横軸の距離は、ＬＥＤ２２の中心位置を０ｍｍとした場合において、該ＬＥＤ２２の中心位置からの離隔距離を示している。また、縦軸の相対輝度は、ＬＥＤ２２の中心位置における輝度を１とした場合の相対輝度を示している。
また、図８では、上記実施形態に係る発光装置１００を利用した場合において、ＬＥＤ２２を正規の位置に設定した場合のシミュレーション結果を破線で示している。また、上記実施形態に係る発光装置１００を利用した場合において、ＬＥＤ２２を正規の位置から０．５ｍｍ後方（ｚ軸負方向）にずらした場合のシミュレーション結果を実線で示している。また、図２３で示したような平坦部４８が形成された導光板２４を備える発光装置１６を利用した場合において、ＬＥＤ２２を正規の位置から０．５ｍｍ後方にずらした場合のシミュレーション結果を、従来例１としてバツ印のプロットの実線で示している。また、図２４、２５で示したような凹凸部５０が形成された導光板２４を備える発光装置１６を利用した場合において、ＬＥＤ２２を正規の位置から０．５ｍｍ後方にずらした場合のシミュレーション結果を、従来例２として三角印のプロットの実線で示している。また、図２６、２７で示したような凹凸部５０が形成された導光板２４を備える発光装置１６を利用した場合において、ＬＥＤ２２を正規の位置から０．５ｍｍ後方にずらした場合のシミュレーション結果を、従来例３として丸印のプロットの実線で示している。
図８および図９に示すように、従来例１では、ＬＥＤ２２の中心部から所定距離離れるに連れて、相対輝度が上昇している。これは、図２３に示したように、平坦部４８で屈折して導光板２４に入光した光が出光面４０を透過することにより異常発光しているためである。
また、従来例２でも同様に、ＬＥＤ２２の中心部から所定距離離れるに連れて、相対輝度が上昇している。これは、図２４および図２５に示したように、凹凸部５０の第２傾斜面５４で屈折して導光板２４に入光した光が出光面４０を透過することにより異常発光しているためである。
また、従来例３では、ＬＥＤ２２の中心部における相対輝度が極端に大きくなっていることがわかる。これは、図２６および図２７に示したように、第１傾斜面５２で屈折された後に第２傾斜面５４でＬＥＤ２２の光軸方向に向けて全反射された光が、導光板２４の出光面４０を透過することにより、ＬＥＤ２２の光軸中心部において異常発光が発生しているためである。
一方、本実施形態に係る発光装置１００を利用した場合においては、ＬＥＤ２２が０．５ｍｍ後方に位置ずれした場合であっても、正規位置における輝度分布曲線と近似した輝度分布曲線となっていることがわかる。これは、上述したように、凹凸部１５０が、上記式（１）〜（３）に基づいて決定された角度θａの第１傾斜面１５２と、θｂの第２傾斜面１５４と、で形成されているためである。
（全点灯時の輝度分布シミュレーション結果）
次に、発光装置１００のすべてのＬＥＤ２２を点灯させた場合における輝度分布のシミュレーション結果について説明する。図１０は、発光装置１００のすべてのＬＥＤ２２を点灯させた場合における輝度分布のシミュレーション結果である。また、図１１は、図１０のシミュレーション結果の測定位置を示す説明図である。図１０に示すシミュレーションは、図１１に示すように発光装置１００を縦６×横１２の７２のブロックに分類し、Ａ−Ａ線の中央位置を「距離０ｍｍ」とした場合のＡ−Ａ線上の輝度分布である。また、図１０に示すシミュレーション結果は、図８および図９に示したシミュレーションと同様に、本実施形態においてＬＥＤ２２が正規位置の場合と、０．５ｍｍ後方にずれた場合と、従来例１と、従来例２と、従来例３と、の結果を示している。
図１０に示すように、ＬＥＤ２２が正規位置よりも後方に０．５ｍｍずれた場合のシミュレーション結果を比較すると、本実施形態に係る発光装置１００が最も輝度ムラが小さいことがわかる。例えば、従来例１や従来例２ではＬＥＤ２２間の相対輝度が極端に小さくなり、従来例３ではＬＥＤ２２間の相対輝度が極端に大きくなっていることがわかる。
図１２〜１６は、上記シミュレーション結果をより明確にするため、図１１に示した発光装置１００のうちの８４ｍｍ×９４ｍｍの１ブロックにおける輝度分布を三次元的に示したシミュレーション結果である。
図１２は、本実施形態に係る発光装置１００でＬＥＤ２２が正規位置にある場合の輝度分布である。また、図１３は、本実施形態に係る発光装置１００でＬＥＤ２２が正規位置から０．５ｍｍ後方にずれた場合の輝度分布である。また、図１４は、上記従来例１における輝度分布である。また、図１５は、上記従来例２における輝度分布である。また、図１６は、上記従来例３における輝度分布である。
図１３のシミュレーション結果を参照すると、図１２のシミュレーション結果と同様に、輝度ムラが小さいことがわかる。すなわち、本実施形態に係る発光装置１００では、ＬＥＤ２２が正規位置にある場合と、後方に０．５ｍｍずれた場合と、で輝度ムラに大きな違いがないことがわかる。
一方、図１４〜図１６のシミュレーション結果を参照すると、図１２および図１３のシミュレーション結果と比較して輝度ムラが大きいことがわかる。すなわち、従来の発光装置１６では、ＬＥＤ２２が正規位置から後方に０．５ｍｍずれることにより、大きな輝度ムラが発生していることがわかる。
以上のように、本実施形態に係る発光装置１００を利用することにより、ＬＥＤ２２の位置ずれが発生した場合においても、従来の発光装置１６を利用する場合と比較して、輝度ムラを抑制することができる。
＜５．まとめ＞
以上、本実施形態に係る発光装置１００について説明した。上述したように、本実施形態に係る発光装置１００は、導光板１２４の入光面１３８に形成される凹凸部１５０が、所定の角度θａの第１傾斜面１５２と、所定の角度θｂの第２傾斜面１５４と、で形成される。第１傾斜面１５２の角度θａは、ＬＥＤ２２の中心から出射した光のうち、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した光が、導光板１２４の出光面１４０で全反射するような角度に設定される。具体的には、上記式（１）により第１傾斜面１５２の角度θａが設定される。また、第２傾斜面１５４の角度θｂは、ＬＥＤ２２の中心から出射された光の一部が、第２傾斜面１５４で直接屈折して導光板１２４に入光することを防止するような角度に設定される。具体的には、上記式（３）により第２傾斜面１５４の角度θｂの最小角度が設定される。また、第２傾斜面１５４の角度θｂは、ＬＥＤ２２の中心から出射された光のうち、第１傾斜面１５２で屈折して導光板１２４に入光した後に第２傾斜面１５４で全反射する光を軽減するような角度に設定される。具体的には、上記式（２）により第２傾斜面１５４の角度θｂの最大角度が設定される。以上のようにして形成される第１傾斜面１５２および第２傾斜面１５４を有することにより、本実施形態に係る発光装置１００では、ＬＥＤ２２が正規位置より後方にずれた場合でも、輝度ムラが大きくなることを抑制することが可能である。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態で説明した画像表示装置２００や発光装置１００の構成は、上記実施形態の特徴を説明する上での一例であり、本発明は係る例に限定されない。例えば、発光装置１００には、ＬＥＤ２２から出射された光の利用効率を高めるために、反射板などが追加的に設けられてもよく、画像表示装置２００や発光装置１００の構成部品は、要求される仕様やコストなどに応じて適宜変更することが可能である。
また、上記シミュレーション結果は、上記実施形態による効果を説明するための一例であり、上記実施形態に係る発光装置１００において対応可能なＬＥＤ２２の位置ずれは０．５ｍｍに限定されるものではない。すなわち、ＬＥＤ２２の位置ずれ量に応じて上記θ１が変化するため、想定される単品交差や経時変化などに基づいて所定の最大ずれ位置を仮定し、仮定したＬＥＤ２２のずれ位置に基づいて上記第１傾斜面１５２および第２傾斜面１５４を形成することもできる。これにより、仮定した量だけＬＥＤ２２の位置がずれた場合においても輝度ムラを抑制することが可能である。
１２ 表示パネル
２０ 回路基板
２２ ＬＥＤ
３４ 接続端子
３６ 封止樹脂
４４ 第２凹部
４６ 反射機構
４８ 平坦部
５０ 凹凸部
５２ 第１傾斜面
５４ 第２傾斜面
１００ 発光装置
１２４ 導光板
１３８ 入光面
１４０ 出光面
１４２ 第１凹部
１５０ 凹凸部
１５２ 第１傾斜面
１５４ 第２傾斜面
２００ 画像表示装置

Claims (6)

  1. 光を出射する複数の光源と、
    前記光源から出射された光が入光する入光面と、該入光面から入光した光が出光する出光面と、を含んで構成され、前記光源の光軸方向と直行する略平板形状の導光板と、
    を備え、
    前記入光面には、該入光面の平面と角度θａをなす第１傾斜面と、前記入光面の平面と角度θｂをなす第２傾斜面と、から構成される凹凸部が連続的に形成され、
    前記角度θａは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記光源から出光された光のうち、前記第１傾斜面で屈折して前記導光板に入光した光を前記出光面で全反射させる角度であり、
    前記角度θｂは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記光源から出光された光が前記第２傾斜面で直接屈折して前記導光板に入光することを防止する角度である、発光装置。
  2. 前記角度θａおよびθｂは、前記光源の中心と前記第１傾斜面または前記第２傾斜面を結ぶ線が前記光源の光軸方向となす角度θ１と、前記導光板の出光面と該導光板の平面とのなす角度θｃと、前記導光板の屈折率ｎと、に基づいて下記式（１）および式（２）により決定された角度である、請求項１に記載の発光装置。
    Figure 0004655155
  3. 前記角度θｂは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記第１傾斜面で屈折して前記導光板に入光した後に前記第２傾斜面で全反射する光の絶対量を軽減する角度であり、下記式（３）により決定された角度である、請求項２に記載の発光装置。
    Figure 0004655155
  4. 前記導光板の前記入光面には、前記光源の位置がずれていない場合において前記光源から出射された光が前記導光板に屈折して入光する凹部が設けられ、該凹部の外周面に前記凹凸部が連続的に形成される、請求項３に記載の発光装置。
  5. 前記第１傾斜面および前記第２傾斜面は、所定の曲率を有する曲面である、請求項１〜４に記載の発光装置。
  6. 画像が表示される表示パネルと、
    前記表示パネルを背面から照明する発光装置と、
    を備え、
    前記発光装置は、
    光を出射する複数の光源と、
    前記光源から出射された光が入光する入光面と、該入光面から入光した光が出光する出光面と、を含んで構成され、前記表示パネルと略平行の略平板形状の導光板と、
    を備え、
    前記入光面には、該入光面の平面と角度θａをなす第１傾斜面と、前記入光面の平面と角度θｂをなす第２傾斜面と、から構成される凹凸部が連続的に形成され、
    前記角度θａは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記光源から出光された光のうち、前記第１傾斜面で屈折して前記導光板に入光した光を前記出光面で全反射させる角度であり、
    前記角度θｂは、前記光源の位置が前記導光板から離れる方向にずれた場合においても、前記光源から出光された光が前記第２傾斜面で直接屈折して前記導光板に入光することを防止する角度である、画像表示装置。
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