JP2005129242A - Illumination device and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、透過型ディスプレイのバックライト光源となる三色混合型の照明装置、および、それを搭載した液晶ディスプレイや液晶テレビなどの透過型の画像表示装置に関するものである。 The present invention relates to a three-color mixed illumination device serving as a backlight light source of a transmissive display, and a transmissive image display device such as a liquid crystal display or a liquid crystal television equipped with the illuminating device.
近年、画像表示装置として、奥行を必要とするCRTに代わり、薄型ディスプレイが市場を拡大している。薄型テレビとしてはPDP(Plasma Display Panel)、液晶パネルなどがある。とりわけ、カラー液晶パネルは、半導体をベースにした高画素化技術と低消費電力性を特長として、携帯電話/デジタルビデオカメラ/デジタルスチルカメラの表示画面、パソコン用の液晶ディスプレイ、TVに変わる液晶テレビなどとして、広く使用されるようになっている。液晶パネルは自発光せず、バックライトの透過光量を画素ごとに変えることにより画像を出している。従って、その色再現性の良否は、バックライトがどの程度広い色度数をもっているかによって左右される(例えば、非特許文献1参照)。一般に液晶パネルのバックライトとして用いられる冷陰極蛍光管では、NTSC(National Television System Standard Committee)規格比70%程度の色度数範囲しか得られないのに対し、赤(R)、緑(G)、青(B)の発光ダイオード(LED)の三色混合を用いた場合には、NTSC規格比95〜130%もの色再現性を得ることができる。すなわち、RGB−LED三色混合により、極めて鮮やかな画像を得ることができる。
In recent years, as an image display device, a thin display is expanding the market in place of a CRT that requires depth. There are PDP (Plasma Display Panel), a liquid crystal panel, etc. as a thin television. In particular, color LCD panels feature high-pixel technology based on semiconductors and low power consumption. Display screens for mobile phones / digital video cameras / digital still cameras, liquid crystal displays for personal computers, and liquid crystal televisions that replace TVs As such, it has been widely used. The liquid crystal panel does not emit light, and an image is produced by changing the amount of light transmitted through the backlight for each pixel. Therefore, the quality of the color reproducibility depends on how wide the chromaticity of the backlight is (see Non-Patent
バックライトの基本は、発光源と、発光した光が液晶パネル全面を照らすよう導く導光板とから構成されている。このバックライトの方式の第1の従来例を図23に示す(例えば、非特許文献1参照)。図23に示される照明装置920は、個別のR、G、B−LED305、306および307の光を、ミラー304および303による反射を用いることによって三色混合を行っている。この場合にはそれぞれのLED305、306および307から出た光がミラー304を通じて混合され、導光板302とミラー303を経由して、導光板301から放射される。
The basic backlight includes a light source and a light guide plate that guides the emitted light to illuminate the entire surface of the liquid crystal panel. A first conventional example of this backlight system is shown in FIG. 23 (for example, see Non-Patent Document 1). The
導光板の材質には、一般にアクリル樹脂が用いられる。反射裏面(液晶パネルに触れない面)に細かい凹凸を形成し、導光板内を反射してきた光を、その凹凸で散乱させることにより、光を導光板内部から外部(液晶パネルがある方向)に取り出す。凹凸の数は、14インチのLCDで約50万〜500万個(大きさは50〜200μm、高さは10〜100μm)である。 As a material of the light guide plate, acrylic resin is generally used. By forming fine irregularities on the reflective back surface (the surface that does not touch the liquid crystal panel) and scattering the light reflected from the inside of the light guide plate, the light is transmitted from the inside of the light guide plate to the outside (in the direction where the liquid crystal panel is located) Take out. The number of projections and depressions is about 500,000 to 5,000,000 pieces (size is 50 to 200 μm, height is 10 to 100 μm) on a 14-inch LCD.
また、第2の従来例を図24に示す(例えば、非特許文献1参照)。この従来例における照明装置921では、支持台405の上に取り付けられたR、G、B−LED402、403および404を、チップのまま複数並べたものを光源として導光板401の横に取り付ける構成をとっている。
また、特許文献1には、導光板の一部を削り、そこにLEDチップを配置する方法が開示されている。
RGB−LEDの三色混合における課題は、均一に色を混ぜることである。R、G、B各LEDの発光位置が異なるため、混合して、仮に中心部分を白色化することができても、周囲は、すこし赤が多くなったり、青が多くなったりして、三色混合後は、やや赤みがかった白色、やや青みがかった白のようになる。すなわち色ムラが発生し、表示画像の品質を著しく劣化させるという問題がある。このため、均一に三色混合させる仕方が重要になる。第1の従来例では、赤、緑および青のLED発光点305、306および307が大きく異なるため、おおまかには白色混合可能であるが、周囲まで白色化することは難しい。
The problem in RGB-LED three-color mixing is to mix colors uniformly. Since the light emission positions of the R, G, and B LEDs are different, even if they can be mixed to whiten the central portion, the surrounding area may be slightly red or blue, After color mixing, it looks like a slightly reddish white and a slightly bluish white. That is, there is a problem that color unevenness occurs and the quality of the displayed image is remarkably deteriorated. For this reason, a method of uniformly mixing three colors becomes important. In the first conventional example, the red, green, and blue LED
一方、第2の従来例では、チップ402、403および404をパッケージ(モジュール)を用いずに多数ならべて、均一な三色混合を図っている。この方法では、多数のLEDチップを高精度でしかも数十cmに渡って実装するため、実現が極めて難しいという問題がある。また、例えば特許文献1に開示された技術では、LEDの放射角のばらつきを抑制することができず、色ムラが発生しやすいという問題がある。
On the other hand, in the second conventional example, a large number of
そこで、本発明は、色ムラのない、高輝度の三色混合型のバックライト光源としての照明装置、およびそれを搭載した画像表示装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an illumination device as a high-brightness three-color mixed type backlight light source without color unevenness, and an image display device equipped with the illumination device.
上記の目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、画像を表示する透過型の画像表示装置のバックライト光源となる三色混合型の照明装置であって、赤、緑および青色の光を発する発光手段と、前記発光手段が発した前記赤、緑および青色の光を、それぞれの発光位置が近接した近接光に変換し、出射する光近接手段と、前記光近接手段で出射された前記近接光に基づいて、バックライト光を出射する導光板とを備えることを特徴とする。さらに、前記近接光は、前記赤、緑および青色の光の発光位置が10μm以内に近接していることを特徴とする。さらに、前記光近接手段は、周期的屈折率変化構造を有することを特徴とする。
これにより、赤、緑および青色光を導光板に出射する光近接手段における発光点がほぼ同一の位置とみなせるため、色ムラのない白色の照明装置を実現できる。
In order to achieve the above object, an illumination device according to the present invention is a three-color mixed illumination device that serves as a backlight light source of a transmissive image display device that displays an image, and has red, green, and blue colors. Light emitting means that emits light, and the red, green, and blue light emitted by the light emitting means are converted into proximity light in which the respective light emitting positions are close to each other and emitted, and the light proximity means that is emitted by the light proximity means And a light guide plate that emits backlight light based on the proximity light. Further, the proximity light is characterized in that the emission positions of the red, green and blue lights are close to each other within 10 μm. Further, the optical proximity means has a periodic refractive index changing structure.
Thereby, since the light emitting points in the light proximity means for emitting red, green, and blue light to the light guide plate can be regarded as substantially the same position, a white illumination device without color unevenness can be realized.
さらに、前記光近接手段は、前記近接光を2以上出射することを特徴とする。
これにより、照度ムラおよび色ムラのない白色の照明装置を実現することができる。
さらに、前記光近接手段は、前記赤、緑および青色の光を、それぞれ分岐させることにより、複数の赤、緑および青色の光にした後、前記複数の赤、緑および青色の光のうちそれぞれ1つの前記赤、緑および青色の光の発光位置が近接した近接光に変換し、出射することを特徴とする。
これにより、赤、緑および青色光を出射する発光手段がそれぞれ1つのみの構成であっても発光点が複数となり、また、各発光点において三色がほぼ同一の位置とみなせるため、照度ムラ、色ムラのない白色の照明装置を実現できる。
Further, the light proximity means emits two or more of the proximity lights.
Thereby, the white illuminating device without illuminance unevenness and color unevenness is realizable.
Further, the light proximity means splits the red, green and blue lights into a plurality of red, green and blue lights, respectively, and then each of the plurality of red, green and blue lights. One of the red, green, and blue light emission positions is converted into close proximity light and emitted.
As a result, even if there is only one light emitting means for emitting red, green and blue light, there are a plurality of light emitting points, and the three colors can be regarded as substantially the same position at each light emitting point. Thus, a white illumination device without color unevenness can be realized.
また、画像を表示する透過型の画像表示装置のバックライト光源となる三色混合型の照明装置であって、赤、緑および青色の光を発する発光手段と、前記赤、緑および青色の光を方向性結合によりひとつの光に結合させ、結合光として出射する光結合手段と、前記光結合手段で出射された前記結合光を入射し、バックライト光を出射する導光板とを備えることを特徴とする。
これにより、発光点は三色に対して完全に一つの位置になり、色ムラが全く生じない照明装置を実現できる。
A three-color mixed type illumination device that serves as a backlight light source of a transmissive image display device that displays an image, the light emitting means for emitting red, green, and blue light, and the red, green, and blue light Are coupled to one light by directional coupling and output as combined light, and a light guide plate that receives the combined light emitted from the optical coupling means and emits backlight light. Features.
As a result, the light emitting point is completely at one position for the three colors, and an illumination device that does not cause any color unevenness can be realized.
さらに、前記光結合手段は、前記結合光を2以上出射することを特徴とする。
これにより、照度ムラおよび色ムラのない白色の照明装置を実現することができる。
また、前記光結合手段は、前記赤、緑および青色の光を、それぞれ分岐させることにより、複数の赤、緑および青色の光にした後、前記複数の赤、緑および青色の光のうちそれぞれ1つの前記赤、緑および青色の光を方向性結合によりひとつの光に結合させ、結合光として出射することを特徴とする。
Further, the optical coupling means emits two or more of the coupled lights.
Thereby, the white illuminating device without illuminance unevenness and color unevenness is realizable.
In addition, the optical coupling unit may branch the red, green, and blue light into a plurality of red, green, and blue lights, and then each of the plurality of red, green, and blue lights. One of the red, green, and blue lights is coupled to one light by directional coupling, and is emitted as coupled light.
これにより、発光手段がそれぞれ1つのみの構成であっても発光点が複数となり、また、各発光点は三色に対して完全に一つの位置になり、照度ムラ、色ムラがほとんど生じることがない白色の照明装置を実現できる。 As a result, even if there is only one light emitting means, there are a plurality of light emitting points, and each light emitting point is completely in one position for the three colors, resulting in almost no illuminance unevenness and color unevenness. It is possible to realize a white lighting device without any problem.
また、画像を表示する透過型の画像表示装置であって、前記照明装置と、前記照明装置の出射するバックライト光が入射される透過型表示手段とを備えることを特徴とする。
これにより、極めて色ムラのない、高輝度で高画質の画像表示装置を実現することができる。
A transmissive image display device that displays an image includes the illuminating device and transmissive display means on which backlight light emitted from the illuminating device is incident.
As a result, it is possible to realize a high-luminance and high-quality image display device that is extremely free of color unevenness.
本発明の照明装置は、色ムラがなく、高輝度の三色混合型の照明装置を実現でき、本照明装置を用いることでパソコン、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラの液晶モニタや液晶TV等の高画質化を実現することができる。 The lighting device of the present invention has no color unevenness and can realize a high-brightness three-color mixed lighting device. By using this lighting device, a personal computer, a digital video camera, a digital still camera, a liquid crystal monitor, a liquid crystal TV, etc. High image quality can be realized.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながらさらに具体的に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る照明装置の構成を示す図である。13インチの液晶ディスプレイ用の照明装置901は、大きさが縦20.5cm、横27cmであるプラスチック製の導光板1、導光板1の側面(短辺側)にガラス基板上に形成された光分岐回路2、赤色発光ダイオード3、緑色発光ダイオード4、および青色発光ダイオード5を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a lighting apparatus according to
光分岐回路2内は、周期的屈折率変化構造をもつフォトニック結晶で埋められている。後述するように、フォトニック結晶の一部の周期的屈折率変化を取り除くことにより、光の導波路を形成することができ、光分岐回路2内に赤色光用導波路6、緑色光用導波路7、および青色光用導波路8を形成している(このような導波路構造に関しては、例えば、「O plus E」,新技術コミュニケーションズ社,vol.25, No.2 (2003) p.191参照)。
The
各色用導波路6、7および8の入射側には赤色発光ダイオード3、緑色発光ダイオード4、および青色発光ダイオード5が取り付けてあり、各ダイオード3、4および5から放出された光はそれぞれ光分岐回路2の各入射部に入射する。各導波路には二分岐部があり、本図では、簡単のため、その二分岐を2回繰り返すことにより、1光入力を4(=22)光出力に均等な光量で分岐しているよう描いているが、実際には二分岐を10回繰り返すことにより、1光入力を1024(=210)光出力に均等な光量で分岐している。光は赤、緑および青の3入力があるので、合計で3072の出力がある。
A red
この光分岐回路2の各出力端は、赤色出力9、緑色出力10および青色出力11の繰り返しで構成される。1出力当たりの長さは、20.5cm÷3072≒67μmというように十分に細かくなるため、人間の目からはR、G、Bの発光場所の違いによる色ムラを認識することはできない。
Each output terminal of the
図1における導波路6、7および8の具体的な構造例として、図1の光分岐回路2の一部分13の構成図を図2に詳細に示す。二酸化シリコン(SiO2)21の中に、直径約0.07μmの窒化アルミニウム(AlN)23が、周期d=約0.14μmで多数埋め込まれ、フォトニック結晶20を形成している。
As a specific structural example of the
この構成によれば、フォトニック結晶20の光禁制帯には可視域の光が全て含まれることになる。また、フォトニック結晶20の一部には、フォトニック結晶の形成されていない部分23および24がある。光禁制帯のため、可視域の光はフォトニック結晶20内を伝播できないので、フォトニック結晶の形成されていない部分23および24を伝播することになる。換言すれば、フォトニック結晶の形成されていない部分23および24がすなわち可視域の光の導波路となっている。
According to this configuration, the light forbidden band of the
さらに導波路に許容される光の波長は、屈折率と導波路の幅の長さで決まる。赤、緑および青用の導波路の幅の長さは、各々5d、4dおよび3dにしてあるため、各々0.7、0.56および0.42μmとなる。この構成により、赤、緑および青用の導波路には、各々赤、緑および青色の光のみが伝播することになる。
従って、赤用、緑用および青用の導波路の幅の長さを変えることにより、選択的に光を導波することができる。例えば、図2において、フォトニック結晶間隔をdとする時、赤用導波路23では幅5dに対し、緑用導波路24では幅4dになっている。
Further, the wavelength of light allowed in the waveguide is determined by the refractive index and the length of the waveguide width. Since the red, green, and blue waveguide widths are 5d, 4d, and 3d, respectively, they are 0.7, 0.56, and 0.42 μm, respectively. With this configuration, only red, green, and blue light propagate through the red, green, and blue waveguides, respectively.
Therefore, light can be selectively guided by changing the width of the red, green and blue waveguides. For example, in FIG. 2, when the photonic crystal interval is d, the width of the
赤用導波路23において入射された赤色光は分岐部25において二分割される。図で上方向に向かう光は、折り曲げ部26で損失なく90°向きが変わり、導波路28に導かれる。このような鋭角の変化はフォトニック結晶の特徴である。一方、図で下方向に向かう光は交差部27において緑用導波路24と交差する。しかし、緑用導波路24では赤色光は許容されないので赤色光はそのまま、下方向へ伝播する。なお、これら導波路の図の上下方向に光が漏れないように、上下方向は低屈折率特性を持つSiO2でカバーされている。
The red light incident on the
図3は、本発明の実施の形態1に係る光分岐回路2(フォトニック結晶)の斜視図である。サファイア120の上部に、多数の円筒状のAlN121が形成されており、そのAlN121はSiO2123で覆われている。
FIG. 3 is a perspective view of the optical branch circuit 2 (photonic crystal) according to
図4は、本発明の実施の形態1に係る光分岐回路2(フォトニック結晶)の製造方法を示す図である。まず、図4(a)に示すようにサファイア120の基板を準備する。次に、図4(b)に示すように、サファイア120の基板の上にAlNの層121をMOCVD法で形成する。さらに、図4(c)に示すように、AlNの層121の上にステッパーやEB露光により複数のフォトレジスト122を形成する。次に、図4(d)に示すように、ドライエッチングによりフォトレジスト122の部分の下部以外のAlNの層121を取り去る。続いて、図4(e)に示すように、アッシャーによりレジスト122を取る。最後に、図4(f)に示すように、CVD法でAlN121の周りおよび上部にSiO2の層123を形成する。
FIG. 4 is a diagram showing a method for manufacturing the optical branch circuit 2 (photonic crystal) according to
図5は、本発明の実施の形態1に係る照明装置901を組み合わせた液晶表示装置910の外観図を示す。照明装置901の上には、第一偏光板31、カラーフィルタ付液晶パネル32、および、第二偏光板33が順に取り付けてられている。図5においてこれらは離れているように示しているが、実際は密着している。第一偏光板31と第二偏光板33は透過偏光方向が90°異なる、所謂クロスニコル配置になっている。
FIG. 5 shows an external view of a liquid
照明装置901として、導光板1の短辺部に光分岐回路2が取り付けてあり、さらにその横には、赤色LED3、緑色LED4および青色LED5が取り付けられている。フォトニック結晶は光路を鋭角にすることができるので、1分岐あたり30μmあれば距離的に十分である。従って、本実施の形態では光の分岐を10分岐としているので、30μm×10=0.3mmの幅があれば十分である。実際には、各LED3、4および5との接続部、および、補強も含めるため、光分岐回路2の大きさは205mm×1mmとしている。
As the illuminating
赤色LED3、緑色LED4および青色LED5から出射した赤色光、緑色光および青色光は、光分岐回路2においてほとんど損失なく分岐され、1024点(×3色)の微小点光源となり導光板1に入射される。導光板1内では各色が混ざり合い、色ムラの極めて小さい白色となる。導光板1中では上下方向に光の閉じ込めはないので光は上方向に導かれ、まず第一偏光板31に入射される。第一偏光板31で一偏光方向に揃えられたのち、アモルファスシリコンTFT液晶パネル32に入射される。液晶パネル32の各画素には顔料カラーフィルタが取り付けられており、各画素に必要な色のみ選択される。液晶パネル32で、各画素ごとに異なる量で偏光角を変えられた光は、第二偏光板32を通過し、最終的に画像が表示されることになる。
Red light, green light and blue light emitted from the
以上のように本発明の実施の形態に係る照明装置では、分岐を複数回繰り返すことにより、エネルギーは等分に分割されていき、画面のバックライトの色ムラを低減させることができる。また、赤、緑および青色光を導波路内のみに伝播させることができ、伝播損失を従来よりも低減することができる。 As described above, in the illuminating device according to the embodiment of the present invention, by repeating the branching a plurality of times, the energy is divided equally and the color unevenness of the backlight of the screen can be reduced. Further, red, green and blue light can be propagated only in the waveguide, and propagation loss can be reduced as compared with the conventional case.
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2では、実施の形態1で説明を行った光分岐回路における、図2の光の交差部27でのわずかな伝播ロスを防ぐため、交差部を二層構造にしているところが異なる。
(Embodiment 2)
In the second embodiment of the present invention, in order to prevent a slight propagation loss at the
その例を図6に示す。図6では二つの光分岐回路の層607および608は離して示しているが、実際は接触している。層607には、赤色導波路601および602と緑色導波路603が形成されており、交差しようとしているが、赤色導波路601および602ではその交差点近傍で導波路の形成が光禁制帯によりストップされている。一方、層608では、層607でその形成がストップされた二つの位置をつなぐように赤色導波路604が形成されている。この二層による構成により、赤色光は層607で導波路601を伝わった後、移動方向605に示すように、そこに近接した層608の導波路604の出発点に移る。そして、層607の緑色導波路603と交差することなく、層608の赤色導波路604を伝わった後、赤色導波路604の終了で移動方向606に示すように、層607の導波路602に移る。この結果、赤色光と緑色光は同じ導波路で交差することがないので、光の伝播ロスを防ぐことができる。
An example is shown in FIG. In FIG. 6, the two optical branch circuit layers 607 and 608 are shown apart, but are actually in contact. In the
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3では、実施の形態1で説明を行った光分岐回路における、光の交差部を完全になくすため三層構造にしているところが異なる。
(Embodiment 3)
The third embodiment of the present invention differs from the optical branch circuit described in the first embodiment in that a three-layer structure is used to completely eliminate the light intersection.
図7は、本発明の実施の形態3に係る照明装置の構造を示す図である。照明装置902は、導光板1の横に、ガラス基板115上の三層構成の光分岐回路114が取り付けられている構成をとる。光分岐回路114を各層で分解した様子を図8に示す。
光分岐回路114は、赤色光分岐回路111、緑色光分岐回路112および青色光分岐回路113から構成されている。各光分岐回路111、112および113はフォトニック結晶を用いてそれぞれ構成されている。それぞれの入力部に赤色LED3、緑色LED4および青色LED5が取り付けられている。各色の光分岐回路111、112および113の出射位置は、積層方向において同一位置になるようにしている。各光分岐回路111、112および113は薄膜で作製されており、その厚みは2μm以下である。したがって、各色の発光点は、実際上同一の位置とみなすことができ、色ムラをなくすことができる。
FIG. 7 is a diagram showing the structure of the illumination device according to
The
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4では、実施の形態1で説明を行った導光板をフォトニック結晶で形成しているところが異なる。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment of the present invention is different in that the light guide plate described in the first embodiment is formed of a photonic crystal.
本発明の実施の形態4に係る照明装置903の構成図を図9に示す。図9では導光板41と光分岐回路42とが同一のガラス基板上に形成され、光分岐回路付導光板43となっている。導光板41もフォトニック結晶で形成され、赤色用、緑色用および青色用導波路44、45および46が導光板41の端部まで形成されている。光分岐回路42の分岐数は、図では簡単のため1色当たり4出力になっているが、実際には8分岐であり、1色あたり256(=28)出力としている。従って、3色では256×3=768出力あり、導光板41中の導波路44、45および46の総計は768本となっている。
The block diagram of the illuminating
図9における、導光板41と光分岐回路42との接続部の一部47の具体的構造を図10に示す。二酸化シリコン21の中に、窒化アルミニウム22が埋め込まれ、フォトニック結晶20を形成している。このフォトニック結晶20の光禁制帯(後述する導波路および垂直立上げ部以外の部分)には可視域の光が全て含まれるように設計してある。導波路53および54の部分にはフォトニック結晶は形成されておらず、屈折率は一定である。光分岐回路42の導波路と違って、導光板41の導波路の近傍には、窒化アルミニウムのない場所(フォトニック結晶欠陥)51および52が存在する。フォトニック結晶におけるこのような欠陥は、90°垂直立上げとして機能する。従って、導波路53および54を通過する導波光の一部が、フォトニック結晶欠陥51および52において図面のほぼ垂直方向に出射することになり、導光板の機能を果たすことになる。本構成により、従来構造と比べ計算上輝度が約3倍に向上する。
FIG. 10 shows a specific structure of a
(実施の形態5)
本発明の実施の形態5に係る照明装置903と液晶パネル61を組み合わせた液晶表示装置911の構成を図11に示す。基本構成は実施の形態1で示した図5と類似しているが、導光板41の各色の導波路が、液晶パネル61上の各色の画素に対応するように組み立てられている点が異なる。
(Embodiment 5)
FIG. 11 shows a configuration of a liquid
すなわち、図12に示すように、光が取り出されるフォトニック結晶欠陥51および52の位置を液晶パネル61上の各画素の開口部71および72に合わせている。これにより、液晶パネル61の遮光部(開口71および72以外の部分)で反射される損失がなくなり、更なる高効率化が可能になる。この向上率は、導波路に平行な方向の開口率分だけ向上するので、図11の構成では、実施の形態4からさらに計算上約1.5倍輝度が向上する(すなわち、従来比4.5倍)。
That is, as shown in FIG. 12, the positions of the
さらに、液晶パネル61上の各色の画素には、それに必要な色(例えば赤色用画素には赤色光のみ)が入射されることになる。従って、液晶パネル61にはカラーフィルタを取り付ける必要がない。従来技術では色分離のため、カラーフィルタで不要光を吸収していたが、そのようなことは必要なくなるので、従来と比べ計算上輝度が約3倍に向上する。
なお、カラー分離を確実なものにするため、液晶パネル61にはカラーフィルタ付を使用してももちろんよい。
Further, a color necessary for each color pixel on the liquid crystal panel 61 (for example, only red light is incident on the red pixel) is incident. Therefore, it is not necessary to attach a color filter to the
In order to ensure color separation, the
(実施の形態6)
本発明の実施の形態6に係る照明装置904の構成を図13に示す。実施の形態4に係る照明装置903の構成を示す図9と基本構成は類似しているが、本実施の形態では光分岐回路82の入射側からみた第一の分岐部分86、87および88を、後述する方法によって偏光成分(s波およびp波)で分岐している点が異なる。
(Embodiment 6)
FIG. 13 shows the configuration of
各発光ダイオード3、4および5で発せられる光は無偏光であり、s波およびp波は同量含まれるため、光分岐回路82により光量も二分されることになる。この結果、導光板81の図13での上半分84はs偏光に、下半分85はp偏光に分離することができる。
図14は、本発明の実施の形態6に係る光分岐回路82における偏光分岐部および偏光分岐の様子を示す図である。図に示すような三列の三段の階段状のフォトニック結晶140を偏光分岐部として形成している。このフォトニック結晶140は、厚さ約0.1μmでピッチ約0.17μmの三段の階段状の形状のものが、約0.20μmのピッチで三列並んだ構造である。
The light emitted from each of the light-emitting
FIG. 14 is a diagram illustrating a polarization branching unit and a state of polarization branching in the optical branching
この階段状のフォトニック結晶140は、p波を透過させs波を反射するという偏光分離の機能を有する(例えば、Electronics Lett. vol.35, no.15, p.1271 (1999)参照)。入射光は、s波(TE波)130とp波(TM波)131の和であり、p波131は階段状フォトニック結晶140を透過し、p波133となって伝播する。一方、s波130は、45°傾けられて設置されたフォトニック結晶140で反射するので90°方向を変え、s波132となって伝播する。これにより、偏光は分離されて伝播することになる。
The step-
なお、この階段状フォトニック結晶140は、例えば電子ビーム露光で作製することができる。また、逆にs波を透過させp波を反射させる偏光分離の機能を有するフォトニック結晶を用いて構成してももちろんよい。
The step-
本発明の実施の形態6に係る液晶表示装置の全体構成を図15に示す。液晶表示装置912では、導光板81からの出射光が既に偏光しているため、液晶パネル61と導光板81の間の従来必要であった偏光板は不要である。一方、画面の上半分と下半分で偏光方向が異なるため、液晶パネル61の上の偏光板93は画面上半分91と下半分92では偏光透過方向が90°異なっている。従来の構造では、偏光板で光の半分を損失していたが、本発明の実施の形態では損失することなく全ての光を用いることになり、極めて輝度の高い液晶パネルを実現することができる。また、本構成により、従来と比べ計算上輝度が約9倍に向上する。
FIG. 15 shows an overall configuration of a liquid crystal display device according to
図16に、本発明の実施の形態1、4、5および6を用いた場合の輝度向上の相対比較をまとめた図を示す。この図からわかるように、本発明を用いることにより色ムラを改善できるのみならず、輝度を従来に比べ計算上10倍近くまで高くすることができ、鮮やかな画像を表示することができる。 FIG. 16 is a diagram summarizing the relative comparison of the luminance improvement when the first, fourth, fifth, and sixth embodiments of the present invention are used. As can be seen from this figure, by using the present invention, not only color unevenness can be improved, but also the luminance can be increased to nearly 10 times in comparison with the prior art, and a vivid image can be displayed.
(実施の形態7)
図17は、本発明の実施の形態7に係る照明装置の構成を示す図である。本発明に係る照明装置905では、フォトニック結晶を用いて光の分岐の代わりに近接を行っている点が異なる。
(Embodiment 7)
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of an illumination apparatus according to Embodiment 7 of the present invention. The
照明装置905において、導光板1の横に光近接回路200が設けられている。光近接回路200内では、赤用、緑用および青用導波路206、207および208がフォトニック結晶により鋭角的に集められている。各導波路206、207および208の入射側には赤色LED3、緑色LED4および青色LED5が取り付けられている。フォトニック結晶の効果により、極めて短い間隔(約10μm以内)で、赤、緑および青色出射点209、210および211を並ばせることができる。ここでは、間隔は約3μmで実現している。従って、各導波路内を導波する、赤、緑および青光は実質上同一発光点からの光とみなすことができ、色ムラが起こることはない。
In the
(実施の形態8)
図18は、本発明の実施の形態8に係る照明装置の構成を示す図である。照明装置906では、光近接回路201内で赤用、緑用および青用導波路206、207および208が3列並んだ構成をとっている。これにより、赤、緑および青の実質上の同一発光点が、3ヶ所になり、より均一に導光板1を照らすことができる。すなわち、従来よりも明るさムラが減少する。
(Embodiment 8)
FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a lighting apparatus according to Embodiment 8 of the present invention. The
(実施の形態9)
図19は、本発明の実施の形態9に係る照明装置の構成図である。本実施の形態に係る照明装置907では、光結合回路500により三色の光の近接度合いをさらに向上して合波(結合)させている点が異なる。
(Embodiment 9)
FIG. 19 is a configuration diagram of an illumination apparatus according to
図20は、本発明の実施の形態9に係るフォトニック結晶における光結合の様子を示す図、すなわち、図19における導光板1に入射する前の光結合回路500の出射点近傍を示す図である。フォトニック結晶によって形成された赤、緑および青用導波路501、502および503が白色出射部710の近傍で密接し、方向性結合器505を形成している。方向性結合器505は、2本の導波路間隔が2格子以下になると、光が隣の導波路に漏れることにより、隣の導波路に移るという性質をもったものである(例えば、川上彰二郎監修,「フォトニック結晶技術とその応用」,シーエムシー出版,2002年3月発行,p.245参照)。この方向性結合器505により、R、G、Bはひとつの白色に合波され、発光点がひとつになり、白色出射部710から出射され導光板1に入射されるので、色ムラは発生しない。
FIG. 20 is a diagram showing a state of optical coupling in the photonic crystal according to the ninth embodiment of the present invention, that is, a diagram showing the vicinity of the emission point of the
なお、赤色LED3、緑色LED4および青色LED5をそれぞれ複数設置して、複数の方向性結合器505を用いて、複数の白色出射部710を備える構成にしてももちろんよい。
Of course, a plurality of
(実施の形態10)
図21は、本発明の実施の形態10に係る照明装置の構成図である。本照明装置908は光分岐近接回路700において、赤、緑および青色の光を入射し、それぞれ分岐させて、複数の赤、緑および青色の光にした後、複数の赤、緑および青色の光のうちそれぞれ1つの赤、緑および青色の光を近接させた近接光を形成し、出射端209、210および211において複数の近接光を出射する点が異なる。
(Embodiment 10)
FIG. 21 is a configuration diagram of a lighting apparatus according to Embodiment 10 of the present invention. The
これにより、本発明の実施の形態10に係る照明装置は、赤、緑および青色光を出射する発光素子の発光点がほぼ同一とみなせるため、色ムラのない白色バックライトを実現できる。 Thereby, the illumination device according to Embodiment 10 of the present invention can realize the white backlight without color unevenness because the light emitting points of the light emitting elements that emit red, green, and blue light can be regarded as substantially the same.
(実施の形態11)
図22は、本発明の実施の形態11に係る照明装置の構成図である。本照明装置909は光分岐結合回路701において、赤、緑および青色の光を入射し、それぞれ分岐させて、複数の赤、緑および青色の光にした後、複数の赤、緑および青色の光のうちそれぞれ1つの赤、緑および青色の光を結合させた結合光を形成し、出射端710において複数の結合光を出射する点が異なる。
これにより、発光点は三色に対して完全に一つの位置になり、色ムラが全く生じない照明装置を実現できる。
(Embodiment 11)
FIG. 22 is a configuration diagram of a lighting apparatus according to Embodiment 11 of the present invention. The
As a result, the light emitting point is completely at one position for the three colors, and an illumination device that does not cause any color unevenness can be realized.
以上説明を行った実施の形態1〜11では、フォトニック結晶で構成された光分岐回路、光近接回路、光結合回路、光分岐近接回路および光分岐結合回路を、導光板の短辺側に形成したが、長辺側に形成してももちろんよい。また、フォトニック結晶の材質、構造は、本実施の形態で示した以外のものであってももちろんよい。また、光の分岐は二分岐でなくても三分岐以上で実現してももちろんよい。また、偏光分岐した光に対して近接光または結合光を形成してももちろんよい。 In the first to eleventh embodiments described above, the optical branching circuit, the optical proximity circuit, the optical coupling circuit, the optical branching proximity circuit, and the optical branching coupling circuit that are configured with photonic crystals are arranged on the short side of the light guide plate. Although formed, of course, it may be formed on the long side. Of course, the material and structure of the photonic crystal may be other than those shown in the present embodiment. Of course, the light branching may be realized by three or more branches instead of two branches. Of course, proximity light or combined light may be formed with respect to the polarized light.
本発明に係る照明装置は、色ムラがなく、輝度の高い液晶ディスプレイを実現することができ、パソコン、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラの液晶モニタ、および液晶TV等に適用できる。 The lighting device according to the present invention can realize a liquid crystal display with high brightness without color unevenness, and can be applied to a personal computer, a digital video camera, a liquid crystal monitor of a digital still camera, a liquid crystal TV, and the like.
1、301、302、401 導光板
2、42 光分岐回路
3、305、402 赤色LED
4、306、403 緑色LED
5、307、404 青色LED
6、23、28、44、206、501、601、602、604 赤色導波路
7、24、45、53、207、502、603 緑色導波路
8、46、54、208、503 青色導波路
9、209 赤色出射部
10、210 緑色出射部
11、211 青色出射部
13 光分岐回路の一部
20 フォトニック結晶
21、123 SiO2
22、121 AlN
25 赤色用分岐部
26 赤色用折り曲げ部
27 赤色導波路と緑色導波路の交差部
31、33 偏光板
32 カラーフィルタ付液晶パネル
41、81 導波路付導光板
43 光分岐回路を集積した導波路付導光板
47 光分岐回路と導波路付導光板の接続部分の一部
51、52 フォトニック結晶欠陥(垂直立ち上げ部)
61 カラーフィルタなし液晶パネル
71、72 液晶パネルの画素開口部
82 偏光分離型光分岐回路
83 偏光分離型光分岐回路を集積した導波路付導光板
84 偏光表示部
85 偏光表示部(偏光表示部84とは異なる偏光方向)
86 赤色偏光分離部
87 緑色偏光分離部
88 青色偏光分離部
91 偏光板
92 偏光板(偏光板91とは異なる偏光方向)
93 偏光板91および92を集積した偏光板
111 赤色光分岐回路
112 緑色光分岐回路
113 青色光分岐回路
114 積層型光分岐回路
115 ガラス基板
120 サファイア
122 フォトレジスト
130、132 s波(TE波)
131、133 p波(TM波)
140 偏光分離部
200、201 光近接回路
303、304 ミラー
405 支持台
500 光結合回路
505 方向性結合器
605、606 赤色導波路の隣接層への移動方向
607、608 光導波回路の層
700 光分岐近接回路
701 光分岐結合回路
710 白色出射部
901、902、903、904、905、906、907、908、909、920、921 照明装置
910、911、912 液晶表示装置
1, 301, 302, 401
4, 306, 403 Green LED
5,307,404 Blue LED
6, 23, 28, 44, 206, 501, 601, 602, 604
22, 121 AlN
25
61 Liquid Crystal Panel Without
86 Red polarized
93 Polarizing plate in which
131, 133 p wave (TM wave)
140
Claims (10)
赤、緑および青色の光を発する発光手段と、
前記発光手段が発した前記赤、緑および青色の光を、それぞれの発光位置が近接した近接光に変換し、出射する光近接手段と、
前記光近接手段で出射された前記近接光に基づいて、バックライト光を出射する導光板と
を備えることを特徴とする照明装置。 A three-color mixed illumination device that serves as a backlight source of a transmissive image display device that displays an image,
A light emitting means for emitting red, green and blue light;
Light proximity means for converting the red, green, and blue light emitted by the light emitting means into proximity light that is close to the respective light emitting positions and emitting the light.
An illumination device comprising: a light guide plate that emits backlight light based on the proximity light emitted by the light proximity means.
ことを特徴とする請求項1記載の照明装置。 The illuminating device according to claim 1, wherein the proximity light is close to a light emission position of the red, green, and blue light within 10 μm.
ことを特徴とする請求項1または2記載の照明装置。 The lighting device according to claim 1, wherein the light proximity unit emits two or more pieces of the proximity light.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の照明装置。 The lighting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the optical proximity unit has a periodic refractive index change structure.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の照明装置。 The light proximity means splits the red, green and blue light into a plurality of red, green and blue lights, respectively, and then one of each of the plurality of red, green and blue lights. The illumination device according to any one of claims 1 to 4, wherein the red, green, and blue light is converted into near-field light in which light emission positions are close to each other and emitted.
赤、緑および青色の光を発する発光手段と、
前記赤、緑および青色の光を方向性結合によりひとつの光に結合させ、結合光として出射する光結合手段と、
前記光結合手段で出射された前記結合光を入射し、バックライト光を出射する導光板と
を備えることを特徴とする照明装置。 A three-color mixed illumination device that serves as a backlight source of a transmissive image display device that displays an image,
A light emitting means for emitting red, green and blue light;
Optical coupling means for coupling the red, green, and blue light to one light by directional coupling and emitting the coupled light;
An illumination device comprising: a light guide plate that receives the combined light emitted from the optical coupling unit and emits backlight light.
ことを特徴とする請求項6記載の照明装置。 The lighting device according to claim 6, wherein the optical coupling unit emits two or more of the coupled lights.
ことを特徴とする請求項6または7記載の照明装置。 The lighting device according to claim 6 or 7, wherein the optical coupling means has a periodic refractive index change structure.
ことを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の照明装置。 The light coupling means splits the red, green, and blue lights into a plurality of red, green, and blue lights, respectively, and then one of each of the plurality of red, green, and blue lights. The lighting device according to any one of claims 6 to 8, wherein the red, green, and blue lights are coupled to one light by directional coupling and emitted as coupled light.
請求項1〜9のいずれか1項に記載の照明装置と、
前記照明装置の出射するバックライト光が入射される透過型表示手段と
を備えることを特徴とする画像表示装置。 A transmissive image display device that displays an image,
The lighting device according to any one of claims 1 to 9,
An image display device comprising: transmissive display means on which backlight light emitted from the illumination device is incident.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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WO2009054160A1 (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Backlight unit and display unit |
-
2003
- 2003-10-21 JP JP2003360390A patent/JP2005129242A/en active Pending
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WO2009054160A1 (en) * | 2007-10-23 | 2009-04-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Backlight unit and display unit |
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