JP2008270145A - 液晶表示装置およびバックライト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で良好な画像を表示する液晶表示装置およびバックライト装置を得ること。
【解決手段】液晶表示素子１を液晶表示素子１の背面に配置されたバックライト筐体４側から照明し、液晶表示素子１に画像を表示させる液晶表示装置において、バックライト筐体４は、白色光を線状に出射する蛍光ランプ３と、赤色レーザ光源５からのレーザ光を線状または面状にして出射する棒状導光体６と、を備え、バックライト筐体４は、蛍光ランプ３から出射される線状の白色光および棒状導光体６から出射される線状または面状のレーザ光で、液晶表示素子１を照明する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数種類の光源で液晶表示素子の背面から液晶表示素子を照明して液晶表示素子に画像を表示させる液晶表示装置およびバックライト装置に関するものである。

従来、画像などを表示する液晶表示装置は、液晶素子の駆動回路や電極・カラーフィルタを有した一対のガラス板の間に液晶を注入して構成された液晶表示素子を用いている。この液晶表示装置では、液晶表示素子の液晶に電圧を印加して液晶の分子配列を変化させることによって、カラーフィルタを透過する光の透過率を制御し画像を表示している。このような液晶表示装置では、液晶表示素子自体が発光しないため、液晶表示素子を照明する光源として、液晶表示素子の背面にバックライト装置を備えておく必要がある。

バックライト装置の１つである直下型バックライトは、内面が拡散反射面で構成されたバックライト筐体の中に、光源となる白色の蛍光ランプが複数配置されている。そして、バックライト筐体の上面には光拡散板や光学シートを配置し、バックライト筐体の上面が面発光光源となるよう構成されている。このバックライト装置では、白色の蛍光ランプから発せられた光がバックライト筐体内面で拡散・多重反射されるとともに、上面に配置された光拡散板によって拡散されることによって、表示面では均一な輝度分布となる。このような直下型バックライトの他に、導光板を用いて導光板の端面に光源を配置したエッジライト型バックライトがあるが、エッジライト型バックライトは導光板の重量が大きいため、中・小型の液晶表示装置でのみ用いられる傾向にある。

ところで、液晶表示装置では、連続スペクトルで白色に発光する蛍光ランプの光のうち、スペクトルの一部の波長の光のみをカラーフィルタによって透過させることによって、赤、緑、青の表示色を抽出し色表現を行っている。このように、連続スペクトルの光源光から一部の波長帯域の光のみを切り出して表示色を得る場合には、色再現範囲を広げるために表示色の色純度を高めようとすると、カラーフィルタの透過波長帯域を狭く設定しなければならない。このため、表示色の色純度を高めようとすると、カラーフィルタを透過する光の透過光量が減少して輝度が落ちるという問題が発生する。

また、一般的に用いられる蛍光ランプは、蛍光体の特性から赤色波長域では６１５ｎｍ程度のオレンジ色にシフトした波長にピークを持つ発光スペクトルを有している。このため、特に赤色において純赤として好ましい６３０〜６４０ｎｍの波長領域で色純度を高めようとすると、極めて透過光量が落ち、著しく輝度が低下するという問題があった。

このような問題点の改善策として、赤、緑、青の発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）という）を光源として用いた直下型やエッジライト型のバックライト装置を有する液晶表示装置が提案されているが、この装置では多数のＬＥＤを必要とするため、高消費電力・高発熱・高コスト等が問題となる。

例えば、特許文献１の液晶表示装置では、蛍光管とＬＥＤとの双方を有する直下式のバックライト装置を用いるとともに、蛍光管とＬＥＤの分光特性におけるそれぞれの極大値波長が近づくように設定している。

特開２００４−１３９８７６号公報

上記従来の技術では、ＬＥＤが蛍光ランプの長手方向に複数配置されているので、線状光源である蛍光ランプと点状光源であるＬＥＤとを組み合わせる必要がある。このため、液晶パネルを透過する光を面全体で均一にすることが困難であり、表示画像に明るさや、表示色のムラが発生するという問題があった。また、明るさや発光色の個体差が大きなＬＥＤを多数配置しなければならないので、ＬＥＤの個体差によっても明るさ・表示色にムラが発生するという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で良好な画像を表示する液晶表示装置およびバックライト装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、液晶表示素子を当該液晶表示素子の背面に配置されたバックライト装置によって照明し、前記液晶表示素子に画像を表示させる液晶表示装置において、前記バックライト装置は、白色光を線状に出射する蛍光ランプと、レーザ光源からのレーザ光を線状または面状にして出射する導光部と、を備え、前記バックライト装置は、前記蛍光ランプから出射される線状の白色光および前記導光部から出射される線状または面状のレーザ光で、前記液晶表示素子を照明することを特徴とする。

この発明によれば、線状の白色光および線状または面状のレーザ光で液晶表示素子を照明するので、簡易な構成で良好な画像を表示することが可能になるという効果を奏する。

以下に、本発明に係る液晶表示装置およびバックライト装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置の構成を示す図である。液晶表示装置１００は、複数種類の光源を用いたハイブリッドバックライト（直下型バックライト）で液晶素子を照明して画像などを表示させる装置であり、液晶表示素子１、光拡散板２、蛍光ランプ３、バックライト筐体（バックライト装置）４、赤色レーザ光源５、棒状導光体（導光部）６、光ファイバ７を備えている。

液晶表示素子１は、例えば概略矩形状の薄板状をなしている。また、光拡散板２は、液晶表示素子１とほぼ同じ大きさ、形状であり、例えば概略矩形状の薄板状をなしている。また、バックライト筐体４は、上面を開放した箱状をなしており、側面と底面で蛍光ランプ３や棒状導光体６を囲繞する。バックライト筐体４の上面は、液晶表示素子１や光拡散板２の主面（概略矩形状）とほぼ同じ大きさ、形状をなしている。バックライト筐体４の上面部分には、バックライト筐体４の上面部分と光拡散板２の主面（裏面）が対向するよう光拡散板２が配設され、光拡散板２の主面（表面）には、光拡散板２の表面と液晶表示素子１の主面（裏面）が対向するよう液晶表示素子１が配設される。これにより、液晶表示素子１の開放面は、光拡散板２と液晶表示素子１によって閉じられ、バックライト筐体４と光拡散板２とで蛍光ランプ３や棒状導光体６を囲繞している。

蛍光ランプ３は、従来のバックライト装置で用いられる蛍光管などと同様に、概略棒状（概略円柱状）をなしており、連続スペクトルの白色光を発光する。棒状導光体６は、蛍光ランプ３と同様の棒状をなしており、光ファイバ７からの入射光を導光しつつ、その一部を側面より外部に出射（線状出射）させることによって赤色に発光する。

光ファイバ７は、各棒状導光体６を、光ファイバ７、棒状導光体６、光ファイバ７、棒状導光体６の順番で交互に接続する。光ファイバ７は、棒状導光体６の端部間を接続することによって、各棒状導光体６を１本に直列接続する。

赤色レーザ光源５は、光ファイバ７に接続するとともに赤色単色光を発光する。赤色レーザ光源５から発せられた赤色単色光は、光ファイバ７によって各棒状導光体６に導かれる。

バックライト筐体４は、その内面が拡散反射面（後述の拡散反射面４１）となっており、バックライト筐体４の上面が面発光光源となるよう構成されている。バックライト筐体４内では、各棒状導光体６がバックライト筐体４の底面と平行な面内で互いに平行となるよう、１本に接続された光ファイバ７と棒状導光体６がつづら折状に配置されている。また、バックライト筐体４の底面には、棒状導光体６の上部に棒状導光体６と重なるよう蛍光ランプ３が配設されている。

光拡散板２は、バックライト筐体４から発せられる光を拡散させて液晶表示素子１を照明する。液晶表示素子１は、液晶素子の駆動回路や電極・カラーフィルタを有した一対のガラス板の間に液晶を注入して構成されている。液晶表示素子１は、液晶表示素子１内の液晶に電圧を印加して液晶の分子配列を変化させることによって、カラーフィルタを透過する光の透過率を制御し画像を表示する。

赤色レーザ光源５から発せられた赤色単色光は、光ファイバ７によって最初の棒状導光体６に導かれる。最初の棒状導光体６では、光ファイバ７からの入射光を導光しつつ、その一部を側面から外部に出射させることによって赤色に発光する。この棒状導光体６では、入射光の一部を側面から外部に出射させるため、一般的なエッジライト型バックライトに用いられる導光板と同様に、例えば棒状導光体６の表面を粗面化しておく。このように、棒状導光体６の表面を粗面化しておくことによって、全反射によって棒状導光体６内を伝播する光の一部で全反射条件が崩されることとなり、側面から光が出射する。棒状導光体６からの出射光の強度分布は、表面を粗面化する際の面粗さを、側面の位置に応じて調節することによって均一化しておく。

棒状導光体６において、側面から出射することなく棒状導光体６の入射端面（端部）と逆側の出射端面に到達した光は、さらに、次の光ファイバ７によって次の棒状導光体６に結合される。

液晶表示装置１００では、棒状導光体６が光ファイバ７からの入射光を次の光ファイバ７へ導光するとともに一部の光を側面から外部に出射する動作を、棒状導光体６の数だけ繰り返す。このように、本実施の形態では、赤色レーザ光源５から発せられた赤色単色光は、光ファイバ７によって直列に連結された複数の棒状導光体６を順番に伝播し、各棒状導光体６は、それぞれの側面から出射させる光によって棒状の蛍光ランプ３と同様に発光する。

白色の蛍光ランプ３から発せられた光と、棒状導光体６から発せられた光とがバックライト筐体４の内面で拡散・多重反射される。さらに、バックライト筐体４の内面で拡散・多重反射された光が、バックライト筐体４の上面に配置された光拡散板２で拡散されることによって、液晶表示素子１を均一な輝度分布で照明する。なお、光ファイバ７や赤色レーザ光源５は、バックライト筐体４内に配設してもよいし、バックライト筐体４の外部に配設してもよい。

ここで、光ファイバ７を介して直列に連結された棒状導光体６（連結導光体列）の終端部分の構成について説明する。図２は、連結導光体列の終端部分の構成を示す図である。赤色レーザ光源５から最も離れて配置される棒状導光体６（連結導光体列の終端部の棒状導光体６）では、図２に示すように棒状導光体６の出射側の端面に、反射膜（光反射面）６１を配置しておく。そして、赤色レーザ光源５から発せられて終端部の棒状導光体６の出射側の端面へ送られる光を反射膜６１で反射する。これにより、赤色レーザ光源５から光が送られてきた経路とは反対方向の逆経路で棒状導光体６に光を戻すことができるので、赤色レーザ光源５からの光をリサイクル利用できる。

なお、本実施の形態では、棒状導光体６同士の連結に、光ファイバ７を用いた場合について説明したが、光を導光できる導光部材であれば光ファイバ７以外の導光部材を用いてもよい。例えば、棒状導光体６同士の連結に、透明樹脂による湾曲導光体を用いてもよい。

つぎに、蛍光ランプ３と棒状導光体６の配置関係について説明する。図３は、蛍光ランプと棒状導光体の配置関係を示す図である。図３では、棒状導光体６の長手方向と垂直な方向で液晶表示装置１００を切断した場合の断面図を示している。

液晶表示装置１００では、液晶表示素子１の下部（裏面）に光拡散板２が配設され、光拡散板２の下部（裏面）に、蛍光ランプ３、棒状導光体６、バックライト筐体４が配設されている。バックライト筐体４の底面上には、蛍光ランプ３や棒状導光体６から発せられる光を拡散・多重反射する拡散反射面４１が配設されている。そして、この拡散反射面４１上に棒状導光体６が配設され、棒状導光体６の上部に蛍光ランプ３が配設されている。

棒状導光体６は、バックライト筐体４内に格納される蛍光ランプ３と同数だけ準備されており、各棒状導光体６は、それぞれ蛍光ランプ３と近接して１対となって配置されている。これにより、棒状導光体６から発せられた赤色単色光は、蛍光ランプ３から発せられた白色光とほぼ同様に、バックライト筐体４の内面に配設された拡散反射面４１による拡散反射および光拡散板２による拡散によって、液晶表示素子１を均一な分布で照明する。換言すると、同様な棒状形状で同様な発光分布を持つ棒状導光体６と蛍光ランプ３を、近接して配置することによって、蛍光ランプ３と棒状導光体６は、一体の棒状光源として振る舞う。これにより、赤色レーザ光源５の単色発光と蛍光ランプ３の白色発光の両者とも、同様な均一分布によって液晶表示素子１を照明することができる。

例えば、蛍光ランプとＬＥＤの双方を有する従来のバックライト装置では、ＬＥＤの個体差によって表示画像に明るさや、表示色のムラが発生していた。本実施の形態の液晶表示装置１００では、側面からの光を均一強度分布で光出射するよう棒状導光体６の表面の粗面形状を最適化することによって表示画像を均一な明るさにすることができる。また、本実施の形態の液晶表示装置１００で用いる光源は、赤色レーザ光源５などの単一の単色レーザ光源モジュール（可視単色光）であり、単一光源モジュールの光が分配されて各棒状導光体６から発せられるので発光色のムラは発生しない。

また、本実施の形態では、棒状導光体６と蛍光ランプ３を近接して配置することにより、一体の棒状光源とみなせるよう構成している。したがって、棒状蛍光ランプを多数配置した従来の直下型バックライト装置で用いられていた、バックライト筐体４、拡散反射面４１、光拡散板２を、形状や構成を変えることなくそのまま適用できることができる。これにより、液晶表示装置１００は簡易な構成となり、コストアップを抑制することができる。

液晶表示装置１００のように棒状をなしている棒状導光体６に単一の光源から発せられた光を結合して伝播させる場合には、光源光を小さな集光スポットに集光し、集光した光を導光体や導光体を連結する導光部材（光ファイバなど）の端面に入射させる必要がある。しかしながら、例えばＬＥＤのような発光光の拡散性が大きな光源の場合、集光レンズを用いても、発光光を十分小さな集光点に集光することはできない。このため、ＬＥＤのような拡散性光源では、棒状の蛍光ランプと同様の細い棒状導光体に、液晶表示素子１の全面を照明できる程度の十分な光量を入射させることができない。したがって、ＬＥＤを用いた従来の液晶表示装置では、単一の光源モジュールから発せられた光によって、液晶表示素子全面を照明して色ムラ等を低減することはできない。

一方、本実施の形態では、液晶表示装置１００が光源として光の平行度が高く極めて小さな集光スポットに集光できるレーザ光源を用いているので、液晶表示素子１の全面を照明しつつ色ムラ等を低減することができる。

レーザ光源光は、干渉性が高いので照明用に用いるとスペックル（干渉縞）によって、照明の均一性を損なう場合がある。本実施の形態では、レーザ光源光（赤色単色光）をバックライト筐体４の内面で多重反射させて導光体（棒状導光体６や光ファイバ７）に伝播させているので、レーザ光源光の干渉性が低減する。これにより、スペックルが原因で引き起こされる照明の均一性の低下を抑えることができる。

また、レーザ光源は、ＬＥＤよりも発光光の単色性が高いので、表示色の色純度を向上させる効果がＬＥＤよりも高い。ここで、赤色レーザ光源５を蛍光ランプと併用することによって拡大する赤色色純度について説明する。まず、蛍光ランプ３からの発光光を図４に示すカラーフィルタに透過させた場合のスペクトルと、蛍光ランプ３とレーザ光源を併用した場合の発光光を図４に示すカラーフィルタに透過させた場合のスペクトルとの相違点について説明する。

図４は、液晶表示素子のカラーフィルタの分光透過率を示す図である。図４では、一般的なカラーフィルタを用いた場合の分光透過率を示しており、液晶表示装置１００でも例えば図４に示したカラーフィルタを用いる。

同図に示すように、液晶表示素子１のカラーフィルタには、青色カラーフィルタ１１Ｂ、緑色カラーフィルタ１１Ｇ、赤色カラーフィルタ１１Ｒがある。青色カラーフィルタ１１Ｂは、波長が約４００〜５５０ｎｍの画素を透過させ、この波長以外の画素を遮断する。緑色カラーフィルタ１１Ｇは、波長が約４７０〜６５０ｎｍの画素を透過させ、この波長以外の画素を遮断する。赤色カラーフィルタ１１Ｒは、波長が約５７０以上ｎｍの画素を透過させ、この波長以外の画素を遮断する。

図５は、蛍光ランプのスペクトルの一例を示す図である。同図に示すように、蛍光ランプ３では、種々の波長の光が混在したスペクトル２１を出力する。液晶表示装置１００に赤色を表示させる場合には、赤色カラーフィルタ１１Ｒに対応した画素のみが透過状態となり、緑色と青色のカラーフィルタに対応した画素は不透過状態となる。

図６は、蛍光ランプの発光光をカラーフィルタで遮断した場合のスペクトルを示す図である。図６では、図５に示したスペクトルを有した蛍光ランプからの発光光を、図４に示した赤色カラーフィルタ１１Ｒで透過および遮断した場合のスペクトルを示している。

図６に示すように、蛍光ランプ３の発光光を赤色カラーフィルタ１１Ｒでフィルタリングすると、蛍光ランプ３のスペクトルから赤色波長の光（赤色表示色のスペクトル２２）のみが部分的に切り出される。

この赤色表示色には、６００ｎｍ程度〜６６０ｎｍ程度までの広い波長帯域に渡る光が含まれている。さらに、この赤色表示色では、ピーク強度を持つ波長が６１５ｎｍ程度の、赤色から少しオレンジ色にシフトした波長となっている。このため、ここでの赤色表示色は、色純度が低くオレンジ色がかったものとなってしまう。

図７は、蛍光ランプとレーザ光源を併用した場合の発光光をカラーフィルタで遮断した場合のスペクトルを示す図である。図７では、蛍光ランプ３からの発光光と、赤色レーザ光源５の発光光を、図４に示した赤色カラーフィルタで透過および遮断した場合のスペクトルを示している。ここでは、蛍光ランプ３の光源と、蛍光ランプ３の発光光量１００００ｌｍあたり６Ｗ出力の赤色レーザ光源５（６４３ｎｍ）と、を併用した場合の赤色表示色のスペクトル２３を示している。

蛍光ランプ３からの発光光と赤色レーザ光源５の発光光を赤色カラーフィルタで透過させると、赤色レーザ光源５の発光波長である６４３ｎｍに極めて急峻なピークを持つスペクトルが現れる。これにより、赤色カラーフィルタを透過する光の色純度が向上するとともに、ピーク強度を持つ波長が長波長化するので、光源が蛍光ランプ３だけの場合よりも深い赤色表示色となる。

図８は、光源に対応する表示色色度を示す色度図である。同図では、蛍光ランプ３のみを用いた液晶表示装置の表示色色度３１と、蛍光ランプ３と赤色レーザ光源５を併用した場合の液晶表示装置の表示色色度３２を示している。

図８に示すように、光源として蛍光ランプ３と赤色レーザ光源５を併用した場合の方が、蛍光ランプ３のみの場合よりも、赤色側が広くなって色純度が向上している。このように、光源として蛍光ランプ３と赤色レーザ光源５を併用した場合の方が、蛍光ランプ３のみの場合よりも、色再現範囲が広がることとなる。

このように、光源として蛍光ランプ３と単色レーザ光源（赤色単色光など）を併用することによって、表示色の色純度を高めることができ、光源が蛍光ランプ３だけの場合よりも鮮やかな色彩表現が可能な液晶表示装置１００が得られる。蛍光ランプ３と併用する光源は、単色性が高いほど色純度を高める効果が大きくなる。したがって、完全な単色光（単一の可視単色光）であるレーザ光源を併用することによって、色純度を高める効果が最も大きくなる。

また、前述したように、蛍光ランプ３では、赤色域の発光スペクトルがオレンジ色にシフトした波長にピーク強度を持っている。このため、蛍光ランプ３に併用する単色レーザ光源として赤色レーザ光源を用いると、蛍光ランプ３の赤色域を補正することができる。したがって、赤色レーザ光源を用いた場合に最も色純度を高めることができる。なお、他の色のレーザ光源（青色レーザ光源や緑色レーザ光源など）を蛍光ランプ３に併用した場合であっても、赤色レーザ光源の場合と同様に色純度を高めることができる。

蛍光ランプ３のみを用いてカラーフィルタの透過波長帯域を狭く設定し、色純度を高めさせる場合には、カラーフィルタによる光ロスが増加して画像の輝度が低下する。一方、本実施の形態では、光源の単色性を高めて色純度を向上させているので、光ロスは減少し明るさの低下を招くことなく色純度を高めることができる。

また、本実施の形態では２種類のスペクトルの異なる光源を用いているので、各光源の発光強度比を調整することによって、白色表示時の色度点をユーザ所望の表示色となるよう調整できる。

なお、本実施の形態では、拡散反射面４１上に棒状導光体６が配設され、棒状導光体６の上部に蛍光ランプ３が配設されている場合について説明したが、拡散反射面４１上に蛍光ランプ３を配設し、蛍光ランプ３の上部に棒状導光体６を配設してもよい。

また、本実施の形態では、棒状導光体６と蛍光ランプ３を近接して配置することによって一体の棒状光源とみなせるよう液晶表示装置１００を構成した場合について説明したが、棒状導光体６と蛍光ランプ３を近接配置しなくてもよい。例えば、蛍光ランプ３と棒状導光体６を交互に均等なピッチで配置してもよい。この場合には、拡散反射面４１や光拡散板２の形状を調整することによって、蛍光ランプ３と棒状導光体６の並び方向の照明の均一性を確保することができる。

なお、本実施の形態では、蛍光ランプ３に併用する光源を単一の単色レーザ光源モジュールとしたが、蛍光ランプ３に複数の単色レーザ光源モジュールを併用してもよい。また、単色レーザ光源モジュールに限らず、複数色を発光するレーザ光源モジュールを蛍光ランプ３に併用してもよい。

このように実施の形態１によれば、蛍光ランプ３と単一の単色レーザ光源光を併用するとともに、単色レーザ光源光を棒状導光体を用いて線状光源として液晶表示素子１を均一に照明するので、簡単な構成で色再現性が高く、表示ムラのない高画質な液晶表示装置１００を提供することが可能となる。

また、各棒状導光体６では、接続されている隣の棒状導光体６に赤色単色光を導光しながら、自らの側面でレーザ光を線状に出射しているので、各棒状導光体６で均一なレーザ光を出射することが可能となる。

また、各棒状導光体６を直列接続しているので、１つの赤色レーザ光源５から複数の棒状導光体６に赤色単色光を送り込むことができる。したがって、棒状導光体６から効率良くレーザ光を出射させることが可能となる。

また、反射膜６１で赤色レーザ光源５からの光を棒状導光体６に戻すことができるので、連結導光体列の終端部から光が出射することはない。これにより、赤色レーザ光源５から発光される赤色単色光の損失がなくなり、赤色単色光の損失が原因となる棒状導光体６の明るさの低下を抑えることが可能となる。

また、棒状導光体６と蛍光ランプ３を、１対の棒状光源として近接配置しているので、赤色単色光と白色発光とを同様な均一分布で液晶表示素子１に照明することができる。また、赤色レーザ光源５は、単一の可視単色光を出射するので、液晶表示素子１を照明する光の色純度を高めることが可能となる。また、蛍光ランプ３に併用するレーザ光源が赤色レーザ光源５であるので、蛍光ランプ３の赤色域を補正することができ、液晶表示素子１を照明する赤色光の色純度を高めることが可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図９および図１０を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２ではエッジライト型バックライトを用いて、複数種類の光源を液晶表示素子１に照明する。

図９は、本発明に係る実施の形態２の液晶表示装置の構成を示す図である。図９の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の液晶表示装置１００と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

液晶表示装置１０１は、複数種類の光源を用いたハイブリッドバックライト（エッジライト型バックライト）で液晶表示素子１を照明して画像などを表示させる装置であり、液晶表示素子１、光拡散板２、蛍光ランプ３、バックライト筐体４、赤色レーザ光源５、導光板（導光部）８、入射部導光体９を備えている。

入射部導光体９は、光ファイバ（図示せず）などを介して赤色レーザ光源５と接続するとともに、導光板８に当接している。入射部導光体９は、概略四角柱状の棒状をなしており、導光板８は、概略四角柱状の薄板状をなしている。

導光板８は、バックライト筐体４内に配設されている。導光板８は、バックライト筐体４の主面とほぼ同じ大きさ、形状の主面を有しており、導光板８の裏面とバックライト筐体４の底面を当接させることによって、バックライト筐体４と接合されている。バックライト筐体４の底面（導光板８の上面）には、実施の形態１と同様に互いに平行方向となるよう並べられた蛍光ランプ３が配設されている。

入射部導光体９は、棒状の一方の端部で赤色レーザ光源５と接続するとともに、長手方向に延びる１つの側面によって、導光板８の概略四角柱状の１つの側面と当接している。

入射部導光体９は、赤色レーザ光源５からの赤色単色光を伝播して導光板８へ送る。導光板８は、入射部導光体９を介して送られてくる赤色レーザ光源５からの赤色単色光を、入射部導光体９の上面側から光拡散板２側へ出射する。

液晶表示装置１０１は、実施の形態１の液晶表示装置１００と同様に、蛍光ランプ３から発せられた光を、バックライト筐体４の内面で拡散・反射させるとともに光拡散板２で拡散させることによって、液晶表示素子１を均一な分布で照明する。

つぎに、液晶表示装置１０１のレーザ光源光伝播経路について説明する。図１０は、実施の形態２に係る液晶表示装置のレーザ光源光伝播経路を示す図である。図１０では、赤色レーザ光源５から出射される光の経路を示している。

赤色レーザ光源５から発せられた赤色単色光は、入射部導光体９の端面（入口）に入射し、入射部導光体９内を伝播しつつ、導光板８に対向した面から均一な線状強度分布で導光板８側へ出射される。

入射部導光体９を出射した光は、導光板８の側面に入射する。導光板８の側面に入射した光は、エッジライト型バックライト装置と同様に面光源として導光板８の上面部から出射（面状出射または線状出射）され液晶表示素子１を照明する。

導光板８や入射部導光体９において、入射光を導光させつつ、順次一部の光を出射して面状光源や線状光源として液晶表示素子１を照明する構成は、一般的なエッジライト型バックライトに用いられる構成と同じであり、例えば導光板８や入射部導光体９の一部の表面を粗面化することによって実現する。

液晶表示装置１０１は、実施の形態１の液晶表示装置１００と同様に、蛍光ランプ３の白色光と、赤色レーザ光源５の単色光を併用することによって、色再現性を高めることが可能となる。

液晶表示装置１０１では、蛍光ランプ３の白色光が、バックライト筐体４の内面による拡散反射および光拡散板２による拡散によって、液晶表示素子１を均一な分布で照明する。一方、赤色レーザ光源５の単色光は、導光板８および入射部導光体９によって、バックライト筐体４内に出射される際に均一な面状光源となっており、そのまま液晶表示素子１を均一な分布で照明する。蛍光ランプ３と赤色レーザ光源５の両光源の照明光は、いずれも均一な照明光分布で液晶表示素子１を照明するので表示画像にムラは発生しない。また、赤色レーザ光源５は単一の光源モジュールであるので、光源の個体差によるムラの発生もない。

レーザ光源を用いる場合には、レーザ光源光の平行度の高さにより、導光板８の厚さを薄板化しても光源光の結合効率が低下することがない。このため、低重量の導光板８で光源光の結合効率を高めることができる。

なお、赤色レーザ光源５の単色光を液晶表示素子１に対して均一に入射させることができない場合には、光出射用に付与される導光板８の粗面の面粗さ等を調整してもよい。これにより、導光板８の出射面上で出射光の空間強度分布が調整され、液晶表示素子１の主面上で均一な照明分布にすることができる。

例えば、蛍光ランプ３から発せられた光を均一な分布で液晶表示素子１に照明するために、拡散反射面４１や光拡散板２の形状、反射率、透過率の空間分布を調整する場合がある。このような場合、赤色レーザ光源５の単色光が導光板８で均一強度分布になっていても、拡散反射面４１や光拡散板２の影響を受けて、液晶表示素子１に入射させるレーザ光の均一性が損なわれる可能性がある。このため、液晶表示素子１に入射させる赤色レーザ光源５からのレーザ光の均一性が損なわれる場合には、光出射用に付与される導光板８の粗面の面粗さ等を調整してもよい。

このように実施の形態２によれば、蛍光ランプ３と単一の単色レーザ光源光を併用するとともに、単色レーザ光源光を棒状導光体を用いて蛍光ランプと同様に液晶表示素子１を均一に照明するので、エッジライト型バックライトを用いた場合であっても、簡単な構成で色再現性が高く、表示ムラのない高画質な液晶表示装置１０１を提供することが可能となる。

実施の形態３．
つぎに、図１１〜図１５を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では複数色のレーザ光を出射するレーザ光源を用いて液晶表示素子１に照明する。

図１１は、本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置の構成を示す図である。図１１の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１の液晶表示装置１００と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

液晶表示装置１０２は、レーザ光源を用いたバックライト（直下型バックライト）で液晶素子を照明して画像などを表示させる装置であり、液晶表示素子１、光拡散板２、バックライト筐体４、棒状導光体６、光ファイバ７、複数のレーザ光源５１，５２，５３を備えている。

本実施の形態のバックライト筐体４は、上面を開放した箱状をなしており、側面と底面で棒状導光体６を囲繞している。また、液晶表示素子１の開放面は、光拡散板２と液晶表示素子１によって閉じられ、バックライト筐体４と光拡散板２とで棒状導光体６を囲繞している。

複数のレーザ光源５１，５２，５３は、Ｒ（赤色）レーザ光源５１とＧ（緑色）レーザ光源５２とＢ（青色）レーザ光源５３である。レーザ光源５１〜５３は、光ファイバ７に接続するとともに、それぞれ赤色、緑色、青色の単色光を発光する。レーザ光源５１〜５３から発せられた各単色光は、光ファイバ７によって棒状導光体６に導かれる。

レーザ光源５１，５２，５３から発せられた、赤色、緑色、青色の各単色光は、光ファイバ７によって最初の棒状導光体６に導かれる。本実施の形態では、複数のレーザ光源５１，５２，５３から発せられた各単色光は、光ファイバ７によってまず最初の棒状導光体６に伝播され、その後直列に結合された光ファイバ７を介して、直列に連結された複数の棒状導光体６を順番に伝播し、各棒状導光体６は、それぞれ側面から出射される光によって発光する。

棒状導光体６から発せられた光は、バックライト筐体４の内面で拡散・多重反射される。さらにバックライト筐体４の内面で拡散・多重反射された光が、バックライト筐体４の上面に配置された光拡散板２で拡散されることによって、液晶表示素子１を均一な輝度分布で照明する。なお、光ファイバ７やレーザ光源５１，５２，５３は、バックライト筐体４内に配設してもよいし、バックライト筐体４の外部に配設してもよい。

ここで、光ファイバ７を介して直列に連結された棒状導光体６（連結導光体列）の終端の部分の構成について説明する。図１２は、連結導光体列の終端部分の構成を示す図である。図１２では、実施の形態３にかかる液晶表示装置の連結導光体列を示している。

レーザ光源５１，５２，５３から最も離れて配置される棒状導光体６（連結導光体列の終端部の棒状導光体６）では、図１２に示すように棒状導光体６の出射面の端面に、反射膜（光反射面）６１を配置しておく。そして、レーザ光源５１，５２，５３から発せられて終端部の棒状導光体６の出射側の端面へ送られる光を反射膜６１で反射する。これにより、レーザ光源５１，５２，５３から光が送られてきた経路とは反対方向の逆経路で棒状導光体６に光を戻すことができるので、レーザ光源５１，５２，５３からの光をリサイクル利用できる。

液晶表示装置１０２では、液晶表示素子１の下部（裏面）に光拡散板２が配設され、光拡散板２の下部（裏面）に、棒状導光体６、バックライト筐体４が配設されている。バックライト筐体４の底面上には、棒状導光体６から発せられる光を拡散・多重反射する拡散反射面４１が配設されている。そして、この拡散反射面４１上に棒状導光体６が配設されている。

例えば、蛍光ランプとＬＥＤの双方を有する従来のバックライト装置では、ＬＥＤの個体差によって表示画像に明るさや、表示色のムラが発生していた。本実施の形態の液晶表示装置１０２では、側面からの光を均一強度分布で光出射するように棒状導光体６の表面の粗面形状を最適化することによって表示画像を均一な明るさにすることができる。また、本実施の形態の液晶表示装置１０２で用いるレーザ光源５１，５２，５３は、それぞれ単一の単色レーザ光源モジュール（可視単色光）であり、複数の可視単色光成分のレーザ光を出射する。そして、単一光源モジュールの光が分配されて各棒状導光体６から発せられるので発光色のムラは発生しない。

また、本実施の形態では、棒状導光体６を直列に配置することにより、棒状蛍光ランプを多数配置した従来の直下型バックライト装置で用いられていた、バックライト筐体４、拡散反射面４１、光拡散板２の形状や構成をほとんど変えることなくそのまま適用することができる。これにより、液晶表示装置１００は簡易な構成となり、コストアップを抑制することができる。

液晶表示装置１０２のように棒状をなしている棒状導光体６に単一の光源から発せられた光を結合して伝播させる場合には、光源光を小さな集光スポットに集光し、集光した光を導光体や導光体を連結する導光部材（光ファイバなど）の端面に入射させる必要がある。しかしながら、例えばＬＥＤのような発光光の拡散性が大きな光源の場合、集光レンズを用いても、発光光を十分小さな集光点に集光することはできない。このためＬＥＤのような拡散性光源では、細い棒状導光体６に、液晶表示素子１の全面を照明できる程度の十分な光量を入射させることはできない。したがって、ＬＥＤを用いた従来の液晶表示装置では、単一の光源モジュールから発せられた光によって、液晶表示素子全面を照明して色ムラ等を低減することはできない。

一方、本実施の形態では、液晶表示装置１０２が光源として光の平行度が高く極めて小さな集光スポットに集光できるレーザ光源５１，５２，５３を用いているので、液晶表示素子１の全面を照明しつつ色ムラ等を低減することができる。

また、レーザ光源光は、干渉性が高いので照明用に用いるとスペックル（干渉縞）によって、照明の均一性を損なう場合がある。本実施の形態では、レーザ光源５１，５２，５３の光をバックライト筐体４の内面で多重反射させて導光体（棒状導光体６や光ファイバ７）に伝播させているので、レーザ光源光の干渉性が低減する。これにより、スペックルが原因で引き起こされる照明の均一性の低下を抑えることができる。

また、レーザ光源５１，５２，５３は、ＬＥＤよりも発光光の単色性が高いので、表示色の色純度を向上させる効果がＬＥＤよりも高い。ここで、赤色レーザ光源５１と緑色レーザ光源５２と青色レーザ光源５３によって拡大する色純度について説明する。まず、従来の蛍光ランプからの発光光を実施の形態１の図４に示すカラーフィルタに透過させた場合のスペクトルと、赤色レーザ光源５１と緑色レーザ光源５２と青色レーザ光源５３を使用した場合の発光光を図４に示すカラーフィルタに透過させた場合のスペクトルとの相違点について説明する。

図１３は、赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源を使用した場合の発光光をカラーフィルタで遮断した場合のスペクトルを示す図である。赤色レーザ光源５１の発光光を赤色カラーフィルタ１１Ｒで透過させると、赤色レーザ光源５１の発光波長である６４３ｎｍに極めて急峻なピークを持つスペクトルが現れる。これにより、赤色カラーフィルタ１１Ｒを透過する光の色純度が向上するとともに、従来の蛍光ランプと比較して長波長化するので、深い赤色表示色となる。

また、緑色レーザ光源５２の発光光を緑色カラーフィルタ１１Ｇで透過させると、緑色レーザ光源５２の発光波長である５３２ｎｍに極めて急峻なピークを持つスペクトルが現れる。これにより、緑色カラーフィルタ１１Ｇを透過する光の色純度も向上する。

さらに、青色レーザ光源５３の発光光を青色カラーフィルタ１１Ｂで透過させると、青色レーザ光源５３の発光波長である４６６ｎｍと同様に極めて急峻なピークを持つスペクトルが現れる。これにより、緑色カラーフィルタ１１Ｂを透過する光の色純度も向上する。

図１４は、光源に対応する表示色色度を示す色度図である。同図では、従来の蛍光ランプを用いた液晶表示装置の表示色色度３１と、レーザ光源５１，５２，５３を使用した場合の液晶表示装置の表示色色度３３を示している。

図５に示すように、光源として赤色レーザ光源５１と緑色レーザ光源５２と青色レーザ光源５３を使用した場合の方が、蛍光ランプのみの場合よりも、赤色側、緑色側、青色側の全てが広くなって表示色の色純度が向上している。このため、光源が蛍光ランプのみの従来の液晶表示装置の場合よりも鮮やかな色彩表現が可能な液晶表示装置１０２が得られる。使用するレーザ光源５１，５２，５３は、単色性が高いほど色純度を高める効果が大きくなる。したがって、完全な単色光（単一の可視単色光）であるレーザ光源を使用することによって、色純度を高める効果が最も大きくなる。

また、前述したように、従来使用されている蛍光ランプでは、赤色域の発光スペクトルがオレンジ色にシフトした波長にピーク輝度を持っている。このため、光源に赤色レーザ光源５１を用いると、赤色域を補正することができる。同様に、光源に緑色レーザ光源５２と青色レーザ光源５３を用いることにより、緑色域および青色域を補正することができ、色純度を高めることができる。

従来の蛍光ランプを用いてカラーフィルタの透過波長帯域を狭く設定し、色純度を高める場合には、カラーフィルタによる光ロスが増加して画像の輝度が低下する。一方、本実施の形態では、光源の単色性を高めて色純度を向上させているので、光ロスは減少し明るさの低下を招くことなく色純度を高めることができる。

なお、本実施の形態では、光源として赤色レーザ光源５１と緑色レーザ光源５２と青色レーザ光源５３を使用する場合について説明したが、レーザ光源モジュール数および色数はこれに限定されるものではない。例えば、複数色のレーザ光源をそれぞれ複数使用してもよい。

このように、実施の形態３によれば、レーザ光源５１，５２，５３の光を棒状導光体６を用いて線状光源として液晶表示素子１を均一に照明するので、簡単な構成で色再現性が高く、表示ムラのない高画質な液晶表示装置１０２を提供することが可能となる。

また、各棒状導光体６を直列接続しているので、赤色レーザ光源５１と緑色レーザ光源５２と青色レーザ光源５３を各１つのレーザ光源から複数の棒状導光体６に各単色光を送り込むことができる。したがって、棒状導光体６から効率良くレーザ光を出射させることが可能となる。

また、反射膜６１でレーザ光源５１，５２，５３からの光を棒状導光体６に戻すことができるので、連結導光体列の終端部から光が出射することはない。これにより、レーザ光源５１，５２，５３から発光されるレーザ光の損失がなくなり、棒状導光体６の明るさの低下を抑えることが可能となる。また、レーザ光源５１，５２，５３は、単一の可視色光を出射するので、液晶表示素子１を照明する光の色純度を高めることが可能となる。

実施の形態４．
つぎに、図１５および図１６を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、複数色のレーザ光を出射するレーザ光源をエッジライト型バックライトに適用して、複数種類の光源を液晶表示素子１に照明する。

図１５は、本発明に係る実施の形態４の液晶表示装置の構成を示す図である。図１５の各構成要素のうち図２に示す実施の形態２の液晶表示装置１０１や図１１に示す実施の形態３の液晶表示装置１０２と同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

液晶表示装置１０３は、複数種類の光源を用いたハイブリッドバックライトで液晶表示素子１を照明して画像などを表示させる装置であり、液晶表示素子１、光拡散板２、バックライト筐体４、複数のレーザ光源５１，５２，５３、導光板８、複数の入射部導光体９を備えている。

レーザ光源５１は、１つの入射部導光体９に接続し、レーザ光源５２は、１つの入射部導光体９に接続し、レーザ光源５３は、１つの入射部導光体９に接続している。各入射部導光体９は、光ファイバ（図示せず）などを介してレーザ光源５１，５２，５３と接続するとともに、導光板８に当接している。導光板８は、概略四角柱状の薄板状をなしているので、４つの側面を有している。入射部導光体９は、導光板８の何れかの側面で導光板８に当接している。３つの各入射部導光体９は、例えば導光板８の異なる側面（３辺）で導光板８に当接している。

第１の入射部導光体９は、レーザ光源５１からの赤色単色光を伝播して導光板８へ送り、第２の入射部導光体９は、レーザ光源５２からの緑色単色光を伝播して導光板８へ送り、第３の入射部導光体９は、レーザ光源５３からの青色単色光を伝播して導光板８へ送りる。導光板８は、各入射部導光体９を介して送られてくるレーザ光源５１，５２，５３からの赤色単色光、緑色単色光、青色単色光を、入射部導光体９の上面側から光拡散板２側へ出射する。

なお、レーザ光源５１，５２，５３や入射部導光体９の配設位置は図１５に示した位置に限らない、例えば図１６に示すように導光板８の１辺（１つの側面）に３つの入射部導光体９を配設してもよい。

また、レーザ光源５１，５２，５３から出射される赤色単色光、緑色単色光、青色単色光を合成し、合成した光を入射部導光体９に送ってもよい。この場合、液晶表示装置１０３が備える入射部導光体９は１つでよい。

このように実施の形態４によれば、複数の単色レーザ光源光を棒状導光体を用いて液晶表示素子１を均一に照明するので、エッジライト型バックライトを用いた場合であっても、簡単な構成で色再現性が高く、表示ムラのない高画質な液晶表示装置１０３を提供することが可能となる。

以上のように、本発明に係る液晶表示装置およびバックライト装置は、背面からの液晶表示素子の照明に適している。

本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置の構成を示す図である。 連結導光体列の終端部分の構成を示す図（１）である。 蛍光ランプと棒状導光体の配置関係を示す図である。 液晶表示素子のカラーフィルタの分光透過率を示す図である。 蛍光ランプのスペクトルの一例を示す図である。 蛍光ランプの発光光をカラーフィルタで遮断した場合のスペクトルを示す図である。 蛍光ランプとレーザ光源を併用した場合の発光光をカラーフィルタで遮断した場合のスペクトルを示す図である。 光源に対応する表示色色度を示す色度図である。 本発明に係る実施の形態２の液晶表示装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係る液晶表示装置のレーザ光源光伝播経路を示す図である。 本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置の構成を示す図である。 連結導光体列の終端部分の構成を示す図（２）である。 赤色レーザ光源、緑色レーザ光源、青色レーザ光源を使用した場合の発光光をカラーフィルタで遮断した場合のスペクトルを示す図である。 光源に対応する表示色色度を示す色度図である。 本発明に係る実施の形態４の液晶表示装置の構成を示す図（１）である。 本発明に係る実施の形態４の液晶表示装置の構成を示す図（２）である。

符号の説明

１ 液晶表示素子
２ 光拡散板
３ 蛍光ランプ
４ バックライト筐体
５ 赤色レーザ光源
６ 棒状導光対
７ 光ファイバ
８ 導光板
９ 入射部導光板
４１ 拡散反射面
５１ 赤色レーザ光源
５２ 緑色レーザ光源
５３ 青色レーザ光源
６１ 反射膜
１００，１０１，１０２，１０３ 液晶表示装置

Claims (13)

1. 液晶表示素子を当該液晶表示素子の背面に配置されたバックライト装置によって照明し、前記液晶表示素子に画像を表示させる液晶表示装置において、
   前記バックライト装置は、
   白色光を線状に出射する蛍光ランプと、
   レーザ光源からのレーザ光を線状または面状にして出射する導光部と、
   を備え、
   前記バックライト装置は、前記蛍光ランプから出射される線状の白色光および前記導光部から出射される線状または面状のレーザ光で、前記液晶表示素子を照明することを特徴とする液晶表示装置。
2. 液晶表示素子を当該液晶表示素子の背面に配置されたバックライト装置によって照明し、前記液晶表示素子に画像を表示させる液晶表示装置において、
   前記バックライト装置は、
   複数色の可視単色光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源からのレーザ光を線状または面状にして出射する導光部と、
   を備え、
   前記バックライト装置は、前記導光部から出射される線状または面状のレーザ光で、前記液晶表示装置を照明することを特徴とする液晶表示装置。
3. 前記バックライト装置は直下型バックライトであるとともに、前記導光部は棒状であり、前記導光部は前記棒状の一方の端部から他方の端部へ前記レーザ光を伝播させるとともに、前記棒状の側面部から前記レーザ光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記導光部は複数からなり、前記各導光部は所定の導光部材によって前記導光部の端部間が直列接続されていることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 直列接続された前記導光部のうち前記レーザ光源とは反対側の最端部に配設される導光部は、一方の端部が他の導光部と接続し、かつ他方の端部が前記レーザ光を反射する光反射面を有することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記バックライト装置は、
   前記蛍光ランプと同数の前記導光部を有し、かつ１つの前記蛍光ランプと１つの前記導光部が１対の光源として近接配置されていることを特徴とする請求項１，３〜５のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
7. 前記バックライト装置はエッジライト型バックライトであるとともに、前記導光部は薄板状であり、前記導光部は前記薄板状の主面部から前記レーザ光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
8. 前記レーザ光源は、単一の可視単色光を出射することを特徴とする請求項１，３〜７のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
9. 前記単一の可視単色光は、赤色のレーザ光であることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記レーザ光源は、複数の可視単色光成分のレーザ光を出射することを特徴とする請求項２〜７のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
11. 前記複数の可視単色光成分のレーザ光は、赤色、緑色および青色のレーザ光であることを特徴とする請求項１０に記載の液晶表示装置。
12. 液晶表示素子の背面側から前記液晶表示素子を照明し、前記液晶表示素子に画像を表示させるバックライト装置において、
    白色光を線状に出射する蛍光ランプと、
    レーザ光源からのレーザ光を線状または面状にして出射する導光部と、
    を備え、
    前記蛍光ランプから出射される線状の白色光および前記導光部から出射される線状または面状のレーザ光で、前記液晶表示素子を照明することを特徴とするバックライト装置。
13. 液晶表示素子の背面側から前記液晶表示素子を照明し、前記液晶表示素子に画像を表示させるバックライト装置において、
    複数色の可視単色光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源からのレーザ光を線状または面状にして出射する導光部と、
    を備え、
    前記導光部から出射される線状または面状のレーザ光で、前記液晶表示装置を照明することを特徴とするバックライト装置。

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