JP2011238484A - Backlight device and liquid crystal display - Google Patents

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Shuichi Kagawa
周一 香川
Rena Nishitani
令奈 西谷
Eiji Niikura
栄二 新倉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain in-plane luminance unevenness caused by luminance distribution of a light source in the vicinity of an incident end of the light source when a laser light source as a point light source is adopted as a sidelight type backlight.SOLUTION: A first backlight unit 2 of a liquid crystal display 100 is formed by laminating two sets of plane light sources 200a, 200b including light sources 20a, 20b having red, green, and blue laser light sources, and light guide plates 21a, 21b having light-transmitting sections for generating linear laser light sources from the spot-like laser light sources 20a, 20b and fine optical elements 25a, 25b for irradiating linear laser light as illumination light to a back surface of the liquid crystal display element 1 in a normal-line direction of a display surface of a liquid crystal display element 1, and illumination light having uniform in-plane luminance distribution can be generated by overlapping light emitted from these plane light sources. A liquid crystal display for providing a compact image with high quality can be attained in this simple structure.

Description

本発明は、複数のレーザ光源で液晶表示装置の背面から液晶表示装置を照明して液晶表示装置に画像を表示させるバックライト装置および液晶表示装置に関するものである。   The present invention relates to a backlight device and a liquid crystal display device that illuminate the liquid crystal display device from the back surface of the liquid crystal display device with a plurality of laser light sources and display an image on the liquid crystal display device.

液晶表示装置が備える液晶表示素子は、自ら発光しないため、液晶表示装置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る必要がある。近年では、液晶表示装置に対する薄型化への要求が高まっており、薄板状の導光板を備え、その側面と対向するように光源を配置し側面から導光板に光を入射することにより、面状光源を作り出すサイドライト方式が広く用いられている。   Since the liquid crystal display element included in the liquid crystal display device does not emit light by itself, it is necessary to provide a backlight device on the back surface of the liquid crystal display element as a light source for illuminating the liquid crystal display device. In recent years, there has been an increasing demand for thinning liquid crystal display devices. A thin light guide plate is provided, a light source is disposed so as to face the side surface, and light is incident on the light guide plate from the side surface. A sidelight system that creates a light source is widely used.

液晶表示装置の液晶表示素子はカラーフィルタを備えており、連続スペクトルで白色に発光する蛍光ランプからの光のうち、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、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。   The liquid crystal display element of the liquid crystal display device includes a color filter, and by transmitting only light of a part of the wavelength through the color filter from the fluorescent lamp that emits white light in a continuous spectrum, red, green, The blue display color is extracted for color expression. In this way, when only a part of the wavelength band of light from the continuous spectrum light source is cut out to obtain the display color, if the color purity of the display color is increased in order to widen the color reproduction range, the transmission wavelength of the color filter The bandwidth must be set narrow. For this reason, when trying to increase the color purity of the display color, there arises a problem that the amount of light transmitted through the color filter is reduced and the luminance is lowered.

また、一般的に用いられる蛍光ランプは、例えば赤色に関しては、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発生する。   Further, a fluorescent lamp that is generally used has an emission spectrum having a peak at a wavelength shifted to orange of about 615 nm in the red wavelength region due to the characteristics of the phosphor, for example, with respect to red. For this reason, in particular, when trying to increase the color purity in the wavelength region of 630 to 640 nm which is preferable as pure red in red, there is a problem that the amount of transmitted light is extremely reduced and the luminance is remarkably reduced.

このような問題点の改善策として、近年では波長幅の狭い、すなわち色純度の高い単色の発光ダイオード(以下、LED(Light Emitting Diode)という。)やレーザを光源として用いた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。特にレーザは、非常に優れた単色性や、高い発光効率を有するため、色再現域が広く高輝度な画像を提供し、また消費電力の低い液晶表示装置を可能にする。 In order to solve such problems, in recent years, a monochromatic light emitting diode (hereinafter referred to as LED (Light Emitting Diode)) having a narrow wavelength width, that is, high color purity, and a backlight device using a laser as a light source are provided. Liquid crystal display devices have been proposed. In particular, a laser has a very excellent monochromaticity and high light emission efficiency, and thus provides a high-luminance image with a wide color reproduction range and enables a liquid crystal display device with low power consumption.

しかしながら、LEDやレーザのような点光源をサイドライト方式のバックライト装置の光源として採用した場合、光源近傍の輝度が著しく高くなり、その結果、光入射端付近において輝度むらが生じるといった課題を有している。このような問題は、例えば多数の点光源を狭い間隔で一列に配置し線状光源に近づける様な構成とすることにより改善することが可能であるが、均一性の高い面内輝度分布を求められる液晶表示装置のバックライト装置では非常に多数の光源が必要となるため、消費電力、組立性やコストの面において問題を有する。   However, when a point light source such as an LED or a laser is used as the light source of a sidelight type backlight device, the luminance near the light source becomes extremely high, and as a result, there is a problem that luminance unevenness occurs near the light incident end. is doing. Such a problem can be remedied by, for example, arranging a large number of point light sources in a line at a narrow interval and approaching a linear light source, but a highly uniform in-plane luminance distribution is required. Since the backlight device of the liquid crystal display device requires a large number of light sources, there are problems in terms of power consumption, assembling property, and cost.

そこで、従来ではできる限り少ない光源数で面内輝度分布の均一な面光源を得るための技術が報告されている。例えば特許文献1の液晶表示装置では、屈折率の異なる複数の材料から成る半球形状の透光性材料で発光素子を被覆することにより、発光素子から放射される光を屈折効果で拡散することができ、導光板入光部における光の分布をより線状光源に近づけることが可能となる。   Therefore, conventionally, a technique for obtaining a surface light source having a uniform in-plane luminance distribution with the smallest possible number of light sources has been reported. For example, in the liquid crystal display device of Patent Document 1, light emitted from a light emitting element can be diffused by a refractive effect by covering the light emitting element with a hemispherical light-transmitting material made of a plurality of materials having different refractive indexes. It is possible to make the light distribution in the light guide plate light incident part closer to a linear light source.

また、例えば特許文献2の面光源では、導光板の背面に設けられる光拡散面において、点光源を線状光源に変換するための光拡散面と、バックライト装置の面内輝度分布を均一にするための光拡散面とをそれぞれ設ける構成としている。点光源を線状光源に変換するための光拡散面においては、点光源の輝度が高い部分の拡散物質の被覆率を低くし、一方で点光源の輝度が低い部分の拡散物質の被覆率を高くすることにより、点光源を線状光源に変換することが可能となる。   For example, in the surface light source of Patent Document 2, the light diffusion surface for converting the point light source to the linear light source and the in-plane luminance distribution of the backlight device are made uniform on the light diffusion surface provided on the back surface of the light guide plate. And a light diffusing surface for the purpose. On the light diffusion surface for converting a point light source to a linear light source, the coverage of the diffused material in the portion where the luminance of the point light source is high is lowered, while the coverage of the diffused material in the portion where the luminance of the point light source is low. By making it high, it becomes possible to convert a point light source into a linear light source.

特開2006−269289号公報JP 2006-269289 A 特許第2917866号Japanese Patent No. 2917866

上記技術によれば、点光源を線状光源に変換する光学素子を追加することにより、1次元方向に略均一な輝度分布を有した光を導光板の側面から入射することができ、面内輝度分布の均一性が高い面光源を得ることが可能であるが、このような光学素子は複雑な構造を要する。また、光源にレーザのような指向性の高い点光源を採用した場合には、より拡散性の高い複雑な光学素子が必要となり、点光源から線状光源に変換するために必要な光学距離が長くなるため装置が大型化するといった欠点を有する。このためレーザ光源を用いる場合には最適ではない。   According to the above technique, by adding an optical element that converts a point light source into a linear light source, light having a substantially uniform luminance distribution in a one-dimensional direction can be incident from the side surface of the light guide plate. Although it is possible to obtain a surface light source with high uniformity of luminance distribution, such an optical element requires a complicated structure. In addition, when a highly directional point light source such as a laser is used as the light source, a more complex optical element with higher diffusibility is required, and the optical distance required to convert from a point light source to a linear light source is large. Since it becomes longer, there is a disadvantage that the apparatus becomes larger. For this reason, it is not optimal when a laser light source is used.

本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、簡易でコンパクトな構成で輝度むらを抑えたバックライト装置および液晶表示装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a backlight device and a liquid crystal display device that suppresses uneven luminance with a simple and compact configuration.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のバックライト装置は、発散角を有する光を出射する複数の光源と、前記光源から出射される光を線状の光に変換する光伝播部および前記線状の光を液晶表示素子に向けて面状の光として出射する光学素子部を有し前記面状の光に対し透明である導光板とを備え、複数の前記導光板を液晶表示素子の表示面の法線方向に積層し前記複数の光学素子部を前記液晶表示素子の表示面に対応する位置に配置して前記複数の導光板から出射された光を足し合わせることで前記液晶表示素子を照明することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the backlight device of the present invention converts a plurality of light sources that emit light having a divergence angle, and light emitted from the light sources into linear light. A plurality of the light guide plates, comprising: a light propagation portion; and a light guide plate having an optical element portion that emits the linear light as a planar light toward the liquid crystal display element, and transparent to the planar light. Are stacked in the normal direction of the display surface of the liquid crystal display element, the plurality of optical element portions are arranged at positions corresponding to the display surface of the liquid crystal display element, and the light emitted from the plurality of light guide plates is added together And illuminating the liquid crystal display element.

本発明によれば、発散角を有する光を放射する複数の光源を採用したバックライト装置においても、簡易な構成で、輝度むらを抑えたコンパクトなバックライト装置、および液晶表示装置を提供することができる。   According to the present invention, there is provided a compact backlight device and a liquid crystal display device that have a simple configuration and suppress uneven luminance even in a backlight device that employs a plurality of light sources that emit light having a divergence angle. Can do.

本発明に係る実施の形態1の液晶表示装置(透過型液晶表示装置)の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the liquid crystal display device (transmission type liquid crystal display device) of Embodiment 1 which concerns on this invention. (a)(b)は、本発明に係る実施の形態1のバックライトユニットを構成する面状光源の構成の一例を概略的に示す図である。(A) (b) is a figure which shows roughly an example of a structure of the planar light source which comprises the backlight unit of Embodiment 1 which concerns on this invention. 導光板内を伝播するレーザ光源のY軸方向における1次元輝度分布を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the one-dimensional luminance distribution in the Y-axis direction of the laser light source which propagates the inside of a light-guide plate. バックライトユニットから照射される照明光のX軸方向における1次元輝度分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。It is a graph which shows the calculation result by the simulation of the one-dimensional luminance distribution in the X-axis direction of the illumination light irradiated from a backlight unit. バックライトユニットから照射される照明光のX軸方向における1次元輝度分布の実測結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the one-dimensional luminance distribution in the X-axis direction of the illumination light irradiated from a backlight unit. 光伝播部におけるレーザ光の光路を概念的に示した図である。It is the figure which showed notionally the optical path of the laser beam in a light propagation part. 光伝播部透過後のレーザ光のY軸方向における1次元輝度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the one-dimensional luminance distribution in the Y-axis direction of the laser beam after light propagation part transmission.

以下に、本発明に係るバックライト装置および液晶表示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本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a backlight device and a liquid crystal display device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.

実施の形態1.
図1は、本発明に係る実施の形態1の透過型表示装置である液晶表示装置100の構成を模式的に示す図である。図の説明を容易にするために液晶光学素子1の短辺方向をY軸方向、長辺方向をX軸方向、X−Y平面に垂直な方向をZ軸方向とし、液晶表示素子1の表示面1a側を+Z軸方向とする。また、液晶表示装置100の上方向を+Y軸方向、後述する光源20aの光出射方向を+X軸方向とする。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a liquid crystal display device 100 which is a transmissive display device according to the first embodiment of the present invention. In order to facilitate the description of the drawing, the short side direction of the liquid crystal optical element 1 is the Y-axis direction, the long side direction is the X-axis direction, and the direction perpendicular to the XY plane is the Z-axis direction. The surface 1a side is defined as the + Z-axis direction. Further, the upward direction of the liquid crystal display device 100 is defined as the + Y axis direction, and the light emission direction of the light source 20a described later is defined as the + X axis direction.

図1に示されるように、液晶表示装置100は、透過型の液晶表示素子1、第1の光学シート31、第2の光学シート32、バックライト装置であるバックライトユニット2、及び光反射シート15を備えており、これら構成要素1,31,32,2,15は、Z軸方向に配列されている。液晶表示素子1は、Z軸に直交するX軸及びY軸を含むX−Y平面と平行な表示面1aを有する。尚、X軸及びY軸は互いに直交している。   As shown in FIG. 1, the liquid crystal display device 100 includes a transmissive liquid crystal display element 1, a first optical sheet 31, a second optical sheet 32, a backlight unit 2 that is a backlight device, and a light reflecting sheet. 15 and these components 1, 31, 32, 2 and 15 are arranged in the Z-axis direction. The liquid crystal display element 1 has a display surface 1a parallel to an XY plane including an X axis and a Y axis orthogonal to the Z axis. Note that the X axis and the Y axis are orthogonal to each other.

液晶表示装置100は、さらに、液晶表示素子1を駆動する図示しない液晶表示素子駆動部と、バックライトユニット2に含まれる光源20a,20bを駆動する図示しない光源駆動部とを有している。なお、光源20aは、発散角を有し第1の単色光である赤色の単色光を出射する複数の第1の光源60aと、発散角を有し第2の単色光である緑色の単色光を出射する複数の第2の光源61aと、発散角を有し第3の単色光である青色の単色光を出射する複数の第3の光源62aとを備える。同様に、光源20bは、発散角を有し赤色の単色光を出射する複数の第1の光源60bと、発散角を有し緑色の単色光を出射する複数の第2の光源61bと、発散角を有し青色の単色光を出射する複数の第3の光源62bとを備える。液晶表示素子駆動部と光源駆動部の動作は、図示しない制御部によって制御される。   The liquid crystal display device 100 further includes a liquid crystal display element driving unit (not shown) that drives the liquid crystal display element 1 and a light source driving unit (not shown) that drives the light sources 20 a and 20 b included in the backlight unit 2. The light source 20a includes a plurality of first light sources 60a that emit a red monochromatic light that is a first monochromatic light having a divergence angle, and a green monochromatic light that is a second monochromatic light having a divergence angle. And a plurality of third light sources 62a that emit a blue monochromatic light having a divergence angle and a third monochromatic light. Similarly, the light source 20b includes a plurality of first light sources 60b having a divergence angle and emitting red monochromatic light, a plurality of second light sources 61b having a divergence angle and emitting green monochromatic light, and a divergence. And a plurality of third light sources 62b that emit blue monochromatic light. The operations of the liquid crystal display element driving unit and the light source driving unit are controlled by a control unit (not shown).

制御部は図示しない信号源から供給された映像信号に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号を液晶表示素子駆動部及び光源駆動部に供給する。光源駆動部は、それぞれ、制御部からの制御信号に応じて光源20a,20bを駆動してこれら光源20a,20bから光を出射させる。   The control unit performs image processing on a video signal supplied from a signal source (not shown) to generate a control signal, and supplies the control signal to the liquid crystal display element driving unit and the light source driving unit. The light source driving unit drives the light sources 20a and 20b in accordance with control signals from the control unit to emit light from the light sources 20a and 20b, respectively.

バックライトユニット2は、光源20a,20bから出射される赤色、緑色、青色の光を含む出射光22a,22bを+Z軸方向に向かう白色の照明光33a,33bに変換して液晶表示素子1の背面1bに向けて出射する。この照明光33a,33bは、第2の光学シート32と第1の光学シート31とを介して液晶表示素子1の背面1bに照射される。ここで、第1の光学シート31とは、バックライトユニット2から照射された光を液晶表示装置100の画面に対する法線方向に向ける作用を有するものであり、また第2の光学シート32とは、細かな照明ムラなどの光学的影響を抑制するものである。   The backlight unit 2 converts the emitted lights 22a and 22b including red, green, and blue light emitted from the light sources 20a and 20b into white illumination lights 33a and 33b that are directed in the + Z-axis direction, and is used for the liquid crystal display element 1. The light is emitted toward the back surface 1b. The illumination lights 33 a and 33 b are applied to the back surface 1 b of the liquid crystal display element 1 through the second optical sheet 32 and the first optical sheet 31. Here, the first optical sheet 31 has an action of directing light emitted from the backlight unit 2 in a normal direction with respect to the screen of the liquid crystal display device 100, and the second optical sheet 32. It suppresses optical effects such as fine illumination unevenness.

バックライトユニット2の−Z軸方向には光反射シート15が配置されている。バックライトユニット2からその背面側に出射された光は、光反射シート15で反射され、液晶表示素子1の背面1bを照射する照明光として利用される。光反射シート15としては、たとえば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シートや、基板の表面に金属を蒸着させた光反射シートを使用することができる。   A light reflecting sheet 15 is disposed in the −Z-axis direction of the backlight unit 2. The light emitted from the backlight unit 2 to the back side is reflected by the light reflecting sheet 15 and used as illumination light for irradiating the back surface 1 b of the liquid crystal display element 1. As the light reflecting sheet 15, for example, a light reflecting sheet based on a resin such as polyethylene terephthalate or a light reflecting sheet in which a metal is deposited on the surface of the substrate can be used.

液晶表示素子1は、Z軸方向に直交するX−Y平面に平行な液晶層を有する。液晶表示素子1の表示面1aは矩形状で、図1に示すX軸方向及びY軸方向は、それぞれ、この表示面1aの互いに直交する2辺に沿った方向である。液晶表示素子駆動部は、制御部から供給された制御信号に応じて液晶層の光透過率を画素単位で変化させる。各画素はさらに3つの副画素から構成されており、当該副画素は各々赤、緑、青色の光のみを透過させるカラーフィルタを備え、各副画素の透過率を制御することによりカラー画像を生成する。これにより、液晶表示素子1は、バックライトユニット2から入射した照明光を空間的に変調して画像光を生成し、この画像光を表示面1aから出射することができる。本実施の形態1によれば、例えば、従来の蛍光ランプによる白色光と異なり、制御部により光源駆動部を制御して、光源20a,20bから放射される赤色の光の輝度と、緑色の光の輝度と、青色の光の輝度の割合を調整することが可能であり、各映像信号に対し必要となる各色輝度の割合に応じて各色の光量を調整することで、低消費電力化を実現することも可能である。   The liquid crystal display element 1 has a liquid crystal layer parallel to an XY plane orthogonal to the Z-axis direction. The display surface 1a of the liquid crystal display element 1 has a rectangular shape, and the X-axis direction and the Y-axis direction shown in FIG. 1 are directions along two mutually orthogonal sides of the display surface 1a. The liquid crystal display element driving unit changes the light transmittance of the liquid crystal layer in units of pixels in accordance with a control signal supplied from the control unit. Each pixel is further composed of three sub-pixels, each of which has a color filter that transmits only red, green, and blue light, and generates a color image by controlling the transmittance of each sub-pixel. To do. Accordingly, the liquid crystal display element 1 can spatially modulate the illumination light incident from the backlight unit 2 to generate image light, and emit the image light from the display surface 1a. According to the first embodiment, for example, unlike the white light by the conventional fluorescent lamp, the light source driving unit is controlled by the control unit, the luminance of the red light emitted from the light sources 20a and 20b, and the green light It is possible to adjust the ratio between the brightness of the light and the brightness of the blue light, and the power consumption can be reduced by adjusting the light quantity of each color according to the ratio of each color brightness required for each video signal It is also possible to do.

バックライトユニット2は、赤色の光を発するレーザ光源60aと、緑色の光を発するレーザ光源61aと、青色の光を発するレーザ光源62aとを備える光源20aと、液晶表示素子1の表示面1aに対して平行に配置された導光板21aとから成る第1の面状光源200aと、赤色の光を発するレーザ光源60bと、緑色の光を発するレーザ光源61bと、青色の光を発するレーザ光源62bとを備える光源20bと、液晶表示素子1の表示面1aに対して平行に配置された導光板21bとから成る第2の面状光源200bとから構成される。図2(a)に第1の面状光源200aを+Z軸方向から見た概略図、図2(b)に第2の面状光源200bを+Z軸方向から見た概略図を示す。   The backlight unit 2 includes a light source 20 a including a laser light source 60 a that emits red light, a laser light source 61 a that emits green light, and a laser light source 62 a that emits blue light, and a display surface 1 a of the liquid crystal display element 1. A first planar light source 200a comprising a light guide plate 21a arranged in parallel to the light source, a laser light source 60b that emits red light, a laser light source 61b that emits green light, and a laser light source 62b that emits blue light. And a second planar light source 200b composed of a light guide plate 21b arranged in parallel to the display surface 1a of the liquid crystal display element 1. 2A is a schematic view of the first planar light source 200a viewed from the + Z-axis direction, and FIG. 2B is a schematic view of the second planar light source 200b viewed from the + Z-axis direction.

第1の面状光源200aが有するレーザ光源60a,61a,62aは、導光板21aの−X軸方向の一端面である光入射端面23aに対向して配置されており、複数の赤色、緑色、青色のレーザ発光素子を持つレーザ光源60a,61a,62aをY軸方向に等間隔で配列したものである。また、第1の面状光源200aが有する導光板21aは、透明材料から成る板状部材であり、その液晶表示素子1と反対側の面である裏面24aに複数の微細光学素子25aが形成された光学素子部28aを有する。レーザ光源60a,61a,62aから発せられた赤色、緑色、青色の光は、導光板21aの光入射端面23aから導光板21aに入射し、導光板21a内を全反射しながら伝播する。   Laser light sources 60a, 61a, and 62a included in the first planar light source 200a are disposed to face a light incident end surface 23a that is one end surface of the light guide plate 21a in the -X-axis direction, and a plurality of red, green, Laser light sources 60a, 61a and 62a having blue laser light emitting elements are arranged at equal intervals in the Y-axis direction. The light guide plate 21a included in the first planar light source 200a is a plate-like member made of a transparent material, and a plurality of micro optical elements 25a are formed on the back surface 24a that is the surface opposite to the liquid crystal display element 1. And an optical element portion 28a. The red, green, and blue light emitted from the laser light sources 60a, 61a, and 62a is incident on the light guide plate 21a from the light incident end surface 23a of the light guide plate 21a, and propagates through the light guide plate 21a while being totally reflected.

同様に、第2の面状光源200bにおいて、レーザ光源60b,61b,62bは、導光板21bの+X軸方向の一端面である光入射端面23bに対向して配置されており、例えば、複数の赤色、緑色、青色のレーザ発光素子を持つレーザ光源60a,61a,62aをY軸方向に等間隔で配列したものである。また、第2の面状光源200bが有する導光板21bは透明材料から成る板状部材であり、その液晶表示素子1と反対側の面である裏面24bに複数の微細光学素子25bが形成された光学素子部28bを有する。レーザ光源60b,61b,62bから発せられた赤色、緑色、青色の光は、導光板21bの光入射端面23bから導光板21bに入射し、導光板21b内を全反射しながら伝播する。   Similarly, in the second planar light source 200b, the laser light sources 60b, 61b, and 62b are disposed to face the light incident end surface 23b that is one end surface in the + X-axis direction of the light guide plate 21b. Laser light sources 60a, 61a, and 62a having red, green, and blue laser light emitting elements are arranged at equal intervals in the Y-axis direction. The light guide plate 21b of the second planar light source 200b is a plate-like member made of a transparent material, and a plurality of micro optical elements 25b are formed on the back surface 24b that is the surface opposite to the liquid crystal display element 1. It has an optical element portion 28b. Red, green, and blue light emitted from the laser light sources 60b, 61b, and 62b is incident on the light guide plate 21b from the light incident end face 23b of the light guide plate 21b, and propagates while totally reflecting the light guide plate 21b.

第1の面状光源200aと第2の面状光源200bが有する光源20a,20bは互いに、同じ特性を有するレーザ発光素子を採用しており、またレーザ光源60a,61a,62aとレーザ光源60b,61b,62bとを配置する間隔や導光板の光入射端面23a,23bに対する配置方向、角度等、同様の配置方法をとる。また、第1の面状光源200aと第2の面状光源200bが有する導光板21aと21bは、同じ構造から成る。すなわち、第1の面状光源200aと第2の面状光源200bとは同じ特性を有している。   The light sources 20a and 20b of the first planar light source 200a and the second planar light source 200b employ laser light emitting elements having the same characteristics, and the laser light sources 60a, 61a and 62a and the laser light source 60b, The same arrangement method is employed, such as the interval between 61b and 62b, the arrangement direction and angle of the light guide plate with respect to the light incident end faces 23a and 23b. The light guide plates 21a and 21b included in the first planar light source 200a and the second planar light source 200b have the same structure. That is, the first planar light source 200a and the second planar light source 200b have the same characteristics.

バックライトユニット2は、等しい特性を有するこれら2つの面状光源200a,200bが、液晶表示素子1の表示面1aに対する法線(図1中Z軸)を軸として互いに180度回転した関係で、導光板21aと導光板21bの各4つの側端面が互いに同一平面上に揃うように積層配置されている。すなわち、第1の面状光源200aが有する光源20aと第2の面状光源200bが有する光源20bとは対向する向きに配置されており、光源20aは+X軸方向に向けて光を放射し、一方、光源20bは−X軸方向に向けて光を放射するため、各々の光源から放射される光の進行方向は逆方向となる。但し、面状光源200a,200bから出射される照明光33a,33bはいずれも、液晶表示素子1の背面1bに向かって出射される。   The backlight unit 2 has a relationship in which these two planar light sources 200a and 200b having the same characteristics are rotated by 180 degrees with respect to a normal line (Z axis in FIG. 1) with respect to the display surface 1a of the liquid crystal display element 1. The four side end surfaces of the light guide plate 21a and the light guide plate 21b are stacked so as to be aligned on the same plane. In other words, the light source 20a included in the first planar light source 200a and the light source 20b included in the second planar light source 200b are arranged to face each other, and the light source 20a emits light toward the + X axis direction. On the other hand, since the light source 20b emits light toward the −X axis direction, the traveling direction of the light emitted from each light source is opposite. However, the illumination lights 33a and 33b emitted from the planar light sources 200a and 200b are both emitted toward the back surface 1b of the liquid crystal display element 1.

本実施の形態1におけるバックライトユニット2は、上記のように、2つの面状光源200a,200bが、Z軸方向に積層配置される構成をとる。バックライトユニット2が有する光源20a,20bを点灯した際に得られるバックライトユニット2から出射される照明光は、前記2つの面状光源200a,200bから出射される照明光33a,33bが足し合わされたものである。従って、第1バックライトユニット2から出射される照明光のX−Y平面における面内輝度分布は、前記2つの面状光源200a,200bのX−Y平面における面内輝度分布の足し合わせとなる。なお、Z軸方向はバックライトユニット2から液晶表示素子1に向けて出射される照明光の方向である。   As described above, the backlight unit 2 according to the first embodiment has a configuration in which the two planar light sources 200a and 200b are stacked in the Z-axis direction. The illumination light emitted from the backlight unit 2 obtained when the light sources 20a and 20b included in the backlight unit 2 are turned on is added to the illumination light 33a and 33b emitted from the two planar light sources 200a and 200b. It is a thing. Accordingly, the in-plane luminance distribution in the XY plane of the illumination light emitted from the first backlight unit 2 is the sum of the in-plane luminance distributions in the XY plane of the two planar light sources 200a and 200b. . The Z-axis direction is the direction of illumination light emitted from the backlight unit 2 toward the liquid crystal display element 1.

導光板21a,21bは、透明部材で形成された例えば厚み2mmの板状部材である。図1、図2に示すように、光学素子部28a,28bには、液晶表示素子1と反対側の面である裏面24a,24bに複数の半球状の凸形状(以後、凸レンズ形状と呼ぶ。)の微細光学素子25а,25bが形成されている。この微細光学素子25а,25bは導光板21a,21b内を伝播する光を、液晶表示素子1の背面1b方向である+Z軸方向に向けて出射する光に変換するためのものである。このため、光伝播部26a,26bにおいて線状の光となった出射光22a,22bは、微細光学素子25a,25bの形成された光学素子部28a,28bで面状の光となり液晶表示素子1の方向に出射される。   The light guide plates 21a and 21b are plate-like members having a thickness of 2 mm, for example, formed of a transparent member. As shown in FIGS. 1 and 2, the optical element portions 28 a and 28 b have a plurality of hemispherical convex shapes (hereinafter referred to as convex lens shapes) on the back surfaces 24 a and 24 b that are opposite to the liquid crystal display element 1. ) Fine optical elements 25a and 25b. The micro optical elements 25a and 25b are for converting the light propagating through the light guide plates 21a and 21b into light emitted toward the + Z-axis direction that is the direction of the back surface 1b of the liquid crystal display element 1. Therefore, the emitted lights 22a and 22b that have become linear light in the light propagation portions 26a and 26b become planar light in the optical element portions 28a and 28b in which the micro optical elements 25a and 25b are formed, and the liquid crystal display element 1 Is emitted in the direction of.

導光板21a,21bの光入射端面23a,23bから入射した出射光22a,22bは、導光板21a,21bと空気層との界面における全反射により導光板21a,21b内を、反射を繰り返しながらX軸方向に進行する。しかし、微細光学素子25a,25bが形成されている光学素子部28a,28bに入射すると、その曲面により屈折され、導光板21a,21bの液晶表示素子1側の表面と空気層との界面における全反射条件を満たさなくなる光が生じ、その光が導光板21a,21bの表面から液晶表示素子1の背面1bに向かって放射される。   The outgoing lights 22a and 22b incident from the light incident end faces 23a and 23b of the light guide plates 21a and 21b are repeatedly reflected in the light guide plates 21a and 21b by total reflection at the interfaces between the light guide plates 21a and 21b and the air layer. Progress in the axial direction. However, when the light enters the optical element portions 28a and 28b on which the micro optical elements 25a and 25b are formed, the light is refracted by the curved surfaces, and the entire surface of the light guide plates 21a and 21b on the liquid crystal display element 1 side and the interface between the air layers. Light that does not satisfy the reflection condition is generated, and the light is emitted from the surface of the light guide plates 21 a and 21 b toward the back surface 1 b of the liquid crystal display element 1.

導光板21a,21bの光学素子部28a,28bに形成された複数の微細光学素子25a,25bは、導光板21a,21b上のX−Y平面内の位置によって配置密度すなわち単位面積当たりの数やその大きさなどが変化している。これにより、導光板21a,21bから照射される照明光33a,33bの面内輝度分布を制御することが可能である。   The plurality of micro optical elements 25a and 25b formed in the optical element portions 28a and 28b of the light guide plates 21a and 21b are arranged according to the positions in the XY plane on the light guide plates 21a and 21b, that is, the number per unit area, Its size has changed. Thereby, it is possible to control the in-plane luminance distribution of the illumination lights 33a and 33b irradiated from the light guide plates 21a and 21b.

本実施の形態1においては、図2に示すように、レーザ光である出射光22a,22bの進行方向(図2中X軸方向)の位置に対して微細光学素子25a,25bの配置密度が変化する構成となっている。詳しく説明すると、微細光学素子25a,25bは光入射端面23a,23bの近傍には配置されておらず、導光板21a,21bのX軸方向の約中心の位置から光入射端面23a,23bと対向する側の端面までの領域に設けられている。その配置密度はX軸方向の中心位置の近傍から導光板21a,21bの端面方向に向かって疎から密へと連続的に変化する構成となっている。   In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the arrangement density of the micro optical elements 25a and 25b with respect to the position in the traveling direction (X-axis direction in FIG. 2) of the emitted lights 22a and 22b, which are laser beams, is set. It has a changing structure. More specifically, the micro optical elements 25a and 25b are not arranged in the vicinity of the light incident end faces 23a and 23b, but are opposed to the light incident end faces 23a and 23b from the position of the center of the light guide plates 21a and 21b in the X-axis direction. It is provided in the area up to the end face on the side to be used. The arrangement density is configured to continuously change from sparse to dense toward the end face direction of the light guide plates 21a and 21b from the vicinity of the center position in the X-axis direction.

微細光学素子25a,25bの形状例としては、たとえば、その表面形状は、曲率が約0.15mm、最大高さが約0.005mm、屈折率が約1.49の凸レンズ形状を採用することができる。なお、導光板21a,21bや微細光学素子25a,25bの材質はアクリル樹脂とすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、アクリル樹脂に代えてポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料、あるいはガラス材料を使用してもよい。   As an example of the shape of the micro optical elements 25a and 25b, for example, a convex lens shape having a curvature of about 0.15 mm, a maximum height of about 0.005 mm, and a refractive index of about 1.49 may be adopted as the surface shape. it can. The light guide plates 21a and 21b and the micro optical elements 25a and 25b can be made of acrylic resin, but are not limited to this material. As long as the material has good light transmittance and excellent moldability, other resin materials such as polycarbonate resin or glass material may be used instead of acrylic resin.

また、本実施の形態1においては、微細光学素子25a,25bを凸レンズ形状としたが、本発明はこれに限るものではない。導光板内をX軸方向に進行するレーザ光を、Z軸方向に屈折し液晶表示素子1の背面1bに向かって照射する構造を有していれば、他の形状でもよく、例えば、プリズム形状や、サンドブラスト等によるランダムな凹凸パターンから成る微細光学素子を採用してもよい。   In the first embodiment, the fine optical elements 25a and 25b are convex lens shapes, but the present invention is not limited to this. As long as it has a structure in which the laser light traveling in the X-axis direction in the light guide plate is refracted in the Z-axis direction and is irradiated toward the back surface 1b of the liquid crystal display element 1, other shapes may be used. Alternatively, a fine optical element composed of a random concavo-convex pattern such as sandblast may be adopted.

ただし、凸レンズ形状の場合、透明な構造で光を屈折することが可能で、プリズム等の構造に比べて簡易な形状であるため製作が容易であるという利点がある。また、導光板が大型化した場合でも、印刷による製作が可能であるため、容易に対応することができる。また、サンドブラスト等によるランダムな凹凸形状でもレーザ光をZ軸方向に屈折することはできるが、凸レンズ形状の場合は、凸形状の設計が可能であるため、面状光源としての均一な輝度分布の設計が容易であるという利点がある。   However, in the case of a convex lens shape, it is possible to refract light with a transparent structure, and there is an advantage that manufacture is easy because the shape is simpler than that of a structure such as a prism. Further, even when the light guide plate is enlarged, it can be easily handled because it can be manufactured by printing. In addition, the laser light can be refracted in the Z-axis direction even with a random uneven shape such as by sandblasting, but in the case of a convex lens shape, a convex shape can be designed, so that a uniform luminance distribution as a planar light source can be obtained. There is an advantage that the design is easy.

本実施の形態1においては、導光板の厚みを2mmとしたが、本発明はこれに限るものではない。液晶表示装置の薄型化、軽量化、さらには多重反射回数の増加による光の利用効率向上といった点においては、厚みの薄い導光板を採用することが望ましい。レーザ光源は発光面の面積が小さく且つ指向性が高い光源であるから、厚みの薄い導光板に対しても高い光結合効率を得ることが可能である。但し、このとき、導光板の厚みを薄型化することによる剛性低下の問題等も考慮する必要がある。   In Embodiment 1, the thickness of the light guide plate is 2 mm, but the present invention is not limited to this. In terms of reducing the thickness and weight of the liquid crystal display device and improving the light utilization efficiency by increasing the number of multiple reflections, it is desirable to use a light guide plate with a small thickness. Since the laser light source is a light source having a small light emitting surface area and high directivity, it is possible to obtain high optical coupling efficiency even for a light guide plate having a small thickness. However, at this time, it is also necessary to consider the problem of a decrease in rigidity caused by reducing the thickness of the light guide plate.

光源20a,20bが備えるレーザ光源60a,60bは640nm、レーザ光源61a,61bは532nm、レーザ光源62a,62bは460nmをピークとし、波長幅が半値全幅で1nmの極めて単色性の高いスペクトルを有する。また、その発散角は速軸方向においては半値全幅で40度、遅軸方向においては半値全幅で10度である。本実施の形態1においては、レーザ発光素子は、その速軸方向が導光板21a,21bの側端面の短辺方向と平行になるように備えられる。これは、発散角の大きい速軸方向が、導光板の側端面における短辺方向すなわち導光板の対向する面と面の間隔が最も狭くなる方向(図1中ではZ軸方向)と平行となるように配置することにより、レーザ光の導光板内での反射回数が増大し、導光板21a,21bに設けられる微細光学素子25a,25bに入射する光線が多くなるためである。これにより、微細光学素子25a,25bによる光の取り出し効率(液晶表示素子の方向に向かって出射される光量/導光板内を伝播する光量)を向上させることが可能となる。   The laser light sources 60a and 60b included in the light sources 20a and 20b have peaks of 640 nm, the laser light sources 61a and 61b have peaks of 532 nm, the laser light sources 62a and 62b have peaks of 460 nm, and have a very monochromatic spectrum with a full width at half maximum of 1 nm. The divergence angle is 40 degrees in full width at half maximum in the fast axis direction and 10 degrees in full width at half maximum in the slow axis direction. In the first embodiment, the laser light emitting element is provided so that the fast axis direction thereof is parallel to the short side direction of the side end surfaces of the light guide plates 21a and 21b. This is because the fast axis direction with a large divergence angle is parallel to the short side direction on the side end surface of the light guide plate, that is, the direction in which the distance between the opposing surfaces of the light guide plate is the smallest (Z-axis direction in FIG. 1). This is because the number of reflections of the laser light within the light guide plate increases, and the amount of light incident on the micro optical elements 25a and 25b provided on the light guide plates 21a and 21b increases. Thereby, it is possible to improve the light extraction efficiency (the amount of light emitted toward the direction of the liquid crystal display element / the amount of light propagating in the light guide plate) by the micro optical elements 25a and 25b.

本実施の形態1によると、光源20a,20bから放射されるレーザ光の光径は、導光板入射端面23a,23bのY軸方向の大きさに対し極めて小さい点光源である。しかし、導光板21a,21bの光入射端面23a,23bの近傍に設けられる光伝播部26a,26bである微細光学素子25a,25bを有さない領域において十分な光学距離を全反射しながら伝播することができる。このため、自らの発散角により拡がり、隣接する他のレーザ発光素子の光と重なり合うことによりY軸方向における輝度分布および色度分布が均一な線状の白色光、つまり線状光源となる。   According to the first embodiment, the light diameter of the laser light emitted from the light sources 20a and 20b is a point light source that is extremely small relative to the size of the light guide plate incident end faces 23a and 23b in the Y-axis direction. However, it propagates while reflecting a sufficient optical distance in a region that does not have the fine optical elements 25a and 25b that are the light propagation portions 26a and 26b provided in the vicinity of the light incident end faces 23a and 23b of the light guide plates 21a and 21b. be able to. For this reason, it spreads by its own divergence angle, and overlaps with the light of another adjacent laser light emitting element, thereby forming linear white light having a uniform luminance distribution and chromaticity distribution in the Y-axis direction, that is, a linear light source.

図3は、隣り合う同じ色の2つのレーザ光源から出射されるレーザ光が一定の光学距離を伝播することによって線状光源を成すことを説明する概念図である。隣り合う同じ色の2つのレーザ光源とは、例えばレーザ光源60aでは、レーザ光源61a,62aを各1個ずつ挟んだ2つのレーザ光源60aである。図3に示すように、X軸方向の任意の位置における、単一のレーザ光源から放射されるレーザ光のY軸方向位置に対する輝度分布40は、レーザ光が元々有するガウシアン形状の角度輝度分布に起因して、中心輝度が高く、中心から離れるにつれ急激に輝度が低下する様な形状を有する。そのため、単一のレーザ光が微細光学構造に入射すると、レーザ光の輝度分布が導光板から放射される照明光の面内輝度分布に反映され輝度むらが生じてしまう。   FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining that a laser beam emitted from two adjacent laser light sources of the same color propagates a certain optical distance to form a linear light source. For example, in the laser light source 60a, the two adjacent laser light sources of the same color are the two laser light sources 60a sandwiching the laser light sources 61a and 62a one by one. As shown in FIG. 3, the luminance distribution 40 with respect to the Y-axis direction position of the laser light emitted from a single laser light source at an arbitrary position in the X-axis direction is a Gaussian-shaped angular luminance distribution originally possessed by the laser light. As a result, it has a shape in which the central luminance is high and the luminance rapidly decreases as the distance from the center increases. Therefore, when a single laser beam is incident on the fine optical structure, the luminance distribution of the laser beam is reflected in the in-plane luminance distribution of the illumination light emitted from the light guide plate, resulting in luminance unevenness.

しかしながら、近接して配置されるレーザ光源から放射される複数のレーザ光を空間的に重ね合わせることができる。例えば図3中の輝度分布40を有する単一のレーザ光と輝度分布41を有する単一のレーザ光とを重ね合わせると、それらの分布が平均化され、輝度分布42のような均一の輝度分布となるように、Y軸方向である光源配列方向に均一な輝度分布を有する線状光源を作り出すことができる。各色の輝度分布がそれぞれ均一となることにより、赤色、緑色、青色の光を合成して生成される白色光は、輝度分布に加えて色度分布も均一となる。従って、単一では均一でない分布を有する光であっても、複数の光を重ね合わせることによってそれらの分布を平均化することができるため、光源配列方向において輝度分布および色度分布が均一な線状光源を作り出すことが可能となる。   However, it is possible to spatially superimpose a plurality of laser beams emitted from laser light sources arranged close to each other. For example, when a single laser beam having the luminance distribution 40 in FIG. 3 and a single laser beam having the luminance distribution 41 are superimposed, the distributions are averaged, and a uniform luminance distribution such as the luminance distribution 42 is obtained. Thus, a linear light source having a uniform luminance distribution in the light source arrangement direction that is the Y-axis direction can be created. By making the luminance distribution of each color uniform, white light generated by combining red, green, and blue light has a uniform chromaticity distribution in addition to the luminance distribution. Therefore, even if the light has a single non-uniform distribution, the distribution can be averaged by superimposing a plurality of lights. Therefore, the lines with uniform luminance distribution and chromaticity distribution in the light source arrangement direction can be obtained. Can be produced.

このように、近接するレーザ発光素子の光を重ね合わせるためには、レーザの発散角とレーザ光源の配置間隔により決まる一定以上の光学距離を、レーザが伝播する必要がある。本実施の形態1の面状光源200a,200bが有する導光板21a,21bは、微細光学素子25a,25bにレーザ光が入射するまでに、レーザ光が自らの発散角でレーザ発光素子の配列方向において十分に空間的に拡がるために必要な光学伝播距離が備えている。このため、均一性の高い線状光源となってから微細光学素子25a,25bが形成された光学素子部28a,28bに入射することが可能となる。   As described above, in order to superimpose the lights of the adjacent laser light emitting elements, the laser needs to propagate through a certain optical distance determined by the divergence angle of the laser and the arrangement interval of the laser light sources. The light guide plates 21a and 21b included in the planar light sources 200a and 200b according to the first embodiment are arranged in the arrangement direction of the laser light emitting elements at a divergent angle of the laser light before the laser light enters the fine optical elements 25a and 25b. The optical propagation distance necessary for sufficient spatial expansion is provided. For this reason, it becomes possible to enter the optical element portions 28a and 28b on which the fine optical elements 25a and 25b are formed after becoming a highly uniform linear light source.

また、本実施の形態1では、光源20a,20bは等しい発散角と角度輝度分布を有する複数のレーザ発光素子を等間隔で配置した構成をとるため、より輝度分布の均一性が高い線状レーザ光源が得られる。   Further, in the first embodiment, the light sources 20a and 20b have a configuration in which a plurality of laser light emitting elements having equal divergence angles and angular luminance distributions are arranged at equal intervals, and thus a linear laser with higher uniformity of luminance distribution. A light source is obtained.

上記のようにして、線状レーザ光源となって光学素子部28a,28bに入射した光は、導光板21a,21bの裏面24a,24bの微細光学素子25a,25bにより光の一部が屈折され、照明光33a,33bとして導光板21a,21bの表面から液晶表示素子1の背面1bに向けて照射される。このとき、微細光学素子25a,25bに入射する光は、レーザ光源配列方向(Y軸方向)において均一な線状光源であるので、光源の輝度分布の差による輝度むらを生じることなく、均一な照明光33a,33bとして、液晶表示素子1を照明する。   As described above, part of the light incident on the optical element portions 28a and 28b as a linear laser light source is refracted by the micro optical elements 25a and 25b on the back surfaces 24a and 24b of the light guide plates 21a and 21b. Irradiation light 33a and 33b is irradiated from the surface of the light guide plates 21a and 21b toward the back surface 1b of the liquid crystal display element 1. At this time, the light incident on the micro optical elements 25a and 25b is a linear light source that is uniform in the laser light source arrangement direction (Y-axis direction). The liquid crystal display element 1 is illuminated as the illumination lights 33a and 33b.

一方、面状光源200a,200bは、光の進行方向であるX軸方向において、それぞれレーザ光源を線状の光源に変換するために設けられる光伝播部26a,26bのため、照明光33a,33bを放射しない領域を有している。しかし、本実施の形態1においては、面状光源200a,200bは互いが照明光を発光しない領域を補い合うように積層配置されている。つまりは面状光源200аが発光しない領域と面状光源200bが発光する領域、つまり、図2中X軸中心近傍から−X軸方向側の領域がZ軸方向に積層されている。また、面状光源200bが発光しない領域と面状レーザ光源200аが発光する領域、つまり、図2中X軸中心近傍から+X軸方向側の領域がZ軸方向に積層されるよう配置される。このため、面状光源200aと面状光源200bとから成るバックライトユニット2は面全体から照明光を照射することが可能となる。   On the other hand, the planar light sources 200a and 200b are illuminating lights 33a and 33b because of light propagation portions 26a and 26b provided to convert the laser light source into a linear light source in the X-axis direction, which is the light traveling direction. It has a region that does not radiate. However, in the first embodiment, the planar light sources 200a and 200b are stacked and arranged so as to compensate for a region in which each other does not emit illumination light. That is, a region where the planar light source 200a does not emit light and a region where the planar light source 200b emits light, that is, a region on the −X axis direction side from the vicinity of the center of the X axis in FIG. Further, the area where the planar light source 200b does not emit light and the area where the planar laser light source 200a emits light, that is, the area on the + X-axis direction side from the vicinity of the X-axis center in FIG. For this reason, the backlight unit 2 including the planar light source 200a and the planar light source 200b can irradiate illumination light from the entire surface.

さらに、本実施の形態1においては、面状光源200aと面状光源200bのX軸方向における輝度分布が足し合わされて成る輝度分布が均一となるよう、各々の輝度分布を決定する微細光学素子25a、25bのX軸方向における配置密度を最適化している。   Further, in the first embodiment, the micro optical element 25a that determines each luminance distribution so that the luminance distribution formed by adding the luminance distributions in the X-axis direction of the planar light source 200a and the planar light source 200b becomes uniform. , 25b is optimized for the arrangement density in the X-axis direction.

図4は、バックライトユニット2から照射される照明光33a,33bのX軸方向における1次元輝度分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。詳しくは、面状光源200aのX軸方向における1次元輝度分布50、面状光源200bのX軸方向における1次元輝度分布51、及びそれらの輝度分布を足し合わせたバックライトユニット2のX軸方向における1次元輝度分布52のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。   FIG. 4 is a graph showing a calculation result by simulation of the one-dimensional luminance distribution in the X-axis direction of the illumination lights 33a and 33b irradiated from the backlight unit 2. Specifically, the one-dimensional luminance distribution 50 in the X-axis direction of the planar light source 200a, the one-dimensional luminance distribution 51 in the X-axis direction of the planar light source 200b, and the X-axis direction of the backlight unit 2 obtained by adding these luminance distributions. It is a graph which shows the calculation result by simulation of the one-dimensional luminance distribution 52 in.

図4より明らかなように、面状光源200aから放射される照明光33aの1次元輝度分布50は、−X軸方向である光入射端面23a側から導光板21aのX軸方向の中心位置近傍にかけては光が放射されない。しかし、導光板21aのX軸方向における中心位置近傍から+X軸方向に向けて徐々に輝度が高くなり、+X軸方向である光入射端面23aと対向する端面側近傍付近では一定の輝度を保つ。一方、面状光源200bから放射される照明光33bの1次元輝度分布51は、面状光源200aと逆転する輝度分布を有している。つまり、+X軸方向である光入射端面23b側から導光板21bのX軸方向の中心位置近傍にかけては光が放射されない。しかし、導光板21bのX軸方向における中心位置近傍から−X軸方向に向けて徐々に輝度が高くなり、−X軸方向である光入射端面23bと対向する端面側近傍付近では一定の輝度を保つ。   As is clear from FIG. 4, the one-dimensional luminance distribution 50 of the illumination light 33a emitted from the planar light source 200a is near the center position in the X-axis direction of the light guide plate 21a from the light incident end face 23a side in the -X-axis direction. No light is emitted from to. However, the luminance gradually increases from the vicinity of the center position in the X-axis direction of the light guide plate 21a toward the + X-axis direction, and constant luminance is maintained in the vicinity of the end surface side facing the light incident end surface 23a in the + X-axis direction. On the other hand, the one-dimensional luminance distribution 51 of the illumination light 33b emitted from the planar light source 200b has a luminance distribution that is reverse to that of the planar light source 200a. That is, no light is emitted from the light incident end face 23b side in the + X axis direction to the vicinity of the center position in the X axis direction of the light guide plate 21b. However, the luminance gradually increases from the vicinity of the center position in the X-axis direction of the light guide plate 21b toward the -X-axis direction, and constant luminance is provided in the vicinity of the end surface side facing the light incident end surface 23b in the -X-axis direction. keep.

面状光源200aから照射される照明光33aと面状光源200bから照射される照明光33bとの足し合わせにより生成される第1バックライトユニット2から照射される照明光の面内輝度分布52は、X軸方向において均一な分布となる。本実施の形態1の構成に従い試作したバックライトユニット2から照射される照明光の面内輝度分布を実際に計測した結果を図5に示す。図5より明らかなように、2つの面状光源200a,200bをZ軸方向に積層した第1バックライトユニット2において、レーザ光進行方向(X軸方向)において均一性に優れた照明光が得られることが分かる。以上がバックライトユニット2の構成および動作であるが、導光板21a,21bの構成および動作について、より詳しく述べる。   The in-plane luminance distribution 52 of the illumination light emitted from the first backlight unit 2 generated by adding the illumination light 33a emitted from the planar light source 200a and the illumination light 33b emitted from the planar light source 200b is: The distribution is uniform in the X-axis direction. FIG. 5 shows the result of actually measuring the in-plane luminance distribution of the illumination light emitted from the prototype backlight unit 2 according to the configuration of the first embodiment. As is clear from FIG. 5, in the first backlight unit 2 in which two planar light sources 200a and 200b are stacked in the Z-axis direction, illumination light having excellent uniformity in the laser beam traveling direction (X-axis direction) is obtained. You can see that The above is the configuration and operation of the backlight unit 2. The configuration and operation of the light guide plates 21a and 21b will be described in more detail.

導光板21a,21bは、アクリル樹脂(PMMA:Poly Methyl Methacrylate)などの透明部材で形成された例えば厚み2mmの板状部材である。導光板21a,21bの光入射端面23a,23bから入射したレーザ光である出射光22a,22bは、導光板21a,21bと空気層との界面における全反射により導光板21a,21b内を、反射を繰り返しながらX軸方向に進行する。導光板21a,21bは、光源20a,20bから出射される出射光22a,22bを導光板21а,21b内に閉じ込めて伝播する光伝播部26a,26bと、光伝播部26a,26bを経由しX軸方向に進行する出射光22a,22bの進行方向をZ軸方向に変換する微細光学素子25a,25bが形成された光学素子部28a,28bを有する。   The light guide plates 21a and 21b are plate-like members having a thickness of 2 mm, for example, formed of a transparent member such as acrylic resin (PMMA: Poly Methyl Methacrylate). The outgoing lights 22a and 22b, which are laser beams incident from the light incident end faces 23a and 23b of the light guide plates 21a and 21b, are reflected inside the light guide plates 21a and 21b by total reflection at the interface between the light guide plates 21a and 21b and the air layer. The process proceeds in the X-axis direction while repeating the above. The light guide plates 21a and 21b transmit light 22a and 22b emitted from the light sources 20a and 20b in the light guide plates 21a and 21b and propagate through the light propagation portions 26a and 26b, and the light propagation portions 26a and 26b through X. It has optical element portions 28a and 28b formed with fine optical elements 25a and 25b for converting the traveling direction of the outgoing lights 22a and 22b traveling in the axial direction into the Z-axis direction.

導光板21a,21bが有する光伝播部26a,26bは、光入射端面23a,23b近傍に備えられている。光源20a,20bから出射されたレーザ光は、光入射端面23a,23bから導光板21a,21bに入射するとまず光伝播部26а,26bをX軸方向に伝播する。光伝播部26a,26bにおいては、出射光22a,22bが入射する導光板21a,21bの表面(液晶表示素子1側の面)および裏面(液晶表示素子1と反対側の面)は特に突起等の構造を有さず平面である。従って、この光伝播部26a,26bを伝播する出射光22a,22bは自らの発散角と進行方向を保存したまま伝播する。光源20a,20bから出射される出射光22a,22bは、光伝播部26a,26bを伝播することで自らの発散角により空間的に拡がる。   The light propagation portions 26a and 26b of the light guide plates 21a and 21b are provided in the vicinity of the light incident end surfaces 23a and 23b. When the laser beams emitted from the light sources 20a and 20b are incident on the light guide plates 21a and 21b from the light incident end faces 23a and 23b, they first propagate in the X-axis direction through the light propagation portions 26a and 26b. In the light propagation portions 26a and 26b, the front surfaces (surfaces on the liquid crystal display element 1 side) and the back surfaces (surfaces opposite to the liquid crystal display element 1) of the light guide plates 21a and 21b on which the emitted lights 22a and 22b are incident are particularly protrusions and the like. It is a plane without the structure. Accordingly, the outgoing lights 22a and 22b propagating through the light propagation portions 26a and 26b propagate while preserving their divergence angles and traveling directions. The outgoing lights 22a and 22b emitted from the light sources 20a and 20b spread spatially according to their divergence angles by propagating through the light propagation portions 26a and 26b.

導光板21a,21bが備える光伝播部26a,26bは、特に、隣り合うレーザ発光素子20,21から出射されるレーザ光を足し合わせてできるY軸方向の1次元輝度分布をより均一にするため、光伝播部26a,26bとしてX軸方向に一定の光学距離Xを必要とする。   In particular, the light propagation portions 26a and 26b provided in the light guide plates 21a and 21b are for making the one-dimensional luminance distribution in the Y-axis direction, which is formed by adding the laser beams emitted from the adjacent laser light emitting elements 20 and 21, more uniform. The optical propagation portions 26a and 26b require a certain optical distance X in the X-axis direction.

導光板21a,21bが有する微細光学素子25a,25bは、導光板21a,21bの裏面24a,24b(液晶表示素子1と反対側の面)に半球状の凸形状(以後、凸レンズ形状と呼ぶ。)を備えている。この凸レンズ形状は、導光板21a,21b内をX軸方向に向けて伝播する出射光22a,22bを液晶表示素子1の背面1b方向(+Z軸方向)に向けて出射する光に変換する。導光板21a,21bの光入射端面23a,23bから入射した出射光22a,22bは、光伝播部26a,26bを伝播した後、進行方向をX軸方向としたまま微細光学素子25a,25bに入射する。微細光学素子25a,25bに入射した出射光22a,22bは、凸レンズ形状の曲面により屈折され、導光板21a,21bの表面(液晶表示素子1側の面)と空気層との界面において全反射条件を満たさなくなる光が生じる。その全反射条件を満たさなくなる光が導光板21a,21bの表面から液晶表示素子1の背面1bに向かって出射される。   The micro optical elements 25a and 25b included in the light guide plates 21a and 21b are called hemispherical convex shapes (hereinafter referred to as convex lens shapes) on the back surfaces 24a and 24b (surfaces opposite to the liquid crystal display element 1) of the light guide plates 21a and 21b. ). The convex lens shape converts the emitted lights 22a and 22b propagating in the light guide plates 21a and 21b in the X-axis direction into light emitted in the direction of the back surface 1b (+ Z-axis direction) of the liquid crystal display element 1. The outgoing lights 22a and 22b incident from the light incident end faces 23a and 23b of the light guide plates 21a and 21b propagate through the light propagation portions 26a and 26b and then enter the micro optical elements 25a and 25b with the traveling direction set as the X-axis direction. To do. The outgoing lights 22a and 22b incident on the micro optical elements 25a and 25b are refracted by the curved surface of the convex lens shape, and are subjected to total reflection conditions at the interface between the surfaces of the light guide plates 21a and 21b (the liquid crystal display element 1 side) and the air layer. Light that no longer meets the requirements is generated. Light that does not satisfy the total reflection condition is emitted from the surfaces of the light guide plates 21 a and 21 b toward the back surface 1 b of the liquid crystal display element 1.

点光源であるレーザ光源20a,20bから出射された光は、光伝播部26a,26bを伝播することにより自らの発散角で拡がる。この自らの発散角で広がった光は、近接する他のレーザ光と空間的に重なり合いレーザ発光素子の配列方向(Y軸方向)の輝度分布が均一な線状光源となる。この線状光源は微細光学素子25a,25bに入射し、液晶表示素子1の背面1bに向かって出射される均一な照明光33a,33bとなる。   The light emitted from the laser light sources 20a and 20b, which are point light sources, spreads at its own divergence angle by propagating through the light propagation portions 26a and 26b. The light spreading at its own divergence angle is spatially overlapped with other adjacent laser light, and becomes a linear light source having a uniform luminance distribution in the arrangement direction (Y-axis direction) of the laser light emitting elements. This linear light source is incident on the micro optical elements 25a and 25b and becomes uniform illumination lights 33a and 33b emitted toward the back surface 1b of the liquid crystal display element 1.

以下に、レーザ光源20aに含まれるレーザ発光素子80、とそれとY軸方向に隣り合う同じ色のレーザ発光素子81を例に挙げ、導光板21aに備えられる光伝播部26aについて詳しく説明する。ここで、レーザ発光素子80,81は、光源20aが備える赤色、緑色、青色のレーザ光源のうち、隣り合う同じ色の2つのレーザ光源(例えば、緑色のレーザ光源61aと青色のレーザ光源62aを挟んで隣り合うレーザ光源60a)のいずれかである。   Hereinafter, the laser light emitting element 80 included in the laser light source 20a and the laser light emitting element 81 of the same color adjacent to the laser light emitting element 81 in the Y-axis direction will be described as an example, and the light propagation part 26a provided in the light guide plate 21a will be described in detail. Here, the laser light emitting elements 80 and 81 include two adjacent laser light sources of the same color (for example, a green laser light source 61a and a blue laser light source 62a) among the red, green, and blue laser light sources included in the light source 20a. One of the adjacent laser light sources 60a).

図6は、レーザ発光素子80,81から出射され光入射端面23aから導光板21aに入射するレーザ光80p,81pの光路を概念的に示した図である。図7は、X軸方向の光学距離をXとした光伝播部26aを伝播したレーザ光80p,81pのY軸方向における1次元輝度分布80q,81qおよびそれらを足し合わせて生成される線状光源の1次元輝度分布82qを示すグラフである。   FIG. 6 is a diagram conceptually showing the optical paths of the laser beams 80p and 81p emitted from the laser light emitting elements 80 and 81 and entering the light guide plate 21a from the light incident end face 23a. FIG. 7 shows linear light sources generated by adding the one-dimensional luminance distributions 80q and 81q in the Y-axis direction of the laser beams 80p and 81p propagated through the light propagation part 26a with the optical distance in the X-axis direction being X. Is a graph showing a one-dimensional luminance distribution 82q.

図6に示すように、レーザ発光素子80,81はY軸方向に各々の発光点間の距離dを隔てて隣り合い、各々導光板21aの光入射端面23aに対向して配置されている。レーザ発光素子80およびレーザ発光素子81の発光面と光入射端面23aとの間隔は距離fに設定されている。レーザ発光素子80,81は同様の特性を有しており、それらから出射されるレーザ光80p,81pのX−Y平面における半値半角αの略ガウシアン形状の角度輝度分布は、同様の形状を有している。   As shown in FIG. 6, the laser light emitting elements 80 and 81 are adjacent to each other at a distance d between the respective light emitting points in the Y-axis direction, and are respectively disposed to face the light incident end face 23a of the light guide plate 21a. The distance between the light emitting surfaces of the laser light emitting elements 80 and 81 and the light incident end face 23a is set to a distance f. The laser light-emitting elements 80 and 81 have the same characteristics, and the angular luminance distribution of a substantially Gaussian shape having a half-value half-angle α in the XY plane of the laser beams 80p and 81p emitted from them has the same shape. is doing.

レーザ発光素子80,81から出射されたレーザ光80p,81pは、光入射端面23aから導光板21aに入射し、光伝播部26aを伝播する。このとき、光伝播部26aが有するX軸方向の光学距離Xは式(1)で定義される。ここで、dはレーザ発光素子80,81の発光点間距離、fはレーザ発光素子80,81の出射面と光入射端面23aとの距離、αはレーザ発光素子80,81から出射される光のX−Y平面における発散角の半値半角、βは導光板21a内を伝播するレーザ光80p,81pのX−Y平面における発散角の半値半角である。   Laser beams 80p and 81p emitted from the laser light emitting elements 80 and 81 are incident on the light guide plate 21a from the light incident end face 23a and propagate through the light propagation portion 26a. At this time, the optical distance X in the X-axis direction of the light propagation part 26a is defined by Expression (1). Here, d is the distance between the light emitting points of the laser light emitting elements 80 and 81, f is the distance between the emission surface of the laser light emitting elements 80 and 81 and the light incident end face 23a, and α is the light emitted from the laser light emitting elements 80 and 81. Is a half-value half-angle of the divergence angle in the XY plane, and β is a half-value half-angle of the divergence angle in the XY plane of the laser beams 80p and 81p propagating in the light guide plate 21a.

Figure 2011238484
Figure 2011238484

但し、導光板21a内の半値半角βは式(2)で定義される。ここで、レーザ発光素子80,81から放射されたレーザ光80p,81pが導光板21аに入射する前に伝播する層の屈折率をn1、導光板21aの屈折率をn2とする。   However, the half value half angle β in the light guide plate 21a is defined by the equation (2). Here, the refractive index of the layer propagating before the laser beams 80p and 81p emitted from the laser light emitting elements 80 and 81 enter the light guide plate 21a is n1, and the refractive index of the light guide plate 21a is n2.

Figure 2011238484
Figure 2011238484

ここで、レーザ発光素子80,81の発光面積は、レーザ発光素子80,81の発光点間の距離dに対し十分に小さいため、その大きさを無視している。   Here, since the light emitting areas of the laser light emitting elements 80 and 81 are sufficiently small with respect to the distance d between the light emitting points of the laser light emitting elements 80 and 81, the size thereof is ignored.

上記式(1)および式(2)は、レーザ光80pとレーザ光81pとが、Y軸方向の輝度分布において、それぞれの光軸上に存在するピーク輝度の半分の輝度を有する位置で交点をもつために必要な光学距離Xを定めるものである。   In the above formulas (1) and (2), the intersection of the laser beam 80p and the laser beam 81p at the position where the luminance distribution in the Y-axis direction has half the peak luminance existing on each optical axis. The optical distance X necessary for holding the image is determined.

レーザ光80pおよびレーザ光81pは同様の角度輝度分布を有し、各々自らの光軸に対称な角度輝度分布を有するため、式(1)、式(2)で定められる光学距離Xを伝播すると、図7に示すように、レーザ光80p,81pは各々がピーク輝度Lを有する点(Y=y0、y1)の中間点(Y=y2)において輝度L/2を有する。それらのレーザ光80p,81pが重なり合うことによって中間点(Y=y2)の輝度はLとなる。従来であれば、レーザ光80p,81pの光軸上に存在する明るい部分である明部に対しそれらの間に暗い部分である暗部が存在するため、Y軸方向に輝度むらが発生していた。しかし式(1)、式(2)で定義される光学距離Xを設けることにより、レーザ光80p,81pによる明部(Y=y0、y1)の間にそれらと等しい輝度を有する明部(Y=y2)を補間することができる。また、同時にそれらの明部(Y=y0、y1)間の輝度分布が平均化されるため、高い均一性を有した線状光源を生成することが可能となる。   Since the laser beam 80p and the laser beam 81p have the same angular luminance distribution and have an angular luminance distribution that is symmetric with respect to their optical axes, they propagate through the optical distance X defined by the equations (1) and (2). As shown in FIG. 7, the laser beams 80p and 81p have a luminance L / 2 at an intermediate point (Y = y2) between points (Y = y0, y1) each having a peak luminance L. The luminance of the intermediate point (Y = y2) becomes L by the overlap of these laser beams 80p and 81p. Conventionally, since there is a dark part that is a dark part between bright parts that are bright parts existing on the optical axes of the laser beams 80p and 81p, luminance unevenness occurs in the Y-axis direction. . However, by providing the optical distance X defined by the equations (1) and (2), the bright portion (Y = y0, y1) between the bright portions (Y = y0, y1) by the laser beams 80p and 81p has the same brightness. = Y2) can be interpolated. At the same time, since the luminance distribution between these bright portions (Y = y0, y1) is averaged, a linear light source having high uniformity can be generated.

上記のように、レーザ光80p,81pが、式(1)および式(2)で定義される光学距離Xを有する光伝播部26aを伝播することにより、光伝播部26aの大きさを最小限に抑えながらもY軸方向の輝度分布が均一な線状光源を生成することが可能となる。   As described above, the laser beams 80p and 81p propagate through the light propagation part 26a having the optical distance X defined by the expressions (1) and (2), thereby minimizing the size of the light propagation part 26a. It is possible to generate a linear light source having a uniform luminance distribution in the Y-axis direction while suppressing the number of the light sources.

微細光学素子25aは、光伝播部26aの+X軸方向の端部から導光板21aの+X軸方向の端部までの領域に設けられ、その配置密度は+X軸方向に向けて疎から密に連続的に変化するよう形成されている。微細光学素子25аの構造、特性については上述した通りである。   The micro optical element 25a is provided in a region from the end in the + X-axis direction of the light propagation part 26a to the end in the + X-axis direction of the light guide plate 21a, and the arrangement density is sparsely and densely continuous in the + X-axis direction. It is formed so as to change. The structure and characteristics of the micro optical element 25a are as described above.

レーザ光源20aから出射され、X軸方向の長さを光学距離Xとした光伝播部26aを伝播した出射光22aは、Y軸方向であるレーザ光源の配列方向に均一な線状光源となった後、光学素子部28aに入射し、面内輝度分布の均一な面光源となって液晶表示素子1を照明する。   The emitted light 22a emitted from the laser light source 20a and propagated through the light propagation part 26a having the optical length X in the X-axis direction is a linear light source that is uniform in the arrangement direction of the laser light sources in the Y-axis direction. Thereafter, the liquid crystal display element 1 is incident on the optical element portion 28a and becomes a surface light source having a uniform in-plane luminance distribution to illuminate the liquid crystal display element 1.

ここでは導光板21aに関して記述したが、導光板21bも同様に、式(1)、(2)を満たす光伝播部26bを備え、高い均一性を有した線状光源となって微細光学素子25bが形成されている光学素子部28bに入射し、面内輝度分布の均一な面光源となって液晶表示素子1を照明する。   Although the light guide plate 21a is described here, the light guide plate 21b similarly includes a light propagation portion 26b that satisfies the expressions (1) and (2), and becomes a linear light source having high uniformity, and the micro optical element 25b. Is incident on the optical element portion 28b, and illuminates the liquid crystal display element 1 as a surface light source having a uniform in-plane luminance distribution.

このような導光板21aと導光板21bから成るバックライトユニット2は面内分布の均一性の高い面状光源となり、照明光は、輝度分布むらを持たず、従って、表示むら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。   The backlight unit 2 composed of the light guide plate 21a and the light guide plate 21b serves as a planar light source having a high uniformity of in-plane distribution, and the illumination light does not have uneven luminance distribution, and therefore has high image quality without uneven display. The liquid crystal display device 100 can be provided.

上述のように、光伝播部26a,26bのX軸方向の長さを式(1)および(2)で定義される光学距離Xとすることで、高い均一性を有する面状光源を生成することが可能である。なお、この光学距離を式(1)および(2)で定義されるXより長くとることにより、輝度分布の均一性をさらに向上させることも可能である。以上が導光板21a,21bに関する構成および動作の具体例である。   As described above, a planar light source having high uniformity is generated by setting the length in the X-axis direction of the light propagation portions 26a and 26b to the optical distance X defined by the expressions (1) and (2). It is possible. Note that the uniformity of the luminance distribution can be further improved by setting the optical distance to be longer than X defined by the equations (1) and (2). The above is a specific example of the configuration and operation related to the light guide plates 21a and 21b.

本実施の形態1においては、点光源であるレーザ光源を線状のレーザ光源に変換するために必要とされる領域の光伝播部26a,26bを有効画像表示領域内に設けている。これにより、レーザ光が伝播する十分な光学距離を確保しながらも、面状の光源部の周辺に光伝播部を設ける必要が無いため、液晶表示装置100の画像表示平面(X−Y平面)の面積に対するバックライト装置2の面積の比率を小さくすることが可能となる。つまり、画質の良好な画像を提供しながらも、画像表示部分を囲むキャビネット部分であるベゼルを薄くした液晶表示装置100を実現することが可能となる。また、導光板の厚みで光伝播部を設計しているため、液晶表示装置100の薄型化も可能となる。   In the first embodiment, the light propagation portions 26a and 26b of an area necessary for converting a laser light source as a point light source into a linear laser light source are provided in the effective image display area. Accordingly, it is not necessary to provide a light propagation part around the planar light source part while securing a sufficient optical distance for the laser light to propagate, and therefore the image display plane (XY plane) of the liquid crystal display device 100. It is possible to reduce the ratio of the area of the backlight device 2 to that area. That is, it is possible to realize the liquid crystal display device 100 in which the bezel that is the cabinet portion surrounding the image display portion is thin while providing an image with good image quality. Moreover, since the light propagation part is designed with the thickness of the light guide plate, the liquid crystal display device 100 can be thinned.

以上に説明したように、本実施の形態1の液晶表示装置100によれば、レーザ光が自ら有する発散角により近接する他のレーザ光と空間的に重なり合い線状のレーザ光源となるために必要な伝播距離である光学距離を十分に設けることが可能となるため、面内輝度分布が均一な照明光を生成することが可能となる。従って、従来面内の輝度むらが問題となっていた、点光源で且つ指向性の高いレーザ光源をサイドライトの光源に採用した場合においても、輝度むらの無い良好な画像を表示可能な液晶表示装置を提供することができる。   As described above, according to the liquid crystal display device 100 of the first embodiment, it is necessary to form a linear laser light source that spatially overlaps with other laser light that is closer to the divergence angle of the laser light. Since it is possible to provide a sufficient optical distance, which is a long propagation distance, it is possible to generate illumination light having a uniform in-plane luminance distribution. Therefore, a liquid crystal display that can display a good image without uneven brightness even when a point light source and a highly directional laser light source are used as a sidelight light source, which has been a problem with uneven brightness in the conventional surface. An apparatus can be provided.

さらに、本実施の形態1においては、上記構成を、液晶表示装置の有効画像表示領域を有効に活用し、簡易な構成、且つ液晶表示装置の有効画像表示領域に対しバックライト装置を大型化することなく実現することを可能にしている。   Further, in the first embodiment, the above configuration effectively utilizes the effective image display area of the liquid crystal display device, and the backlight device is enlarged with respect to the simple configuration and the effective image display area of the liquid crystal display device. It is possible to realize without.

また、本実施の形態1においては、光伝播部26a,26bおよび光学素子部28a,28bを同一の導光板に備えているため、光伝播部26a,26bおよび光学素子部28a,28bを個別の導光板で構成し、これらを組み合わせて使用する方式と比較して、導光板の結合などによる光の損失が少なく、光利用効率が向上するとともに、部品点数が削減され組立性が向上する。   In the first embodiment, since the light propagation portions 26a and 26b and the optical element portions 28a and 28b are provided in the same light guide plate, the light propagation portions 26a and 26b and the optical element portions 28a and 28b are individually provided. Compared with a system using light guide plates and combining them, there is less light loss due to coupling of the light guide plates and the like, and the light utilization efficiency is improved, the number of parts is reduced, and the assemblability is improved.

本実施の形態1においては、バックライトユニット2の光源20a,20bにレーザ光源を採用したが、本発明はこれに限るものではない。本発明はレーザ光源のように発光面積が小さく且つ発散角を有する他の光源に対しても有効であり、そのような光源に適用することにより、レーザ光源と同様に高い面内輝度分布均一性を有する面状光源を作り出すことが可能となる。例えば、LED光源に対して適用することによっても、高い効果を得ることができる。   In Embodiment 1, laser light sources are employed as the light sources 20a and 20b of the backlight unit 2, but the present invention is not limited to this. The present invention is also effective for other light sources having a small light emitting area and a divergence angle, such as a laser light source, and by applying to such a light source, high in-plane luminance distribution uniformity as with a laser light source. It is possible to create a planar light source having For example, a high effect can be obtained by applying to an LED light source.

本実施の形態1の液晶表示装置100のように、バックライトユニット2の光源20a,20bとして単色性に優れたレーザを採用することにより、表示色の色純度を高めることができ、従来広く用いられている蛍光ランプやLEDを採用した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。   As in the liquid crystal display device 100 of the first embodiment, by adopting a laser having excellent monochromaticity as the light sources 20a and 20b of the backlight unit 2, the color purity of the display color can be increased, and it has been widely used in the past. As a result, a liquid crystal display device 100 capable of expressing colors more vividly than when a fluorescent lamp or LED is used is obtained.

なお、本実施の形態1においては、バックライトユニット2の光源20a,20bに640nmにピーク波長を有する赤色のレーザ光源60a、532nmにピーク波長を有する緑色のレーザ光源61a、460nmにピーク波長を有する青色のレーザ光源62aを採用したが、本発明はこれに限るものではなく、波長の異なる可視単色光を出射するレーザを採用してもよい。また、例えば、比較的単色性に優れた単色光を発光するLEDをバックライトユニット2の光源として採用することも有効であるが、より広い色再現領域を得るためにはできる限り波長幅の短い、すなわち単色性に優れたレーザ光源を採用する方が色再現領域の広域化に対する効果が高く望ましい。尚、本実施の形態1においては、バックライトユニット2の光源として採用する単色光源は、白色光を構成する組み合わせとなるように選定することが望ましい。   In the first embodiment, the light source 20a, 20b of the backlight unit 2 has a red laser light source 60a having a peak wavelength at 640 nm, a green laser light source 61a having a peak wavelength at 532 nm, and a peak wavelength at 460 nm. Although the blue laser light source 62a is employed, the present invention is not limited to this, and a laser that emits visible monochromatic light having different wavelengths may be employed. In addition, for example, it is effective to employ an LED that emits monochromatic light having relatively excellent monochromaticity as the light source of the backlight unit 2, but in order to obtain a wider color reproduction region, the wavelength width is as short as possible. In other words, it is desirable to employ a laser light source having excellent monochromaticity because the effect of widening the color reproduction region is high. In the first embodiment, it is desirable to select the monochromatic light source employed as the light source of the backlight unit 2 so as to be a combination constituting white light.

従来の液晶表示装置においては、光源には蛍光ランプやLEDを用いており、液晶表示素子1が有するカラーフィルタの透過波長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してしまう。一方、本実施の形態1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抑え、低消費電力で色純度を高めることができる。   In a conventional liquid crystal display device, a fluorescent lamp or LED is used as a light source. When the transmission wavelength of a color filter included in the liquid crystal display element 1 is set narrow to increase color purity, light loss due to the color filter is caused. It increases and the brightness of the image decreases. On the other hand, in the first embodiment, since the color purity is improved by increasing the monochromaticity of the light source, the light loss is reduced, the decrease in brightness is suppressed, and the color purity can be increased with low power consumption.

また、単色のLED光源に対し、レーザ光源の方が、単色性に優れて、低消費電力駆動が可能であり、さらにはその指向性の高さにより導光板への結合効率を向上させるといった利点を有する。   In addition, the laser light source is superior to the monochromatic LED light source in that it is excellent in monochromaticity, can be driven with low power consumption, and further has the advantage of improving the coupling efficiency to the light guide plate due to its high directivity. Have

本実施の形態1における、複数の面状光源200a,200bを積層したバックライトユニット2は、その上層(液晶表示素子1に近い側)に備えられる導光板21aや、その導光板21aに設けられる微細光学素子25aが何れも透明部材で作製されている。つまり、導光板21aはそれらより下層(光反射シート15に近い側)に配置される導光板21bから照射される光で、導光板21aの背面から入射する光に対し透明であり、光の損失を抑え、高い光利用効率を得ることが可能である。   The backlight unit 2 in which a plurality of planar light sources 200a and 200b are stacked in the first embodiment is provided on the light guide plate 21a provided on the upper layer (side closer to the liquid crystal display element 1) or on the light guide plate 21a. Each of the micro optical elements 25a is made of a transparent member. That is, the light guide plate 21a is light irradiated from the light guide plate 21b disposed below (the side closer to the light reflection sheet 15), and is transparent to light incident from the back surface of the light guide plate 21a, and the light loss. And high light utilization efficiency can be obtained.

本実施の形態1においては、バックライトユニット2が有する複数の面状光源に同様の特性を有するものを採用したが、本発明はこれに限るものでは無い。前述したように、本実施の形態1は、複数の面状光源から照射される照明光をX−Y平面方向において足し合わせることにより面内輝度分布が均一なバックライトユニット2を生成する構成が発明の要素の一つである。これを達成するのであれば、複数の面状レーザ光源から放射される照明光の面内輝度分布が異なるものであっても構わない。   In the first embodiment, the plurality of planar light sources included in the backlight unit 2 have the same characteristics, but the present invention is not limited to this. As described above, the first embodiment has a configuration in which the backlight unit 2 having a uniform in-plane luminance distribution is generated by adding the illumination light emitted from a plurality of planar light sources in the XY plane direction. One of the elements of the invention. As long as this is achieved, the in-plane luminance distribution of illumination light emitted from a plurality of planar laser light sources may be different.

また、本実施の形態1においては、レーザ光源を備える2組の面状光源を積層する構成としたが、本発明はこれに限るものではない。上記理由と同様に、各面状光源が照射する照明光をX−Y平面で足し合わせることにより、液晶表示素子全体を均一に照明する照明光が生成される構成であれば、何組積層した構成としても良い。   In the first embodiment, two sets of planar light sources each including a laser light source are stacked. However, the present invention is not limited to this. For the same reason as above, any number of sets are stacked as long as the illumination light that uniformly illuminates the entire liquid crystal display element is generated by adding the illumination light emitted by each planar light source in the XY plane. It is good also as a structure.

上述したように、複数の面状光源から照射される照明光をX−Y平面方向において足し合わせることにより面内輝度分布が均一なバックライトユニットを生成する構成であれば、各面状光源の面内輝度分布が如何なるものであっても、また何組積層する構成としてもよい。しかし、その際に各面状光源が有する導光板は、レーザ光源の光入射端近傍において、微細光学素子を有さない光伝播部が設けられている。この光伝播部は、レーザ発光素子から出射された光が隣接する他のレーザ発光素子から出射された光と空間的に重なり合い、レーザ発光素子の配列方向の輝度分布を均一とするために必要な光学距離を有する。このため、微細光学素子に入射するレーザ光は必ず線状光源となっている。これにより、微細光学素子により屈折され、導光板前面から液晶表示素子1の背面1bに向かって照射される照明光は、輝度分布むらを持たない。従って、表示むら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。   As described above, the illumination light emitted from a plurality of planar light sources is added in the XY plane direction to generate a backlight unit with a uniform in-plane luminance distribution. Whatever the in-plane luminance distribution is, any number of sets may be stacked. However, in this case, the light guide plate included in each planar light source is provided with a light propagation portion that does not have a fine optical element in the vicinity of the light incident end of the laser light source. This light propagation part is necessary for the light emitted from the laser light emitting element to overlap spatially with the light emitted from the other adjacent laser light emitting elements and to make the luminance distribution in the array direction of the laser light emitting elements uniform. Has an optical distance. For this reason, the laser light incident on the fine optical element is always a linear light source. Thereby, the illumination light which is refracted by the fine optical element and is irradiated from the front surface of the light guide plate toward the back surface 1b of the liquid crystal display element 1 does not have uneven luminance distribution. Accordingly, it is possible to provide a high-quality liquid crystal display device 100 with no display unevenness.

上記構成を満足すれば、配置間隔や導光板の入射端面に対する配置方向、角度等、レーザ光源の配置方法に制限はない。また、レーザ光源を導光板4辺の何れの端面に対向配置させる構成としてもよい。このとき、レーザ光源の入射端面を、液晶表示装置の短辺側端面とすることにより、レーザ光の光学伝播距離を効率良く長くすることが可能となるため、より面内輝度分布の均一性に優れた照明光を得ることが可能となる。   If the above configuration is satisfied, there are no restrictions on the laser light source arrangement method, such as the arrangement interval and the arrangement direction and angle with respect to the incident end face of the light guide plate. Moreover, it is good also as a structure which arrange | positions a laser light source facing either end surface of the light-guide plate 4 sides. At this time, by making the incident end face of the laser light source the end face on the short side of the liquid crystal display device, the optical propagation distance of the laser light can be effectively increased, so that the in-plane luminance distribution is more uniform. It becomes possible to obtain excellent illumination light.

また、本実施の形態1によると、レーザ光源が導光板内の十分に長い光学距離を多重反射しながら伝播すること、また複数のレーザ光源を空間的に重ね合わせて用いることにより、従来、コヒーレンスが高いレーザ光源を用いた画像表示装置で問題となるスペックルノイズが低減されるといった効果も得られる。   In addition, according to the first embodiment, a laser light source propagates a sufficiently long optical distance in a light guide plate while performing multiple reflections, and a plurality of laser light sources are used in a spatially overlapping manner. Therefore, an effect that speckle noise which is a problem in an image display apparatus using a high laser light source is reduced can be obtained.

以上のように、本発明は、面内輝度分布が均一なバックライト装置および液晶表示装置について有用であり、高画質、コンパクトな液晶表示装置を実現する。   As described above, the present invention is useful for a backlight device and a liquid crystal display device having a uniform in-plane luminance distribution, and realizes a high-quality and compact liquid crystal display device.

1 液晶表示素子、 2 バックライトユニット、 200a,200b 面状光源、 20a,20b 光源、 21a,21b 導光板、 25a,25b 微細光学素子、 31,32 光学シート、15 光反射シート。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal display element, 2 Backlight unit, 200a, 200b Planar light source, 20a, 20b Light source, 21a, 21b Light guide plate, 25a, 25b Fine optical element, 31, 32 Optical sheet, 15 Light reflection sheet.

Claims (11)

発散角を有する光を出射する複数の光源と、
前記光源から出射される光を線状の光に変換する光伝播部および前記線状の光を液晶表示素子に向けて面状の光として出射する光学素子部を有し前記面状の光に対し透明である導光板とを備え、
複数の前記導光板を液晶表示素子の表示面の法線方向に積層し前記複数の光学素子部を前記液晶表示素子の表示面に対応する位置に配置して前記複数の導光板から出射された光を足し合わせること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。
A plurality of light sources that emit light having a divergence angle;
A light propagation part that converts light emitted from the light source into linear light, and an optical element part that emits the linear light as planar light toward the liquid crystal display element. A light guide plate that is transparent,
A plurality of the light guide plates are stacked in a normal direction of the display surface of the liquid crystal display element, and the plurality of optical element portions are arranged at positions corresponding to the display surfaces of the liquid crystal display elements and emitted from the plurality of light guide plates. A backlight device that illuminates the liquid crystal display element by adding light.
光源は、第1の単色光を出射する複数の第1の光源と、第2の単色光を出射する複数の第2の光源と、第3の単色光を出射する複数の第3の光源とを備え、光伝播部は前記第1の光源、第2の光源および第3の光源から出射される光を線状の白色光に変換することを特徴とする請求項1に記載のバックライト装置。   The light source includes a plurality of first light sources that emit first monochromatic light, a plurality of second light sources that emit second monochromatic light, and a plurality of third light sources that emit third monochromatic light. 2. The backlight device according to claim 1, wherein the light propagation unit converts light emitted from the first light source, the second light source, and the third light source into linear white light. . 光伝播部は、複数の光源から出射された光が自らの発散角により拡がり互いに空間的に重なり合う光学距離を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のバックライト装置。   3. The backlight device according to claim 1, wherein the light propagation unit has an optical distance in which light emitted from a plurality of light sources spreads by its divergence angle and spatially overlaps with each other. 4. 光伝播部の光学距離Xは、光源から出射された光が導光板に入射するまでに伝播する層の屈折率をn1、導光板の屈折率をn2、隣り合う前記光源の発光点間の距離をd、前記光源の発光面と導光板の光入射端面との距離をf、光源から出射される光の液晶表示素子の表示面と平行な平面における発散角の半値半角をαとし、光源から出射される光の第1の導光板内での液晶表示素子の表示面と平行な平面における発散角の半値半角βが次式
Figure 2011238484
で表された場合に次式
Figure 2011238484
で表されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のバックライト装置。
The optical distance X of the light propagation part is defined as n1 as the refractive index of the layer that propagates before the light emitted from the light source enters the light guide plate, n2 as the refractive index of the light guide plate, and the distance between the light emitting points of the adjacent light sources. D, the distance between the light emitting surface of the light source and the light incident end surface of the light guide plate is f, the half-value half angle of the divergence angle of the light emitted from the light source in a plane parallel to the display surface of the liquid crystal display element is α, The half-value half angle β of the divergence angle in the plane parallel to the display surface of the liquid crystal display element in the first light guide plate of the emitted light is expressed by the following equation:
Figure 2011238484
When expressed by
Figure 2011238484
4. The backlight device according to claim 1, wherein the backlight device is expressed by:
光源は、同一の色の光を出射することを特徴とする請求項4に記載のバックライト装置。   The backlight device according to claim 4, wherein the light source emits light of the same color. 光学素子部は、第1の光源、第2の光源および第3の光源からの光が線状の白色光となる領域の近傍から導光板の光入射端と対向する端面にかけて形成されていることを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載のバックライト装置。   The optical element portion is formed from the vicinity of the region where the light from the first light source, the second light source, and the third light source becomes linear white light to the end surface facing the light incident end of the light guide plate. The backlight device according to any one of claims 2 to 5, wherein: 光学素子部は、液晶表示素子と反対側の面に複数の半球状の凸形状部が形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のバックライト装置。   The backlight device according to claim 1, wherein the optical element portion has a plurality of hemispherical convex portions formed on a surface opposite to the liquid crystal display element. 導光板の光入射端面は、前記液晶表示素子の短辺方向に平行な側面であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のバックライト装置。   8. The backlight device according to claim 1, wherein a light incident end surface of the light guide plate is a side surface parallel to a short side direction of the liquid crystal display element. 9. 第1の光源、第2の光源および第3の光源は可視単色光を放射するレーザ光源であることを特徴とする請求項2から8のいずれか1項に記載のバックライト装置。   9. The backlight device according to claim 2, wherein the first light source, the second light source, and the third light source are laser light sources that emit visible monochromatic light. 第1の光源、第2の光源および第3の光源は、それぞれ赤色、緑色または青色の単色光を放射するレーザ光源であることを特徴とする請求項9に記載のバックライト装置。   The backlight device according to claim 9, wherein the first light source, the second light source, and the third light source are laser light sources that emit red, green, or blue monochromatic light, respectively. 請求項1から10のいずれか1項に記載のバックライト装置を備えた液晶表示装置。   A liquid crystal display device comprising the backlight device according to claim 1.
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