JP2014032286A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライト光源にレーザー光源を用いた液晶表示装置において、小型かつ簡素な構成で高い均一性を有する液晶表示装置を提供する。
【解決手段】バックライト１０は、内側面に拡散反射面を有するバックライト筐体２と、このバックライト筐体の光出射面に対向配置された拡散板３と、この拡散板の前記バックライト筐体の反対側に配置されたプリズムシート４と、このプリズムシートの前記拡散板の反対側に配置され一方向に偏光した光のみ透過して前記一方向に直交する方向に偏光した光を反射する反射偏光板５と、前記バックライト筐体２の内部にレーザー光を出射する複数のレーザー光源１とを備えたもので、前記反射偏光板５の透過可能な光の偏光方向と、前記レーザー光源１から出射されるレーザー光の偏光方向とが互いに直交するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライトにレーザー光源を用いた液晶表示装置に関するものである。

液晶表示装置が備える液晶表示素子は自ら発光しない。このため、液晶表示装置は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面光源であるバックライトを備えている。バックラインとの光源として、従来は、ガラス管の内壁に蛍光体が塗布された放電管である冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ）））が主流であった。しかし近年では、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）とよぶ。）の性能が飛躍的に向上したことに伴い、ＬＥＤを光源に用いたバックライトの需要が急速に高まっている。

しかしながら、ＣＣＦＬやＬＥＤでは、出射する光の波長が広い波長範囲に渡り連続的に分布しているため、これらの光源を用いたバックライトを備えた液晶表示装置においては、その表示色の色純度を高めることが難しく、色再現範囲が狭いという問題であった。

近年では、広い色再現範囲を有する液晶表示装置を提供することを目的として、その光源に単一波長（きわめて狭い波長範囲）のみで発光するレーザー光源をバックライトの光源として用いることが提案されている。レーザー光源から出射される単一波長の光は色純度が極めて高いため、このレーザー光源を用いたバックライトを備える液晶表示装置は、色再現範囲が広い表示が可能となり、色鮮やか画像表示を実現することが可能になる。

しかしながら、レーザー光源を採用する場合、レーザー光源から発せられる光は高い指向性を有しているため、液晶表示素子の画面全体を高い均一性で照明するバックライトを得ることが難しい。

従来のレーザー光源をバックライトに用いた液晶表示装置は、導光板と複数のレンズとで構成された光学系を有している。この従来の液晶表示装置においては、レーザー光源から出射された光は、その光学系を介して所望の形状の光強度分布に整形され、均一性の高い面状の光として出射される。

特開２００８−０６６１６２号公報（４頁、図１）

しかしながら、従来の液晶表示装置においては、レーザー光源から出射された指向性の高い光強度分布を面状の均一な光強度分布に整形するために複数の光学素子および空間伝播距離を必要とする。また、これらの光学素子および空間伝播距離をもつバックライトを液晶表示素子の裏面側に設けるため、液晶表示装置が大型化かつ複雑化し、価格の上昇につながっていた。近年、液晶表示装置は、小型化および低価格化が求められているが、従来の液晶表示装置の構成では、液晶表示装置の小型化および低価格化を実現するのは困難であった。

本発明は、バックライト光源にレーザー光源を用いた液晶表示装置において、簡素な構成で均一性の高い表示が可能となる液晶表示装置を提供することを目的とする。

この発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルおよびこの液晶パネルに光を照射するバックライトで構成されており、前記バックライトは、内側面に拡散反射面を有するバックライト筐体と、このバックライト筐体の光出射面に対向配置された拡散板と、この拡散板の前記バックライト筐体の反対側に配置されたプリズムシートと、このプリズムシートの前記拡散板の反対側に配置され一方向に偏光した光のみ透過して前記一方向に直交する方向に偏光した光を反射する反射偏光板と、前記バックライト筐体の内部にレーザー光を出射する複数のレーザー光源とを備えたもので、前記反射偏光板の透過可能な光の偏光方向と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の偏光方向とが互いに直交するようにしたものである。

この発明は、バックライト光源にレーザー光源を用いた液晶表示装置において、小型かつ簡素な構成で高い均一性を有する液晶表示装置が提供できる。

本発明の実施の形態１の液晶表示装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態２の液晶表示装置の概略構成図である。

実施の形態１．
図１は、本発明を実施するための実施の形態１に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態における液晶表示装置は、液晶パネル６とそれを照明するバックライト１０とで構成されている。バックライト１０は、複数個のレーザー光源１、レーザー光源１から出射されるレーザー光が入射され、内側面に拡散反射面を有するバックライト筐体２と、バックライト筐体２の光出射面に配置された少なくとも１枚の拡散板３と、拡散板３の出射面側に配置された少なくとも１枚のプリズムシート４と、プリズムシート４の出射面側に配置された一方向に偏光した光のみ透過してその一方向に直交する方向に偏光した光を反射する反射偏光板５とで構成されている。バックライト筐体２は、例えば内部が空洞で箱型のアルミニウムで構成されており、光出射面は開口部で構成されている。開口部以外の内側面は、拡散反射面となっている。この拡散反射面は、例えば、ポリエステル製の拡散反射シートを貼り付けることにより実現できる。レーザー光源１は、偏光した光を出射する性質をもつ。また、本実施の形態においては、レーザー光源１は、バックライト筐体２の光出射面に対する側面にレーザー光源の出射面が露出するように配置されている。

図１において、反射偏光板５を透過可能な光の偏光方向である透過軸方向をｙ軸とし、紙面に対して垂直な方向と定義する。さらにこのｙ軸に直交して反射偏光板５の出射面と平行な方向をｘ軸とし、このｘ軸とｙ軸とに直交し、反射偏光板５の出射面に対して垂直な方向をｚ軸として定義する。

本実施の形態においては、反射偏光板５の透過軸方向であるｙ軸方向に対して、レーザー光源１から発せられた直後のレーザー光の偏光方向が直交するよう構成されている。つまり、レーザー光源１から発せられた直後のレーザー光の偏光方向は、ｘｚ平面に平行な方向（図１において紙面に平行な方向）である。

このように構成された液晶表示装置において、ｘｚ平面に平行な方向に偏光特性を有し、バックライト筐体２内に発せられたレーザー光は、拡散板３、プリズムシート４を透過して、反射偏光板５に達する。ここで、反射偏光板５は透過可能な光の偏光方向がｙ軸方向（図１の紙面に対して垂直方向）となるように設定されているため、反射偏光板５に達したレーザー光は、そこへ到達するまでに光路中の拡散板３やプリズムシート４の複屈折特性などにより偏光方向を図の紙面に対して平行な方向から垂直な方向に変換された一部のわずかな成分を除いて、レーザー光源からの出射直後の偏光方向（図１の紙面に対して平行な方向）を有する成分が大部分であり、反射偏光板５によって反射されバックライト筐体２内に戻される。

このバックライト筐体２内に戻されたレーザー光は、バックライト筐体２と反射偏光板５とで囲まれた領域で拡散や反射を繰り返しつつ、指向性も徐々に乱され、バックライト筐体２と反射偏光板５とで囲まれた領域を満たす拡散光としてバックライト筐体２内を伝播する。このように、バックライト筐体２と反射偏光板５とで囲まれた領域を拡散や反射を繰り返しつつ伝播するレーザー光は、拡散板３、プリズムシート４、バックライト筐体２内面の拡散反射面などで透過や反射を繰り返すことで偏光方向が乱れ、徐々に偏光方向が図の紙面に対して平行な方向から垂直な方向に変換されて、反射偏光板５を透過して液晶パネルを照明するようになる。

このように、反射偏光板５の透過軸方向に対して、レーザー光源１から発せられた直後のレーザー光の偏光方向を直交するよう構成しているので、レーザー光源１から出射された直後のレーザー光は、反射偏光板５を透過することができず大部分が反射偏光板５で反射されるが、この反射されたレーザー光は、バックライト筐体２と反射偏光板５とで囲まれた領域で拡散や反射を繰り返しつつ、徐々に偏光方向が乱されて、反射偏光板５を透過し、バックライト１０から液晶パネル６に向けて出射される。その結果、拡散や反射を繰り返して最終的にはバックライト筐体２内に発せられたレーザー光のほとんどが偏光方向を変換されて反射偏光板５を透過して液晶パネル６を照明するときには、そのレーザー光の指向性はランダムとなっており、光強度の面内分布は均一となっている。

本実施の形態においては、反射偏光板５の透過軸方向に対して、レーザー光源１から発せられた直後のレーザー光の偏光方向が直交するよう構成しているので、レーザー光源１から出射されたレーザー光が、バックライト１０から液晶パネル６側へ出射されるまでに、バックライト筐体２と反射偏光板５とで囲まれた領域内で十分に多重反射や屈折を繰り返すため、バックライト１０からの出射光は、空間的な強度分布が均一化され、液晶パネル６全面を均一に照明する光となる。

上述のように、本実施の形態による液晶表示装置では、レーザー光源１から出射直後のレーザー光は高い指向性を有するビーム上の光であるが、バックライト１０から液晶パネル６に向けて出射される際には、液晶パネル６全面を均一に照明することが可能となる。その結果、バックライト光源にレーザー光源を用いた液晶表示装置において、簡素な構成で均一な画面表示が可能な液晶表示装置を提供できる。

なお、本実施の形態では、レーザー光源をバックライト筐体の光出射面に対する側面に配置したが、レーザー光源を配置する位置は、レーザー光から出射されるレーザー光がバックライト筐体の内部に出射されればよいので、バックライト筐体も側面に限るものではない。また、図１においては、レーザー光源から出射されるレーザー光の向きをバックライト筐体の出射面側へ向けているが、これに限るものではない。

実施の形態２．
図２は、本発明を実施するための実施の形態２に係る液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態における液晶表示装置の構成は、実施の形態１で説明した液晶表示装置の構成と概略同様であるが、レーザー光源の位置と、レーザー光源の出射面に近接して拡散レンズを備えた点とが異なる。

また、本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、反射偏光板５の透過軸方向であるｙ軸方向に対して、レーザー光源１から発せられた直後のレーザー光の偏光方向が直交するよう構成している。

図２において、複数のレーザー光源１は、バックライト筐体２の光出射面に対向する面（底面）に略等ピッチで配置され、レーザー光源１のそれぞれの出射面に近接してレーザー光源１から出射されるレーザー光の発散角を広げる拡散レンズ７が設置されている。

このように構成された液晶表示装置の効果について説明する。実施の形態１においては、レーザー光源から出射されたレーザー光の指向性を拡散させる効果は、バックライトの構成要素である、拡散板、プリズムシート、バックライト筐体内面の拡散反射面による散乱効果のみに依存している。とくに、レーザー光がレーザー光源から出射された直後から拡散板やバックライト筐体内面の拡散反射面に到達する以前では、高い志向性を有したまま相当の距離を伝搬することになり、この間の光路では、レーザー光が、拡散光に変換される効果、すなわち照明の均一性を高める効果が得られない。その結果、バックライトから出射される光の空間的な強度分布が均一化されるためには、拡散板、プリズムシート、バックライト筐体内面の拡散反射面による散乱が十分行われる必要があり、レーザー光源の個体数などの条件によっては、バックライト筐体内面の拡散反射面から反射偏光板までの距離を十分に長く確保する必要が生じる。

本実施の形態においては、レーザー光源１をバックライト筐体２の底面に略等ピッチで配置し、拡散レンズ７によってレーザー光の発散角をレーザー光源１から発せられた直後に広い発散角に変換している。このように構成することにより、レーザー光はレーザー光源１から発せられた直後より拡散光となっているため、バックライト筐体２内面の拡散反射面から反射偏光板５までの距離をより短くでき、液晶表示装置の小型化・薄型化がさらに容易になる。

上述のように、本実施の形態による液晶表示装置では、レーザー光源から出射直後のレーザー光を拡散光にすることができるので、バックライト光源にレーザー光源を用いた液晶表示装置において、簡素な構成で均一な画面表示が可能で、かつより小型化あるいは薄型化が可能な液晶表示装置を提供できる。

１ レーザー光源、 ２ バックライト筐体、 ３ 拡散板、 ４ プリズムシート
５ 反射偏光板、 ６ 液晶パネル、 ７ 拡散レンズ、 １０ バックライト

Claims (2)

1. 液晶パネルおよびこの液晶パネルに光を照射するバックライトで構成された液晶表示装置であって、
   前記バックライトは、
   内側面に拡散反射面を有するバックライト筐体と、
   このバックライト筐体の光出射面に対向配置された拡散板と、
   この拡散板の前記バックライト筐体の反対側に配置されたプリズムシートと、
   このプリズムシートの前記拡散板の反対側に配置され一方向に偏光した光のみ透過して前記一方向に直交する方向に偏光した光を反射する反射偏光板と、
   前記バックライト筐体の内部にレーザー光を出射する複数のレーザー光源と
   を備え、
   前記反射偏光板の透過可能な光の偏光方向と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の偏光方向とが互いに直交する
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. レーザー光源の出射面に近接して拡散レンズを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

Images