JP2014164834A - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光源が劣化した場合であっても、劣化の影響を抑えて、ホワイトバランスを適切に調整することが可能な面光源装置およびこれを備える液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る面光源装置２００は、同じ色相の複数種類のＬＥＤ素子を含む第１の光源７と、第１の光源７と異なる色の発光素子を含む第２の光源８と、第１、第２の光源７，８の出射光を受けて面状光を出力する面発光導光板４，５と、第１の光源７における複数種類のＬＥＤ素子の各発光量の割合を制御し、面状光のホワイトバランスを調整する制御部１１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、面状の発光面を有する面光源装置、および面光源装置を有する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置に備わる液晶表示素子は、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バックライト装置を備えている。近年では、青色発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）という。）の性能が飛躍的に向上したことに伴い、光源に青色ＬＥＤを利用したバックライト装置が広く採用されている。

この青色ＬＥＤを利用した光源とは、青色のＬＥＤと、青色ＬＥＤから発する光を吸収し青色の補色となる光を発光する蛍光体とから成る。このようなＬＥＤを白色ＬＥＤと呼ぶ。青色の補色とは、すなわち、緑色と赤色を含む色で黄色である。白色ＬＥＤは、電気−光変換効率が高く、低消費電力化に有効である。しかしながら、白色ＬＥＤはその波長帯域幅が広く、色再現範囲が狭いという問題を有する。液晶表示装置は、その液晶表示素子の内部にカラーフィルタを備えている。液晶表示装置は、このカラーフィルタによって赤色、緑色および青色のスペクトル範囲だけを取り出して、色表現を行っている。白色ＬＥＤのように波長帯域幅の広い連続スペクトルを有する光源は、色再現範囲を広げるために、カラーフィルタの表示色の色純度を高める必要がある。つまり、カラーフィルタを透過する波長帯域は狭く設定される。しかし、カラーフィルタを透過する波長帯域を狭く設定すると、光の利用効率が低下する。なぜなら、液晶表示素子の画像表示に用いられない不要な光の量が多くなるからである。カラーフィルタによる光損失を最小限に抑制しながらも、色再現範囲を広げるためには、波長帯域幅の狭い光を発する光源を採用する必要がある。すなわち、色純度の高い光を発する光源を採用する必要がある。例えば、特許文献１では、白色光を出射する白色ＬＥＤと、単色光を出射する単色ＬＥＤをバックライト装置に備えることで、液晶表示装置の色再現範囲を向上させる技術が開示されている。

特開２００１−１３５１１８号公報

一般的に、ＬＥＤ素子は長時間点灯すると内部に充填された蛍光体が劣化し、輝度や色が変化する。上述の特許文献１のように、複数の異なる色のＬＥＤ素子を採用した場合、蛍光体の劣化によって、各ＬＥＤ素子の輝度や色が変化するため、液晶表示装置のホワイトバランスの調整が困難である。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、光源が劣化した場合であっても、劣化の影響を抑えて、ホワイトバランスを適切に調整することが可能な面光源装置およびこれを備える液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る面光源装置は、同じ色相の複数種類のＬＥＤ素子を含む第１の光源と、第１の光源と異なる色の発光素子を含む第２の光源と、第１、第２の光源の出射光を受けて面状光を出力する面発光導光板と、第１の光源における複数種類のＬＥＤ素子の各発光量の割合を制御し、面状光のホワイトバランスを調整する制御部と、を備える。

本発明によれば、面光源装置における第１の光源は、同じ色相で種類の異なるＬＥＤ素子を含むため、長時間の点灯により、ＬＥＤ素子が劣化して出力特性が変化した場合であっても、制御部が、ＬＥＤ素子の発光量の割合を種類ごとに制御することによって、面光源装置から出力される面状光のホワイトバランスを調整することが可能である。よって、ホワイトバランスを適切に調整することが可能である。

実施の形態１に係る面光源装置を含む液晶表示装置の分解斜視図である。 実施の形態１に係る面光源装置を含む液晶表示装置の断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の第１の面発光導光板の平面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の第１の光源のスペクトル分布を示す図である。 実施の形態１に係る面光源装置の機能ブロック図である。 実施の形態１に係る面光源装置の第１の変形例の断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の第２の変形例の断面図である。 実施の形態１に係る面光源装置の第２の変形例の第１の面発光導光板の平面図である。 実施の形態２に係る面光源装置を含む液晶表示装置の断面図である。 実施の形態２に係る面光源装置の機能ブロック図である。 実施の形態２に係る面光源装置の変形例の断面図である。

＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１は、本実施の形態１における、面光源装置２００を含む液晶表示装置１００の分解斜視図である。また、図２は図１の断面図である。説明を容易にするために、各図中にｘｙｚ直交座標系の座標軸を示す。以下の説明において、液晶表示素子を備えた液晶パネル１の表示面１ａの短辺方向をｙ軸方向（図２において紙面に垂直な方向）とし、液晶パネル１の表示面１ａの長辺方向をｘ軸方向（図１，２において紙面の左右方向）とし、ｘ軸及びｙ軸を含む平面であるｘｙ平面に垂直な方向をｚ軸方向（図１，２における紙面の上下方向）とする。

また、図１，２において、右から左に向かう方向を、ｘ軸の正方向（＋ｘ軸方向）とし、その反対方向を、ｘ軸の負方向（−ｘ軸方向）とする。また、図２が描かれている紙面の手前から紙面に向かう方向を、ｙ軸の正方向（＋ｙ軸方向）とし、その反対方向を、ｙ軸の負方向（−ｙ軸方向）とする。さらに、図１，２において、下から上に向かう方向を、ｚ軸の正方向（＋ｚ軸方向）とし、その反対方向を、ｚ軸の負方向（−ｚ軸方向）とする。さらに、液晶表示装置１００の表示面１ａの水平方向をｘ軸方向とし、表示面１ａの垂直方向をｙ軸方向とし、液晶表示装置１００の厚み方向をｚ軸方向とする。

図１，２に示すように、液晶表示装置１００は、透過型の液晶パネル１、第１の光学シート２、第２の光学シート３および面光源装置２００を備える。面光源装置２００は、第２の光学シート３および第１の光学シート２を介して液晶パネル１の背面１ｂに光を照射する。液晶パネル１、第１の光学シート２、第２の光学シート３および面光源装置２００は、−ｚ軸方向に向かって順に配列されている。

液晶パネル１の表示面１ａは、ｘｙ平面に平行な面である。液晶パネル１の液晶層は、ｘｙ平面に平行な方向に広がる面状の構造を有している。液晶パネル１の表示面１ａは、通常、矩形であり、表示面１ａの隣接する２辺（ｙ軸方向の短辺とｘ軸方向の長辺）は、直交している。ただし、表示面１ａの形状は、他の形状であってもよい。

図１，２に示すように、面光源装置２００は、薄板状の第１、第２の面発光導光板４，５、反射シート６、第１の光源７および第２の光源８を備える。第１、第２の面発光導光板４，５、反射シート６は＋ｚ軸方向から−ｚ軸方向に向けて順に配列されている。第１の光源７は、同じ色相の複数種類のＬＥＤ光源により構成される。第２の光源８は第１の光源７とは異なる色の光を発する発光素子により構成される。

人間は赤色の色差に対する感度が高い。そのため、赤色における波長帯域幅の差は、人間の視覚にはより顕著な差となって感じられる。ここで、波長帯域幅の差は色純度の差である。従来、液晶表示装置に光源として使用されていた白色ＬＥＤは、特に６００ｎｍから７００ｎｍ帯の赤色のスペクトルのエネルギー量が少ない。つまり、波長域幅の狭いカラーフィルタを用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、極めて透過光量が減少し、光の利用効率が低下する。従って、著しく輝度が低下するという問題が発生する。

そこで、本実施の形態の液晶表示装置１００において、第２の光源８を、赤色の光を発する複数の赤色ＬＥＤ素子８１により構成する。赤色ＬＥＤ素子８１は、第２の面発光導光板５の光入射面５１ｃ（＋ｘ軸方向）に対向して配置されている。第２の光源８は、赤色ＬＥＤ素子８１を、ｙ軸方向に１次元配列して成る。

赤色ＬＥＤ素子８１より出射された赤色ＬＥＤ光線は、第２の面発光導光板５の光入射面５１ｃより第２の面発光導光板５内へ入射する。例えば、第２の面発光導光板５は、アクリル樹脂（例えば、ＰＭＭＡ）などの透明材料で作製された部品である。また、第２の面発光導光板５は、厚み３ｍｍの板状部材である。第２の面発光導光板５は、第１の面発光導光板４と反射シート６の間に積層され、液晶パネル１の表示面１ａに対して平行に配置されている。

赤色ＬＥＤ素子８１より出射された赤色ＬＥＤ光線は、第２の面発光導光板５によって液晶パネル１の背面１ｂを均一な強度分布で照らす面状の照明光Ｌ８０に変換される。第２の面発光導光板５の背面５１ｂ（−ｚ軸方向）には例えば凸レンズ形状をした微小光学素子５２が配置され、微小光学素子５２の配置密度を面発光導光板５の裏面５１ｂにおいてｘｙ平面内で変化させる。配置密度とは、微小光学素子の単位面積当たりの数や微小光学素子の大きさなどである。この微小光学素子の配置密度の変化により、赤色照明光Ｌ８０の面内輝度分布を制御することができる。

第１の光源７は、複数のＬＥＤ素子をｙ軸方向に１次元配列して成る。図３に示すように、第１の光源７の発光部は、第１の面発光導光板４の光入射面４１ｃに対向して配置されている。第１の光源７は、同じ色相で異なる種類のＬＥＤ素子である第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２から構成される。第１の光源７は、図１，３に示すように、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２をｙ軸方向に交互に配列して構成される。

第１の光源７は、青緑色のＬＥＤ光線を出射する。この青緑色の光は、例えば図４（ａ）のように４５０ｎｍ付近と５３０ｎｍ付近にピークを有し、４２０ｎｍから５８０ｎｍの帯域に連続的なスペクトルを有する光である。第１の光源７に備わる第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２は、例えば青色の光を発する青色ＬＥＤチップを備えたパッケージに、この青色の光を吸収して緑色の光を発する緑色蛍光体を充填したものである。また、第１の光源７は、例えば紫外領域の波長の光を放射するＬＥＤ光源により青色と緑色の光を発する蛍光体を励起し青緑色の光を発するものであってもよい。

第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２は、色相が同じで、かつ異なるスペクトル分布を持つＬＥＤ素子である。例えば第１のＬＥＤ素子７１は図４（ｂ）のようなスペクトル分布を持つ。第１のＬＥＤ素子７１のスペクトル分布（図４（ｂ））は、図４（ａ）のスペクトル分布に比べ５３０ｎｍ付近のピークが高く、緑色が強い青緑色の光を発する。また、第２のＬＥＤ素子７２は図４（ｃ）のようなスペクトル分布を持つ。第２のＬＥＤ素子７２のスペクトル分布（図４（ｂ））は、図４（ａ）のスペクトル分布に比べ５３０ｎｍ付近のピークが低く、青色が強い青緑色の光を発する。ここで、緑色の強い第１のＬＥＤ素子７１と、青色の強い第２のＬＥＤ素子７２は、例えば、各ＬＥＤ素子に充填された緑色の蛍光体の調合量を調整することによって実現できる。第１の光源７は、第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２を組み合わせることで、図４（ａ）のようなスペクトル分布を有する光を発する。

一般に、ＬＥＤ素子は点灯時間の経過によって蛍光体が劣化する。その結果、ＬＥＤ素子の輝度や色が変化する。具体的には本実施の形態では第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２は緑色の蛍光体を使用しているため、蛍光体の劣化により緑色の発光が低下する。緑色蛍光体の劣化によってＬＥＤ素子の輝度、色が変化すると表示画像のホワイトバランスが崩れる。

そこで、本実施の形態１では緑色の強い青緑色の第１のＬＥＤ素子７１と青色の強い青緑色の第２のＬＥＤ素子７２の足し合わせる割合を適切に制御することで、時間が経過しても図４（ａ）のような理想とするスペクトルを有する青緑色のＬＥＤ光を作ることができる構成とした。例えば、出荷当初は第１のＬＥＤ素子７１に比べ第２のＬＥＤ素子７２の発光の割合を高くし、長時間の点灯によって第１の光源７の緑色が変化した際には第１のＬＥＤ素子７１の発光の割合を高くすることで、蛍光体の劣化によるホワイトバランスの崩れを抑制できる。

第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２は、各々の発光部を、第１の面発光導光板４の光入射面４１ｃに対向して配置される。また、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２は、ｙ軸方向に交互に１次元配列される。第１のＬＥＤ素子７１より出射された光と第２のＬＥＤ素子７２より出射された光は、第１の面発光導光板４によって、隣接する光と混ざり合いながら、液晶パネル１の背面１ｂを均一な強度で照らす面状の照明光Ｌ７０に変換される。第１の面発光導光板４の裏面４１ｂ（−ｚ軸方向）には例えば凸レンズ形状をした微小光学素子４２が配置される。微小光学素子４２の配置密度は、面発光導光板４の裏面４１ｂのｘｙ平面内で変化している。配置密度とは、微小光学素子４２の単位面積当たりの数や微小光学素子の大きさなどである。この微小光学素子の配置密度の変化により、照明光Ｌ７０の面内輝度分布を制御することができる。

第１の面発光導光板４は、例えば、アクリル樹脂（例えば、ＰＭＭＡ）などの透明材料で作製された部品である。また、面発光導光板４は、厚み３ｍｍの板状部材である。第１の面発光導光板４は、面発光導光板５と反射シート６の間に積層され、液晶パネル１の表示面１ａに対して平行に配置されている。

第１の光源７による照明光Ｌ７０と、第２の光源８からの照明光Ｌ８０は、第２の光学シート３と第１の光学シート２を介して液晶パネル１の背面１ｂ方向へ進む途中で混色され、白色の照明光Ｌ９０となり液晶パネル１へ到達する。ここで、第１の光学シート２とは、第１、第２の面発光導光板４，５から放射された光を液晶パネル１の表示面１ａに対する法線方向に集光する作用を有するものである。また、第２の光学シート３とは、細かな照明むらなどの光学的影響を抑制するものである。

第２の面発光導光板５の直下には反射シート６が配置されている。第１、第２の面発光導光板４，５から背面側に放射された光は、反射シート６で反射され、液晶パネル１の背面１ｂを照射する照明光として利用される。反射シート６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反射シートや、基板の表面に金属を蒸着させた反射シートを使用することができる。

従来の白色ＬＥＤ光源を用いた液晶表示装置では、赤色の光の波長帯域幅が広いため、赤色の光の一部がスペクトルの隣接する緑色のフィルタを透過して、緑色の色純度も低下させていた。しかしながら、本実施の形態の液晶表示装置１００においては、赤色ＬＥＤ素子８１を用いることにより、赤色の色純度が増すため、緑色フィルタを透過する赤色の光量が低減され、緑色の色純度を向上させることが可能となる。

図５に、本実施の形態における面光源装置２００の制御系の機能ブロック図を示す。本実施の形態における面光源装置２００に備わる制御部１１は、映像信号に基づいて各制御信号を生成する制御信号生成部１１ａと、第１の光源７を駆動するＬＥＤ光源駆動部１３ａと、第２の光源８を駆動する単色光源駆動部１３ｂを備える。また、第１の光源７の輝度および色を測定して、ＬＥＤ光量信号を出力するセンサー９が第１の面発光導光板４の端部に取り付けられている。

＜動作＞
制御信号生成部１１ａは、外部から入力される映像信号に基づいて、ＬＥＤ光源制御信号と単色光源制御信号を生成して、ＬＥＤ光源駆動部１３ａと単色光源駆動部１３ｂのそれぞれに入力する。ＬＥＤ光源駆動部１３ａと単色光源駆動部１３ｂは、入力された信号に基づいて、第１、第２の光源７，８の発光量を調整する。

また、ＬＥＤ光源駆動部１３ａは、センサー９から入力されるＬＥＤ光量信号に基づいて、理想の色および輝度となるように第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発光量の割合を決定して、各発光量の調整を行う。なお、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発光量の割合の調整は、一定の頻度で実施されればよい。例えば液晶表示装置１００の電源が入れられたときに一度実施するものとしてもよい。また、例えば点灯時間が一定時間を越えたタイミングで実施するものとしてもよい。

つまり、制御部１１は、第１、第２の光源７，８の発光量の割合を調整可能であり、さらに、第１の光源７に備わる第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発光量の割合を調整可能である。色相が同じでスペクトル分布の異なる第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発光量の割合を調整することで、ホワイトバランスを適切に保つことが可能である。

また、図５に示すように、液晶表示装置１００に備わる、液晶表示素子駆動部１２は、制御信号生成部１１ａから受け取った液晶表示素子制御信号に基づいて液晶パネル１の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いる。第１の副画素は、赤色の光のみが透過するカラーフィルタを有している。第２の副画素は、緑色の光のみが透過するカラーフィルタを有している。第３の副画素は、青色の光のみが透過するカラーフィルタを有している。制御部１１が各副画素の透過率を制御することで、液晶パネル１はカラー画像を作り出す。つまり、液晶パネル１は、入射した照明光Ｌ９０を空間的に変調することで画像光を作り出す。この画像光は表示面１ａから出射する。なお、画像光とは、画像情報を有する光のことである。

本実施の形態によれば、面状の照明光Ｌ７０は同色相（即ち青緑色）で異なる種類の第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の光を混色して作り出される。第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２は互いに似た青緑色の光を発するため、これらを混色すれば容易に色むらの少ない青緑色の照明光Ｌ７０を得ることが出来る。なお、目標とする青緑色の照明光Ｌ７０を得るために３種類以上の同じ色相のＬＥＤ素子を用いてもよい。ただし、ＬＥＤの種類が増加すると制御回路も複雑になるため、２種類程度のＬＥＤ素子の発光量を調整することで、目標とする照明光Ｌ７０を得るのが望ましい。

また、本実施の形態１によれば、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２のそれぞれに充填された緑色の蛍光体の量を調整することによって、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２を点灯させるために必要な電流量を近づけることが可能である。例えば、緑色ＬＥＤ素子と、青色ＬＥＤ素子のように、色相の異なるＬＥＤ素子を用いた場合、これらを混色して目標とする青緑色を得るためには、青色ＬＥＤ素子と緑色ＬＥＤ素子をそれぞれ異なる発光量で点灯させる必要がある。つまり、それぞれの色のＬＥＤ素子を点灯させるために必要な電流量が異なるため、ＬＥＤ素子を駆動するための回路がＬＥＤ素子の色毎に必要となる。これに対して、本実施の形態においては、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２に充填される蛍光体の量を調整することによって、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２を駆動するための電流量を近づけることができる。

また、本実施の形態においては、第１の光源７を青緑色の光を発するＬＥＤ光源（第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２）により構成し、第２の光源８を赤色の光を発するＬＥＤ光源（赤色ＬＥＤ素子８１）により構成したが、本発明はこれに限るものではない。本実施の形態では、第１の光源７は同じ色相で異なる複数種類のＬＥＤ素子にて構成され、第２の光源８は第１の光源７の補色となる色の光を発する単色のＬＥＤ素子にて構成されればよい。

また、第１の光源７と第２の光源８が補色の関係に無くてもよいのであれば、例えば、第１の光源７を、白色の光を発する複数種類の白色ＬＥＤ素子とし、第２の光源８を単色のＬＥＤ（例えば赤色ＬＥＤ素子）としてもよい。この場合、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２を白色とし、第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２とに充填する蛍光体の量を変えることで、第１の光源７を青緑色のＬＥＤ素子で構成した場合と同様に、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発光量の割合を調整して、ホワイトバランスを最適に調整することが可能である。

ただし、上述したように人間は赤色の色差に対する感度が高いこと、従来の白色ＬＥＤは赤色の再現範囲が弱いことを考慮すると、第２の光源８として、赤色のレーザー光源を用いることで面光源装置２００の色純度を向上させることが可能である。そのため、第１の光源７として、赤色の補色となる青緑色のＬＥＤを組み合わせて構成とすることが液晶表示装置１００の色再現範囲を向上させるためには効果的である。

また、一般に、単色の緑色ＬＥＤ素子は、単色の青色ＬＥＤ素子に比べて発光効率が劣る。そのため、青色ＬＥＤに緑色蛍光体を充填した青緑色ＬＥＤ素子によって第１の光源７を構成することで、青・緑色の発光効率を高めることができる。

以上より、本実施の形態の面光源装置２００によれば、光源として、同じ色相で異なる種類のＬＥＤ素子を採用しているので、長時間のＬＥＤの点灯により、ＬＥＤ素子に充填された蛍光体が劣化しても、異なる種類のＬＥＤ素子の発光量の割合を制御することで、面光源装置２００の出力する照明光Ｌ９０のホワイトバランスを調整することができる。また、同じ色相の複数種類のＬＥＤを一次元方向に配列しているため、混色した際に色むらの少ない照明光Ｌ７０を得ることが出来る。

＜実施の形態１の第１の変形例＞
本実施の形態では、図１，２に示すように、第１、第２の面発光導光板４，５の同一方向（−ｘ軸方向）の側面（即ち、光入射面４１ｃ，５１ｃの各々）に対向するように第１、第２の光源７，８を配置したが、これに限るものではない。例えば、図６のように、第１の光源７は、第１の面発光導光板４の光入射面４１ｃに対向して配置し、第２の光源８は、第２の面発光導光板５の−ｙ軸方向の側面に対向して配置してもよい。このとき、第２の光源８を構成する赤色ＬＥＤ素子８１は、ｘ軸方向に一次元配列する。ただし、このとき、第２の面発光導光板５の微小光学素子５２の配置も適切に変更する必要がある。

＜実施の形態１の第２の変形例＞
また、面光源装置２００の別の変形例として、第２の面発光導光板５を省いて、第２の光源７を第１の面発光導光板４に対して配置する構成としてもよい。この場合の、面光源装置２００の断面図を図７に、第１の面発光導光板４の平面図を図８に示す。図９に示すように、第１の面発光導光板４の光入射面４１ｃに対向して、第１の光源７（第１のＬＥＤ素子７１，７２）と第２の光源８（赤色ＬＥＤ素子８１）が配置される。混色がムラ無く行われるように、例えば第１のＬＥＤ素子７１、第２のＬＥＤ素子７２、赤色ＬＥＤ素子８１といったように、異なる種類のＬＥＤ素子を順番に配列するのが好ましい。また、図７に示すように、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２および赤色ＬＥＤ素子８１は、ｙ軸方向に一次元配列する。

＜効果＞
本実施の形態における面光源装置２００は、同じ色相の複数種類のＬＥＤ素子（即ち第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２）を含む第１の光源７と、第１の光源７と異なる色の発光素子（即ち赤色ＬＥＤ素子８１）を含む第２の光源８と、第１、第２の光源７，８の出射光を受けて面状光を出力する面発光導光板（即ち第１、第２の面発光導光板４，５）と、第１の光源７における複数種類のＬＥＤ素子の各発光量の割合を制御し、面状光のホワイトバランスを調整する制御部１１と、を備える。

従って、面光源装置２００における第１の光源７は、同じ色相で種類の異なる第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２から構成されるため、長時間の点灯により、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２に充填された蛍光体が劣化しても、制御部１１が、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発光量の割合を制御することによって、面光源装置２００から出力される面状光のホワイトバランスを調整することが可能である。よって、ホワイトバランスを適切に調整することが可能である。

また、本実施の形態における面光源装置２００において、第１の光源７における複数種類のＬＥＤ素子（即ち第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２）は、それぞれ異なるスペクトル分布を有する光を発する。

従って、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２は、色相が同じでスペクトル分布が異なるため、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発光量の割合を調整して合成することにより、所望のスペクトル分布に近づけることが可能である。

また、本実施の形態における面光源装置２００において、第１、第２の光源７，８は、互いに補色の関係にある光をそれぞれ発する。

従って、本実施の形態では、第１の光源７における、同じ色相の複数種類のＬＥＤ素子として青緑色の第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２を用い、第２の光源８における発光素子として赤色ＬＥＤ素子８１を用いる。よって、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発する光と、赤色ＬＥＤ素子８１の発する光とは補色関係にあるため、これらを混ぜることにより白色光が得られる。よって、面光源装置２００を液晶パネル１のバックライトとして使用するのに便利である。

また、本実施の形態における面光源装置２００において、第２の光源８は、単色光を発する。従って、第２の光源８における発光素子として、赤色の単色光を発する赤色ＬＥＤ素子８１を用いることにより、混色された光は、より色純度の高い光となるため、液晶表示装置１００の色再現範囲を広くすることが可能である。

また、本実施の形態における面光源装置２００において、第１、第２の光源７，８は、青緑色の光と赤色の光をそれぞれ発する。

従って、人間は赤色の色差に対する感度が高く、また従来の白色ＬＥＤは赤色の再現範囲が弱いため、第２の光源８における発光素子として赤色ＬＥＤ素子８１を用いることで、面光源装置２００の赤色の色純度を向上させることができる。よって、液晶表示装置１００の色再現範囲を向上させる効果が得られる。このとき、第２の光源８の補色となるように、第１の光源７においては、青緑色の発光素子を用いる。

また、本実施の形態における面光源装置２００において、第１の光源７における各複数種類のＬＥＤ素子（即ち第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２）は、青色ＬＥＤチップを備えたパッケージに緑色蛍光体を充填した青緑色の光を発する素子である。

従って、充填する緑色蛍光体の量を調整することで、第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発する青緑色の光のスペクトル分布を変化させることが可能である。

また、本実施の形態における液晶表示装置１００は、面光源装置２００を備える。従って、液晶表示装置１００において、面光源装置２００をバックライトとして用いた画像表示が可能となる。

＜実施の形態２＞
図９は、本実施の形態の液晶表示装置１０１（面光源装置２０１を含む）の構成を概略的に示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１における単色の赤色ＬＥＤ素子８１に代えて、レーザー発光素子８２を備える点において、実施の形態１と異なる。図１０は、本実施の形態の面光源装置２０１の制御系の機能ブロック図である。本実施の形態において、実施の形態１において示された構成要素と同一又は対応する構成要素には、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

前述の通り、人間は赤色の色差に対する感度が高い。しかし、従来、液晶表示装置に光源として使用されている白色ＬＥＤは、特に６００ｎｍから７００ｎｍ帯の赤色のスペクトルのエネルギー量が少ない。つまり、波長域幅の狭いカラーフィルタを用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、極めて透過光量が減少し、光の利用効率が低下する。従って、著しく輝度が低下するという問題が発生していた。

色純度の高い光を発する素子として、レーザー発光素子がある。レーザー発光素子は波長帯域幅が狭いため、カラーフィルタの光透過量がより多い。つまり、波長帯域幅が狭く、輝度の低下が少ないため、高い色純度の光が得られる。３原色の色の中でも特に、赤色の光を、単色性が非常に高いレーザー発光素子とすることにより、低消費電力化および色純度の向上が可能である。そこで、本実施の形態の面光源装置２０１においては、第２の光源１８を、赤色の光を発するレーザー発光素子８２により構成する。

レーザー発光素子８２は、第２の面発光導光板５の光入射面５１ｃに対向して配置されている。第２の光源８は、レーザー発光素子をｙ軸方向に１次元配列して成る。第２の光源８を構成するレーザー発光素子８２は、赤色のレーザー光線を発する。この赤色のレーザー光線は、例えば波長６４０ｎｍ付近にピークを有する光である。また、レーザー光線の波長幅は、半値全幅で１ｎｍであり、レーザー光線は、極めて狭い幅のスペクトルを有する。

レーザー発光素子８２より出射されたレーザー光線は、第２の面発光導光板５の光入射面５１ｃより、第２の面発光導光板５内へ入射する。例えば、第２の面発光導光板５は、アクリル樹脂（例えば、ＰＭＭＡ）などの透明材料で作製された部品である。また、第２の面発光導光板５は、厚み３ｍｍの板状部材である。第２の面発光導光板５は、第１の面発光導光板４と反射シート６の間に積層され、液晶パネル１の表示面１ａに対して平行に配置されている。

レーザー発光素子８２より出射されたレーザー光線は、第２の面発光導光板５によって液晶パネル１の背面１ｂを均一な強度分布で照らす面状の照明光Ｌ８０に変換される。第２の面発光導光板５の裏面５１ｂ（−ｚ軸方向）には例えば凸レンズ形状をした微小光学素子５２が配置される。微小光学素子５２の配置密度は、第２の面発光導光板５の裏面５１ｂにおいてｘｙ平面内で変化している。配置密度とは、微小光学素子５２の単位面積当たりの数や微小光学素子の大きさなどである。この微小光学素子５２の配置密度の変化により、レーザー照明光Ｌ８０の面内輝度分布を制御することができる。

第１の光源７は、実施の形態１と同様に、同じ色相（即ち青緑色）で異なるスペクトル分布を有する第１のＬＥＤ素子７１と第２のＬＥＤ素子７２から構成される。青緑色の第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２より出射された光は、第１の面発光導光板４によって液晶パネル１の背面１ｂを均一な強度で照らす面状の照明光Ｌ７０に変換される。

また、本実施の形態２における面光源装置２０１において、実施の形態１と同様に、制御部１１が第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２の発光量の割合を調整することによって、目標とする青緑色の光を生成する。この青緑色の光は、レーザー発光素子８２より出射された赤色の光と混ざり合って、白色の照明光Ｌ９０となる。

図１０に示すように、面光源装置２０１の制御系は、実施の形態１（図５）における単色光源駆動部１３ｂに代えて、レーザー光源駆動部１３ｃを備える。レーザー光源駆動部１３ｃは、制御信号生成部１１ａから入力されるレーザー光源制御信号に基づいて、第２の光源８を構成するレーザー発光素子８２の発光量を調整する。その他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。

本実施の形態では、光源に色純度の高い光を発光するレーザー発光素子８２を用いるため、液晶表示装置１０１の色再現範囲を広げることができる。

以上より、本実施の形態の面光源装置２０１によれば、第１の光源７として、同じ色相で異なる種類の複数のＬＥＤを採用しているので、長時間のＬＥＤの点灯により、ＬＥＤ素子を構成する蛍光体が劣化しても、各ＬＥＤ素子の発光の割合を制御することで、目標とする色を得ることが出来る。また、同じ色相の複数のＬＥＤ素子を一次元方向に配列しているため、混色した際に色むらの少ない照明光Ｌ７０を得ることが出来る。さらに、本実施の形態では、第２の光源８として、純度の高い光を発光するレーザー発光素子８２を用いるため、照明光Ｌ９０の色純度を向上させることができる。

＜実施の形態２の変形例＞
また、本実施の形態において、レーザー発光素子８２を第２の面発光導光板５の光入射面５１ｃに対向して配置した。一般に、レーザー発光素子８２は１素子当たりの出力が大きいため、実施の形態１における赤色ＬＥＤ素子８１に対して、配列個数を減らすことができる。しかし、レーザーは指向性の強い光である。そのため、配列個数を減らすと配列間隔が広くなるため、隣接する素子の発した光と混ざりにくくなる。隣接する素子の発した光と混ざり易くするために、図１１に示すように、レーザー発光素子８２と光入射面５１ｃとの間に、レーザー発光素子８２の配列方向の発散角を広げるような拡散素子１０を設けてもよい。また、拡散素子１０は、レーザー発光素子８２の配列方向のみでなく、液晶表示装置１０１の厚み方向（ｚ軸方向）に発散角を広げるための構造を有しても良い。

また、本実施の形態においては、第１の光源７を青緑色の光を発する第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２、第２の光源８を赤色の光を発するレーザー発光素子８２により構成したが、本発明はこれに限るものではない。本実施の形態では、第１の光源７は同じ色相で異なる複数種類のＬＥＤ素子にて構成され、第２の光源８は第１の光源７の補色となる色の光を発する単色のレーザー発光素子にて構成されればよい。

また、第１の光源７と第２の光源８が補色の関係に無くてもよいのであれば、例えば、第１の光源７を白色の光を発する複数種類のＬＥＤ素子にて構成し、第２の光源８を単色のレーザーにて構成してもよい。この場合、実施の形態１で述べた様に、第１の光源７を、白色で蛍光体の充填量の異なる第１、第２のＬＥＤ素子７１，７２で構成する。

ただし、上述したように人間は赤色の色差に対する感度が高いこと、従来の白色ＬＥＤは赤色の再現範囲が弱いことを考慮すると、赤色のレーザー光源を用いることで液晶表示装置の赤色の色純度向上させるのが効果的である。そのため、赤色のレーザー光源と、赤色の補色となる青緑色のＬＥＤ素子を組み合わせる構成とすることが液晶表示装置の色再現範囲を向上させるためには効果的である。

なお、本実施の形態において、実施の形態１の第２の変形例（図７，８）において、赤色ＬＥＤ素子８１を赤色のレーザー発光素子８２に置き代えた構成としても、本実施の形態で述べる効果と同様の効果を得る事が可能である。

＜効果＞
本実施の形態における面光源装置２０１において、第２の光源８における発光素子は、レーザー発光素子８２である。従って、本実施の形態では、第２の光源８として、純度の高い光を発光するレーザー発光素子８２を用いるため、実施の形態１で述べた効果に加えて、照明光Ｌ９０の色純度を向上させることができる。また、照明光Ｌ９０の色純度が向上することによって、液晶表示装置１０１の色再現範囲が広がる。

また、本実施の形態における面光源装置２０１は、レーザー発光素子８２と面発導光板（即ち第２の面発光導光板５）との間に配置された拡散素子１０をさらに備える。

従って、レーザー発光素子８２の個数を減らした場合であっても、拡散素子１０によりレーザー光を拡散させて、面発光導光板に入射させることにより、隣接するレーザー発光素子８２の発する光が混ざり易くなる。よって、均一な強度分布の面状光が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 液晶パネル、１ａ 表示面、１ｂ 背面、２ 第１の光学シート、３ 第２の光学シート、４ 第１の面発光導光板、５ 第２の面発光導光板、６ 反射シート、７ 第１の光源、８ 第２の光源、９ センサー、１０ 拡散素子、１１ 制御部、１１ａ 制御信号生成部、１２ 液晶表示素子駆動部、１３ 制御部、１３ａ ＬＥＤ光源駆動部、１３ｂ 単色光源駆動部、１３ｃ レーザー光源駆動部、４１ａ，５１ａ 光出射面、４１ｂ，５１ｂ 裏面、４１ｃ，５１ｃ 光入射面、４２，５２ 微小光学素子、７１ 第１のＬＥＤ素子、７２ 第２のＬＥＤ素子、８１ 赤色ＬＥＤ素子、８２ レーザー発光素子、７０Ｌ，８０Ｌ，９０Ｌ 照明光、１００，１０１ 液晶表示装置、２００，２０１ 面光源装置。

Claims (9)

1. 同じ色相の複数種類のＬＥＤ素子を含む第１の光源と、
   前記第１の光源と異なる色の発光素子を含む第２の光源と、
   前記第１、第２の光源の出射光を受けて面状光を出力する面発光導光板と、
   前記第１の光源における前記複数種類のＬＥＤ素子の各発光量の割合を制御し、前記面状光のホワイトバランスを調整する制御部と、
   を備える、
   面光源装置。
2. 前記第１の光源における前記複数種類のＬＥＤ素子は、それぞれ異なるスペクトル分布を有する光を発する、
   請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記第１、第２の光源は、互いに補色の関係にある光をそれぞれ発する、
   請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記第２の光源は、単色光を発する、
   請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装置。
5. 前記第１、第２の光源は、青緑色の光と赤色の光をそれぞれ発する、
   請求項１〜４のいずれかに記載の面光源装置。
6. 前記第１の光源における各前記複数種類のＬＥＤ素子は、青色ＬＥＤチップを備えたパッケージに緑色蛍光体を充填した青緑色の光を発する素子である、
   請求項５に記載の面光源装置。
7. 前記第２の光源における前記発光素子は、レーザー発光素子である、
   請求項１〜６のいずれかに記載の面光源装置。
8. 前記レーザー発光素子と前記面発導光板との間に配置された拡散素子をさらに備える、
   請求項７に記載の面光源装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の面光源装置を備える、液晶表示装置。

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