JP2016184564A - Surface light source device and liquid crystal display unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の光源が液晶表示素子の裏面から液晶表示素子を照明することによって液晶表示素子に画像を表示させる面光源装置、およびこれを備える液晶表示装置に関する。 The present invention relates to a surface light source device that displays an image on a liquid crystal display element by illuminating the liquid crystal display element from the back surface of the liquid crystal display element, and a liquid crystal display device including the same.
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側にバックライト装置(面光源装置)を備えている。 The liquid crystal display element included in the liquid crystal display device does not emit light by itself. For this reason, the liquid crystal display device includes a backlight device (surface light source device) on the back side of the liquid crystal display element as a light source for illuminating the liquid crystal display element.
また、液晶表示素子は、カラーフィルタを備え、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、緑および青の表示色を抽出し色表現を行っている。このように、連続スペクトルの光源光から一部の波長帯域の光のみを切り出して表示色を得る場合において、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、液晶表示素子が備える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。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。 In addition, the liquid crystal display element includes a color filter and displays only red light, green light, and blue light by transmitting only a part of the wavelength of light from a fluorescent lamp that emits white light in a continuous spectrum through the color filter. The color is extracted and expressed. In this way, in the case of obtaining a display color by cutting out only a part of the wavelength band of light from the continuous spectrum light source light, if an attempt is made to increase the color purity of the display color in order to widen the color reproduction range, the liquid crystal display element The transmission wavelength band of the provided color filter 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. In order to extend the color reproduction range while minimizing light loss due to the color filter, it is necessary to employ a light source that emits light with a narrow wavelength bandwidth. That is, it is necessary to employ a light source that emits light with high color purity.
波長幅の狭い、すなわち色純度の高い光源として、レーザーがある。レーザーは、非常に優れた単色性および、高い発光効率を有するため、色再現域が広く高輝度で良質な画像を提供することを可能にする。 As a light source having a narrow wavelength width, that is, high color purity, there is a laser. The laser has a very excellent monochromaticity and a high light emission efficiency, and thus can provide a high-quality image with a wide color reproduction range and high brightness.
レーザーは、色純度の高い光、かつ直進性の高い光を発する光源である。液晶表示装置では、液晶パネルを均一な強度で照明する面状の光を発する面光源装置が必要である。そのため、液晶表示装置の光源にレーザーを採用する場合は、直進性の高いレーザー光から面状の光を得ることが必要となる。また、レーザー光を無駄なく利用するためには、出来るだけ簡単な構成でレーザー光を面状光に変換することが望まれる。 A laser is a light source that emits light with high color purity and high straightness. A liquid crystal display device requires a surface light source device that emits planar light that illuminates a liquid crystal panel with uniform intensity. Therefore, when a laser is used as the light source of the liquid crystal display device, it is necessary to obtain planar light from laser light having high straightness. Further, in order to use the laser light without waste, it is desired to convert the laser light into planar light with a configuration as simple as possible.
従来、液晶表示装置において、拡散材入りの導光棒と反射バーとを用いて、レーザー光から面状の光を得る技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。レーザー光を拡散材入りの導光棒に入射することによって、導光棒の長手方向に延びる線状の光となって導光棒から出射される。また、導光棒の拡散板方向直上に反射バーを配置し、導光棒の全方向より出射された光のうち、拡散板方向に直接進む光が反射バーで反射される。反射バーで反射されたレーザー光は、反射面に囲まれた反射部内にて反射しながら導光棒の配列方向に広がり、隣接する導光棒から出射された光と混ざり合う。さらに、導光棒より出射されたその他のレーザー光線も、反射部内にて反射しながら隣接する導光棒から出射された光と混ざり合う。これによって、面状の光となって液晶パネルを照らす面状の照明光となる。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a liquid crystal display device, a technique for obtaining planar light from laser light by using a light guide rod containing a diffusing material and a reflection bar has been disclosed (see, for example, Patent Document 1). When the laser light is incident on the light guide rod containing the diffusing material, it is emitted from the light guide rod as linear light extending in the longitudinal direction of the light guide rod. In addition, a reflection bar is disposed directly above the light guide bar in the direction of the diffusion plate, and light that travels directly in the direction of the diffusion plate among the light emitted from all directions of the light guide bar is reflected by the reflection bar. The laser light reflected by the reflection bar spreads in the arrangement direction of the light guide bars while being reflected in the reflection part surrounded by the reflection surface, and is mixed with the light emitted from the adjacent light guide bars. Further, other laser beams emitted from the light guide bar are mixed with the light emitted from the adjacent light guide bars while being reflected in the reflecting portion. Thereby, it becomes planar light and becomes planar illumination light that illuminates the liquid crystal panel.
このように、拡散材入りの導光棒とその導光棒から出射された光の一部を反射する反射バーとによって、簡単な構成で直進性の高いレーザー光を面状の光に変換する面光源装置が実現されている。 In this way, the laser beam having high rectilinearity is converted into planar light with a simple configuration by the light guide rod containing the diffusing material and the reflection bar that reflects a part of the light emitted from the light guide rod. A surface light source device is realized.
しかし、特許文献1の面光源装置は、導光棒から拡散板方向に直接向かう多くの光は反射バーによって反射されるため、反射部内においてレーザー光の反射回数が増え、効率が低下する。反射面として使われる反射シート類は、数%の吸収特性を有している。そのため、反射回数の増加は損失となって、輝度の低下として面光源装置に現れる。従って、反射回数は少ないほうが望ましい。
However, in the surface light source device of
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で効率良く面状の光を得ることが可能な面光源装置および液晶表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a surface light source device and a liquid crystal display device capable of efficiently obtaining planar light with a simple configuration. .
上記の課題を解決するために、本発明による面光源装置は、第1の光を発する第1の光源と、光入射面を有し、かつ光入射面から入射した第1の光を線状の光に変換する導光棒と、第1の光源および導光棒を収容可能に箱形状に形成され、箱形状の底面と対向する側を開口する開口部と、箱形状の内側に線状の光を反射する反射面とを有する反射部とを備え、光入射面は、導光棒の長手方向の端面であり、第1の光源は、光入射面と対向する位置に配置され、導光棒は、切り欠き部を有し、線状の光は、切り欠き部および反射面で反射されて開口部から出射されることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a surface light source device according to the present invention has a first light source that emits first light, a light incident surface, and linearly transmits the first light incident from the light incident surface. A light guide rod that converts the light into a light, a box shape that can accommodate the first light source and the light guide rod, an opening that opens on the side facing the bottom surface of the box shape, and a linear shape inside the box shape A light incident surface is an end surface in the longitudinal direction of the light guide rod, and the first light source is disposed at a position facing the light incident surface. The light rod has a notch, and the linear light is reflected by the notch and the reflecting surface and emitted from the opening.
本発明によると、面光源装置は、第1の光を発する第1の光源と、光入射面を有し、かつ光入射面から入射した第1の光を線状の光に変換する導光棒と、第1の光源および導光棒を収容可能に箱形状に形成され、箱形状の底面と対向する側を開口する開口部と、箱形状の内側に線状の光を反射する反射面とを有する反射部とを備え、光入射面は、導光棒の長手方向の端面であり、第1の光源は、光入射面と対向する位置に配置され、導光棒は、切り欠き部を有し、線状の光は、切り欠き部および反射面で反射されて開口部から出射されるため、簡素な構成で効率良く面状の光を得ることが可能となる。 According to the present invention, a surface light source device includes a first light source that emits first light, a light guide surface that has a light incident surface, and converts the first light incident from the light incident surface into linear light. A bar, an opening that opens on the side facing the bottom of the box, and a reflective surface that reflects linear light on the inside of the box The light incident surface is an end surface in the longitudinal direction of the light guide rod, the first light source is disposed at a position facing the light incident surface, and the light guide rod is a notch portion. Since the linear light is reflected by the notch and the reflection surface and emitted from the opening, the planar light can be efficiently obtained with a simple configuration.
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1による液晶表示装置200の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
<
FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the configuration of a liquid
図1に示すように、液晶表示装置200は、液晶表示素子からなる透過型の液晶パネル1と、光学シート2と、面光源装置100とを備えている。また、面光源装置100は、拡散板3と、箱形状の反射部4と、導光棒5と、レーザー光源6(第1の光源)とを備えている。
As shown in FIG. 1, the liquid
ここで、説明を容易にするために、xyz直交座標系を以下のように規定し、各図中にもxyz直交座標系の座標軸を示す。液晶パネル1の表示面の長辺方向をx軸方向(図1における左右方向)とする。液晶パネル1の表示面の短辺方向をy軸方向(図1の奥行き方向)とする。x軸およびy軸を含むx−y平面に垂直な方向をz軸方向(図1における上下方向)とする。
Here, for ease of explanation, the xyz orthogonal coordinate system is defined as follows, and the coordinate axes of the xyz orthogonal coordinate system are also shown in each figure. The long side direction of the display surface of the
また、図1において、反射部4の側部43からその対面側の側部45に向かう方向(紙面の左から右に向かう方向)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1において、反射部4の側部44からその対面側の側部42に向かう方向(紙面の手前から奥に向かう方向)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において、拡散板3から液晶パネル1に向かう方向(紙面の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。
In FIG. 1, the direction from the
面光源装置100は、液晶パネル1の背面側(-z軸方向側)に配置され、面光源装置100と液晶パネル1との間に配置される光学シート2を通して液晶パネル1の背面に光を照明する装置である。液晶パネル1は、面光源装置100から出射された光が背面に照明されることによって画像を表示する。
The surface
図1に示すように、液晶表示装置200において、z軸の正方向から負方向に向かって、液晶パネル1と、光学シート2と、面光源装置100とが順に配置されている。光学シート2は、面光源装置100から出射された照明光の細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する機能や、照明光を液晶パネル1の背面方向に向ける機能を有している。
As shown in FIG. 1, in the liquid
液晶パネル1の表示面は、液晶パネル1の+z軸側の面であり、当該面に対向する面(−z軸側の面)が液晶パネル1の背面である。液晶層は、液晶パネル1において表示面と背面との間に設けられている。
The display surface of the
液晶パネル1の表示面は、x−y平面と平行な面である。液晶パネル1の液晶層は、x−y平面に平行な方向に広がる面状の構造を有する。液晶パネル1の表示面は、通常、矩形であり、表示面の隣接する2辺(x軸方向に設けられた長辺とy軸方向に設けられた短辺)は、互いに直交する。なお、本実施の形態1では、液晶パネル1の表示面は矩形として説明するが、液晶パネル1の表示面の形状はこれに限るものではなく、他の形状であってもよい。
The display surface of the
図1に示すように、反射部4は、x−y平面に平行な底部41(底面)と、底部41の4辺とそれぞれ接する底部41、側部42、側部43および側部44とを有し、底部41に対向する側(拡散板3の側)には開口部を有する箱形状である。より具体的には、側部45は底部41の+x軸方向の端部に配置され、側部43は底部41の−x軸方向の側部に配置される。側部42は底部41の+y軸方向の端部に配置され、側部44は底部41の−y軸方向の端部に配置される。底部41と対向する+z軸側は開口部となっている。
As shown in FIG. 1, the reflecting
反射部4の内側の面は、光を反射するとともに拡散する機能を有している。ここで、反射部4の内側の面とは、反射部4の箱形状の内側の面である。つまり、底部41の+z軸方向側の面と、側部42の−y軸方向側の面と、側部43の+x軸方向側の面と、側部44の+y軸方向側の面と、側部45の−x軸方向側の面が拡散反射面となる。この拡散反射面は、例えば、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を反射部4の内側の面全体に配置することで構成することができる。また、反射部4の内側の面全体に金属を蒸着することによって反射面を構成してもよい。
The inner surface of the
反射部4の+z軸方向側には、拡散板3が配置されている。拡散板3は、反射部4の開口部を覆うように配置されている。反射部4および拡散板3は、反射面(反射部4の内面)と拡散面(拡散板3の−z軸方向の面)とを有する中空の箱形状を構成している。
A
導光棒5は、この中空の箱形状内をx軸方向に貫いて配置されており、導光棒5の大部分が反射部4の内部に収容されている。すなわち、反射部4は、導光棒5を収容可能である。ここで、x軸方向とは、+x軸方向と−x軸方向とを含むものとし、y軸方向とz軸方向も同様である。
The
図2は、反射部4の内部を+z軸方向から見た断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the inside of the reflecting
導光棒5は、y軸方向に間隔をあけて複数配置されている。また、図1,2に示すように、導光棒5は、側部43,45を貫いて配置されている。すなわち、導光棒5は、端部が反射部4の外部に突出した状態で反射部4に保持されている。具体的には、側部43,45には、導光棒5のx軸方向の端部と同じ、または端部よりも大きい大きさの穴が設けられている。側部43,45における導光棒5が挿通される穴の位置は、y−z平面上でそれぞれ同じ座標位置である。導光棒5は、側部43と側部45とに設けられた穴に挿通されて反射部4に取り付けられている。
A plurality of light guide bars 5 are arranged at intervals in the y-axis direction. As shown in FIGS. 1 and 2, the
導光棒5の光入射面51は、側部45よりも+x軸方向側に配置されている。また、光入射面51に対向する端面52は、側部43よりも−x軸方向側に配置されている。すなわち、導光棒5の光入射面51および端面52は、反射部4の外側に配置されている。
The
導光棒5の光入射面51の+x軸方向側には、レーザー光源6が−x軸方向に発光部を向けて配置されている。レーザー光源6は、複数のレーザー発光素子をy軸方向に一次元配列されている。また、レーザー光源6は、白色光をつくりだすために異なる色の光を出射する複数種のレーザー発光素子にて構成されている。本実施の形態1では、赤色の単色光を発光する赤色レーザー発光素子61、緑色の単色光を発光する緑色レーザー発光素子62、および青色の単色光を発光する青色レーザー発光素子63の3種類のレーザー発光素子がy軸方向に沿って交互に配列されている。
On the + x axis direction side of the
レーザー光源6は、側部45よりも+x軸方向側であり、かつ、光入射面51と対向する位置に配置されている。すなわち、レーザー光源6は、反射部4の外部に配置されている。レーザー光源6は、発光部(図示省略)を備えている。レーザー光源6は、−x軸方向に発光部を向けた状態で配置されており、−x軸方向にレーザー光を出射する。
The
近年、多くの液晶表示装置では、バックライトユニットの光源として白色LED(Light Emitting Diode)が採用されている。白色LEDは、青色から赤色までの広いスペクトルを有した白色光を生成する。白色LEDは、発光効率が高く低消費電力化に有効である。 In recent years, in many liquid crystal display devices, a white LED (Light Emitting Diode) is adopted as a light source of a backlight unit. White LEDs produce white light with a broad spectrum from blue to red. White LEDs have high luminous efficiency and are effective in reducing power consumption.
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いる。液晶表示装置は、カラーフィルタによって赤色、緑色および青色の各波長範囲だけを取り出して色表現を行っている。白色LEDのような波長帯域幅の広い連続スペクトルを有する光源の場合において、色再現範囲を広げるためには、カラーフィルタを透過する光の透過波長帯域を狭く設定し、表示色の色純度を高める必要がある。しかし、カラーフィルタを透過する光の波長帯域を狭く設定すると、不要になる光の量が多くなる。つまり、液晶表示素子において、光の利用効率が非常に悪くなる。これは、液晶表示素子の表示面の輝度の低下を引き起こし、さらには液晶表示装置の消費電力の増大を引き起こす要因となる。 The liquid crystal display element of the liquid crystal display device includes a color filter. The liquid crystal display device performs color expression by taking out only the wavelength ranges of red, green, and blue using a color filter. In the case of a light source having a continuous spectrum with a wide wavelength band such as a white LED, in order to widen the color reproduction range, the transmission wavelength band of light transmitted through the color filter is set narrow, and the color purity of the display color is increased. There is a need. However, if the wavelength band of light transmitted through the color filter is set narrow, the amount of unnecessary light increases. That is, in the liquid crystal display element, the light use efficiency is very poor. This causes a decrease in luminance of the display surface of the liquid crystal display element, and further causes an increase in power consumption of the liquid crystal display device.
一方、レーザー発光素子は、白色LEDおよび単色のLEDよりも波長帯域幅が狭く、色純度の高い光を得ることができる。また、光源としてレーザー発光素子を用いることによって、カラーフィルタにおける光量の損失を抑え、光の利用効率を高めることができる。 On the other hand, the laser light emitting element has a narrower wavelength bandwidth than white LEDs and single color LEDs, and can obtain light with high color purity. Further, by using a laser light emitting element as a light source, it is possible to suppress the loss of light amount in the color filter and increase the light use efficiency.
次に、導光棒5について説明する。
Next, the
図1および図2に示すように、導光棒5は、x軸方向に沿って配置され、かつ、y軸方向に所定の間隔をあけて複数列並ぶように配置されている。各導光棒5において、長手方向の+x軸側端面は光入射面51であり、レーザー光源6(より具体的には、レーザー光源6の発光部)は光入射面51に対向する位置にそれぞれ配置されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the light guide bars 5 are arranged along the x-axis direction and arranged in a plurality of rows with a predetermined interval in the y-axis direction. In each
図3は、導光棒の構成を概略的に示す模式図である。 FIG. 3 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the light guide rod.
レーザー光源6から導光棒5の光入射面51に向かって出射されたレーザー光L60(第1の光)は、光入射面51から導光棒5の内部に入射する。レーザー光L60は、導光棒5と空気層との界面で全反射しながら、光入射面51とは反対側の端面52に向かって伝播する。つまり、図2において、導光棒5の+x軸側に位置する光入射面51から入射したレーザー光L60は、導光棒5の内部を−x軸方向に向かう。
Laser light L <b> 60 (first light) emitted from the
導光棒5は、例えば、透明材料によって構成されている。また、導光棒5は、例えば、5mm角程度の四角柱状の棒である。ここで、透明材料としては、例えばアクリル樹脂(Polymethyl methacrylate:PMMA)などが採用される。導光棒5のy軸方向の側面53,54には、光取り出し部55(切り欠き部)が複数配置されている。レーザー光L60は、導光棒5と空気層との界面で全反射しながら、導光棒5の内部を伝搬する。このとき、レーザー光L60が光取り出し部55に入射すると、当該入射したレーザー光L60の進行方向が変化する。レーザー光L60の進行方向が変化すると、レーザー光L60の中には、導光棒5の表面と空気層との界面での全反射条件を満たさなくなる光がある。全反射条件を満たさなくなったレーザー光L60は、導光棒5の側面53または側面54から出射される。
The
図4は、導光棒5の光取り出し部55を概略的に示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing the
図4に示すように、光取り出し部55は、導光棒5の側面53,54をプリズム形状に切り抜いた形である。このプリズム形状は側面53(または側面54)を底辺とした三角形である。つまり、光取り出し部55のx−y平面での断面は三角形となる。図4に示す導光棒5の光入射端面51側からx軸方向にn個目の光取り出し部55(n)を用いてプリズム形状の詳細を説明する。光取り出し部55(n)の三角形の形状は導光棒5の側面53(または側面54)に対して傾いた2辺55A(n),55B(n)と、側面53(または側面54)と辺55A(n)との間の角度55θa(n)、側面53(または側面54)と辺55B(n)との間の角度55θb(n)により形成されている。ここで、辺55A(n)および角度55θa(n)は+x軸側の辺と角度とし、辺55B(n)および角度55θb(n)は−x軸側の辺と角度とする。
As shown in FIG. 4, the
角度55θa(n)および角度55θb(n)は、0°から90°の範囲で任意の角度を有し、任意の長さの辺55A(n)、辺55B(n)および側面53(または側面54)によって三角形状を形成する。
The angle 55θa (n) and the angle 55θb (n) have an arbitrary angle in a range of 0 ° to 90 °, and have an arbitrary length of the
導光棒5は、側面53の光取り出し部55と同一の光取り出し部55を側面54にも有している。つまり、光取り出し部55は、側面53,54の任意の箇所において、x軸方向を中心軸として線対称となるように配置されている。
The
図3に示すように、レーザー光L60は、導光棒5の光入射面51から入射して導光棒5の内部を端面52に向かって進んでいく。その途中で、光取り出し部55に入射した光のうち全反射条件を満たさなくなった光は、側面53,54からy軸方向に出射される。光取り出し部55は、x軸方向に沿って複数配置されるが、本実施の形態1では、例えば光入射面51からその対向面である端面52に向かって配置間隔が狭くなるように配置される。このように光取り出し部55の配置間隔を制御することによって、導光棒5から出射されるレーザー光L60のx軸方向の強度を調整することができる。
As shown in FIG. 3, the laser beam L <b> 60 is incident from the
また、例えば図5に示すように、導光棒5の長手方向(x軸方向)の断面が、光入射面51から端面52に向かって細くなるような形状でもよい。このように、光入射面51から端面52に向かって細くなるような形状とすることによって、光が少なくなる端面52側でも側面53,54で反射させる機会を増やすことができ、光取り出し部55に達する光を増やすことができ、光を有効に使用することができる。
For example, as illustrated in FIG. 5, the
導光棒5の端面52には、反射体7が配置されている。反射体7は、鏡面反射する様なミラーや拡散反射する反射シートなどである。導光棒5の内部を伝播し端面52に達したレーザー光L60は、反射体7で反射され、導光棒5の内部を+x軸方向に進む光となる。
The
導光棒5から出射されたレーザー光L60は、x軸方向に延びた線状の光となる。導光棒5から出射された線状の光は、主にy軸方向に広がりながら反射部4内を広がっていく。また、反射部4内の反射面である各面に達した光は反射され、進行方向を変えながら反射部4内を伝播する。同様に、隣接する導光棒5から出射された光も反射部4内を伝播する。このとき、各導光棒5から出射された光は、反射部4内を伝播する過程で空間的に重なり合う。
The laser light L60 emitted from the
本実施の形態1では、レーザー光源6は、赤色レーザー発光素子61と、緑色レーザー発光素子62と、青色レーザー発光素子63とが交互に配列されている。各レーザー発光素子には、導光棒5が対応して設けられている。つまり、反射部4内で導光棒5から出射された各レーザー光は、赤色の線状の光,緑色の線状の光、および青色の線状の光である。各導光棒5から出射されたレーザー光は、反射部4内で反射しながら広がっていく過程で空間的に重なり合い、赤色、緑色、および青色の光が混ざり合う。そして、反射部4内の反射面である底部41、および側部42,43,44,45で反射された後、+z軸方向へ進む光は拡散板3で拡散される。拡散板3で拡散され+z軸方向に出射された光は、赤色、緑色、および青色の光が混ざり合って、x−y平面において輝度分布が均一な面状の白色光となる。拡散板3から出射されたレーザー光L60は、光学シート2を透過して液晶パネル1の背面を照射する。
In the first embodiment, the
本実施の形態1では、導光棒5の光取り出し部55は、y軸方向の両端面(対向する面)に設けられる。従って、導光棒5から出射されたレーザー光L60は、y軸方向に広がり、隣接する導光棒5から出射されたレーザー光L60と重なり合いやすい。
In the first embodiment, the
レーザー光源6を構成するレーザー発光素子には、例えば半導体レーザーが使用される。半導体レーザーは、その構造から、発散角が大きい速軸方向と、速軸方向と直交する発散角が小さい遅軸方向とを有している。本実施の形態1では、速軸方向がレーザー発光素子の配列方向(y軸方向)に対して平行となり、且つ遅軸方向が面光源装置100の厚さ方向(z軸方向)に対して平行となるようにレーザー発光素子を配列する。速軸方向がレーザー発光素子の配列方向(y軸方向)に対して平行となるように配置することによって、導光棒5の光入射面51の近くに存在する光取り出し部55に光入射しやすく、反射部4の+x軸側(光入射面近傍)においても十分に光が出射され、より均一な線状光を得ることができる。また、導光棒5を出射したレーザー光L60は、y軸方向により広がるため、隣接する導光棒5から出射された光と反射部4内で混ざり合い易く、反射部4の厚さ(z軸方向)を薄くすることが出来る。ただし、レーザー発光素子の配置方向は、上記に限定されるものではない。
For example, a semiconductor laser is used for the laser light emitting element constituting the
導光棒5の光取り出し部55は、光入射面51から端面52に向かって間隔が狭くなるように配置されることについて説明したが、これに限るものではない。例えば、導光棒5の光入射面51付近に光取り出し部55を密に配置すると、多くのレーザー光L60が光入射面51付近の光取り出し部55によって導光棒5から出射され、端面52近傍まで達するレーザー光L60がなくなってしまう。つまり、導光棒5から出射される光の強度は、光入射面51近傍が高く、端面52側が低くなり、x軸方向において不均一な分布となる。一方、光取り出し部55を、光入射面51側はなくすもしくは少数とし、端面52付近に密に配置すると、導光棒5から出射される光は、光入射面51近傍が低く、端面52側が高くなる。このように、光取り出し部55の配置間隔を変えることによって、導光棒5から出射されるレーザー光L60のx軸方向の強度分布を制御することができる。すなわち、任意の強度分布を得るために、光取り出し部55の配置を変更することができる。
Although it has been described that the
また、導光棒5の光取り出し部55は、全て同じ形状である必要はない。光取り出し部55は、配置位置によって、辺55A(n),55B(n)の長さおよび角度55θa(n),55θb(n)を変更することができる。辺55A(n),55B(n)の長さおよび角度55θa(n),55θb(n)によって、導光棒5から出射される出射光の分布が変化する。
Further, it is not necessary that all the
上記より、レーザー光L60は、導光棒5によって導光棒5の長手方向(x軸方向)に延びる線状の光となる。さらに、線状の光は、導光棒5の光取り出し部55によって、導光棒5の配列方向(y軸方向)に広がりながら、反射部4内の反射面で反射することによって、隣接する導光棒5から出射された光と重なり合い、液晶パネル1の背面を照明する面状の光となる。
From the above, the laser light L60 becomes linear light extending in the longitudinal direction (x-axis direction) of the
導光棒5の光入射面51は、拡散部511を有してもよい。拡散部511は、例えば図6に示すようなy軸方向に延びるシリンドリカル面である。光入射面51が拡散部511を有することによって、レーザー光の発散角を広げることができる。レーザー発光素子は、発散角が小さいため、導光棒5へ入射した後、導光棒5内のy−z平面において充分に広がるまでに伝播距離を要する。導光棒5内のy−z平面においてレーザー光の広がりが小さいと、光入射面51付近では光取り出し部55に達する光が少なくなり、光入射面51側が暗くなる。そこで、導光棒5の光入射面51に拡散部511を設けることによって、レーザー光の発散角を広げて、y−z平面において充分に広がるまでの伝播距離を短くすることができ、光入射面51側を明るくすることができる。なお、図6において、拡散部511は、y軸方向に延びるシリンドリカル面としたが、これに限るものではなく、x軸方向に延びるシリンドリカル面でもあってもよい。また、拡散部511は、シリンドリカル形状以外にも、プリズム形状、ブラスト加工など発散角を広げるための形状であればよい。また、図7のように、導光棒5の光入射面51と、レーザー光源6の出射面との間に拡散部材8を配置してもよい。拡散部材8としては拡散シートやプリズムシートなどで実現することができる。
The
本実施の形態1では、レーザー光源6は、液晶パネル1の片側(+x軸側)の側面に配置されているがこの配置に限るものではない。例えば、図8のように、液晶パネル1の両側(+x軸側、−x軸側)の端面にレーザー光源6を配置してもよい。このとき、各導光棒5は、各側においてy軸方向に沿って光入射面51と端面52とが交互になるように配置すればよい。このように配置することによって、レーザー光源6の数を増加させることができる。
In the first embodiment, the
また、例えば図9に示すように、レーザー光源6を両側側面に配置し、導光棒5をx軸方向に沿って2つ並べるような配置としてもよい。つまり、図1,8に比べて、図9の導光棒5は、約半分の長さとなる。このように導光体5を分割することによって、液晶表示装置200が特に大型のサイズである場合において、製造時に発生する導光体5の反りなどが、導光体5が長尺である場合と比較して緩和することができるため製造性が向上する。
For example, as shown in FIG. 9, the
また、例えば図10に示すように、レーザー光源6を両側側面に配置し、導光棒5の両側端面を光入射面として、1本の導光棒5の両端面からレーザー光を入射してもよい。このとき、導光棒5から出射されるレーザー光L60をx軸方向で均一にするためには、導光棒5の光取り出し部55は例えば図11のように両側のレーザー光源6から離れるほど間隔が狭くなるように配置される。
For example, as shown in FIG. 10,
図1,8,9,10では、レーザー光源6は、液晶パネル1の側面に対してy軸方向に配置されているが、この方向の配置に限るものではない。レーザー光源6は、液晶パネル1の上下端面に横方向に配置してもよい。つまり、反射部4の側部42,44に対向するようにレーザー光源6をx軸方向に沿って配置し、側部42に対向する位置に配置されたレーザー光源6は−y軸方向へ、側部44に対向する位置に配置されたレーザー光源6は+y軸方向へレーザー光L60を出射する。また、この時、導光棒5は反射部4の側部42,44を貫く様に配置される。
In FIGS. 1, 8, 9, and 10, the
レーザー光源6は、発光することで熱を発する。レーザー光源6の発光によって発生した熱は、レーザー光源6周辺の空気を暖めるが、暖められた空気は液晶パネル1上部方向(+z軸方向)に上昇する。レーザー発光素子は、温度によって出射光量や波長が変化しやすい。そのため、レーザー光源6を液晶パネル1の下側に配列することによって、レーザー光源6周辺の温度上昇を抑制することが出来る。また、レーザー光源6を液晶表示装置200の下側(−z軸方向)に一列に配列することによって、レーザー光源6を構成するレーザー発光素子間に温度差が生じることを防ぐことが出来るため、各々のレーザー発光素子の温度上昇による発光のばらつきを抑制することができる。
The
本実施の形態1では、導光棒5は、例えば、5mm角程度の四角柱状の棒であるとした。しかし、導光棒5はこれに限るものではない。例えば、図12に示すような断面が三角形形状である導光棒500でもよく、図13のような断面が台形形状である導光棒501でもよい。このとき、光取り出し部55が配置される2面は、底面に対して同一角度で傾いた2辺の各々を含む面であることが望ましい。図12,13に示すように、傾いた面に光取り出し部55を配置することによって、光取り出し部55から出射されるレーザー光L60の進む方向が変化する。例えば、面の傾きによっては、レーザー光L60が−z軸方向に積極的に進む光となる。−z軸方向へ進んだ光は、すぐに反射部4の底面で反射されるため、出射光のy軸方向の広がりは狭くなる。導光棒5から出射されたレーザー光L60のy軸方向の広がりは、各レーザー発光素子の配置間隔と、反射部4の底部41から拡散板3までの距離とによって決まる。そのため、必要となるレーザー光L60のy軸方向の広がりに応じて、適切な導光棒5の断面形状を設計する必要があり、本実施の形態1による導光棒5の断面形状はこれに限るものではない。
In the first embodiment, the
また、導光棒5の光取り出し部55は、プリズム形状として説明したが、これに限るものではない。例えばプリズム形状に変えてシリンドリカル形状でもよい。導光棒5の光取り出し部55は、光を広げたい方向に向かい合う2つの側面に配置されればよく、その形状は限定されるものではなく、性能(出射光の分布)および製造性を鑑みて決定される。
Moreover, although the
本実施の形態1では、赤色レーザー発光素子61、緑色レーザー発光素子62、および青色レーザー発光素子63を交互に配置するように説明したが、配列はこれに限るものではない。各色のレーザー発光素子の発光効率などの特性を考慮し、面光源装置100として目標とする明るさを得るために必要な各色のレーザー発光素子の個数が決められ、それに応じて配置も決められる。
In the first embodiment, the red laser
また、本実施の形態1では、レーザー光源6を用いる場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、赤色LED、青色LED、および緑色LEDを光源として用いてもよい。ただし、LED素子とレーザー発光素子とでは、発せられる光の発散角(角度強度分布)が大きく異なる。具体的には、LED光は、レーザー光よりも大きな発散角を有している。つまり、LED光は、レーザー光に比べ出射光の広がりが大きい。このため、LED光は、レーザー光に比べ導光棒5に入射する際に導光棒5に入射できない光が多く発生する。光源および導光棒5の光入射面51は、反射部4の外側に配置されており、導光棒5に入射出来なかった光は、そのまま面光源装置100では使用されずにロスとなる。また、このロスとなった光が、迷光となり、面光源装置100のコントラストの低下などをもたらすこともある。そのため、本実施の形態1では光源として発散角の小さい光源を用いることが望ましい。
Moreover, although the case where the
反射部4において、側部42,43,44,45は、x−y平面に平行な底部41に対して(x−y平面に対して)傾斜してもよい。このように構成することで、傾斜した側部42,43,44,45に入射したレーザー光L60は、+z軸方向に反射するため、液晶パネル1の表示面の周辺部分を明るくすることができる。また、傾斜した側部43,45を設けることで、レーザー光源6を拡散板3の背面側(−z軸方向側)に配置することができる。これにより、狭ベゼル化が可能となる。
In the reflecting
ここで、レーザー光源6を拡散板3の背面側に配置するとは、レーザー光源6が拡散板3のx軸方向の端面の外側に突出しないように配置するということである。または、レーザー光源6が拡散板3のx軸方向の端面の外側に一部のみ突出するように配置するということである。すなわち、反射部4は、レーザー光源6を収容可能である。
Here, arranging the
以上のように、本実施の形態1による面光源装置100では、レーザー光源6から発せられるレーザー光L60は、導光棒5によって導光棒5の長手方向に延びる線状の光に変換される。線状のレーザー光L60は、導光棒5の光取り出し部55によってレーザー光源の配列方向へ広がりながら、反射部4の内部で隣接するレーザー光L60と混色され、拡散板3に向かう光となる。拡散板3から出射されたレーザー光L60は、さらに混色され、均一な面状分布の照明光となり、液晶パネル1を照射する。
As described above, in the surface
液晶表示装置200は、面光源装置100と、面光源装置100からの光が照明されることで画像を表示する液晶パネル1とを備える。レーザー光源6から出射された光を導光棒5によって無駄なく導光することができるため、光の利用効率が高くなり、高品質な画像を表示することができる。また、このような高品質な画像の表示を簡単な構造で実現できる。また、光源としてレーザー光源が採用される。レーザー光源は、白色LED光源よりも波長帯域幅が狭く、色純度の高い光を得ることができるため、従来の白色LED光源を備える面光源装置よりも広い色再現範囲が得られる。また、光源としてレーザー光源が採用されるため、カラーフィルタでの光量の損失を抑え、光の利用効率を高めることができる。
The liquid
<実施の形態2>
図14は、実施の形態2に係る液晶表示装置201の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
<Embodiment 2>
FIG. 14 is a perspective view schematically showing an example of the configuration of the liquid
図14に示すように、液晶表示装置201は、液晶パネル1と、光学シート2と、面光源装置101とを備える。面光源装置101は、反射部4および拡散板3によって構成される中空の箱内に導光棒5とLED光源9(第2の光源)とを有し、反射部4の外側にレーザー光源16を備えている。
As shown in FIG. 14, the liquid
本実施の形態2の液晶表示装置201は、LED光源9およびレーザー光源16を除いて、実施の形態1の液晶表示装置200と同じ構成を有する。つまり、液晶表示装置201は、LED光源9およびレーザー光源16の2種類の光源を有する点で液晶表示装置200と異なる。なお、実施の形態1の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
The liquid
現在、液晶表示装置の光源として白色LEDが広く用いられている。白色LEDは、青色から赤色までの広いスペクトルを有した白色光を生成する。この白色LEDは、発光効率が高く低消費電力化に有効である。 Currently, white LEDs are widely used as light sources for liquid crystal display devices. White LEDs produce white light with a broad spectrum from blue to red. This white LED has high luminous efficiency and is effective in reducing power consumption.
上述の通り、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、緑色および青色の各波長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の場合、色再現範囲を広げるためには、カラーフィルタを透過する光の透過波長帯域を狭く設定し、表示色の色純度を高める必要がある。しかし、カラーフィルタを透過する光の波長帯域を狭く設定することによって、不要となる光の量が多くなる。つまり、液晶表示素子において、光の利用効率が非常に悪くなる。これは、液晶表示素子の表示面の輝度の低下、さらには液晶表示装置の消費電力の増大を引き起こす要因となる。 As described above, the liquid crystal display element of the liquid crystal display device includes a color filter. The liquid crystal display device performs color expression by extracting only the red, green, and blue wavelength ranges by using the color filter. In the case of a light source having a continuous spectrum with a wide wavelength bandwidth, such as a white LED, in order to widen the color reproduction range, the transmission wavelength band of the light transmitted through the color filter is set narrow, and the color purity of the display color is increased. There is a need. However, the amount of unnecessary light increases by narrowing the wavelength band of the light transmitted through the color filter. That is, in the liquid crystal display element, the light use efficiency is very poor. This becomes a factor that causes a decrease in luminance of the display surface of the liquid crystal display element and an increase in power consumption of the liquid crystal display device.
本実施の形態2による液晶表示装置201は、広い色再現範囲と低消費電力とを兼ね備えている。そのために、光源として、LED光源9とレーザー光源16とを有している。LED光源9は、青色LEDと蛍光体とを有している。具体的には、LED光源9は、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光源である。また、レーザー光源16は、赤色の光を発するレーザー発光素子のみを有している。
The liquid
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、人間の視覚で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する。 Humans are highly sensitive to red color differences. Therefore, the difference in wavelength bandwidth in red is felt as a more prominent difference in human vision. Here, the difference in wavelength bandwidth is a difference in color purity. Conventionally, a white LED used as a light source in a liquid crystal display device has a small amount of energy in a red spectrum particularly in a 600 nm to 700 nm band. That is, if a color filter having a narrow wavelength band width is used to increase the color purity in a wavelength range of 630 to 640 nm, which is preferable as pure red, the amount of transmitted light is extremely reduced, and the light use efficiency is lowered. Therefore, there arises a problem that the luminance is remarkably lowered.
一方、レーザー発光素子は、波長帯域幅が狭く、光を損失することなく高い色純度の光が得られる。3原色の色の中でも特に、赤色の光を非常に単色性の高いレーザー発光素子とすることによる低消費電力化に対する効果、および色純度向上に対する効果は大きい。本実施の形態2の液晶表示装置201では、レーザー光源16は赤色の光を発する光源を採用している。
On the other hand, the laser light-emitting element has a narrow wavelength bandwidth and can obtain light of high color purity without losing light. Among the three primary colors, in particular, the effect of reducing power consumption and the improvement of color purity by making red light a laser light emitting element having very high monochromaticity are great. In the liquid
図14に示すように、青緑色のLED光源9は、反射部4のx−y平面に平行な底部41上に二次元的に配列されている。LED光源9から発せられた青緑色の光(第2の光)は、隣接するLED光源9から発せられた光と反射部4の内部で空間的に重なり合う。さらに、LED光は、導光棒5から出射する線状の赤色レーザー光とも反射部4の内部で混色されて白色光となる。さらに、この混色された白色光は、拡散板3で拡散され、x−y平面において均一な強度分布をもつ面状の光として、液晶表示パネル1の背面を照射する。
As shown in FIG. 14, the blue-green LED
LED光源9から発せられたLED光が均一な面状の光となるために、例えばレンズや導光体のような光学部材をLED光源9に付加してもよい。また、導光棒5の真下(−z軸方向)にLED光源9を配置してもよい。
In order for the LED light emitted from the LED
本実施の形態2では、赤色の光を発するレーザー光源16と青緑色の光を発するLED光源9によって構成する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではない。例えば、レーザー光源16を赤色の光と青色の光とを各々発するレーザー発光素子によって構成し、LED光源9を緑色の光を発するLED素子により構成することも可能である。また、例えば、レーザー光源16を青色の光を発するレーザー発光素子によって構成し、LED光源9を赤色の光と緑色の光とを各々発するLED素子によって構成することも可能である。LED光源9が発する光とレーザー光源16が発する光とは、混色して白色となる組み合わせであればよい。つまり、LED光源9の発光色とレーザー光源16発光色とは、補色の関係となるものが採用されればよい。ただし、上述のように、人間は赤色の色差に対する感度が高いため、青色のレーザー光源のみを採用するよりも、赤色のレーザー光源のみを採用する方が、従来の液晶表示装置との顕著な差を示すことが可能である。
In the second embodiment, the case where the
本実施の形態2は、LED光源9およびレーザー光源16を採用すること以外は実施の形態1と同様の構成を採用することでき、この場合は同様の効果を得ることができる。
The second embodiment can employ the same configuration as that of the first embodiment except that the
以上のことから、本実施の形態2によれば、レーザー光源16およびLED光源9を採用することによって、光利用効率が高く、空間光強度分布の均一性の高い面状の光を得ることが可能となる。この面光源装置101を備えた液晶表示装置201は、色再現範囲が広く輝度むらを抑えた高品質な画像を提供することが可能となる。本実施の形態2では、導光棒5およびLED光源9は、液晶表示パネル1の背面側の反射部4の内部に配置されている。このため、ベゼルの狭化を可能にする。さらに、赤色をレーザー素子で構成し、青緑色をLED素子で構成することによって、従来の液晶表示装置の課題となっていた色再現範囲と低消費電力とを両立し、量産性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。
From the above, according to the second embodiment, by adopting the
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。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1 液晶パネル、2 光学シート、3 拡散板、4 反射部、5 導光棒、6 レーザー光源、7 反射体、8 拡散部材、9 LED光源、41 底部、42〜45 側部、51 光入射面、52 端面、53,54 側面、55 光取り出し部、61 赤色レーザー発光素子、62 緑色レーザー発光素子、63 青色レーザー発光素子、100 面光源装置、200 液晶表示装置、500,501 導光棒、511 拡散部。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
光入射面を有し、かつ前記光入射面から入射した前記第1の光を線状の光に変換する導光棒と、
前記第1の光源および前記導光棒を収容可能に箱形状に形成され、前記箱形状の底面と対向する側を開口する開口部と、前記箱形状の内側に前記線状の光を反射する反射面とを有する反射部と、
を備え、
前記光入射面は、前記導光棒の長手方向の端面であり、
前記第1の光源は、前記光入射面と対向する位置に配置され、
前記導光棒は、切り欠き部を有し、
前記線状の光は、前記切り欠き部および前記反射面で反射されて前記開口部から出射されることを特徴とする、面光源装置。 A first light source that emits first light;
A light guide rod that has a light incident surface and converts the first light incident from the light incident surface into linear light;
The first light source and the light guide rod are formed in a box shape so as to be accommodated, an opening that opens on a side facing the bottom surface of the box shape, and the linear light is reflected on the inner side of the box shape. A reflective portion having a reflective surface;
With
The light incident surface is an end surface in the longitudinal direction of the light guide rod,
The first light source is disposed at a position facing the light incident surface,
The light guide bar has a notch,
2. The surface light source device according to claim 1, wherein the linear light is reflected by the notch and the reflecting surface and is emitted from the opening.
前記第1の光源および前記光入射面は、前記反射部の外側に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の面光源装置。 The light guide rod is held by the reflecting portion in a state in which an end protrudes to the outside,
The surface light source device according to claim 1, wherein the first light source and the light incident surface are disposed outside the reflecting portion.
前記線状の光は、前記切り欠き部を反射した後に、前記底面に対して平行な方向に出射されることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載の面光源装置。 The light guide bar is disposed in a direction parallel to the bottom surface,
4. The surface light source device according to claim 1, wherein the linear light is emitted in a direction parallel to the bottom surface after being reflected by the cutout portion. 5. .
前記第2の光源は、前記反射面で反射されて前記開口部から出射されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の面光源装置。 A second light source disposed on the bottom surface and emitting a second light with a wider divergence angle than the first light source;
The surface light source device according to claim 1, wherein the second light source is reflected by the reflection surface and emitted from the opening.
前記面光源装置からの光が照射されることで画像を表示する液晶パネルと、
を備える、液晶表示装置。 A surface light source device according to any one of claims 1 to 9,
A liquid crystal panel that displays an image by being irradiated with light from the surface light source device;
A liquid crystal display device comprising:
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