JP6000161B2 - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状の光源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。

一般に、液晶表示装置は、面状光を放射する発光面を有する面光源装置と、その面状光の強度を空間的に変調して画像光をつくりだす空間光変調素子である液晶表示素子とを有している。液晶表示素子は、自ら光を発しないので、画像光をつくりだすためには面光源装置が必要である。

近年、液晶表示装置の薄型化を実現するためにエッジライト方式の面光源装置が広く用いられている。エッジライト方式は、薄い導光板の端面から導光板内に光束を入射させて面状光をつくりだす方式である。なお、エッジライト方式では、導光板の発光面を正面としたときの側方端面、底端面あるいは上端面のいずれかから導光板内に光束が入射させられるが、特に導光板の側方端面から導光板内に光束を入射させて面状光をつくりだす方式は、サイドライト方式と呼ばれている。エッジライト方式の面光源装置では、光源は、導光板の光入射端面と対向する位置に配置されることが多い。

また、近年では、光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と記載する）を用いた面光源装置に対する需要が高まっている。光源にＬＥＤを採用したエッジライト方式の面光源装置においては、複数のＬＥＤが導光板の光入射端面の長辺に沿って配置されることが多い。

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。しかしながら一方で、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、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では異なる色の単色光を発するＬＥＤを、重ねて配置された複数の導光板のエッジに取り付ける技術が開示されている。単色光は波長帯域幅の狭い光である。特許文献１のように色純度が高い光である単色光を光源に採用することで、広い色域の液晶表示装置を実現できる。

特開２００７−４８４６５号公報

特許文献１では、複数の導光板の同一方向の端面を光入射端面として、光入射端面に異なる色の単色光を発するＬＥＤが配列される。ＬＥＤは発光とともに周囲に熱を発する。周囲に発せられた熱によりＬＥＤ素子周辺の温度は上昇する。ＬＥＤ素子周辺の温度が上昇すると、ＬＥＤの発光効率が低下し、輝度の低下や波長の変化が起こるため、好ましくない。

そのため、ＬＥＤ素子間の距離は可能な限り大きくとることが望ましく、例えば、導光板の異なる方向の端面を光入射面として、光源の配置位置を導光板毎に変える方法が考えられる。

しかしながら、導光板毎に異なる端面を光入射面とした場合、液晶表示素子の各画素の透過率を変化させるタイミングに合わせて光源の点灯を制御するスキャニング制御が不可能となってしまう。スキャニング制御が実施できなければ、３Ｄ映像表示時にクロストークが発生し、立体感が感じられなくなってしまう。

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、光源の温度上昇による発光効率の低下を改善するために、複数の導光板の異なる面に、異なる色の光源を配置する構成とした場合であっても、スキャニング制御が可能な面光源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、白色ＬＥＤ素子と非白色ＬＥＤ素子とを含む第１の光源と、第１の光源で得られる白色および非白色と異なる色の発光素子を含む第２の光源と、側面に第１の光入射面、主面に第１の光出射面を有する第１の面発光導光板と、側面に第２の光入射面、主面に第２の光出射面を有する第２の面発光導光板と、を備え、第１、第２の面発光導光板は、第１、第２の光入射面が同一面に来ず、第１、第２の光出射面が同方向を向くように、主面を重ねて配置され、第１の光源は、第１の光入射面に対向して配置され、第２の光源は、第２の光入射面に対向して配置され、第１、第２の光源の発光を制御する制御部を更に備え、制御部は、白色ＬＥＤ素子を用いず発光制御を行う第１のモードと、白色ＬＥＤ素子を用いて発光制御を行う第２のモードとを有する。

本発明に係る面光源装置によれば、通常の画像表示を行う場合は、第１のモードによって、白色ＬＥＤ素子を用いずに、非白色ＬＥＤ素子と、白色および非白色と異なる色の発光素子とを用いて発光制御を行う。よって、第１の光源における非白色ＬＥＤ素子と、第２の光源における発光素子は同一面に配置されないため、温度上昇による発光効率の低下を改善することが可能である。一方、３Ｄ表示等を行う場合は、第２のモードによって、白色ＬＥＤ素子を用いて発光制御を行うため、スキャニング制御を行うことが可能である。このように、第１のモードと第２のモードを切り替えて発光制御を行うことにより、光源の温度上昇による発光効率の低下の改善と、スキャニング制御の実現を両立することが可能となる。

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２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制御系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制御系の機能ブロック図である。

＜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、光反射シート６は−ｚ軸方向に向かって順に配列されている。第１の光源７は非白色の青緑色ＬＥＤ素子７１と、白色ＬＥＤ素子７２を備える。第２の光源８は、青緑色および白色と異なる色（即ち赤色）の光を発する発光素子として、赤色ＬＥＤ素子８１を備える。

第１の面発光導光板４は、−ｘ軸方向の側面に第１の光入射面４１ｃを、＋ｚ軸方向の主面に第１の光出射面４１ａを備える。第１の光入射面４１ｃから入射した光線は、第１の光出射面４１ａから面状の光として出射される。また、第２の面発光導光板５は、−ｙ軸方向の側面に第２の光入射面５１ｃを、＋ｚ軸方向の主面に第２の光出射面５１ａを備える。第２の光入射面５１ｃから入射した光線は、第２の光出射面５１ａから面状の光として出射される。

図１に示すように、第１の面発光導光板４と第２の面発光導光板５は、第１の光入射面４１ｃと、第２の光入射面５１ｃとが同一面に来ないように配置される。また、第１の面発光導光板４と第２の面発光導光板５は、第１の光出射面４１ａと第２の光出射面５１ａが同じ方向（即ち＋ｚ軸方向）を向くように、主面を重ねて配置される。

第１の光源７は、第１の面発光導光板４の−ｘ軸方向側面（即ち第１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、ｙ軸方向に交互に１次元配列した青緑色ＬＥＤ素子７１と白色ＬＥＤ素子７２から構成される。つまり、第１の光源７は、表示面１ａの側面側に垂直方向に並んで配置される。青緑色ＬＥＤ素子７１の発する青緑色の光線は、赤色ＬＥＤ素子８１の発する赤色の光線と補色関係にある。つまり、青緑色ＬＥＤ素子７１の光線と赤色ＬＥＤ素子８１の光線とを混色することで白色の光線を得る。白色ＬＥＤ素子７２は、白色の光線を発する。

第２の光源８に備わる赤色ＬＥＤ素子８１は、第２の面発光導光板５の−ｙ軸方向側面（即ち第２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、ｘ軸方向に１次元配列した赤色ＬＥＤ素子８１から構成される。つまり、第２の光源８は、表示面１ａ下部側に水平方向に並んで配置される。

第１の光源７より出射されたＬＥＤ光線は第１の面発光導光板４の第１の光入射面４１ｃより第１の面発光導光板４内部へ入射する。第１の面発光導光板４の第１の光入射面４１ｃは、第２の面発光導光板５の第２の光入射面５１ｃと、ｘｙ平面上で直行する。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材である。また、第１の面発光導光板４は、厚み３ｍｍの板状部材である。第１の面発光導光板４は、第２の光学シート３と第２の面発光導光板５の間に積層され、その主面は、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より出射された光線は、第１の面発光導光板４内部を通過することによって液晶パネル１の裏面１ｂを均一な強度分布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細光学素子４２が配置され、微細光学素子４２の配置密度を第１の面発光導光板４の裏面４１ｂにおいてｘｙ平面内で変化させる。詳しく説明すると、例えば図３の様に、微細光学素子４２は面発光導光板４における光入射面４１ｃ近傍から光入射面４１ｃと対向する側の面までの領域において設けられ、その配置密度が光入射面４１ｃ近傍から対向する側の面方向に向かって疎から密へと段階的に変化する構成をとる。

なお、配置密度とは、微細光学素子４２の単位面積当たりの数や大きさなどである。微細光学素子４２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２の光源８を構成する赤色ＬＥＤ素子８１は、赤色の光線を発する。第２の光源８より出射された光線は第２の面発光導光板５の第２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光線は、第２の面発光導光板５内部を通過することによって、均一な強度分布を持つ面状の照明光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、第１の面発光導光板４の裏面４１ｂ（−ｚ軸方向）と同様に、例えば凸レンズ形状をした微細光学素子５２が配置されている。微細光学素子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平面内で変化する。詳しく説明すると、例えば図４の様に、微細光学素子５２は第２の面発光導光板５の光入射面５１ｃ近傍から光入射面５１ｃと対向する側の面までの領域において裏面５１ｂに設けられる。微細光学素子５２の配置密度は、光入射面５１ｃ近傍から対向する側の面方向に向かって、疎から密へと段階的に変化する。

第１、第２の面発光導光板４，５の微細光学素子４２，５２は、例えば、その表面の曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さが約０．００５ｍｍ、屈折率が約１．４９の凸レンズ形状を有する。なお、第１、第２の面発光導光板４，５や微細光学素子４２，５２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。

なお、本実施の形態においては、微細光学素子４２，５２を凸レンズ形状としたが、これに限るものではない。微細光学素子４２は、第１の面発光導光板４内を−ｘ軸方向に進行する光を、ｚ軸方向に屈折し液晶パネル１の背面１ｂに向かって放射する構造を有していれば、他の形状でもよい。同様に、微細光学素子５２は、第２の面発光導光板５内をｙ軸方向に進行する光を、ｚ軸方向に屈折し液晶パネル１の背面１ｂに向かって放射する構造を有していれば、他の形状でもよい。微細光学素子４２，５２として、例えば、プリズム形状やランダムな凹凸パターンから成る形状を採用してもよい。

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は、第１、第２の光源４，５の発光を制御する制御部１１、液晶表示素子駆動部１２および光源駆動部１３を備える。制御部１１には、映像信号と、表示モード信号（第１のモードまたは第２のモード）が入力される。制御部１１は、映像信号に基づいて液晶表示素子制御信号を生成して、液晶表示素子駆動部１２に入力する。液晶表示素子駆動部１２は、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。

液晶パネル１の各画素は、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。

また、制御部１１は、映像信号と表示モード信号に基づいて光源制御信号を生成して、光源駆動部１３に入力する。光源駆動部１３は、光源制御信号に基づいて、第１の光源７（即ち、青緑色ＬＥＤ素子７１、白色ＬＥＤ素子７２）および第２の光源８（即ち、赤色ＬＥＤ素子８１）の発光を制御する。発光を制御するとは、各発光素子の発光量を調整することである。つまり、制御部１１は、映像信号と表示モード信号に基づいて、各光源の輝度の割合を調整する。これにより、液晶表示装置１００の消費電力を低減できる。

なお、青緑色ＬＥＤ素子７１は、青緑色の光線を出射する。この青緑色の光は、例えば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。青緑色ＬＥＤ素子７１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、青緑色ＬＥＤ素子７１は、例えば励起光源にＬＥＤ以外の光源を採用しその励起光源により緑色の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。また、青緑色ＬＥＤ素子７１は、例えば紫外領域の波長の光を放射する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。

＜動作＞
一般に、ＬＥＤ素子は発光とともに熱を発する。ＬＥＤ素子より発せられた熱は、周辺の空気を暖める。ＬＥＤ素子は周辺の温度が上昇すると発光効率が低下する。ＬＥＤ素子を密集させて配置すると周辺の温度が上昇しやくなるため、ＬＥＤ素子を分散させて配置することが望ましい。本実施の形態では、第２の光源（即ち赤色ＬＥＤ素子８１）８を表示面１ａの下部側に、水平方向に配列し、第１の光源７を表示面１ａの側面側に、垂直方向に配列している。このように、異なる方向に光源を配置することによって、熱源が分散されるため、周囲の温度上昇を緩和でき、発光効率の低下を抑制できる。

一般に、液晶表示装置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る場合、液晶パネルのカラーフィルタの透過波長帯域の幅を狭く設定しなければならない。しかし、透過波長帯域の幅を狭く設定すると、カラーフィルタを透過する光の透過光量は減少する。このため、表示色の色純度を高めようとする場合、カラーフィルタを透過する光の透過光量の減少によって輝度が落ちるという問題が発生していた。さらに、従来使用されていた蛍光ランプは、赤色領域の発光スペクトルのピークがオレンジ色の波長領域にある。同様に、黄色蛍光体を利用した白色のＬＥＤ素子も、赤色領域の発光スペクトルのピークがオレンジ色の波長領域にある。すなわち、赤色領域の波長のピークは、赤色領域からずれたオレンジ色の領域にある。特に赤色において色純度を高めようとすると、カラーフィルタの透過光量が落ち、著しく輝度が低下してしまうという問題があった。

本実施の形態の液晶表示装置１００は、白色ＬＥＤ素子７２を用いずに発光制御を行う、通常の画像表示動作（後述する第１のモード）においては、青緑色ＬＥＤ素子７１と赤色ＬＥＤ素子８１を用いて白色の光線を得る。赤色ＬＥＤ素子８１は、単色の光であるため波長幅が狭い。すなわち、単色のＬＥＤ素子の光は、色純度が高い。このため、赤色ＬＥＤ素子８１を用いることにより、赤色の色純度が向上する。すなわち、本実施の形態における液晶表示装置１００は、従来の白色ＬＥＤ素子を用いた液晶表示装置に比べ、表示色の色再現範囲を広げることができる。なお、単色とは、一定の波長のみからなる光のことである。色純度とは、単色性の高さを現す。

一般に、液晶パネル１は画面左上の画素から水平方向に各画素の透過率を変化させることで画像を表示している。この走査タイミングに合わせて、ＬＥＤの点灯タイミングを制御するスキャン制御技術がある。つまり、液晶パネル１の走査線に合わせて、該当する部分のＬＥＤを消灯する。特に３Ｄ映像の表示においては、スキャン制御を実施することで、クロストークを低減することが出来る。ここで、クロストークとは右目用（左目用）の画像が左目（右目）に見えてしまう現象であり、クロストークが発生すると３Ｄ映像の立体感が感じられなくなる。

例えば、面発光導光板の画面縦方向にＬＥＤ素子を配置したサイドライト方式における、スキャン制御では、液晶パネル１の走査タイミングに合わせて、該当するＬＥＤを消灯させることで、画面水平方向のエリアが消灯される。

本実施の形態においては、青緑色ＬＥＤ素子７１は表示面１ａの側面側に、垂直方向（ｙ軸方向）に配列されている。また、赤色ＬＥＤ素子８１は表示面１ａの下部側に、画面水平方向（ｘ軸方向）に配列されている。この様な配列のため、青緑色ＬＥＤ素子７１と赤色ＬＥＤ素子８１を点灯制御して、例えば画面水平方向のエリアを消灯させることは出来ない。つまり、複数種類の光源を用いて白色光を得る場合、光源の入射方向が異なると、スキャン制御が出来なくなってしまう。そこで、本実施の形態では、白色ＬＥＤ素子７２を青緑色ＬＥＤ素子７１と同様に表示面１ａの側面側に、垂直方向（ｙ軸方向）に配列する。スキャン制御が必要な場面（主に３Ｄ映像表示）においては、制御部１１は後述する第２のモードで発光制御を行う。

本実施の形態では、スキャン制御が不要な映像、例えば通常の画面表示等においては、制御部１１は、第１のモードにより発光制御を行う。第１のモードでは、制御部１１は、白色ＬＥＤ素子７２を用いずに、青緑色ＬＥＤ素子７１と赤色ＬＥＤ素子８１を用いて、発光制御を行う。第１のモードでは、それぞれの面発光導光板４，５の出射面４１ａ，５１ａより出射された青緑色の照明光Ｌ７０と赤色の照明光Ｌ８０とが混色され、液晶パネル１の背面１ｂを照明する白色の照明光Ｌ９０として、映像表示に用いられる。

一方、スキャン制御が必要な映像、例えば３Ｄ映像表示においては、制御部１１は、第２のモードにより発光制御を行う。第２のモードでは、制御部１１は、白色ＬＥＤ素子７２を用いて発光制御を行う。つまり、白色ＬＥＤ素子７２を点灯させて、第１の面発光導光板４の出射面４１ａより出射された白色の照明光Ｌ７０を映像表示に用いる。ただし、白色ＬＥＤ素子７２のみの点灯では十分な輝度が得られない場合は、スキャン制御の効果を低減させない程度、例えば３Ｄ映像表示時にはクロストークが発生しない程度の輝度で青緑色ＬＥＤ素子７１と赤色ＬＥＤ素子８１を点灯させることで、明るい映像を提供できる。

なお、本実施の形態においては、青緑色ＬＥＤ素子７１と白色ＬＥＤ素子７２は、ｙ軸方向に交互に１次元配列して成るとしたが、本発明はこれに限るものではない。青緑色ＬＥＤ素子７１および白色ＬＥＤ素子７２の配置個数や発散角等を考慮して適切な間隔で各ＬＥＤ素子が配置されればよい。ここで適切な間隔とは、第１の面発光導光板４の第１の出射面４１ａより出射される光が、第１の出射面４１ａ内において均一な強度の分布を持つ面光源となるために必要な配置間隔である。

なお、本実施の形態においては、第１の光源７に備わる青緑色ＬＥＤ素子７１の発する光と、第２の光源８に備わる赤色ＬＥＤ素子８１の発する光とを混色することで、白色光を得る構成としたが、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に備わる非白色ＬＥＤ素子と、第２の光源に備わる発光素子は、混色することで白色となる異なる色の光を発する光源であればよい。つまり、第１の光源７に備わる非白色ＬＥＤ素子と、第２の光源８に備わる発光素子は、補色の関係となる色の光を発すればよい。

ただし、上述したように液晶表示装置１００の色再現範囲を広げるためには色純度の高い光が必要である。そのため、第１の光源７に備わる非白色ＬＥＤ素子もしくは第２の光源８に備わる発光素子の少なくともどちらか一方は単色の光を発するＬＥＤ素子であることが望ましい。

また、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素子は赤色の再現範囲が弱いことを考慮すると、単色のＬＥＤ光源として赤色のＬＥＤ素子を用いることで液晶表示装置１００の赤色の色純度を向上させることができる。つまり、液晶表示装置１００の色再現範囲を向上させるには効果的である。従って、本実施の形態では、第２の光源８に備わる発光素子として赤色ＬＥＤ素子８１を用い、第１の光源７に備わる非白色ＬＥＤ素子として、赤色の補色となる青緑色ＬＥＤ素子７１を用いた。

＜効果＞
本実施の形態における面光源装置２００は、白色ＬＥＤ素子７２と非白色ＬＥＤ素子（即ち青緑色ＬＥＤ素子７１）とを含む第１の光源７と、第１の光源７で得られる白色および非白色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、側面に第１の光入射面４１ｃ、主面に第１の光出射面４１ａを有する第１の面発光導光板４と、側面に第２の光入射面５１ｃ、主面に第２の光出射面５１ａを有する第２の面発光導光板５と、を備え、第１、第２の面発光導光板４，５は、第１、第２の光入射面４１ｃ，５１ｃが同一面に来ず、第１、第２の光出射面４１ａ，５１ａが同方向を向くように、主面を重ねて配置され、第１の光源７は、第１の光入射面４１ｃに対向して配置され、第２の光源８は、第２の光入射面５１ｃに対向して配置され、第１、第２の光源７，８の発光を制御する制御部１１を更に備え、制御部１１は、白色ＬＥＤ素子７２を用いず発光制御を行う第１のモードと、白色ＬＥＤ素子７２を用いて発光制御を行う第２のモードとを有する。

従って、通常の画像表示を行う場合は、第１のモードによって、白色ＬＥＤ素子７２を用いずに、非白色ＬＥＤ素子（即ち青緑色ＬＥＤ素子７１）と、白色および非白色と異なる色の発光素子（即ち赤色ＬＥＤ素子８１）とを用いて発光制御を行う。よって、青緑色ＬＥＤ素子７１と赤色ＬＥＤ素子８１は同一面に配置されないため、温度上昇による発光効率の低下を改善することが可能である。一方、３Ｄ表示等を行う場合は、第２のモードによって、白色ＬＥＤ素子７２を用いて発光制御を行うため、スキャニング制御を行うことが可能である。このように、表示モード（第１のモード、第２のモード）を切り替えて発光制御を行うことにより、光源の温度上昇による発光効率の低下の改善と、スキャニング制御の実現を両立することが可能となる。

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における非白色ＬＥＤ素子と、第２の光源８における発光素子は、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における非白色ＬＥＤ素子として青緑色ＬＥＤ素子７１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、青緑色ＬＥＤ素子７１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、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１の光源７における非白色ＬＥＤ素子と、第２の光源８における発光素子との少なくとも一方は、単色光を発する。

従って、本実施の形態では、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の光源７における非白色ＬＥＤ素子（即ち青緑色ＬＥＤ素子７１）と、第２の光源８における発光素子（即ち赤色ＬＥＤ素子８１）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における非白色ＬＥＤ素子として青緑色ＬＥＤ素子７１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における非白色ＬＥＤ素子（即ち青緑色ＬＥＤ素子７１）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、青色ＬＥＤチップを備えたパッケージに緑色蛍光体を充填することにより、１つのＬＥＤ素子で青色と緑色の光を得ることができる。よって、ＬＥＤ素子の種類を削減して、簡易な構成とす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＞
＜構成＞
図６に、本実施の形態における液晶表示装置１０１（面光源装置２０１を含む）の分解斜視図を示す。本実施の形態における面光源装置２０１において、第１の光源７は、実施の形態１と同様に、非白色ＬＥＤ素子としての青緑色ＬＥＤ素子７１と、白色ＬＥＤ素子７２を備える。第２の光源８は、青緑色および白色と異なる色、即ち赤色の光を発する発光素子として、赤色のレーザー発光素子８２を備える。

レーザー発光素子８２は波長帯域幅が非常に狭く、高い色純度の光が得られる。赤色の光の光源として、非常に単色性の高いレーザー発光素子を用いることで、色再現範囲の広い液晶表示装置１０１を実現できる。

図７は、本実施の形態における液晶表示装置１０１の制御系の機能ブロック図である。図６及び図７において、実施の形態１に示される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。

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。一方で、レーザー発光素子は波長帯域幅が狭いため、光を損失することなしに高い色純度の光が得られる。３原色の色の中でも特に、赤色の光の光源として非常に単色性の高いレーザー発光素子を用いることによって、低消費電力化および色純度向上に対する効果を得られる。そこで、本実施の形態における液晶表示装置１０１においては、第２の光源８として、赤色の光を発するレーザー発光素子８２を採用する。

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。つまり、表示面１ａの下部（−ｙ軸方向）側に配置されている。第２の光源８は、レーザー発光素子８２をｘ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の第２の光入射面５１ｃより第２の面発光導光板５内部へ入射する。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）には実施の形態１と同様に、微細光学素子５２が配置されている。微細光学素子５２の配置密度を第２の面発光導光板５の裏面５１ｂにおいてｘｙ平面内で変化させることにより、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と同様に青緑色ＬＥＤ素子７１および白色ＬＥＤ素子７２より構成される。青緑色ＬＥＤ素子７１および白色ＬＥＤ素子７２は、第１の面発光導光板４の光入射面４１ｃ（＋ｘ軸方向）に配置されている。青緑色ＬＥＤ素子７１の発する光と、赤色のレーザー発光素子８２の発する光は混色され、白色の照明光Ｌ９０となって、液晶パネル１を照らす。また、スキャン制御が必要な場合（第２のモード）は白色ＬＥＤ素子７２を点灯させて得られた白色の照明光Ｌ７０を映像表示に用いる。

図７は、図５において赤色ＬＥＤ素子８１を、レーザー発光素子８２に置き換えた構成である。それ以外の構成は実施の形態１と同じであるため、説明を省略する。制御部１１は映像信号と表示モード信号に基づいて、光源駆動部１３を制御して、青緑色ＬＥＤ素子７１、白色ＬＥＤ素子７２およびレーザー発光素子８２の発光量を調整する。つまり、制御部１１は、映像信号と表示モード信号に基づいて、各光源の輝度の割合を調整する。これにより、液晶表示装置１０１の消費電力を低減できる。

＜動作＞
本実施の形態における面光源装置の動作は、実施の形態１と同様である。つまり、スキャン制御が不要な映像、例えば通常の動画表示等においては、制御部１１は、第１のモードにより発光制御を行う。第１のモードでは、制御部１１は、白色ＬＥＤ素子７２を用いずに、青緑色ＬＥＤ素子７１と赤色のレーザー発光素子８２を用いて、発光制御を行う。一方、スキャン制御が必要な映像、例えば３Ｄ映像表示においては、制御部１１は、第２のモードにより発光制御を行う。第２のモードでは、制御部１１は、白色ＬＥＤ素子７２を用いて発光制御を行う。ただし、白色ＬＥＤ素子７２のみの点灯では十分な輝度が得られない場合は、スキャン制御の効果を低減させない程度、例えば３Ｄ映像表示時にはクロストークが発生しない程度の輝度で青緑色ＬＥＤ素子７１と赤色のレーザー発光素子８２を点灯させることで、明るい映像を提供できる。

一般的に空気は暖かくなると上昇する性質がある。例えば、光源となる素子を表示面１ａに対して画面縦方向（ｙ軸方向）に並べて配置した場合、発光素子の点灯により光源自身が発した熱は上昇（＋ｙ軸方向）する。そのため、光源の上部の周辺温度は下部と比べると高くなる。つまり、画面縦方向（ｙ軸方向）に発光素子を並べた場合、発光素子間に温度差が生じる。ＬＥＤやレーザーの様な発光素子は温度によって発光効率が変化する。発光素子間に温度差が生じると、各発光素子の輝度がばらつき、均一な面（線）状光を作り出すことが難しくなる。

特にレーザー発光素子８２は、温度によって出射光量や波長が変化しやすい。このため、レーザー発光素子８２を表示面１ａに対して、画面縦方向に並べた場合、上部に位置するレーザー発光素子８２と下部に位置するレーザー発光素子８２に生じた温度差によって、表示面１ａの明るさや色にむらができる。

そこで、本実施の形態ではレーザー発光素子８２間の温度差をなくすために、表示面１ａに対してレーザー発光素子８２を横方向（ｘ軸方向）に並べる構成としている。これによりレーザー発光素子間の出力のばらつきを抑制でき、均一な面（線）状光を作り出すことが出来る。また、上述のように発光素子の点灯により光源自身が発する熱は、＋ｙ軸方向へ上昇する。本実施の形態ではレーザー発光素子８２は表示面１ａの下部側（−ｙ軸方向）に配置されているため、レーザー発光素子８２は、自身が発した熱による影響を受けにくい。さらに、第１の光源７より発せられた熱も＋ｙ軸方向へ上昇するため、第２の光源８（即ちレーザー発光素子８２）は、第１の光源７の発光による周辺温度上昇の影響を受けにくい。

なお、本実施の形態においては、第１の光源７に備わる青緑色ＬＥＤ素子７１の発する光と、第２の光源８に備わる赤色のレーザー発光素子８２の発する光とを混色することで、白色光を得る構成としたが、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に備わる非白色ＬＥＤ素子と、第２の光源に備わるレーザー発光素子８２は、混色することで白色となる、異なる色の光を発する光源であればよい。つまり、第１の光源７に備わる非白色ＬＥＤ素子と、第２の光源８に備わるレーザー発光素子８２は、補色の関係となる色の光をそれぞれ発すればよい。

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、赤色のレーザー発光素子８２を用いて赤色の色純度を向上させるのが液晶表示装置１０１の色再現範囲向上の観点から好ましい。そのため、第１の光源７に備わる非白色ＬＥＤ素子として、赤色の補色となる青緑色ＬＥＤ素子７１を用いる構成とすることが、液晶表示装置１０１の色再現範囲を向上させるためには効果的である。

以上より、本実施の形態の面光源装置２０１によれば、補色関係にある光源を表示面１ａの側面側と下部側のそれぞれに配置して、これらを混色して白色光を得る構成であっても、表示面１ａ側面側に白色の光源をさらに配置することで、スキャン制御が可能となる。また、第２の光源８に純度の高い色の光を発光できるレーザー発光素子８２を用いることで、液晶表示装置１０１の色再現範囲を大きく広げることが出来る。

＜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、実施の形態１で述べた効果に加えて、第２の光源８に純度の高い色の光を発光できるレーザー発光素子８２を用いることで、液晶表示装置１０１の色再現範囲を大きく広げることが可能である。

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 光反射シート、７ 第１の光源、８ 第２の光源、１１ 制御部、１２ 液晶表示素子駆動部、１３ 光源駆動部、４１ａ 第１の光出射面、４１ｂ，５１ｂ 裏面、４１ｃ 第１の光入射面、５１ａ 第２の光出射面、５１ｃ 第２の光入射面、７１ 青緑色ＬＥＤ素子、７２ 白色ＬＥＤ素子、８１ 赤色ＬＥＤ素子、８２ レーザー発光素子。

Claims (7)

1. 白色ＬＥＤ素子と非白色ＬＥＤ素子とを含む第１の光源と、
   前記第１の光源で得られる白色および非白色と異なる色の発光素子を含む第２の光源と、
   側面に第１の光入射面、主面に第１の光出射面を有する第１の面発光導光板と、
   側面に第２の光入射面、主面に第２の光出射面を有する第２の面発光導光板と、
   を備え、
   前記第１、第２の面発光導光板は、前記第１、第２の光入射面が同一面に来ず、前記第１、第２の光出射面が同方向を向くように、主面を重ねて配置され、
   前記第１の光源は、前記第１の光入射面に対向して配置され、
   前記第２の光源は、前記第２の光入射面に対向して配置され、
   前記第１、第２の光源の発光を制御する制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記白色ＬＥＤ素子を用いず発光制御を行う第１のモードと、前記白色ＬＥＤ素子を用いて発光制御を行う第２のモードとを有する、
   面光源装置。
2. 前記第１の光源における前記非白色ＬＥＤ素子と、前記第２の光源における前記発光素子は、互いに補色の関係にある光をそれぞれ発する、
   請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記第１の光源における前記非白色ＬＥＤ素子と、前記第２の光源における前記発光素子との少なくとも一方は、単色光を発する、
   請求項１または請求項２に記載の面光源装置。
4. 前記第１の光源における前記非白色ＬＥＤ素子と、前記第２の光源における前記発光素子は、青緑色の光と赤色の光をそれぞれ発する、
   請求項１〜３のいずれかに記載の面光源装置。
5. 前記第１の光源における前記非白色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４に記載の面光源装置。
6. 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１〜５のいずれかに記載の面光源装置。
7. 請求項１〜６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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