JP6358895B2 - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、特性の異なる２種類の光源で液晶表示素子の背面を照明することで、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側にバックライト装置（面光源装置）を備えている。

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で、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、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。

一般にバックライト装置の光源として採用される蛍光ランプは、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から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。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。

このような問題の改善策として、近年では波長幅の狭い、すなわち色純度の高い単色のＬＥＤまたはレーザーを光源として備える液晶表示装置が提案されている。特にレーザーは、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し、また消費電力の低い液晶表示装置を可能にする。

近年ではＬＥＤの発光効率も向上してきたため、液晶表示素子用のバックライト装置などにおいて、３原色である赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の光をそれぞれ発する３種類のＬＥＤを用い、これら３種類のＬＥＤの発したＲＧＢの光を混色することによって白色光を得る手法も用いられるようになってきている。

さらに、光源からの光の利用効率を向上させるため、液晶表示素子に対して背面から光を直接供給する直下型のバックライト装置が用いられるようになってきている。

このようなバックライト装置を備える液晶表示装置において、構造部の工夫による簡易的な構造とし、かつ、輝度むらおよび色むらの少ない高品質な面光源装置を提供することのできる技術開発が望まれている。

例えば、特許文献１には、液晶表示装置において、発光ダイオードチップ、またはその周囲を覆うレンズに、レンズ中心軸に沿って進む光を調整する発光ダイオード装置を取り付けることで、輝度むらおよび色むらを改善する技術が開示されている。

特開２００６−２８６９０６号公報

特許文献１に記載の発光ダイオード装置は、ＬＥＤの発散角に対して設計されたものである。発光ダイオード装置はレンズ中心軸に沿って進む光、つまり、直接、表示面方向へ進む光の方向を調整することで、赤、緑および青のＬＥＤ光を混色してむらのない白色光を得ることができる。

しかしながら、発散角の大きく異なる光源が混在した液晶表示装置に対しては、同一の発光ダイオード装置では、光源が有する配光分布の違いから、発光ダイオード装置を出た後の光の進み方が異なり、光源毎に表示面を照明する光の分布に違いが発生する。特に異なる色の表示面における分布差は色むらとなって視認される。

レーザーは、波長帯域幅の狭い光を発する光源である。レーザーを使用することで色再現性を向上させることが可能である。しかしながら、レーザーは非常に発散角の狭い光源であり、ＬＥＤと同一の手法で、レンズおよび上述の発光ダイオード装置によって、発散角の広くなったＬＥＤ光と同等の広がりを持たせることは難しい。表示面においてレーザー光の分布とＬＥＤ光の分布が異なると、輝度むらおよび色むらとなる。

つまり、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源と発光特性が異なるレーザー光源とを同時に面発光装置に使用しようとした場合、光源からの光の広がり方を整合させる必要があり、同一の構造で均一な面光源を作り出すことは困難である。また、２種類の光源に対し、それぞれで面光源を作成するための構造を持たせると構造が複雑になり、製造コストの増加につながる。

そこで、本発明は、発光特性が異なる２種類の光源を同時に使用する際、簡単な構造で、高品質な画像を表示す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。

本発明に係る面光源装置は、第１の光を発する第１の光源と、第１の光入射面を有し、かつ、前記第１の光を前記第１の光入射面から入射して第１の線状の光に変換する第１の導光棒と、前記第１の光よりも大きな発散角を有する第２の光を発する第２の光源と、第２の光入射面を有し、かつ、前記第２の光を前記第２の光入射面から入射して、前記第１の線状の光と同一方向に延びる第２の線状の光に変換する第２の導光棒と、前記第１の導光棒および前記第２の導光棒の出射側に配置され、かつ、前記第１の線状の光および前記第２の線状の光を反射する反射バーと、前記第１の導光棒、前記第２の光源、前記第２の導光棒および前記反射バーを収容可能に箱形状に形成され、かつ、前記出射側が開口する開口部と、前記箱形状の内側に前記第１の線状の光および前記第２の線状の光を反射する反射面とを有する反射部とを備え、前記第１の光入射面は、前記第１の導光棒の長手方向の端面であり、前記第１の光源は、前記第１の光入射面と対向する位置に配置され、前記第２の光入射面は、前記第２の導光棒の長手方向に沿って形成され、かつ、前記出射側とは反対側に形成される面であり、前記第２の光源は、前記第２の光入射面と対向する位置に配置され、前記第１の線状の光および前記第２の線状の光は、前記反射バーおよび前記反射面で反射され、前記開口部から出射され、前記第１の導光棒は、前記第２の導光棒よりも前記開口部側に配置され、前記反射バーは、前記第１の導光棒よりも前記開口部側の前記第１の導光棒に近接する位置に配置されるものである。

本発明に係る液晶表示装置は、面光源装置と、前記面光源装置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とを備えるものである。

本発明によれば、第１の光源から発せられる第１の光は、第１の導光棒によって第１の線状の光に変換され、第２の光源から発せられる第２の光は、第２の導光棒によって第１の線状の光と同一方向に延びる第２の線状の光に変換される。第１の線状の光と第２の線状の光は、反射バーで反射されることで広がるため、均一な面状分布の照明光を得ることが可能となる。また、第１の線状の光と第２の線状の光は、反射バーによって反射され、反射部内で混色されながら広がるため、第１の光と第２の光の強度分布の差から生じる色むらを抑制できる。

このように、発光特性が異なる２種類の光源を同時に使用する際、第１の光源および第２の光源からの光を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。第１の導光棒は、第２の導光棒よりも開口部側に配置され、反射バーは、第１の導光棒よりも開口部側の第１の導光棒に近接する位置に配置されるため、第１の導光棒および第２の導光棒から出射した線状の光は、反射バーによって反射部の内側の反射面に向けて反射される。これにより、第１の導光棒および第２の導光棒から出射した線状の光が重なり合って、液晶パネルの背面を照明する面状の光に変換することができる。

実施の形態に係る液晶表示装置の構成の一例を概略的に示す構成図である。 面光源装置の構成の一例を概略的に示す構成図である。 液晶表示装置の構成の一例を概略的に示す構成図である。 ＬＥＤ導光棒の構造を概略的に示す模式図である。 液晶表示装置のブロック図である。 面光源装置の構成の他の例を概略的に示す構成図である。 面光源装置の構成のさらに他の例を概略的に示す構成図である。 液晶表示装置の構成の他の例を概略的に示す構成図である。

＜実施の形態＞
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態に係る液晶表示装置１００の構成の一例を概略的に示す構成図であり、図２は、面光源装置２００の構成の一例を概略的に示す構成図であり、図３は、液晶表示装置１００の構成の一例を概略的に示す構成図である。

図１に示すように、液晶表示装置１００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、光学シート３と、面光源装置２００とを備えている。また、図１には図示していないが、液晶表示装置１００は、図５に示すように、制御部３１と、液晶パネル駆動部３２と、ＬＥＤ光源駆動部３３ａと、レーザー光源駆動部３３ｂとをさらに備えている。なお、制御部３１、液晶パネル駆動部３２、ＬＥＤ光源駆動部３３ａおよびレーザー光源駆動部３３ｂの詳細については後述する。

面光源装置２００は、液晶パネル１の背面１ｂ側に配置され、面光源装置２００と液晶パネル１との間に配置される光学シート３および光学シート２を通して液晶パネル１の背面１ｂに光を照明する装置である。液晶パネル１は、背面１ｂに面光源装置２００から出射される光が照明されることで画像を表示する。

面光源装置２００は、薄板状の拡散板４と、反射バー６と、レーザー導光棒７（第１の導光棒）と、ＬＥＤ導光棒８（第２の導光棒）と、レーザー光源９（第１の光源）と、ＬＥＤ光源１０（第２の光源）と、光反射部５（反射部）とを備えている。

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１ａ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１ａの短辺方向をｙ軸方向（図１の紙面に垂直な方向）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。

また、図１において、光反射部５の側部５３からその対面側の側部５２に向かう方向（紙面の左から右へ向かう方向）をｘ軸の正方向（＋ｘ軸方向）とする。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、紙面の手前から奥へ向かう方向をｙ軸の正方向（＋ｙ軸方向）とする。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４から液晶パネル１に向かう方向（紙面の下から上へ向かう方向）をｚ軸の正方向（＋ｚ軸方向）とする。その反対方向をｚ軸の負方向（−ｚ軸方向）とする。

図１に示すように、液晶表示装置１００において、ｚ軸の正方向から負方向へ順に、液晶パネル１、光学シート２、光学シート３および面光源装置２００が配置されている。光学シート２は、照明光Ｌ３００の細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する機能を有している。光学シート３は、透過する照明光Ｌ３００を液晶パネル１の背面１ｂの方向へ向ける機能を有している。

液晶パネル１は、表示面１ａ、背面１ｂおよび液晶層（図示省略）を備えている。表示面１ａは液晶パネル１の＋ｚ軸側の端面に設けられ、背面１ｂは液晶パネル１の−ｚ軸側の端面に設けられ、液晶層は液晶パネル１において表示面１ａと背面１ｂとの間に設けられている。

液晶パネル１の表示面１ａ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１ａは、通常、矩形であり、表示面１ａ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、直交する。なお、本実施の形態では、液晶パネル１の表示面１ａは矩形として説明するが、液晶パネル１の表示面１ａ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。

図１と図３に示すように、光反射部５は、レーザー導光棒７、ＬＥＤ光源１０、ＬＥＤ導光棒８および反射バー６を収容可能に箱形状に形成されている。具体的には、光反射部５は、ｘ−ｙ平面に平行な背部５１と、４つの側部５２，５３，５４，５５と、開口部５６とを備えている。ここで、図３は、図１の液晶表示装置１００を＋ｘ軸方向側からみた概略図である。

側部５２は背部５１の＋ｘ軸方向の端部に配置され、側部５３は背部５１の−ｘ軸方向の端部に配置される。側部５４は背部５１の＋ｙ軸方向の端部に配置され、側部５５は背部５１の−ｙ軸方向の端部に配置される。背部５１の主面（内側および外側の面）は、液晶パネル１の表示面１ａよりも小さい平面である。そのため、４つの側部５２，５３，５４，５５は、背部５１の方へ行く程内方に傾斜している。開口部５６は、背部５１の法線方向であり、かつ、光反射部５の出射側が開口するように設けられている。

光反射部５の内側の面は反射面５７であり、反射面５７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、光反射部５の内側の面とは、光反射部５の箱形状の内側の面である。つまり、反射面５７は、背部５１の＋ｚ軸方向の面と、側部５２の−ｘ軸方向の面と、側部５３の＋ｘ軸方向の面と、側部５４の−ｙ軸方向の面と、側部５５の＋ｙ軸方向の面である。この反射面５７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光反射部５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、光反射部５の内側の面全体に金属を蒸着することで反射面５７を構成してもよい。

光反射部５の＋ｚ軸方向側には拡散板４が配置されている。拡散板４は、開口部５６の＋Ｚ軸方向に配置されている。拡散板４は、開口部５６を覆うように配置されている。光反射部５および拡散板４は、反射面（反射面５７）と拡散面（拡散板４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。

レーザー導光棒７は、この中空の箱形状内をｘ軸方向に貫いて配置されている。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。ＬＥＤ導光棒８は、中空の箱形状内において、レーザー導光棒７よりも−ｚ軸方向側に配置されている。ＬＥＤ光源１０は、背部５１の＋ｚ軸方向の面上に配置されている。また、反射バー６は、中空の箱形状内において、レーザー導光棒７よりも＋ｚ軸方向側に配置されている。すなわち、面光源装置２００は、光反射部５および拡散板４からなる中空の箱形状内に、ｚ軸の正方向から負方向へ順に、反射バー６、レーザー導光棒７、ＬＥＤ導光棒８およびＬＥＤ光源１０を有する構成である。

図１から図３に示すように、ＬＥＤ光源１０、ＬＥＤ導光棒８、レーザー導光棒７および反射バー６はｚ軸方向に配置されている。さらに、ｚ軸方向に配置されたＬＥＤ光源１０、ＬＥＤ導光棒８、レーザー導光棒７および反射バー６は、ｙ軸方向に複数配置されている。

レーザー導光棒７は、側部５２，５３を貫いて配置されている。すなわち、レーザー導光棒７は、端部が外部に突出した状態で光反射部５に保持されている。具体的には、側部５２，５３にレーザー導光棒７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５２，５３におけるレーザー導光棒７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。レーザー導光棒７は、側部５２と側部５３とに設けられた穴に挿通されて光反射部５に取り付けられている。レーザー導光棒７の光入射面７１は、側部５２よりも＋ｘ軸方向側に配置されている。また、光入射面７２は、側部５３よりも−ｘ軸方向側に配置されている。すなわち、光入射面７１，７２は、光反射部５の外側に配置されている。

レーザー光源９は、側部５２よりも＋ｘ軸方向および側部５３よりも−ｘ軸方向であり、かつ、光入射面７１，７２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９は、光反射部５の外部に配置されている。レーザー光源９は、発光部（図示省略）を備えている。側部５２の＋ｘ軸方向のレーザー光源９は、−ｘ軸方向に発光部を向けた状態で配置されている。つまり、レーザー光源９は、−ｘ軸方向にレーザー光を出射する。

また、側部５３の−ｘ軸方向のレーザー光源９は、＋ｘ軸方向に発光部を向けた状態で配置されている。つまり、レーザー光源９は、＋ｘ軸方向にレーザー光を出射する。レーザー光源９は、側部５２の＋ｘ軸側および側部５３の−ｘ軸側に配置され、かつ、ｙ軸方向にそれぞれ一列に配置されている。レーザー光源９は、面光源装置２００の後方端に配置されている。つまり、レーザー光源９は、液晶表示装置１００の後方端に配置されている。

近年、多くの液晶表示装置の光源として白色ＬＥＤ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。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。このため、白色ＬＥＤは、液晶表示装置のバックライトユニットの光源として広く採用されている。

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で、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を引き起こす。さらには、液晶表示装置の消費電力の増大を引き起こす。

また、一般に、人間は赤色の色差に対する感度が高い。このため、人間の視覚には、赤色における波長帯域幅の差が、他の色の波長帯域幅の差よりも顕著な差として感じられる。ここで、「波長帯域幅の差」とは、色純度の差をいう。従来の液晶表示装置で光源として使用される白色ＬＥＤは、特に６００ｎｍから７００ｎｍまでの帯域の赤色のスペクトルのエネルギー量が少ない。つまり、純赤として好ましい６３０ｎｍから６４０ｎｍまでの波長領域の色純度を高めるために、波長帯域幅の狭いカラーフィルタを用いると、透過光量が減少して光の利用効率が低下して輝度が低下する。

これに対し、レーザー発光素子は、白色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で、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。

本実施の形態における液晶表示装置１００および面光源装置２００は、光の３原色の中でも特に、赤色の光を単色性の高いレーザー光源９で発光させる。これにより、他の色の光をレーザー光源で発光させる場合よりも、消費電力の低下及び色純度の向上に著しい効果を奏する。ここで、レーザー光源９は、レーザー発光素子によって構成されている。

ＬＥＤ光源１０は、より具体的には、青色の光を発する単色ＬＥＤ素子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光する緑色蛍光体を充填した青緑色ＬＥＤ素子を採用した光源である。青緑色のＬＥＤ光源は、ディスプレイに適用可能な簡易で小型なものにおいて、緑色の光を発する単色ＬＥＤ光源、または緑色の光を発するレーザー光源よりも消費電力が小さく高い出力を有する。

このため、青色ＬＥＤ素子と緑色蛍光体とを有するＬＥＤ光源１０と、赤色のレーザー光を発するレーザー光源９とを組み合わせることで、従来よりも広い色再現範囲と低消費電力性とを兼ね備えた液晶表示装置を実現することができる。なお、ＬＥＤ光源１０は、例えば青色の光を発する青色ＬＥＤ素子と緑色ＬＥＤ素子とを備えるものであってもよい。ただし、このＬＥＤ素子（青色ＬＥＤ素子および緑色ＬＥＤ素子）をＬＥＤ光源１０に採用した場合には、青緑色ＬＥＤ素子（青色ＬＥＤ素子および緑色蛍光体）をＬＥＤ光源１０に採用した場合に比べて省電力効果では劣る。

また、従来の白色ＬＥＤを光源に用いた液晶表示装置において、白色ＬＥＤから発せられる赤色の光の波長帯域幅は、レーザー発光素子による赤色の光の波長帯域幅よりも広い。このため、従来の液晶表示装置では、赤色の光の一部が、緑色のフィルタを透過することで、緑色の色純度も低下させていた。緑色のフィルタを透過する光のスペクトルは赤色の光のスペクトルに隣接する。本実施の形態における液晶表示装置１００および面光源装置２００では、赤色のレーザー光源９を用いることで赤色の色純度が増す。また、赤色のレーザー光源９を用いることで緑色フィルタを透過する赤色の光量が低減されるため、緑色の色純度が向上する。

上記のように、ＬＥＤ光源１０を青緑色の光を発するＬＥＤ光源として説明し、レーザー光源９を赤色の光を発するレーザー光源として説明した。しかし、本発明の構成はこれに限るものではない。例えば、ＬＥＤ光源１０を緑色の光を発するＬＥＤ素子によって構成し、レーザー光源９を赤色の光を発するレーザー発光素子と青色の光を発するレーザー発光素子とによって構成することもできる。また、例えば、ＬＥＤ光源１０を赤色の光を発するＬＥＤ素子と緑色の光を発するＬＥＤ素子とによって構成し、レーザー光源９を青色の光を発するレーザー発光素子によって構成することもできる。

なお、レーザー光源９に赤色のレーザー発光素子を採用する場合には、青色のレーザー発光素子を採用する場合に比べて、消費電力の低下および色純度の向上において、従来の液晶表示装置との顕著な差を示すことができる。

次に、レーザー導光棒７について説明する。図２と図３に示すように、レーザー導光棒７は、ｘ軸方向を向くように配置され、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。各々のレーザー導光棒７において長手方向の両端面は、光入射面７１，７２（第１の光入射面）であり、レーザー光源９（より具体的には、レーザー光源９の発光部）は、光入射面７１，７２に対向する位置にそれぞれ配置されている。レーザー光源９からレーザー導光棒７の光入射面７１，７２に向かって出射されたレーザー光Ｌ９０（第１の光）は、光入射面７１，７２からレーザー導光棒７の内部に入射する。

レーザー光Ｌ９０は、レーザー導光棒７と空気層との界面で全反射しながら、入射した光入射面とは反対側の光入射面の方向へ伝播する。つまり、図１において、レーザー導光棒７の−ｘ軸側の光入射面７２から入射したレーザー光Ｌ９０は、レーザー導光棒７の内部を＋ｘ軸方向へ向かう。また、レーザー導光棒７の＋ｘ軸側の光入射面７１から入射したレーザー光Ｌ９０は、レーザー導光棒７の内部を−ｘ軸方向へ向かう。

レーザー導光棒７は、例えば、透明材料とその透明材料よりも屈折率の高い物質（拡散材）によって構成されている。また、レーザー導光棒７は、例えば、直径３ｍｍ程度の円柱状の棒状の部材である。レーザー光Ｌ９０は、レーザー導光棒７と空気層との界面で全反射しながら、レーザー導光棒７の内部を伝搬する。しかし、レーザー光Ｌ９０が拡散材に入射すると、レーザー光Ｌ９０は拡散材によって拡散反射され進行方向を変える。レーザー光Ｌ９０の進行方向が変化すると、レーザー光Ｌ９０の中には、レーザー導光棒７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Ｌ９０は、レーザー導光棒７から様々な方向へ出射する。

レーザー導光棒７は、レーザー導光棒７から出射したレーザー光Ｌ９０のｘ軸方向の強度分布が均一な線状の光となるように透明材料に含まれる拡散材の濃度が調整されている。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。レーザー光Ｌ９０は、レーザー導光棒７によってｘ軸方向に伸びる線状の光（第１の線状の光）に変換される。

レーザー導光棒７の光入射面７２から＋ｚ軸方向へ出射したレーザー光Ｌ９０は、反射バー６によって反射され−ｚ軸方向へ進行方向が変えられる。−ｚ軸方向へ進行したレーザー光Ｌ９０は光反射部５の背部５１に達し、反射面５７で拡散反射することで、ｙ軸方向へ広がる。ｙ軸方向へ広がることによって、隣接するレーザー導光棒７から出射された光と空間的に重なり合う。また、反射バー６に達しない方向へ出射されたレーザー光Ｌ９０は、光反射部５の内部に広がりながら背部５１および側部５２，５３，５４，５５に達すると、反射面５７で拡散反射され広がる。

上記のように、レーザー光Ｌ９０は、レーザー導光棒７によってレーザー導光棒７の長手方向（ｘ軸方向）に延びる線状の光となる。その後、線状の光は、反射バー６によってレーザー導光棒７の並び方向（ｙ軸方向）に広がり、隣接するレーザー導光棒７から出射された光と重なり合うことで、液晶パネル１の背面を照明する面状の光となる。

次に、図１と図３と図４を用いて、ＬＥＤ導光棒８について説明する。図４は、ＬＥＤ導光棒８の構造を概略的に示す模式図である。ＬＥＤ導光棒８は、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明材料と、透明材料よりも屈折率の高い物質（拡散材）によって構成されている。また、ＬＥＤ導光棒８は、例えば、５ｍｍ角程度の角柱状の棒に光入射面８１（第２の光入射面）、反射面８２、微小構造８３および出射面８４を備えた形状である。

ＬＥＤ導光棒８は、レーザー導光棒７よりも−ｚ軸方向に近接した位置に配置されている。より具体的には、ＬＥＤ導光棒８は、ｘ軸方向を向くように配置され、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。また、各レーザー導光棒７に対して、ｘ軸方向に３つのＬＥＤ導光棒８がそれぞれ所定の間隔をあけて配置されている。

光入射面８１は、各々のＬＥＤ導光棒８の幅方向（ｙ軸方向）に沿って形成され、かつ、光反射部５の出射側とは反対側に形成される面である。より具体的には、光入射面８１は、ＬＥＤ導光棒８の−ｚ軸方向側の面に設けられている。これと同様に、微小構造８３も、ＬＥＤ導光棒８の−ｚ軸方向側の面に設けられている。また、反射面８２および出射面８４は、ＬＥＤ導光棒８の＋ｚ軸方向側の面に設けられている。

ＬＥＤ光源１０は、ＬＥＤ導光棒８よりも−ｚ軸方向であり、かつ、光反射部５の背部５１上に配置されている。ＬＥＤ光源１０（より具体的には、ＬＥＤ光源１０の発光部）は、ＬＥＤ導光棒８の光入射面８１の−ｚ軸方向に近接した位置に配置されている。ＬＥＤ導光棒８の光入射面８１から入射したＬＥＤ光Ｌ１００は、＋ｚ軸方向に伝搬し、反射面８２にて＋ｘ軸方向と−ｘ軸方向に伝搬する光に分かれる。

ＬＥＤ光Ｌ１００は、ＬＥＤ導光棒８と空気層との界面で全反射しながら＋ｘ軸方向または−ｘ軸方向へ伝播する。＋ｘ軸方向または−ｘ軸方向へ進む光のうち、微小構造８３に入射した光は進行方向を変える。ＬＥＤ光Ｌ１００の進行方向が変化すると、ＬＥＤ光の中には、ＬＥＤ導光棒８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ＬＥＤ光Ｌ１００（＋ｚ軸方向に進む光）は、ＬＥＤ導光棒８の出射面８４から＋ｚ軸方向へ出射される。

ＬＥＤ導光棒８の光入射面８１および反射面８２は、ＬＥＤ光Ｌ１００をＬＥＤ導光棒８の内部で＋ｘ軸方向と−ｘ軸方向に伝搬する光に分けるための構造を有している。また、出射面８４から出射する光がｘ軸方向の強度分布が均一な線状の光となるように、微小構造８３の形状、配置位置および配置密度が決められる。例えば、光入射面８１、反射面８２および微小構造８３の形状は、ｙ軸方向に延びるプリズム構造である。ＬＥＤ光Ｌ１００は、ＬＥＤ導光棒８によってｘ軸方向に延びる線状の光（第２の線状の光）に変換される。なお、光入射面８１、反射面８２および微小構造８３の形状はプリズム構造に限るものではなく、上述した機能を果たすことが可能な形状であればよい。

ＬＥＤ導光棒８の出射面８４から＋ｚ軸方向へ出射されたＬＥＤ光Ｌ１００は、図３に示すように反射バー６によって反射され−ｚ軸方向へ進行方向が変えられる。−ｚ軸方向へ進行したＬＥＤ光Ｌ１００は、光反射部５の背部５１に達し、背部５１で拡散反射することで、ｙ軸方向へ広がる。ｙ軸方向へ広がることによって、隣接するレーザー導光棒７から出射された光と空間的に重なり合うことが可能となる。

ＬＥＤ光Ｌ１００は、レーザー導光棒７によってＬＥＤ導光棒８の長手方向（ｘ軸方向）に延びる線状の光となる。その後、反射バー６によってＬＥＤ導光棒８の並び方向（ｙ軸方向）に広がり、隣接するＬＥＤ導光棒８から出射された光と重なり合って、液晶パネル１の背面を照明する面状の光となる。このように、レーザー光Ｌ９０を変換した線状の光と、ＬＥＤ光Ｌ１００を変換した線状の光は、反射バー６および光反射部５の反射面５７で反射され、開口部５６から出射される。

上記のように、反射バー６は、レーザー導光棒７およびＬＥＤ導光棒８によってｘ軸方向に延びる線状の光となったレーザー光Ｌ９０およびＬＥＤ光Ｌ１００をｙ軸方向に広げる役割を有している。さらに、反射バー６は、レーザー導光棒７の近接する位置であり、かつ、レーザー導光棒７の真正面に配置され、レーザー光Ｌ９０とＬＥＤ光Ｌ１００は同一の反射バー６によって反射される。近接した位置に反射バー６を配置することで、レーザー導光棒７およびＬＥＤ導光棒８から出射し、各々の光源のもつ発散角によって広がる前に赤色のレーザー光Ｌ９０と青緑色のＬＥＤ光Ｌ１００を混色して白色にすることができる。

また、反射バー６をレーザー導光棒７に近接して配置することで、反射バー６のｙ軸方向の幅を最小限にすることができる。反射バー６の幅（ｙ軸方向の幅）は、レーザー導光棒７またはＬＥＤ導光棒８の各々のｙ軸方向の配置間隔と、背部５１から開口部５６までの距離に基づいて、液晶パネル１の表示面１ａにおいて、レーザー光Ｌ９０とＬＥＤ光Ｌ１００が同一の強度分布となるように設計されている。なお、反射バー６は、光反射シートまたはミラーのような反射率の高い部材であることが望ましい。

次に、図５を用いて、液晶表示装置１００の制御系について説明する。図５は、液晶表示装置１００のブロック図である。ＬＥＤ光源１０の発光量とレーザー光源９の発光量とを個別に制御することで、消費電力を低減することが可能である。液晶パネル駆動部３２は、液晶パネル１を駆動する。ＬＥＤ光源駆動部３３ａは、ＬＥＤ光源１０を駆動する。レーザー光源駆動部３３ｂは、レーザー光源９を駆動する。制御部３１は、液晶パネル駆動部３２、ＬＥＤ光源駆動部３３ａおよびレーザー光源駆動部３３ｂを制御する。

例えば、制御部３１は、ＬＥＤ光源駆動部３３ａおよびレーザー光源駆動部３３ｂを個別に制御して、ＬＥＤ光源１０から出射する青緑色の光の光量と、レーザー光源９から出射する赤色の光の光量との割合を調整することが可能である。制御部３１に入力される映像信号によって、必要となる各色の光強度の割合は異なる。映像信号に対応して各光源の発光量を調整することで、低消費電力化を実現することが可能である。

ＬＥＤ素子とレーザー発光素子とは異なる特性をもつ光源である。特に、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。換言すると、レーザー光は、ＬＥＤ光に比べて発散角が小さく、直進性が強い。このため、レーザー光Ｌ９０は、レーザー導光棒７に入射する際に少ない損失でレーザー導光棒７に入射することができる。本実施の形態では、光反射部５の外側にレーザー光源９およびレーザー導光棒７の光入射面７１，７２が配置されているが、発散角の小さいレーザー光は、少ない損失でレーザー導光棒７内に入射できるため、多くの光を表示に用いることができる。

また、ＬＥＤ素子とレーザー発光素子は、熱（温度）に対する発光効率が異なる。特にレーザー発光素子は、温度に応じて出射光量および波長が変化しやすい。このため、例えば、一般的な直下型液晶表示装置のように表示面の背面側にＬＥＤ素子とレーザー発光素子を同様に並べて配置した場合、ＬＥＤ素子から発せられる熱を分離することが難しく、ＬＥＤ素子が発した熱がレーザー発光素子の発光に影響を与えてしまう。したがって、レーザー発光素子の近くには熱源を配置しないことが望ましい。本実施の形態において、ＬＥＤ光源１０は光反射部５の背部５１の内側に配置され、レーザー光源９は光反射部５の側部５２，５３の外側に配置されている。このようにＬＥＤ光源１０とレーザー光源９とを離間して配置することで、互いの熱の影響を受けにくい構造となっている。

レーザー光源９としては、例えば、半導体レーザーが採用される。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発散角が小さい遅軸方向とを有している。遅軸方向は、速軸方向と直交する方向である。本実施の形態のレーザー光源９の配列においては、速軸方向がレーザー発光素子の配列方向（ｙ軸方向）と平行となる。また、遅軸方向が液晶表示装置１００の厚み方向（ｚ軸方向）と平行となる。

速軸方向がレーザー発光素子の配列方向（ｙ軸方向）と平行となるように、レーザー光源９を配置することで、レーザー導光棒７から出射したレーザー光Ｌ９０は、ｙ軸方向に一層大きく広がる。このため、当該レーザー導光棒７から出射したレーザー光Ｌ９０は、隣接するレーザー導光棒７から出射したレーザー光Ｌ９０と光反射部５の内部で混ざり合い易い。また、速軸方向がレーザー発光素子の配列方向（ｙ軸方向）と平行となるように、レーザー光源９を配置することで、光反射部５の厚み（ｚ軸方向）を薄くすることもできる。ただし、レーザー発光素子の配置方向はこれに限定されるものではない。

また、レーザー導光棒７は、直径３ｍｍ程度の円柱状の棒状の部材であるとした。しかし、これに限るものではない。例えば、端面が四角の角柱状の部材でもよい。また、端面が長方形または楕円形の棒状の部材でもよい。ただし、端面が長方形または楕円形の場合、長方形の長辺および楕円の長軸がレーザー発光素子の速軸方向と平行に配置されることが望ましい。

また、光反射部５はｘ−ｙ平面に平行な背部５１に対して、側部５２，５３，５４，５５はｘ−ｙ平面に対して傾斜する構成とした。このように構成することで、傾斜した側部５２，５３，５４，５５に入射したレーザー光Ｌ９０およびＬＥＤ光Ｌ１００は＋ｚ軸方向へ反射するため、液晶パネル１の表示面１ａ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５２，５３を設けることで、図１のようにレーザー光源９を拡散板４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。

ここで、レーザー光源９を拡散板４の背面側に配置するとは、レーザー光源９が拡散板４のｘ軸方向の端面の外側に突出しないということである。または、レーザー光源９が拡散板４のｘ軸方向の端面の外側に一部のみ突出するということである。

また、レーザー光源９は、レーザー導光棒７において−ｘ軸方向の端面と＋ｘ軸方向の端面に対向するように配置された。しかし、これに限るものでない。例えば、図６のようにレーザー導光棒７の一方の端面（図６では−ｘ軸方向の端面）を光入射面７２とし、他方の端面（図６では＋ｘ軸方向の端面）を反射面７５としてもよい。図６は、面光源装置２００の構成の他の例を概略的に示す構成図である。反射面７５は、ミラーまたは反射シートなど反射率の高い部材で構成されている。この場合、光入射面７２から入射したレーザー光がレーザー導光棒７内を伝播し、反射面７５にて反射され、均一な強度の線状の光となるようにレーザー導光棒７内の拡散剤の濃度を調整する必要がある。

また、レーザー導光棒７は、図７に示すように、光入射面７２を−ｘ軸方向と＋ｘ軸方向で交互に配置してもよい。図７は、面光源装置２００の構成のさらに他の例を概略的に示す構成図である。より具体的には、ｙ軸の正方向から負方向へ順に、レーザー導光棒７の一方の端面（図７では−ｘ軸方向の端面）を反射面７５、光入射面７２、反射面７５とし、他方の端面（図７では＋ｘ軸方向の端面）を光入射面７２、反射面７５、光入射面７２としてもよい。

また、各ＬＥＤ導光棒８は、光入射面８１を１か所のみ設ける構成とした。しかし、これに限るものでない。例えば、図８のＬＥＤ導光棒８５のように、光入射面８１を複数か所に設けてもよい。図８は、液晶表示装置１００の構成の他の例を概略的に示す構成図である。

本実施の形態では、ＬＥＤ光源７を青緑色の光を発するＬＥＤ素子によって構成されるＬＥＤ光源として説明し、レーザー光源９を赤色の光を発するレーザー発光素子によって構成されるレーザー光源として説明した。しかし、本発明の構成はこれに限るものではない。例えば、ＬＥＤ光源７を緑色の光を発するＬＥＤ素子によって構成し、かつ、レーザー光源９を赤色の光を発するレーザー発光素子と青色の光を発するレーザー発光素子とによって構成することも可能である。また、例えば、ＬＥＤ光源７を赤色の光を発するＬＥＤ素子と緑色の光を発するＬＥＤ素子とによって構成し、レーザー光源９を青色の光を発するレーザー発光素子によって構成することも可能である。

なお、レーザー光源９として赤色のレーザー発光素子を採用する場合には、青色のレーザー発光素子を採用する場合に比べて、消費電力の低下および色純度の向上において、従来の液晶表示装置との顕著な差を示すことができる。

以上のように、実施の形態に係る面光源装置２００では、レーザー光源９から発せられるレーザー光Ｌ９０は、レーザー導光棒７によって線状の光に変換され、ＬＥＤ光源７から発せられるＬＥＤ光Ｌ１００は、ＬＥＤ導光棒８によって、レーザー光Ｌ９０を変換して得られる線状の光と同一方向に延びる線状の光に変換される。レーザー光Ｌ９０を変換して得られる線状の光と、ＬＥＤ光Ｌ１００を変換して得られる線状の光は、反射バー６で反射されることで広がるため、均一な面状分布の照明光を得ることが可能となる。また、レーザー光Ｌ９０を変換して得られる線状の光と、ＬＥＤ光Ｌ１００を変換して得られる線状の光は、反射バー６によって反射され、光反射部５の内部で混色されながら広がるため、レーザー光Ｌ９０とＬＥＤ光Ｌ１００の強度分布の差から生じる色むらを抑制できる。

このように、発光特性が異なる２種類の光源を同時に使用する際、レーザー光源９およびＬＥＤ光源７からの光を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。

液晶表示装置１００は、面光源装置２００と、面光源装置２００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とを備えるため、発光特性が異なる２種類の光源を同時に採用する際、レーザー光源９およびＬＥＤ光源７からの光を無駄なく導光することができる。これにより、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、第１の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、第１の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。

さらに、第２の光源としてＬＥＤ光源が採用される。青緑色ＬＥＤ光源を採用した場合、緑色の光を発する単色ＬＥＤ光源または緑色の光を発するレーザー光源よりも消費電力が小さく高い出力が得られる。

レーザー導光棒７は、端部が外部に突出した状態で光反射部５に保持され、レーザー光源９および光入射面７１，７２は、光反射部５の外側に配置され、ＬＥＤ光源７およびＬＥＤ導光棒８は、光反射部５の内側に配置される。このようにＬＥＤ光源１０とレーザー光源９とを離間して配置することで、互いの熱の影響を受けにくい構造となる。

レーザー導光棒７は、透明材料と透明材料よりも屈折率の高い拡散材とを用いて構成され、かつ、入射したレーザー光Ｌ９０を拡散反射して出射するため、入射したレーザー光Ｌ９０はレーザー導光棒７の長手方向（ｘ軸方向）に広がり、レーザー光Ｌ９０をｘ軸方向に延びる線状の光に変換することができる。

レーザー導光棒７は、ＬＥＤ導光棒８よりも開口部５６側に配置され、反射バー６は、レーザー導光棒７よりも開口部５６側に配置されるため、レーザー導光棒７およびＬＥＤ導光棒８から出射した線状の光は、反射バー６によって光反射部５の内側の反射面５７に向けて反射される。これにより、レーザー導光棒７およびＬＥＤ導光棒８から出射した線状の光が重なり合って、液晶パネル１の背面１ｂを照明する面状の光に変換することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、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、５ 光反射部、６ 反射バー、７ レーザー導光棒、８ ＬＥＤ導光棒、９ レーザー光源、１０ ＬＥＤ光源、５６ 開口部、５７ 反射面、７１ 光入射面、７２ 光入射面、８１ 光入射面、１００ 液晶表示装置、２００ 面光源装置。

Claims (6)

1. 第１の光を発する第１の光源と、
   第１の光入射面を有し、かつ、前記第１の光を前記第１の光入射面から入射して第１の線状の光に変換する第１の導光棒と、
   前記第１の光よりも大きな発散角を有する第２の光を発する第２の光源と、
   第２の光入射面を有し、かつ、前記第２の光を前記第２の光入射面から入射して、前記第１の線状の光と同一方向に延びる第２の線状の光に変換する第２の導光棒と、
   前記第１の導光棒および前記第２の導光棒の出射側に配置され、かつ、前記第１の線状の光および前記第２の線状の光を反射する反射バーと、
   前記第１の導光棒、前記第２の光源、前記第２の導光棒および前記反射バーを収容可能に箱形状に形成され、かつ、前記出射側が開口する開口部と、前記箱形状の内側に前記第１の線状の光および前記第２の線状の光を反射する反射面とを有する反射部と、
   を備え、
   前記第１の光入射面は、前記第１の導光棒の長手方向の端面であり、
   前記第１の光源は、前記第１の光入射面と対向する位置に配置され、
   前記第２の光入射面は、前記第２の導光棒の長手方向に沿って形成され、かつ、前記出射側とは反対側に形成される面であり、
   前記第２の光源は、前記第２の光入射面と対向する位置に配置され、
   前記第１の線状の光および前記第２の線状の光は、前記反射バーおよび前記反射面で反射され、前記開口部から出射され、
   前記第１の導光棒は、前記第２の導光棒よりも前記開口部側に配置され、
   前記反射バーは、前記第１の導光棒よりも前記開口部側の前記第１の導光棒に近接する位置に配置される、面光源装置。
2. 前記第１の導光棒は、端部が外部に突出した状態で前記反射部に保持され、
   前記第１の光源および前記第１の光入射面は、前記反射部の外側に配置され、
   前記第２の光源および前記第２の導光棒は、前記反射部の内側に配置される、請求項１記載の面光源装置。
3. 前記第１の導光棒は、透明材料と前記透明材料よりも屈折率の高い拡散材とを用いて構成され、かつ、入射した前記第１の光を拡散反射して出射する、請求項１または請求項２記載の面光源装置。
4. 前記第１の光源はレーザー光源である、請求項１から３のいずれか１つに記載の面光源装置。
5. 前記第２の光源はＬＥＤ光源である、請求項１から３のいずれか１つに記載の面光源装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の面光源装置と、
   前記面光源装置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と、
   を備える、液晶表示装置。

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