TWI474082B - 背光裝置及液晶顯示裝置 - Google Patents

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TWI474082B
TWI474082B TW100112751A TW100112751A TWI474082B TW I474082 B TWI474082 B TW I474082B TW 100112751 A TW100112751 A TW 100112751A TW 100112751 A TW100112751 A TW 100112751A TW I474082 B TWI474082 B TW I474082B
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Rena Nishitani
Tomohiro Sasagawa
Eiji Niikura
Kuniko Kojima
Jun Someya
Hiroaki Sugiura
Kazuhiko Tsutsumi
Akihiro Nagase
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

背光裝置及液晶顯示裝置
本發明係關於使用雷射(laser)從液晶顯示元件的背面照明液晶顯示元件之背光(backlight)裝置及具備前述背光裝置之液晶顯示裝置。
液晶顯示裝置中所具備之液晶顯示元件，由於本身不發光，故須在液晶顯示元件的背面設置背光裝置來作為照明液晶顯示元件之光源裝置。近年來，隨著對液晶顯示裝置之薄型化的要求逐漸增高，係廣泛使用下列背光裝置，亦即具備薄板狀的導光板並以與該導光板側面相對向之方式配置光源，並從導光板的側面使光入射，藉此製作出面狀光源之側光(side-light)方式的背光裝置。
就背光裝置的光源而言，以往係以在玻璃(glass)管的內壁塗佈螢光體以得到白色光之冷陰極螢光燈管(CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp))為主流。然而，近年來伴隨著發光二極體(LED(Light Emitting Diode))之性能的飛躍性提升，對於使用LED作為光源之背光裝置的需求亦急速增高。
稱為LED之元件，可大致分成兩種。一種LED，為藉由LED的直接發光而得到紅色、綠色、或藍色等單色光之單色LED。另一種LED，係具備單色LED與螢光體，並藉由單色LED的光激發螢光體而藉此得到複數種顏色之多色LED。多色LED中，例如有具備藍色的單色LED、以及吸收藍色光且發出從綠色到紅色光之螢光體者。多色LED，可構成能夠生成具有從藍色至紅色之寬廣光譜(spectrum)之白色光的白色LED。白色LED，由於發光效率高而對於低消耗電力化為有效，故廣泛地使用作為背光裝置的光源。
液晶顯示裝置，係於該液晶顯示元件的內部具備彩色濾光片(color filter)。液晶顯示裝置，藉由該彩色濾光片僅擷取紅色、綠色、及藍色波長的光譜範圍，以進行色彩表現。在如白色LED之具有波長波段寬度寬之連續光譜之光源時，為了擴展色重現範圍，液晶顯示裝置必須將穿透彩色濾光片之光的波長波段設定較窄，以提高顯示色的色純度。然而，由於將穿透彩色濾光片之光的波長波段設定較窄，會使不必要之光的光量增多。換言之，在液晶顯示元件中，會使光的運用效率變得極差。因而引起液晶顯示元件之顯示面的亮度降低。此外，當欲提高亮度時，會導致液晶顯示裝置之消耗電力的增大。
一般所使用之CCFL或白色LED，就螢光體的特性來看，在紅色波長區中，係具有在約615[nm]的波長(從紅色轉移至橙色(orange)之波長)中具有峰值(peak)之發光光譜。因此，尤其在紅色中，在純紅色的較佳630至640[nm]波長區中欲提高色純度時，會使穿透光量極度減少而使亮度顯著降低。此外，CCFL或白色LED，尤其在600[nm]至700[nm]波段的紅色光譜中之能量(energy)少，在純紅色的較佳630至640[nm]波長區中欲提高色純度時，會使穿透光量極度減少而使亮度顯著降低。
為了將彩色濾光片所造成的光損耗抑制在最小程度，並亦欲擴展色重現範圍，亦需採用發出波長波段寬度窄的光之光源。亦即，為了擴展色重現範圍，必須採用發出色純度高的光之光源。因此，近年來，係提出一種採用可分別發出紅色、綠色、及藍色之3原色的光之單色LED之液晶顯示裝置。或者是提出採用可分別發出3原色的光之單色雷射之液晶顯示裝置。此等液晶顯示裝置，係將3原色的光混色而生成白色光。
亦即，近年來為了擴展色重現範圍，係提出一種具有採用波長寬度窄的單色LED或雷射作為光源之背光單元(backlight unit)之液晶顯示裝置。所謂「波長寬度窄」，是指色純度高者。尤其是雷射具有極佳的單色性。此外，雷射具有高發光效率。因此，LED或雷射的使用，可提供色重現區域寬且高亮度的圖像。此外，LED或雷射的使用，可提供消耗電力低之液晶顯示裝置。尤其是雷射具有極佳的單色性，所以可擴大色重現範圍而大幅提升液晶顯示裝置的畫質。
然而，當將從此等光源射出之光混色以生成白色光時，各色在液晶顯示元件的顯示面上之空間亮度分布的差異，會呈現為色彩不均。為了減少該色彩不均，係要求提高各色在面內之空間亮度分布的均一性。然而，從發光原理和發光元件的材料特性為不同之光源所射出之光，由於發散角或發光效率的不同，使光源的配置個數或配置方法亦不同。從此等理由來看，必須對於各光源設置使面內空間亮度分布達到均一之最適手段。
換言之，當採用如LED或雷射之點光源作為側光方式之背光裝置的光源時，光源附近的亮度顯著地高。結果在光的入射端附近會產生亮度不均。此種亮度不均，例如可藉由構成為以較窄間隔將多數個點光源配置為一行而接近於線狀光源來改善。然而，在要求面內空間亮度分布的高均一性之液晶顯示裝置的背光裝置中，需具有極多的光源。因而導致消耗電力的增加、組裝性的降低和成本(cost)的增大等缺失。
再者，當不同色的光分別產生不同的亮度不均時，會產生色彩不均。液晶顯示裝置中，亮度不均或色彩不均會使畫質顯著降低，故不佳。因此，背光裝置中，係要求對各色提供面內空間亮度分布的均一性高之面狀光。所謂面內空間亮度分布，是指在任意平面中，亮度相對於以2維方式表示之位置之高低之分布。
因此，使用LED等點光源時，係有人提出以儘可能少的光源數使面內空間亮度分布達到均一之技術。例如，專利文獻1之液晶顯示裝置中，係揭示一種以由折射率不同的複數種材料所構成之半球形狀的透光性材料來被覆發光元件之技術。藉由折射效果使從發光元件所射出之光擴散，而能夠使導光板的入光部中之光分布，接近於與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。所謂線狀光源，是指可發出在1維方向上具有大致達到均一的空間亮度分布之光的光源。可將來自複數個點光源之光重疊而生成與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。
此外，例如專利文獻2之面光源裝置，係具備一種在導光板的背面上所設置之光擴散面，為用以將來自點光源之光轉換為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)之光擴散面。此外，面光源裝置，係具備用以使背光裝置之面內空間亮度分布達到均一之光擴散面。在用以將來自點光源之光轉換為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)之擴散面上，降低點光源亮度較高的部分之擴散物質的被覆率。另一方面，提高點光源亮度較低的部分之擴散物質的被覆率。藉此，可將來自點光源之光轉換為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。
此外，為了抑制色彩不均，係提出有對於特性不同的各光源具備專用的導光板之背光單元。例如，專利文獻3中，係提出一種對各色的光源具備專用的導光板之平面顯示面板(display panel)用背光單元。該平面顯示面板用背光單元，係具備因色彩不同而不同之光源、以及對於各色的光源而分別對應之導光板，並採用積層此等之構成。該背光單元中，係重疊從各導光板所射出之單色的面狀光而生成白色的照明光。根據此構成，各導光板的構造，對於對應於該各導光板之1種光源的特性可達最適化。因此，根據此構成，可提高每個色彩在面內之空間亮度分布的均一性，而抑制色彩不均。所謂面內空間亮度分布，是指在任意平面中，亮度相對於以2維方式表示之位置之高低之分布。
根據上述專利文獻1及專利文獻2之技術，係追加將來自點光源之光轉換為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)之光學元件。藉此，可從導光板的側面，使在1維方向上具有大致達到均一的空間亮度分布之光入射。因此可得到面內空間亮度分布的均一性高之面光源。然而，此種光學元件係需要複雜的構造。此外，當採用如雷射之指向性高的點光源作為光源時，必須具有擴散性更高之複雜的光學元件。此外，此種光學元件，由於將來自點光源之光轉換為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)，所需之光學距離較長，因而導致裝置的大型化。因此，此種光學元件並不適合於使用雷射光源之情況。
此外，專利文獻3之技術的背光單元，對於特性不同的複數種光源具備不同的導光板。藉此可得到能夠抑制色彩不均且具有均一性高之面內空間亮度分布之面狀光源。然而，上述構成中，必須積層複數片導光板，尤其在裝置的厚度方向上會導致背光單元的大型化。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2006-269289號公報
[專利文獻2]日本特許第2917866號公報
[專利文獻3]日本特開平6-138459號公報
然而，如上述專利文獻1或2，使用白色LED作為液晶顯示裝置的光源時，會有紅色區變窄之問題。此外，使用單色的紅色LED作為液晶顯示裝置的光源時，亦有紅色區變窄之問題。此外，如專利文獻3，使用CCFL作為液晶顯示裝置的光源時，會有紅色區變窄之問題。
此係由於在既有的背光裝置所廣泛使用之CCFL或白色LED時，在紅色波長區中，係具有在轉移至約615[nm]之橙色之波長中具有峰值之發光光譜之故。換言之，紅色區的光之能量較少。尤其在紅色區的光中，在純紅色的較佳630至640[nm]之光的比率極少之緣故。
因此，尤其在紅色中，在純紅色的較佳630至640[nm]波長區中欲提高色純度時，會使穿透光量極度減少而產生使亮度顯著降低之問題。此外，單色的紅色LED中，波長波段寬度為較寬的數十nm，當使用波長區較窄的濾光片時，會有亮度降低之問題。
另一方面，當將3原色的光源設為雷射時，雖可提高色純度，但與使用螢光體之多色LED相比，乃具有就低消耗電力之觀點來看為較差之問題。
本發明係鑒於上述情形而完成之發明，目的在於得到一種既可抑制光利用效率的降低，並擴展色重現範圍之背光裝置及液晶顯示裝置。
為了解決上述課題並達成目的，本發明之背光裝置，係具備：發出為紅色雷射光之第1光的第1光源、以及發出與前述雷射光具有互補色關係之藍綠色的光之第2光的第2光源，前述第2光源係具有發出藍色光之發光二極體及吸收前述藍色光並發出綠色光之螢光體。
根據本發明之背光裝置及液晶顯示裝置，可抑制消耗電力的上升，並得到擴展色重現範圍後之良好畫質。
以下係根據圖式詳細地說明本發明的實施形態之液晶顯示裝置及背光裝置。惟本發明之液晶顯示裝置及背光裝置並不限定於以下實施形態。
(實施形態1)
第1圖係顯示本發明的實施形態1之穿透型顯示裝置的液晶顯示裝置100的構成之示意圖。實施形態1之背光裝置，係具有第1背光單元2與第2背光單元3。為了容易理解，係將液晶顯示元件1的短邊方向設為Y軸方向，將液晶顯示元件1的長邊方向(與Y軸正交之方向)設為X軸方向，將垂直於X-Y平面之方向設為Z軸方向。此外，將液晶顯示元件1的顯示面1a側設為+Z軸方向，將液晶顯示裝置的上方向(使液晶顯示裝置100的畫面朝水平方向設置時之上方向)設為+Y軸方向，將後述第1光源20a的光射出方向設為+X軸方向。
如第1圖所示，液晶顯示裝置100係具備：穿透型的液晶顯示元件1、第1光學薄片(sheet)31、第2光學薄片32、第1背光單元2、第2背光單元3、及光反射薄片15。此等構成要素1、31、32、2、3、15，係在Z軸方向上重疊地排列配置。液晶顯示元件1係具有與X-Y平面平行的顯示面1a。
液晶顯示裝置100，係具有第2圖所示之液晶顯示元件驅動部52，作為用以因應所輸入之影像訊號來驅動液晶顯示元件1之驅動部。此外，液晶顯示裝置100，係具有光源20a、20b、及用以驅動光源20a、20b之光源驅動部53a，作為第1背光單元2中所含有之第1光源20。於實施形態1中，第1光源20係統合顯示光源20a及光源20b。再者，液晶顯示裝置100係具有：作為第2背光單元3中所含有之第2光源的光源10、及用以驅動此光源10之光源驅動部53b。液晶顯示元件驅動部52與光源驅動部53a、53b的動作，係藉由控制部51所控制。
控制部51係對從未圖示的訊號源所供給之影像訊號54施以圖像處理而生成控制訊號(例如液晶顯示元件控制訊號55及光源控制訊號56a、56b)，並將此等控制訊號供給至液晶顯示元件驅動部52及光源驅動部53a、53b。光源驅動部53a、53b分別根據來自控制部51的光源控制訊號56a、56b來驅動光源20a、20b、10，並從光源20a、20b、10射出光。控制部51可控制光源驅動部53a，以調整從光源20a、20b所射出之第1光的光22a、22b的亮度、與從光源10所射出之第2光的光13的亮度之比率。
第1背光單元2係將從光源20a、20b所射出之紅色光22a、22b轉換為朝+Z軸方向之照明光33a、33b，並朝液晶顯示元件1的背面1b放射。該照明光33a、33b係穿透第2光學薄片32及第1光學薄片31而照射在液晶顯示元件1的背面1b。第2背光單元3係將從光源10所射出之光13(此為在藍色與綠色具有峰值亮度之藍綠色(靛(cyan)色)的光)轉換為朝液晶顯示元件1的背面1b放射之照明光14。該照明光14係穿透第1背光單元2、第2光學薄片32及第1光學薄片31而照射在液晶顯示元件1的背面1b。在此，第1光學薄片31，為具有將從背光單元所放射的光，聚光於液晶顯示裝置100之畫面的法線方向上之作用的薄片。此外，第2光學薄片32，為具有抑制細微照明不均等的光學影響之功能的薄片。
第2背光單元3的正下方(第1圖中為-Z軸方向，為液晶顯示裝置100的背面側)，配置有光反射薄片15。從第1背光單元2及第2背光單元3放射至該背面側(-Z軸方向)之光，在光反射薄片15上反射，而用作為照射液晶顯示元件1的背面1b之照明光。光反射薄片15，例如可使用以聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate)等樹脂作為基材之光反射薄片，或是於基板的表面蒸鍍有金屬之光反射薄片。
液晶顯示元件1係具有平行於X-Y平面之液晶層。液晶顯示元件1的顯示面1a呈矩形。第1圖所示之X軸方向及Y軸方向，為分別沿著該顯示面1a相互正交的2邊之方向。液晶顯示元件驅動部52，係因應從控制部51所供給之液晶顯示元件控制訊號55，以像素單位來改變液晶層的光穿透率。各像素由3個次像素所構成，此等次像素係具備分別僅使紅色光、綠色光及藍色光穿透之彩色濾光片。液晶顯示元件驅動部52，藉由控制各次像素的穿透率，而在顯示面上顯示彩色圖像。藉此，液晶顯示元件1可將從第1背光單元2及第2背光單元3所入射之照明光進行空間上的調變，而生成圖像光。液晶顯示元件1使該圖像光從顯示面1a射出。所謂圖像光，為具有圖像資訊之光。根據實施形態1，例如藉由控制部51可個別地控制各光源驅動部53a、53b，而調整從第1背光單元2所放射之紅色照明光33a、33b的亮度，與從第2背光單元3所放射之藍綠色照明光14的亮度之比率。藉由因應對於影像訊號54所需之各色亮度的比率來調整各光源的發光量，亦可實現低消耗電力化。
第1背光單元2，是由第1面狀雷射光源部200a與第2面狀雷射光源部200b所構成。第1面狀雷射光源部200a是由：光源20a、及相對於液晶顯示元件1的顯示面1a平行地配置之導光板21a所構成。第2面狀雷射光源部200b是由：光源20b、及相對於液晶顯示元件1的顯示面1a平行地配置之導光板21b所構成。第3圖(A)中，係顯示從+Z軸方向觀看(從第1圖的下側觀看)第1面狀雷射光源部200a之概略圖。第3圖(B)中，係顯示從+Z軸方向觀看(從第1圖的下側觀看)第2面狀雷射光源部200b之概略圖。
第1面狀雷射光源部200a中所含有之光源20a，係相對向配置在作為第1導光板之導光板21a的-X軸方向的光入射端面之端面23a。例如，光源20a係以等間隔將複數個雷射發光元件排列配置在Y軸方向者。此外，第1面狀雷射光源部200a中所含有之導光板21a，是由透明材料所構成。此外，導光板21a為板狀構件。導光板21a，在與該液晶顯示元件1相反側的面之背面24a，具有光學元件部之微細光學元件25a。從光源20a所發出之光(射出光)22a，從導光板21a的端面23a入射於導光板21a內，並一邊在導光板21a內產生全反射一邊傳遞。同樣的，第2面狀雷射光源部200b中，光源20b係相對向配置在作為第1導光板之導光板21b的X軸方向的光入射端面之端面23b。例如，光源20b係以等間隔將複數個雷射發光元件排列配置在Y軸方向者。此外，第2面狀雷射光源部200b中所含有之導光板21b，是由透明材料所構成。此外，導光板21b為板狀構件。導光板21b，在其背面24b具有微細光學元件25b。從光源20b所發出之光(射出光)22b，從導光板21b的端面23b入射於導光板21b內，並一邊在導光板21b內產生全反射一邊傳遞。
第1面狀雷射光源部200a中所含有之光源20a與第2面狀雷射光源部200b中所含有之光源20b，較佳係相互採用具有同樣特性之雷射發光元件。此外，配置雷射之間隔或相對於導光板21a、21b的端面23a、23b之位置、角度等，較佳亦相互地相同。此外，第1面狀雷射光源部200a中所含有之導光板21a與第2面狀雷射光源部200b中所含有之導光板21b，較佳係具有同樣構造。亦即，第1面狀雷射光源部200a與第2面狀雷射光源部200b較佳係具有同樣特性。
第1背光單元2，係具備具有同樣特性之第1面狀雷射光源部200a與第2面狀雷射光源部200b。第1面狀雷射光源部200a與第2面狀雷射光源部200b，係具有以對於液晶顯示裝置100之顯示面1a的法線(第1圖中為Z軸方向的線)為中心軸呈180度旋轉之位置關係。導光板21a與導光板21b，係以使導光板21a的4個側面與導光板21b的4個側面相互整合在同一平面上之方式積層配置。亦即，第1面狀雷射光源部200a中所含有之光源20a與第2面狀雷射光源部200b中所含有之光源20b，係配置在相對向的方向上。此外，光源20a朝+X軸方向射出光。另一方面，光源20b朝-X軸方向射出光。因此，從各光源20a、20b所射出之光(光22a、22b)的行進方向，呈反方向。惟從第1面狀雷射光源部200a所放射之照明光33a與從第2面狀雷射光源部200b所放射之照明光33b，均朝液晶顯示元件1的背面1b放射。
如上所述，實施形態1之第1背光單元2的2個面狀雷射光源部200a、200b，係採取積層配置在照明光所放射之方向(+Z軸方向)的構成。照明光33a、33b，為將第1背光單元2所含有之光源20a、20b點燈時所得到之從第1背光單元2所放射之照明光。從2個面狀雷射光源部200a、200b所放射之照明光33a、33b被加總。因此，從第1背光單元2所放射之照明光在X-Y平面的空間亮度分布，為加總2個面狀雷射光源部200a、200b在X-Y平面的空間亮度分布者。
導光板21a、21b，係由丙烯酸樹脂(acrylic)(PMMA)等透明構件所形成。導光板21a、21b為厚度例如2[mm]的板狀構件。從導光板21a、21b的端面23a、23b所入射之光(雷射光)22a、22b，係藉由在導光板21a、21b與空氣層之界面的全反射，在導光板21a、21b內重複反射並往X軸方向行進。如第1圖及第3圖所示，導光板21a、21b，係具有將從光源20a、20b所射出之光22a、22b封閉在導光板21a、21b內而傳遞之光傳遞部26a、26b。光傳遞部26a、26b，為具有將點狀空間亮度分布轉換為線狀空間亮度分布之功能的第1空間亮度分布轉換部。此外，導光板21a、21b，係具有將經由光傳遞部26a、26b往X軸方向行進之光22a、22b的行進方向轉換為Z軸方向之光學元件部27a、27b。
導光板21a、21b中所含有之光傳遞部26a、26b，係設在端面23a、23b附近。從光源20a、20b所射出之光22a、22b，係從端面23a、23b入射於導光板21a、21b內。然後，光22a、22b在光傳遞部26a、26b內往X軸方向傳遞。光傳遞部26a、26b中，光22a、22b所入射之導光板21a、21b的表面(液晶顯示元件1側的面)及背面24a、24b(與液晶顯示元件1相反側的面)，尤為不具有突起等構造之平面。因此，在光傳遞部26a、26b內傳遞之光22a、22b，可保留本身的發散角及行進方向下來傳遞。從光源20a、20b所射出之光22a、22b係藉由在光傳遞部26a、26b內傳遞，而可藉由本身的發散角而進行空間性擴散。
導光板21a、21b，在與光傳遞部26a、26b不同之部分具備光學元件部27a、27b。光學元件部27a、27b，係具有將線狀空間亮度分布的光轉換為具有面狀空間亮度分布之光的功能。此外，光學元件部27a、27b係具備使具有該線狀空間亮度分布之光朝液晶顯示元件1射出之功能。光學元件部27a、27b為第2空間亮度分布轉換部。光學元件部27a、27b，分別於其背面24a、24b(與液晶顯示元件1相反側的面)具有微細光學元件25a、25b。微細光學元件25a、25b，係將在導光板21a、21b內傳遞之光22a、22b，轉換為朝液晶顯示元件1的背面1b方向(+Z軸方向)放射出之光(照明光33a、33b)。微細光學元件25a、25b呈半球狀的凸形狀(例如凸透鏡(1ens)形狀)。從光傳遞部26a、26b往X軸方向傳遞之光22a、22b，在光學元件部27a、27b中入射於微細光學元件25a、25b時，係藉由該曲面產生折射。然後，在導光板21a、21b內傳遞之光22a、22b中，會在導光板21a、21b的表面(液晶顯示元件1側的面)與空氣層之界面產生未滿足全反射條件之光。未滿足全反射條件之光，從導光板21a的表面放射並朝液晶顯示元件1的背面1b行進，此外，從導光板21b的表面放射，並通過導光板21a朝液晶顯示元件1的背面1b行進。
配置在導光板21a、21b的光學元件部27a、27b之微細光學元件25a、25b，係相對於導光板21a、21b上之X-Y平面內的位置改變該配置密度。藉此，可控制從導光板21a、21b朝液晶顯示元件1放射之照明光33a、33b的面內空間亮度分布。所謂配置密度，是指每單位面積之微細光學元件25a、25b所佔面積的比率。如第3圖(A)及(B)所示，配置密度可藉由改變每單位面積之微細光學元件25a、25b的個數來調整。此外，如第1圖所示，配置密度亦可藉由改變每單位面積之微細光學元件25a、25b的大小(1個微細光學元件的面積)來調整。實施形態1中，如第3圖所示，微細光學元件25a、25b的配置密度相對於雷射光22a、22b的行進方向(第3圖中的±X軸方向)的位置呈現變化。詳細而言，在導光板21a、21b的端面23a、23b附近，不具有微細光學元件25a、25b。在從導光板21a、21b之X軸方向的中心位置附近至與端面23a、23b相對向之側的端面位置為止之區域中，設置有微細光學元件25a、25b。且採取該配置密度從中心位置附近朝導光板21a、21b的端面方向由疏至密之階段性或連續性變化的構成。
微細光學元件25a、25b，例如可採用該表面的曲率約0.15[mm]、最大高度約0.005[mm]、折射率約1.49之凸透鏡形狀的微細光學元件。導光板21a、21b或微細光學元件25a、25b的材質，可使用丙烯酸樹脂。然而，微細光學元件25a、25b的材質並不限定於丙烯酸樹脂。微細光學元件25a、25b的材質，只要是光穿透率良好且成形加工性佳之材質即可，可使用聚碳酸酯(Polycarbonate)樹脂等其他樹脂材料或玻璃材料來取代丙烯酸樹脂。
實施形態1中，係將微細光學元件25a、25b的形狀構成為凸透鏡形狀，但微細光學元件25a、25b的形狀並不限定於此。微細光學元件25a、25b的形狀，只要是具有可使在導光板內往X軸方向傳遞之雷射光折射，並朝液晶顯示元件1的背面1b放射之構造即可，亦可為其他形狀。微細光學元件25a、25b的形狀，例如可為稜鏡(prism)形狀或由不規則(random)的凹凸圖案(pattern)所構成之形狀。
此外，實施形態1中，係將導光板的厚度構成為2[mm]，但導光板的厚度並不限定於此。就達到液晶顯示裝置的薄型化、輕量化，以及多重反射次數的增加所帶來之光利用效率的提升之觀點來看，較佳係採用厚度較小的導光板。雷射光源，為發光面面積較小的光源，且為指向性高之光源，即使對於厚度較小的導光板，亦可得到高光耦合效率。惟此時亦須考量到導光板厚度的薄型化所導致之剛性降低的問題等。
光源20a、20b，較佳係使用可射出下列雷射光之光源，該雷射光係以波長640[nm]作為峰值，且具有波長寬以半值全寬計為1[nm]之單色性極高的光譜。此外，該發散角在快軸方向上以半值全寬計為40度，在慢軸方向上以半值全寬計為10度。實施形態1中，雷射發光元件係以該快軸方向與導光板之側端面的短邊方向平行之方式所設置。此係以發散角大的快軸方向與導光板之側端面的短邊方向，亦即導光板之相對向的面與面之間隔為最窄之方向(第1圖中的Z軸方向)平行之方式所配置。藉此，可增加雷射光在導光板內的反射次數，使入射於導光板21a、21b上所設置之微細光學元件25a、25b之光線增多。因此可提升微細光學元件25a、25b的取光效率E。在此，所謂取光效率E，係以下列式所定義。
E=(朝液晶顯示元件放射之光量)/(在導光板內傳遞之光量)
根據實施形態1，從光源20a、20b所射出之雷射光的光徑，相對於端面23a、23b之Y軸方向上的大小為極小的點狀，可將光源20a、20b視為點光源。然而，光(雷射光)22a、22b，在導光板21a、21b的光入射端面附近所設置之光傳遞部26a、26b中，可一邊產生全反射一邊傳遞充分的光學距離。因此，光22a、22b可藉由本身的發散角而擴展，並與來自鄰接之其他雷射發光元件的光22a、22b彼此重疊，藉此可成為Y軸方向上空間亮度分布為均一之光，亦即成為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。亦即，光22a、22b，係成為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。
第4圖係用以說明藉由使從相鄰之2個雷射光源所射出之雷射光傳遞一定的光學距離，來形成與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)之圖。如第4圖所示，空間亮度分布40，為X軸方向上的任意位置上，對應於從單一雷射光源所射出之雷射光在Y軸方向上的位置之亮度分布。該亮度分布，係呈雷射光所原先具有之大致為高斯狀的角度亮度分布。亦即，角度亮度分布，係具有該中心亮度高，且隨著遠離中心亮度急遽降低之形狀。因此，當單一雷射光入射於微細光學元件(微細光學元件25a、25b)時，雷射光的角度亮度分布，會反映在從導光板所放射之照明光的面內空間亮度分布，而產生亮度不均。然而，當將從接近配置於Y軸方向之雷射光源所射出之複數個雷射光空間地重疊時，此等的分布會被均化。例如，當將第4圖之具有空間亮度分布40之單一雷射光與具有空間亮度分布41之單一雷射光重疊時，合計的空間亮度分布呈均化後的分布，亦即如空間亮度分布42之均一的空間亮度分布。如此，藉由將雷射發光元件排列配置為在光源的排列配置方向(Y軸方向)上具有均一的空間亮度分布，可製作出與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光。因此，即使是單一時不具有均一分布之光，亦可藉由將複數個光重疊，可構成為合計的空間亮度分布達到均化之亮度分布。因此，可製作出在光源的排列配置方向上空間亮度分布為均一，亦即與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光。
如此，為了將接近之雷射發光元件的光重疊，必須使雷射光可傳遞由雷射光的發散角與雷射光源的配置間隔所決定之一定以上的光學距離。然而，實施形態1之面狀雷射光源部200a、200b中所含有之導光板21a、21b，在雷射光入射於微細光學元件25a、25b為止前，乃具備光傳遞部26a、26b。光傳遞部26a、26b，係具有雷射光可藉由本身的發散角在雷射發光元件的排列配置方向上可充分地進行空間擴展之必要的光學傳遞距離。因此，雷射光可在成為均勻性高的光，亦即與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)之後，入射於微細光學元件25a、25b。
此外，實施形態1中，光源20a、20b係採取以等間隔來配置具有相等發散角與角度亮度分布之複數個雷射發光元件之構成。因此可得到空間亮度分布的均一性更高之線狀雷射光源。
如上所述，成為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)並入射於光學元件部27a、27b所具備之微細光學元件25a、25b的光(光22a、22b)，該一部分產生折射，並作為照明光33a、33b從導光板21a、21b的表面朝液晶顯示元件1的背面1b放射。微細光學元件25a、25b分別形成於導光板21a、21b的背面24a、24b。此時，入射於微細光學元件25a、25b之光(光22a、22b)，為在雷射光源(光源20a、20b)的排列配置方向(Y軸方向)上具有均一的空間亮度分布之光，亦即與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出的光相同之光)。因此，不會產生因光源的空間亮度分布差所導致之亮度不均，而作為均一的照明光33a、33b照亮液晶顯示元件1。
另一方面，面狀雷射光源部200a、200b，在光行進方向(X軸方向)上，分別具有未放射出照明光之區域(光傳遞部26a、26b)。光傳遞部26a、26b，係用以將來自雷射光源(點狀光源)的光轉換為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光所設置。然而，實施形態1中，上述面狀雷射光源部200a、200b，係以相互補償彼此未發光照明光之區域而積層配置。亦即，面狀雷射光源部200a未發光之區域與面狀雷射光源部200b發光之區域(第3圖中從X軸的中心位置附近朝-X軸方向之方向的區域)，係積層在Z軸方向上而配置。此外，面狀雷射光源部200b未發光之區域與面狀雷射光源部200a發光之區域(第3圖中從X軸的中心位置附近朝+X軸方向之方向的區域)，係積層在Z軸方向上而配置。因此，由面狀雷射光源部200a與面狀雷射光源部200b所構成之第1背光單元2，可從面全體使照明光放射。
再者，實施形態1中，係以可加總面狀雷射光源部200a與面狀雷射光源部200b在X軸方向上的空間亮度分布後之空間亮度分布成為均一之方式，使決定各空間亮度分布之微細光學元件25a、25b在X軸方向上的配置密度達到最適化。
第5圖係顯示從第1背光單元2所放射之照明光33a、33b在X軸方向上之1維空間亮度分布之依據模擬所得之計算結果之圖表。空間亮度分布43為第1面狀雷射光源部200a在X軸方向上之1維空間亮度分布。空間亮度分布44為第2面狀雷射光源部200b在X軸方向上之1維空間亮度分布。空間亮度分布45為可加總空間亮度分布43與空間亮度分布44之第1背光單元2在X軸方向上之1維空間亮度分布。
從第5圖中可理解的是，從第1面狀雷射光源部200a所放射之照明光33a的1維空間亮度分布43中，從-X軸方向之端面23a側至導光板21a的X軸方向中心位置附近，光未被放射。此外，1維空間亮度分布43中，亮度從導光板21a的X軸方向之中心位置附近朝+X軸方向逐漸增高，在與+X軸方向之端面23a相對向之端面側的旁邊附近，保持一定的亮度。另一方面，從第2面狀雷射光源部200b所放射之照明光33b的1維空間亮度分布44，係具有與第1面狀雷射光源部200a反轉之空間亮度分布。1維空間亮度分布44中，從+X軸方向之端面23b側至導光板21b的X軸方向中心位置附近，光未被放射。此外，1維空間亮度分布44中，亮度從導光板21b的X軸方向之中心位置附近朝-X軸方向逐漸增高，在與-X軸方向之端面23b相對向之端面側的旁邊附近，保持一定的亮度。
從第1背光單元2所放射之照明光之面內空間亮度分布45，係藉由將從第1面狀雷射光源部200a所放射之照明光33a與從第2面狀雷射光源部200b所放射之照明光33b加總而生成。因此，從第1背光單元2所放射之照明光之面內空間亮度分布45，在X軸方向上達到均一分布。實際對依循實施形態1的構成所試作之從第1背光單元2所放射之照明光之面內空間亮度分布進行測量，並將該結果顯示於第6圖。從第6圖中可理解的是，在將2個面狀雷射光源部200a、200b在Z軸方向積層配置之第1背光單元2中，可得到在雷射光行進方向(X軸方向)上均一性佳之照明光。
實施形態1中，用以將來自複數個點光源之雷射光源的光轉換為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)所必要設置之光傳遞部26a、26b，係設置在有效圖像顯示區域內。因此，可一邊確保雷射光所傳遞之充足的光學距離，一邊抑制圖像顯示平面(X-Y平面)之背光裝置的面積相對於液晶顯示裝置的面積之比率。因此，可提供畫質良好的圖像並實現具有流行性(stylish)外觀(細緻邊框(bezel)之液晶顯示元件1)之液晶顯示裝置。所謂邊框，為包圍液晶面板之框(箱(cabinet))。
第2背光單元3，是由光源10與導光板11所構成。光源10為具有廣發散角且在Y軸方向上具有線狀空間亮度分布之光源，例如為使用LED之光源。導光板11，係相對於液晶顯示元件1的顯示面1a平行地配置。於導光板11的背面(與液晶顯示元件1相反側的面)具有光擴散反射部12。光源10係相對向配置在導光板11的X軸方向的兩端面(光入射端面)，並使從導光板兩端面朝中心方向之光(入射光13)入射。該入射光13係在作為第2導光板之導光板11的內部產生全反射而傳遞。入射光13係藉由作為擴散反射構造部之背面的光擴散反射部12，使傳遞光的一部分擴散反射，而作為照明光14從導光板11的前面(液晶顯示元件1側的面)放射。從第2背光單元3放射之照明光14，係穿透第1背光單元2、第2光學薄片32及第1光學薄片31而照明液晶顯示元件1。
如先前所說明，積層於第2背光單元3的上方(+Z軸方向)之第1背光單元2的導光板21a、21b是由透明構件所形成。此外，導光板21a、21b為板狀構件。導光板21a、21b，為背面同樣具有由相同透明構件所形成之微細光學元件25a、25b之構造。導光板21a、21b，對於穿透其等之照明光14所造成之吸收、反射等光學影響較少。在此，照明光14為從第2背光單元3所放射之照明光。因此，照明光14所產生之光損耗少，可有效率地利用作為照明液晶顯示元件1之照明光。
光源10，例如為射出綠色及藍色的入射光13之光源。從光源10所射出之光，藉由與從第1背光單元2所放射之紅色的照明光33a、33b混色而成為白色光。光源10，例如為在具備藍色的單色LED之封裝(package)中，充填有吸收該藍色光並發出綠色光之綠色螢光體而成之裝置。光源10，係將複數個藍綠色LED在Y軸方向上緊密地排列配置。以藍綠色LED所構成之光源10，係發出在450[nm]附近與530[nm]附近具有峰值，並從420[nm]至580[nm]的波段具有連續光譜之藍綠色的光。此外，此種光源10，例如可採用藉由激發光源與螢光體之組合而發出藍色與綠色之光源。或者是，光源10亦可採用以藍色光激發綠色螢光體而發出藍色光與綠色光之構成的螢光燈或LED等。
導光板11是由透明構件所形成，且厚度例如為4[mm]之板狀構件。導光板11於該背面具有光擴散反射部12。光擴散反射部12為用以使從光源10所放射之光朝液晶顯示元件1的背面1b放射之擴散反射構造部。光擴散反射部12，例如可藉由在導光板11的背面以點狀塗佈擴散反射材而構成。此時，係構成為將塗佈為點狀(dot)之擴散反射材的密度，在靠近光源10的光入射端附近設為較疏，隨著遠離光源10而設為較密，並且在導光板11的X軸方向中心成為最密之分分布。藉此，可使從導光板11所放射之照明光14在X-Y平面的面內空間亮度分布達到均一。
雷射光源為點光源且指向性高。因此，面內的亮度不均，以往既已成為問題。如以上所說明，根據實施形態1之液晶顯示裝置100，即使採用雷射光源(光源20a、20b)，亦可生成面內空間亮度分布達到均一之照明光。此係由於雷射光藉由本身具有的發散角與接近之其他雷射光進行空間性重疊，而成為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)所以可充分地設置必要的光學傳遞距離之故。因此，可提供一種能夠抑制亮度不均而顯示出良好圖像之液晶顯示裝置。再者，實施形態1中，可有效地將上述構成應用在液晶顯示裝置的有效圖像顯示區域而形成簡易構成。因此，相對於液晶顯示裝置的有效圖像顯示區域，可在不會導致背光裝置的大型化而實現。
實施形態1中，係採用雷射光源作為第1背光單元2，但該光源並不限定於雷射光源，對於如雷射光源之發光面積小且具有發散角之其他光源亦為有效。藉由在該種光源予以運用，可與雷射光源相同地製作出面內空間亮度分布的均一性高之面狀光源。例如，藉由在LED光源予以運用，亦可得到高效果。然而，採用雷射者，可得到後述效果。
實施形態1之液晶顯示裝置100，係具備紅色雷射與藍綠色LED。藍綠色LED，是由藍色的單色LED與吸收藍色光並發出綠色光之綠色螢光體所構成。藉由採用單色性佳的雷射作為背光單元2的光源20a、20b，與採用單色LED或多色LED時相比，可提高顯示色的色純度。因此，採用雷射作為光源20a、20b之液晶顯示裝置，與採用其他光源之液晶顯示裝置相比，可達成鮮艷的色彩表現。此外，雷射與單色LED相比為高輸出，高電流注入時的電-光轉換效率高，所以可實現小型化、高輸出且低消耗電力。
實施形態1之液晶顯示裝置100採用紅色雷射之理由如下。
在既有的背光裝置所廣泛採用之白色LED時，紅色區的光能量較少。尤其在紅色區的光中，在純紅色的較佳630至640[nm]範圍內之光的比率極少。因此，在該波長區中欲提高色純度時，會產生使穿透光量極度減少且使亮度顯著降低之問題。更且，紅色，為人類對色差之感度較高之色彩。例如，與白色LED相比，波長波段寬度較窄之紅色的單色LED之波長波段寬度，約為數十nm。相對於此，紅色的雷射波長波段寬度僅在數nm左右。紅色中的此波長波段寬度係於人類的視覺上會感受到更顯著的差異。在此，波長波段寬度為色純度的差。
因此，3原色的顏色中，將紅色光替換為雷射所帶來之低消耗電力化及色純度提升之效果較高。從此等理由中，實施形態1之液晶顯示裝置100中，係運用雷射作為紅色光源。在此，紅色雷射光，例如為以630至650[nm]之波長波段內的任一波長為主波長之光，尤佳為以630至640[nm]之波長波段內的任一波長為主波長之光。
此外，以往係使用從藍色至紅色具有連續光譜之白色LED或是波長波段寬度寬的紅色單色LED。此情形時，由於紅色光的一部分亦會穿透光譜上為鄰接之綠色的濾光片，而使綠色的色純度降低。然而，實施形態1之液晶顯示裝置100中，由於紅色的色純度增加，使穿透綠色的濾光片之紅色的光量降低，所以可提升綠色的色純度。
此外，液晶顯示裝置100中，藍色光與綠色光，是藉由具有藍色的單色LED與吸收藍色光並發出綠色光之螢光體之藍綠色LED所生成。關於綠色，亦可考慮採用發出綠色光之單色LED或單色雷射。然而，此等單色LED或單色雷射，在可運用在顯示器之簡易且小型的裝置，就低消耗電力及高輸出之點來看，較使用螢光體之多色LED為差。因此，實施形態1之液晶顯示裝置100，為了達到裝置的簡化、小型化及低消耗電力化，綠色光為採用螢光體之構成，而非單色LED或單色雷射等之發光元件。
實施形態1中，發出藍色光並激發綠色螢光體之光源，係採用藍色的單色LED。為了更加擴展色重現範圍，採用藍色雷射來取代藍色的單色LED者亦為有效。然而，如實施形態1之光源10，當藉由藍色發光元件來激發螢光體而得到其他色的光之構成時，與雷射相比，採用LED者為佳。
此係依據下列理由。相對於低電流驅動且為低輸出之LED，雷射為高電流驅動且為高輸出。因此，驅動時的雷射所產生之發熱量極大。此外，從LED所射出之光，具有較寬發散角，相對於此，從雷射所射出之光，具有極窄的發散角。因此，使用雷射時，入射於螢光體之激發光的強度密度(入射於螢光體每單位體積之光的強度)極高。入射於螢光體且被吸收之光，一部分轉換為其他波長並放射至外部，其他光主要成為熱能。一般而言，螢光體的內部轉換效率(相對於所吸收之光量，被轉換為其他波長的光之光量)為40%至80%左右。亦即，同時所產生的熱能亦達到入射光能的20%至60%。因此，當使高輸出且光強度密度高之雷射光入射時，螢光體的發熱量變得極大。
當具備螢光體之雷射本身的發熱量增加時，螢光體的溫度上升。當螢光體本身的發熱量上升時，螢光體的溫度亦上升。當螢光體的溫度上升時，螢光體的內部轉換效率會大幅降低，引起亮度的降低或消耗電力的增加。因此，實施形態1的光源10，係採用藍綠色LED，該藍綠色LED係具備藍色的LED與藉由該藍色光所激發並發出綠色光之螢光體而藉此射出藍綠色的光。
如上所述，實施形態1之液晶顯示裝置100中，3原色當中僅有紅色採用雷射，藍色與綠色則採用藍綠色LED。藍綠色LED係具備藍色的單色LED與吸收該藍色光並發出綠色光之螢光體。藉此，與以往採用白色LED、或3原色的單色LED或3原色的單色雷射之液晶顯示裝置相比，可成為簡易且便宜之構成，藉此可提供低消耗電力且能夠實現寬廣色重現範圍之液晶顯示裝置。
實施形態1中，係採用在640[nm]具有峰值波長之紅色雷射光源作為第1背光單元的光源，但第1背光單元的光源並不限定於此。第1背光單元的光源，例如亦可採用波長不同的紅色雷射。此外，例如將可發出單色性相對較佳的單色光之LED採用作為第1背光單元2的光源20a、20b者，亦為有效。然而，為了得到更寬廣的色重現範圍，採用波長寬度盡可能窄之雷射光源者，對於色重現範圍的寬廣化具有效果。所謂波長寬度窄的雷射光源，為單色性佳之雷射光源。實施形態1中，第2背光單元3的光源10，相對於採用作為第1背光單元2的光源之單色光源20a、20b，必需採用可放射出用以製作白色所需之補色光的光源。
當採用白色LED等具有連續光譜之光源，並將液晶顯示元件所具有之彩色濾光片的穿透波長設定較窄以提高色純度時，會使彩色濾光片(color filter)所造成之光損耗(光損失(loss))增加而導致圖像的亮度降低。另一方面，實施形態1中，係提高光源的單色性以提高色純度。因此，可減少光損耗(光損失)而減少圖像的亮度降低情況。此外，可達到低消耗電力並提高色純度。
此外，相對於單色的LED光源，單色的雷射光源之單色性佳，且可在低消耗電力下驅動。再者，單色的雷射光源，乃具有可藉由該高指向性來提升對導光板之耦合效率之優點。
實施形態1之積層複數個面狀光源之構成的第1背光單元2，該導光板21a、21b和設置在該導光板之微細光學元件25a、25b，均由透明構件所形成。此外，積層複數個背光單元2、3之構成的背光裝置300，該+Z軸側(上層)上所具備之導光板和設置在該導光板之微細光學元件，亦皆均由透明構件所形成。因此，從配置在-Z軸側(下層)之背光單元所射出之光，可抑制光損耗而得到較高光運用效率。此係由於+Z軸側(上層)上所具備之導光板和微細光學元件均由透明構件所形成之故。
實施形態1中，第1背光單元2中所含有之複數個面狀雷射光源部200a、200b，係採用具有同樣特性者，但本發明並不限定於此。如前所述，實施形態1中，係將從複數個面狀雷射光源部所放射之照明光在X-Y平面方向上加總。藉此，生成面內的空間亮度分布均一的第1背光單元。將該照明光在X-Y平面方向上加總之構成者，為發明的要素之一。只要可達成此構成，則從複數個面狀雷射光源部所放射之照明光的面內空間亮度分布亦可為不同。
此外，實施形態1中，係採用將具備光源20a、20b之2片(2片1組)面狀雷射光源部200a、200b積層之構成，但亦可採用其他構成。與上述理由相同，只要是可藉由使各面狀雷射光源部將所放射之照明光在X-Y平面上加總，而生成可均一地照明液晶顯示元件全體之照明光的構成，則可為由1片面狀雷射光源部所形成之構成，或是積層3片以上的面狀雷射光源部之構成。
如上所述，將從複數個面狀雷射光源部所放射之照明光在X-Y平面方向上加總。藉此生成面內空間亮度分布達到均一之第1背光單元。只要為此構成，則各面狀雷射光源部的面內空間亮度分布可為任意分布。此外，亦可構成為積層任意片面狀雷射光源部。然而，此時各面狀雷射光源部中所含有之導光板，該光傳遞部較佳係設置在雷射光源的入射端附近。光傳遞部，係使從雷射發光元件所射出之光與從鄰接之其他雷射發光元件所射出之光進行空間性重疊，且具有在雷射發光元件的排列配置方向上使空間亮度分布達到均一之必要的光學傳遞距離。此外，光傳遞部不具有微細光學元件。藉由設置光傳遞部，可使入射於光學元件部之雷射光成為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。藉此，藉由微細光學元件產生折射並從導光板前面朝液晶顯示元件1的背面1b放射之照明光，不具有亮度分布不均。因此，可提供一種顯示不均(亮度不均及色彩不均)經抑制之高畫質液晶顯示裝置100。
只要可達成上述構成，則雷射光源的配置間隔、雷射光源相對於導光板的入射端面之配置方向及角度等之雷射光源的配置方法，並無特別限定。此外，亦可構成為將雷射光源相對向配置在導光板之4邊的任一端面之構成。此時，藉由將雷射光源的入射端面設為液晶顯示裝置的短邊側端面，可有效率地增長雷射光的光學傳遞距離。因此，可得到面內空間亮度分布的均一性更佳之照明光。
此外，根據實施形態1，首先，雷射光源係在導光板內進行多重反射並傳遞充分長的光學傳遞距離。接著將複數條雷射光進行空間性重疊。藉由此等，亦可得到能夠降低在以往使用同調性(coherence)高的雷射光源之圖像顯示裝置中造成問題的散斑雜訊之效果。
(實施形態2)
第7圖係顯示本發明的實施形態2之液晶顯示裝置(穿透型液晶顯示裝置)600的構成之示意圖。實施形態2之背光裝置，係具有第1背光單元2與第2背光單元4。實施形態2之液晶顯示裝置600，就具備具有不同構成之第2背光單元4來取代實施形態1之液晶顯示裝置100的第2背光單元3者之點，係與實施形態1之液晶顯示裝置100不同。除此之外，實施形態2之液晶顯示裝置600與實施形態1之液晶顯示裝置100基本上為相同。第7圖中，與實施形態1(第1圖)中所說明之液晶顯示裝置100的構成要素為相同或相對應之構成要素，係附加相同圖號。
第2背光單元4，與裝載於實施形態1的第2背光單元3之光源10相同，係裝載複數個發散角寬廣之射出藍綠色的光之光源。複數個光源10，在第1背光單元2的正下方(-Z軸方向)的X-Y平面上，係二維地排列配置。第2背光單元4，為光源正下型的背光單元。在此，所謂發散角寬廣之射出藍綠色的光之光源，例如為藍綠色LED。從光源10所射出之光，經擴散板60擴散後，穿透第1背光單元2、第1光學薄片32及第2光學薄片31而照明液晶顯示元件1的背面1b。
擴散板60，係用以使從第2背光單元4之二維地排列配置的光源10所射出之光予以擴散穿透而設置。擴散板60，為了從來自光源10的照明光14生成面內均一性高的光，係由使光擴散之能力(擴散度)高之材料所構成。
第2背光單元4，在要求大發光量之情形時乃具有效果。所謂要求大發光量之情形，例如有液晶顯示裝置600形成大畫面化之情形，或是窄化液晶顯示元件1的彩色濾光片之藍色或綠色的穿透波段以擴展色重現區域之情形等。此等情形中，藉由使用光源正下型的第2背光單元4，可充分確保亮度。
(實施形態3)
第8圖係顯示本發明的實施形態3之液晶顯示裝置(穿透型液晶顯示裝置)700的構成之示意圖。實施形態3之背光裝置，係具有第1背光單元7與第2背光單元3。實施形態3之液晶顯示裝置700，是較實施形態1之液晶顯示裝置100更為適合之形態。實施形態3之液晶顯示裝置700中，係更詳細探討光傳遞部的條件並進行改良。第8圖中，對於具有與實施形態1(第1圖)中所使用的構成要素為相同或相對應功能之構成要素，係附加相同圖號。惟對於實施形態3中更進行詳細說明之構成要素，係附加新的圖號並與實施形態1的構成要素區分說明。
實施形態3之液晶顯示裝置700中，第1背光單元7，係將從作為第1光源之光源70a、70b所射出之作為第1光的紅色光(射出光)72a、72b，轉換為朝+Z軸方向之照明光37a、37b，並朝液晶顯示元件1的背面1b放射。該照明光37a、37b係穿透第2光學薄片32及第1光學薄片31而照射在液晶顯示元件1的背面1b。
第1背光單元7係具有第1面狀雷射光源部77a與第2面狀雷射光源部77b。第1面狀雷射光源部77a具有光源70a及導光板71a。導光板71a，較佳係相對於液晶顯示元件1的顯示面1a平行地配置。第2面狀雷射光源部77b具有光源70b及導光板71b。導光板71b，較佳係相對於液晶顯示元件1的顯示面1a平行地配置。
第1面狀雷射光源部77a中所含有之光源70a，係相對向配置在導光板71a的-X軸方向之端面73a上。導光板71a為第1導光板。此外，端面73a為光入射端面。例如，光源70a係以等間隔將複數個雷射發光元件排列配置在Y軸方向上者。此外，第1面狀雷射光源部77a中所含有之導光板71a，是由透明材料所構成。此外，導光板71a為板狀構件。如第9圖所示，於導光板71a的背面74a具有光學元件部之微細光學元件75a。所謂背面74a，為導光板71a之與液晶顯示元件1相反側(-Z軸方向側)的面。從光源70a所發出之光，從導光板71a的端面73a入射於導光板71a內，並一邊在導光板71a內產生全反射一邊傳遞。
同樣地，第2面狀雷射光源部77b中所含有之光源70b，係相對向配置在導光板71b的X軸方向之端面73b上。導光板71b為第1導光板。此外，端面73b為光入射端面。例如，光源70b係以等間隔將複數個雷射發光元件排列配置在Y軸方向上者。此外，第2面狀雷射光源部77b中所含有之導光板71b，是由透明材料所構成。此外，導光板71b為板狀構件。於導光板71b的背面74b具有光學元件部之微細光學元件75b。所謂背面74b，為導光板71b之與液晶顯示元件1相反側(-Z軸方向側)的面。從光源70b所發出之光，從導光板71b的端面73b入射於導光板71b內，並一邊在導光板71b內產生全反射一邊傳遞。
第1面狀雷射光源部77a中所含有之光源70a與第2面狀雷射光源部77b中所含有之光源70b，較佳係相互採用具有同樣特性之雷射發光元件。此外，較佳係將光源70a中之雷射發光元件的配置間隔與光源70b中之雷射發光元件的配置間隔設為相同，並且雷射發光元件與導光板71a的端面73a之位置關係(距離或角度等)，和雷射發光元件與導光板71b的端面73b之位置關係(距離或角度等)為相同。再者，第1面狀雷射光源部77a與第2面狀雷射光源部77b中所含有之導光板71a、71b，較佳係具有同樣構造。亦即，第1面狀雷射光源部77a與第2面狀雷射光源部77b較佳係具有同樣特性。
第1背光單元7中，相互具有同樣特性之第1面狀雷射光源部77a與第2面狀雷射光源部77b，係具有以液晶顯示元件1之顯示面1a的中心位置上之相對於顯示面1a之法線(第8圖中為Z軸方向的法線)為中心軸，相互呈180度旋轉之位置關係。此外，導光板71a與導光板71b，係以使導光板71a的側面(端面)與導光板71b的側面(端面)相互整合在同一平面上之方式積層配置。亦即，光源70a與光源70b係配置在相對向的方向上。在此，光源70a為第1面狀雷射光源部77a中所含有之光源。此外，光源70b為第2面狀雷射光源部77b中所含有之光源。光源70a朝+X軸方向將光(射出光)72a射出。另一方面，光源70b朝-X軸方向將光(射出光)72b射出。因此，從各光源70a、70b所射出之光72a、72b的行進方向，互呈反方向。惟從面狀雷射光源部77a、77b所放射之照明光37a、37b，均朝液晶顯示元件1的背面1b放射。
實施形態3之第1背光單元7，如上所述，2個面狀雷射光源部77a、77b，係採取積層配置在照明光所放射之方向(+Z軸方向)的構成。因此，從第1背光單元7所放射之照明光，為將從2個面狀雷射光源部77a、77b所放射之照明光37a、37b加總者。從第1背光單元7所放射之照明光37a、37b，為將第1背光單元7所含有之光源70a、70b點燈時所得到之照明光。因此，從第1背光單元7所放射之照明光在X-Y平面上的空間亮度分布，為加總2個面狀雷射光源部77a、77b在X-Y平面上的空間亮度分布者。
導光板71a、71b，係由丙烯酸樹脂(PMMA)等透明構件所形成。導光板71a、71b例如為厚度2[mm]的板狀構件。從導光板71a、71b的端面73a、73b所入射之光(雷射光)72a、72b，係藉由導光板71a、71b與空氣層之界面的全反射，在導光板71a、71b內重複反射並往X軸方向行進。導光板71a、71b，係具有作為第1空間亮度分布轉換部之光傳遞部76a、76b與作為第2空間亮度分布轉換部之光學元件部78a、78b。光傳遞部76a、76b，為將從光源70a、70b所射出之光72a、72b封閉在導光板71a、71b內而傳遞之部分。微細光學元件75a、75b，為將經由光傳遞部76a、76b往X軸方向行進之光72a、72b的行進方向，主要轉換為Z軸方向(朝液晶顯示元件1之方向)。
導光板71a、71b中所含有之光傳遞部76a、76b，係設在端面73a、73b附近。從光源70a、70b所射出之光72a、72b，係從端面73a、73b入射於導光板71a、71b內。然後，光72a、72b在光傳遞部76a、76b內往X軸方向傳遞。光傳遞部76a、76b中，導光板71a、71b的表面(液晶顯示元件1側的面)及背面(與液晶顯示元件1相反側的面)，尤為不具有突起等構造之平面。光72a入射於導光板71a。光72b入射於導光板71b。因此，在該光傳遞部76a、76b內傳遞之光72a、72b，可保留本身的發散角及行進方向來傳遞。從光源70a、70b所射出之光72a、72b，在光傳遞部76a、76b內傳遞，可藉由本身的發散角而進行空間性擴展。
如第9圖所示，實施形態3之第1導光板71a、71b所具備的光傳遞部76a、76b，更能夠使可加總雷射光80p、81p之Y軸方向上的1維空間亮度分布達到均一。雷射光80p、81p，係從相鄰之雷射發光元件80、81射出。因此，光傳遞部76a、76b在X軸方向上必需保持一定的光學距離X。
導光板71a、71b中所含有之光學元件部78a、78b，在導光板71a、71b的背面74a、74b(與液晶顯示元件1相反側的面)，具備呈半球狀之凸狀(以下稱為凸透鏡狀)的微細光學元件75a、75b。該凸透鏡狀(微細光學元件75a、75b)，係將在導光板71a、71b內往X軸方向傳遞之光72a、72b，轉換為朝液晶顯示元件1的背面1b方向(+Z軸方向)放射之光(照明光37a、37b)。光72a、72b從端面73a、73b入射於導光板71a、71b內。光72a、72b，在光傳遞部76a、76b傳遞後，在將行進方向維持在X軸方向下，入射於微細光學元件75a、75b。入射於微細光學元件75a、75b之光72a、72b，藉由凸透鏡狀的曲面產生折射，在導光板71a、71b的表面(液晶顯示元件1側的面)與空氣層之界面產生未滿足全反射條件之光。該未滿足全反射條件之光，從導光板71a、71b的表面朝液晶顯示元件1的背面1b放射。
從點光源之光源70a、70b所射出之光72a、72b，可藉由在光傳遞部76a、76b內傳遞，以本身的發散角來擴展。以該本身的發散角來擴展之光(光72a、72b)，係與接近之其他雷射光(光72a、72b)進行空間性重疊，而成為雷射發光元件80、81的排列配置方向(Y軸方向)上的空間亮度分布達到均一之光，亦即，與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。該與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光，係成為入射於微細光學元件75a、75b且朝液晶顯示元件1的背面1b放射之均一的照明光37a、37b。
以下係以光源70a中所含有之雷射發光元件80、以及與該雷射發光元件80在Y軸方向上相鄰之雷射發光元件81為例，詳細說明實施形態3的第1導光板71a、71b所具備之光傳遞部76a、76b。
第9圖係概念性顯示雷射光80p、81p的光路徑之圖。雷射光80p、81p，係從雷射發光元件80、81所射出，並從端面73a入射於導光板71a內。第10圖係顯示1維空間亮度分布80q、81q及加總此等所生成之與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光之1維空間亮度分布82q之圖表。1維空間亮度分布80q、81q，為在以X軸方向的光學距離為X之光傳遞部76a中傳遞之雷射光80p、81p在Y軸方向上的空間亮度分布。
如第9圖所示，雷射發光元件80、81在Y軸方向上隔著距離d相鄰。雷射發光元件80、81係分別與導光板71a的端面73a相對向配置。雷射發光元件80、81的發光面與端面73a之間隔，被設定為距離f。雷射發光元件80、81具有同樣特性。從雷射發光元件80、81所射出之雷射光80p、81p在X-Y平面上的半值半角α之大致為高斯形狀的角度亮度分布，係具有同樣形狀。所謂半值半角，是指在角度亮度分布中以亮度最高的角度為中心(0度)時，成為該最高亮度的一半亮度之角度。
從雷射發光元件80、81所射出之雷射光80p、81p，從端面73a入射於導光板70a內，並在光傳遞部76a中傳遞。此時，光傳遞部76a所具有之X軸方向的光學距離X，是由式(1)所定義。在此，d為雷射發光元件80、81的發光點間距離。f為雷射發光元件80、81的射出面與端面73a之距離。α為從雷射發光元件80、81所射出之光在X-Y平面上之發散角的半值半角。β為在導光板71a內傳遞之雷射光80p、81p在X-Y平面上之發散角的半值半角。
【數學式1】
惟導光板71a內的半值半角β是由式(2)所定義。在此，係將從雷射發光元件80、81所射出之雷射光80p、81p在入射至導光板71a內為止前所傳遞之層的折射率設為n1 。將導光板71a的折射率設為n2 。
【數學式2】
在此，雷射發光元件80、81的發光面積，相對於雷射發光元件80、81的發光點間距離d極小，故可忽略該大小。
上述式(1)及式(2)，係為了使雷射光80p與雷射光81p在Y軸方向上的空間亮度分布中，在具有存在於各光軸上之峰值亮度的一半亮度之位置上具有交叉點，而決定必要的光學距離者。
雷射光80p、81p具有同樣的角度亮度分布，並各自具有對稱於本身光軸之角度亮度分布。因此，當雷射光80p、81p以式(1)及式(2)所決定之光學距離X來傳遞時，如第10圖所示，雷射光80p、81p，在分別具有峰值亮度L之點(Y=y0 ,y1 )的中間點(Y=y2 )上，具有亮度L/2。藉由將此等雷射光80p、81p重疊，可使中間點(Y=y2 )的亮度成為L。以往，相對於存在於雷射光80p、81p的光軸上之明亮部分的亮部，在此等之間存在有黑暗部分的暗部而產生亮度不均。然而，藉由設置由式(1)及式(2)所定義之光學距離X，可在雷射光80p、81p所形成之亮部(Y=y0 ,y1 )之間，將具有與此等相等的亮度之亮部(Y=y2 )予以插補。此外，同時使此等之亮部(Y=y0 ,y1 )間的空間亮度分布達到均化，因此可生成與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與來自亮度分布具有高均一性之線狀光源所射出的光相同之光)。
如上所述，雷射光80p、81p係在具有由式(1)及式(2)所定義之光學距離X之光傳遞部76a傳遞。藉此，可將光傳遞部76a的大小抑制在最低限度，並生成Y軸方向上的空間亮度分布達到均一之與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光。
微細光學元件75a，係設置在從光傳遞部76a的+X軸方向的端部至導光板71a的+X軸方向的端部為止之區域。該配置密度，係以朝+X軸方向由疏至密連續地變化之方式來配置。關於微細光學元件75a的構造及特性，係與實施形態1所示者相同。
光72a(雷射光)係從光源70a射出，並以X軸方向上的長度作為光學距離X而在光傳遞部76a傳遞。該雷射光72a，於成為在光源70a的排列配置方向(Y軸方向)上具有均一的空間亮度分布之光，亦即與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)後，入射於微細光學元件75a，成為面內空間亮度分布達到均一之面光源而照明液晶顯示元件1。
在此，係說明第1面狀雷射光源部77a，但第2面狀雷射光源部77b亦相同，係具備滿足式(1)及式(2)之光傳遞部76b。光72b(雷射光)成為具有高均一性的光，亦即與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)，入射於微細光學元件75b，成為面內空間亮度分布達到均一之面光源而照明液晶顯示元件1。
將此種第1面狀雷射光源部77a與第2面狀雷射光源部77b加總，使第1背光單元7成為面內分布的均一性高之面狀光源。照明光，可抑制面內空間亮度分布的不均。因此，可提供顯示不均被抑制之高畫質的液晶顯示裝置700。
實施形態3中，係將光傳遞部76a、76b之X軸方向上的長度設為由式(1)及式(2)所定義之光學距離X。藉此，可形成具有高均一性之面狀雷射光源部77a、77b。藉由將該光學距離設為較由式(1)及式(2)所定義之X更長，更能夠提升面狀雷射光源部77a、77b之面內空間亮度分布的均一性。
(實施形態4)
第11圖係顯示本發明的實施形態4之穿透型顯示裝置的液晶顯示裝置800的構成之示意圖。為了容易理解，係將液晶光學元件1的短邊方向設為Y軸方向，將液晶光學元件1的長邊方向(與Y軸正交之方向)設為X軸方向，垂直於X-Y平面之方向為Z軸方向。此外，將液晶顯示元件1的顯示面1a側設為+Z軸方向，將液晶顯示裝置的上方向(使液晶顯示裝置100的畫面朝水平方向設置時之上方向)為+Y軸方向，將後述第2光源10的光射出方向設為+X軸方向。
如第11圖所示，液晶顯示裝置800係具備：穿透型的液晶顯示元件1、光學薄片31、光學薄片32、背光裝置303及光反射薄片15。此等構成要素1、31、32、303、15，係在Z軸方向上重疊地排列配置。液晶顯示元件1具有平行於含有X軸與Y軸之X-Y平面之顯示面1a。此外，光學薄片31為第1光學薄片。光學薄片32為第2光學薄片。
第12圖係顯示從-Z軸方向觀看第11圖所示之液晶顯示裝置800時之圖。如第11圖及第12圖所示，背光裝置303係具備導光板811、光擴散反射部812、導光元件5、光源6及光源10。光源6為第1光源，光源10為第2光源。
導光板811與光擴散反射部812，係構成將具有線狀空間亮度分布之光轉換為具有面狀空間亮度分布之光，並將該具有面狀空間亮度分布之光朝液晶顯示元件1放射之第2空間亮度分布轉換部。光擴散反射部812，係以接觸於導光板811之-Z軸方向的面之方式所配置。導光元件5係具有將點狀空間亮度分布轉換為線狀空間亮度分布之功能。導光元件5構成第1空間亮度分布轉換部。導光元件5呈大致四角柱的形狀，並以使一邊具有長邊之長度方向上的一側面與導光板811的側面相對向之方式所配置。亦即，導光元件5的一長邊朝Y軸方向來配置，導光元件5的兩短邊分別朝X軸方向與Z軸方向來配置。導光元件5的一短邊與X軸平行，導光元件5的另一短邊與Z軸平行。導光元件5之與導光板811的側面相對向之側面，為導光元件5的光射出面5c。導光板811之與導光元件5的側面相對向之側面，為導光板811的光入射面811a。導光元件5的光射出面5c，在Z軸方向的厚度上，構成為較光入射面811a為小。此外，導光元件5之厚度方向(Z軸方向)的中心位置與導光板811之厚度方向(Z軸方向)的中心位置，較佳係配置為一致。於導光元件5的光射出面5c，形成有例如僅在X-Z剖面上具有曲率之凹形的微細光學元件850。微細光學元件850，為在Y軸方向上具有中心軸之圓筒面且於X-Z剖面上具有曲率(為曲線)，但在與此正交之方向(Y軸方向)上，為不具有曲率(為直線)之面。於導光元件5的光射出面5c，複數個微細光學元件850在Z軸方向上排列配置。藉由該微細光學元件850，可增大從導光元件5的光射出面5c朝導光板811射出之光線61之X-Z平面上的發散角。
光源6係射出紅色光線61。光線61從由導光元件5的兩短邊所構成之光入射面5a入射，於導光元件5中往+Y軸方向傳遞。從光源10所射出之光線871，往+X軸方向射出，而從導光元件5的光入射面5b入射於導光元件5內。光入射面5b，為與相對向於導光板811之光射出面5c相對向之面。光源10，係具有與光入射面5b相對向而將複數個發光元件10a、10b、10c、10d配置在Y軸方向上之構成。光源6例如為雷射光源般之發散角小且指向性高之發光元件。此外，光源10例如由發散角大之複數個發光元件所構成。換言之，光源6例如為與實施形態1之光源20a、20b相同之雷射光源。此外，光源10例如為與實施形態1之光源10相同之作為複數個發光元件的LED光源。此外，光入射面5a為第1光入射面，光入射面5b為第2光入射面。光線61為第1光，光線87為第2光。
與實施形態1相同，液晶顯示裝置800，係具有控制部51、液晶顯示元件驅動部52及光源驅動部53a、53b。第13圖係概略顯示液晶顯示裝置800的構成之方塊圖。使用第13圖來說明液晶顯示裝置800的動作。液晶顯示裝置800係具有：驅動液晶顯示元件1之液晶顯示元件驅動部52、驅動光源6之光源驅動部53a、及驅動複數個光源10之光源驅動部53b。液晶顯示元件驅動部52與光源驅動部53a、53b的動作，係藉由控制部51所控制。
控制部51，係對從未圖示的訊號源所供給之影像訊號54施以圖像處理並生成控制訊號，並將此等控制訊號供給至液晶顯示元件驅動部52及光源驅動部53a、53b。液晶顯示元件控制訊號55，為從控制部51傳送至液晶顯示元件驅動部52之控制訊號。光源控制訊號56a，為從控制部51傳送至光源驅動部53a之控制訊號。光源控制訊號56b，為從控制部51傳送至光源驅動部53b之控制訊號。光源驅動部53a、53b，分別因應來自控制部51的光源控制訊號56a、56b來驅動光源6、10，並從此等光源6、10射出光線。
第14圖係顯示實施形態4中之導光元件5的構成之示意圖。第14圖為從-X軸方向觀看導光元件5之圖。換言之，第14圖為觀看導光元件5的光入射面5b側之圖。導光元件5的光入射面5b，為與相對向於導光板811之光射出面5c相反側之面。實施形態4中，導光元件5是由透明材料所構成且為四角柱的棒狀構件。實施形態4中，導光元件5係於光入射面5b具有複數個作為光學元件之微細光學元件17。從光源6所射出之光線61，係從導光元件5的光入射面5a入射於導光元件5內，並在導光元件5內產生全反射而傳遞。從構成光源10之複數個發光元件(例如10a至10d)所射出之光線871，係從光入射面5b入射於導光元件5內。光線871，在穿透微細光學元件17時產生散射。光線871，係在導光元件5內與從光源6入射之光線61混合。然後，光線871從導光元件5的光射出面5c朝導光板811射出。
如上所述，光源6為如雷射光源之發散角小且指向性高之光源。為了從該指向性高之光源生成具有線狀空間亮度分布之光，係從剖面積小之光入射面5a，使屬於雷射光之光線61入射於導光元件5內。光入射面5a，為垂直於光線61的光行進方向(第12圖中的Y軸方向)之面(第12圖中之平行於X-Z平面之面)。因此，即使是指向性高且發散角小之雷射光，亦可增加在導光元件5內的反射次數。若藉由微細光學元件17每次以一定量將該反射光取出並從光射出面5c射出，則可容易地生成具有線狀空間亮度分布之光(亦即以與光傳遞方向正交之平面所切割之光線的剖面形狀呈直線狀的光)。此時，由於光線61至最初入射於微細光學元件17為止之光學距離較短，所以導光元件5可將不必要的空間(space)抑制在最低限度。結果可使背光裝置303達到小型化。
導光板811，係相對於液晶顯示元件1的顯示面1a平行地配置。導光板811，係於背面具有光擴散反射部812。導光板811的背面，為導光板811之與液晶顯示元件1相反側且為-Z軸方向側的面。導光元件5係相對向配置在光入射面811a。光入射面811a為導光板811之-X軸方向上的端面。從導光元件5所射出之光線809，係從導光板811的光入射面811a朝導光板811的中心方向行進。光線809為混合照明光62與光線871之光。
從導光元件5所射出之光線809，係在導光板811的內部產生全反射而傳遞。光線809係藉由配置在背面側之光擴散反射部812，使該一部分散射反射。所謂背面側，為-Z軸方向側。該散射光係作為照明光810從導光板811的前面射出。導光板811的前面，為導光板811的液晶顯示元件1側，且為+Z軸方向側的面。從導光板811所射出之照明光810，係穿透第2光學薄片32及光學薄片31而照明液晶顯示元件1。
光學薄片31，為具有使從背光單元303所射出之照明光810朝液晶顯示元件100之顯示面1a的法線方向之作用。此外，光學薄片32係具有抑制細微照明不均等的光學影響之功能。
於背光裝置303的-Z軸方向，置有光反射薄片15。從背光裝置303朝背面側射出之光線，在光反射薄片15上反射，而用作為照明液晶顯示元件1的背面1b之照明光。所謂背面側，為-Z軸方向側。光反射薄片15，例如可使用以聚對苯二甲酸乙二酯等樹脂作為基材之光反射薄片。此外，例如可使用在基板的表面蒸鍍有金屬之光反射薄片等之其他光反射薄片作為光反射薄片15。
液晶顯示元件1係具有平行於與Z軸方向正交之X-Y平面之液晶層。液晶顯示元件1的顯示面1a呈矩形狀。第11圖所示之X軸方向及Y軸方向，為分別沿著該顯示面1a相互正交的2邊之方向。液晶顯示元件驅動部52，係因應從控制部51所供給之液晶顯示元件控制訊號55，以像素單位來改變液晶層的光穿透率。各像素由3個次像素所構成，此等次像素係具備分別僅使紅色光、綠色光及藍色光穿透之彩色濾光片。液晶顯示元件驅動部52係藉由控制各次像素的穿透率來生成彩色圖像。藉此，液晶顯示元件1可將從背光裝置303所入射之照明光進行空間上的調變，而生成圖像光。液晶顯示元件1可將該圖像光從顯示面1a射出。液晶顯示元件1的彩色濾光片，雖以光的3原色之紅色、綠色及藍色表示，但為了擴展色重現範圍，亦可追加光的3原色以外之色彩。
接著，詳細說明實施形態4的各構成要素。光源6，例如以640[nm]作為峰值，且具有波長寬以半值全寬計為1[nm]之單色性極高的光譜之雷射光源。此外，來自光源6之光的發散角，在快軸方向上以半值全寬計為40度，在慢軸方向上以半值全寬計為10度。實施形態4中，光源6所具有之雷射發光元件，係以半值全寬較大的快軸方向，在導光元件5的光入射端面5b及光射出端面5c上產生反射之方式所配置。亦即，雷射發光元件的快軸方向係成為第11圖中的X軸方向。光入射面811a的短邊為與Z軸平行之邊。光源6為第1光源。
換言之，雷射發光元件的光線61中，以使發散角大之快軸方向上的光線在導光元件5的光入射面5b及光射出面5c之間產生反射之方式來構成。藉由該構成，可增加雷射光在導光元件5內的反射次數。使入射於導光元件5上所設置之微細光學元件17之光線61增多。結果為，該構成可提升微細光學元件17的取光效率F。在此，F=(從導光元件朝導光板射出之光量)/(在導光元件內傳遞之光量)。
導光元件5，係由丙烯酸樹脂(PMMA)等透明構件所形成。例如為厚度2[mm]×2[mm]的棒狀構件。如第12圖及第14圖所示，於該光入射面5b(與導光板811相反側的面)形成有用以使在導光元件5內傳遞之光線61朝光射出面5c的方向(+X軸方向)射出之呈半球狀的凸狀(以下稱為凸透鏡狀)之微細光學元件17。
從導光元件5的光入射面5a所入射之光線61，係藉由在導光元件5與空氣層之界面的全反射，在導光元件5內重複反射並往Y軸方向行進。當光線61入射於微細光學元件17時，藉由該曲面會改變光線61的行進方向，並會產生未滿足在導光元件5的光射出面5c(導光板811側的面)與空氣層之界面的全反射條件之情形。未滿足全反射條件之光線61，係作為照明光62從導光元件5的光射出面5c朝導光板811的光入射面811a射出。
所謂配置密度，是指每單位面積之微細光學元件17所佔面積的比率。配置密度可藉由改變每單位面積之微細光學元件17的個數來調整。此外，配置密度亦可藉由改變每單位面積之微細光學元件17的大小(1個微細光學元件的面積)來調整。藉此，可控制從導光元件5所射出之照明光62在Y軸方向上的空間亮度分布。
微細光學元件17的具體例，例如可採用其表面的曲率約0.15[mm]、最大高度約0.005[mm]、折射率約1.49之凸透鏡形狀的微細光學元件17。導光元件5或微細光學元件17的材質，可使用丙烯酸樹脂。然而，導光元件5或微細光學元件17的材質並不限定於丙烯酸樹脂。導光元件5或微細光學元件17的材質，只要是光穿透率良好且成形加工性佳之材質即可，可使用聚碳酸酯樹脂等其他樹脂材料來取代丙烯酸樹脂。或者是，導光元件5或微細光學元件17的材質，可使用玻璃材料來取代丙烯酸樹脂。
導光元件5，係具有微細光學元件17的配置密度相對於光線61的行進方向(第12圖中的+Y軸方向)的位置呈現變化之構造。微細光學元件17係設置在導光元件5的光入射面5b上。所謂光入射面5b上，是指從導光元件5的光入射面5a附近至與光入射面5a相對向之一側的端面位置為止之區域。微細光學元件17的配置密度係採取從光入射面5a從流往密連續性變化的構成。亦即，微細光學元件17的配置密度，係採取從光入射面5a朝與光入射面5a相對向之一側的端面方向由疏至密之緩慢或連續性變化的構成。
從光入射面5a入射於導光元件5內之光線61，係藉由微細光學元件17緩慢地往導光板811的方向射出。因此，隨著光線61往Y軸方向行進，使導光元件5內的光量減少。然而，如第14圖所示，微細光學元件17的配置密度隨著往Y軸方向行進而變密。因此可增加入射於微細光學元件17的光量相對於在導光元件5內傳遞之光線61的光量之比率。結果為，可使從導光元件5的光射出面5c朝導光板811射出之照明光62，成為Y軸方向上的空間亮度分布達到均一之與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。光射出面5c為與導光板811相對向之面。
從微細光學元件17所射出之照明光62，在慢軸方向上的發散角小。慢軸方向為Z軸方向上的軸。此係由於從光源6所射出之發散角小的光線61一邊在導光元件5內反射一邊行進，而將光源6維持在射出時的發散角之故。此外，入射於微細光學元件17之光，雖然改變行進方向，但該發散角幾乎不改變之故。如此，當發散角小的照明光62入射於導光板811內時，入射於導光板811的背面上所設置之光擴散反射部812之光的比率變少。因而使導光板811相對於照明光62之取光效率降低。此外，照明光62入射於光擴散反射部812之位置呈空間性不均一。因此，會產生從導光板811所射出之光在X-Y平面上的空間亮度分布變得不均一之問題。再者，實施形態4中，複數個光源6、10為共用導光板811之構成。因此，入射於導光板811內之光的特性幾乎相等，故可抑制色彩不均。亦即，照明光62的發散角寬廣者較佳。
實施形態4中，從導光元件5所射出之照明光62，係穿透導光元件5的光射出面5c上所設置之微細光學元件850。藉此，使照明光62在導光板811的厚度方向(慢軸方向)上的發散角變寬廣。發散角變寬廣之照明光62，係從光射出面5c朝導光板811的光入射面811a射出。微細光學元件850在X-Z平面上具有曲率，而增大照明光62在X-Z平面上的發散角。藉此可提高導光板811相對於照明光62之取光效率。如此可獲得背光單元100達到高亮度化之效果。再者，可獲得低消耗電力化之效果。此外，可解決從導光板811朝液晶顯示元件1射出之照明光810的面內空間亮度分布之均一化問題。此外，亦可解決光源6的光與光源10的光之混色所造成的色彩不均之問題。
實施形態4中，微細光學元件850係作成僅在X-Z平面上具有曲率，且具有在Z軸方向上排列配置複數個之構造。但本發明並不限定於此。只要滿足下列2個要件的兩者，則微細光學元件850的構造亦可採用其他構造。第1要件，為從微細光學元件所射出之光的發散角較大之要件。第1要件，係與入射至導光板811之光的入射角度較大者為同等。第2要件，為相對於在導光板811內傳遞之照明光62的光行進方向(X軸方向)，光線被轉換為對稱於導光板811的厚度方向(Z軸方向)之角度亮度分布之要件。例如，可構成為在導光元件5的X-Z剖面上，在Z軸方向上排列配置複數個具有斜面部之三角形的稜鏡之構造。此外，並不限於僅在1維方向(Z軸方向)排列配置微細光學元件(例如微細光學元件850)之構造，亦可構成為具有在2維方向(Z軸方向及Y軸方向)排列配置微細光學元件之構造。惟照明光62中，在導光板811的厚度方向上將光擴展所帶來之效果具支配性，因此，具有僅在1維方向(Z軸方向)排列配置微細光學元件之構造者，可得到簡易構造且效果佳之效果。
此外，實施形態4中，係於光射出面5c設置微細光學元件850。但本發明並不限定於此。微細光學元件850，就擴大從光源6所射出之光線61的發散角之目的來看，亦可在光線61或照明光62入射於導光板811內為止之前設置於要穿透之其他面上。實施形態4中，例如可採用在導光元件5的光入射面5a或導光板811的光入射面811a上設置微細光學元件850之構成。
另一方面，光源10，為了藉由與從光源6所射出之紅色照明光62之混色來製作出白色，係射出綠色及藍色(以下表現為藍綠色)的光線871。詳細而言，構成光源10之發光元件10a、10b、10c、10d，在具備藍色的單色LED之封裝中，充填有吸收該藍色光並發出綠色光之綠色螢光體而成之裝置。光源10，係將此等複數個藍綠色LED在Y軸方向上緊密地排列配置。由藍綠色LED所構成之發光元件10a、10b、10c、10d，係在450[nm]附近與530[nm]附近具有峰值。此外，發光元件10a、10b、10c、10d係射出從420[nm]至580[nm]的波段具有連續光譜之藍綠色的光線871。亦即，構成光源10之發光元件，例如可採用藉由激發光源與螢光體之組合而發出藍綠色光之光源。構成光源10之發光元件中，除了上述以藍色光激發綠色螢光體而發出藍綠色的光之構成外，亦可採用以紫外光激發藍色與綠色的螢光體而發出藍綠色的光之構成。此外，構成光源10之發光元件中，除了上述LED之外，亦可採用螢光燈。在此，光源6為第1光源，光源10為第2光源。
實施形態4的光源10中所使用之LED光源，係具有寬廣發散角。因此，如實施形態4的光源10，從排列配置在1維方向(Z軸方向)上之複數個光源所射出之光線871，在穿透導光元件5時，藉由本身的發散角與從接近的光源所射出之光線871進行空間性重疊。再者，設置在導光元件5之微細光學元件17，由於具有曲率，因此，入射於微細光學元件17之光線871，可藉由光擴散作用而得到空間均一性之效果。
當將從接近配置之光源所射出之複數條光線進行空間性重疊時，此等光線的分布可達到均一，而在光源的排列配置方向上成為均一的空間亮度分布。因此，即使是單一條時不具均一的空間亮度分布之光線，亦可藉由重疊複數條光線而使此等的分布達到平均化，而製作出在光源的排列配置方向上空間亮度分布達到均一之與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。
導光元件5係相.對向配置在導光板811的光入射面811a。從光源6所射出之紅色照明光62與從光源10所射出之藍綠色的光線871，分別從導光元件5的光射出面5c，成為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)而朝導光板811射出。因此，藉由控制部51可個別地控制(光源控制訊號56a、56b)各光源驅動部53a、53b，而調整從光源6所射出之紅色照明光62的亮度、與從光源10所射出之藍綠色的光線871的亮度之比率。藉此，導光元件5係具有白色線狀光源之功能。光入射面811a為導光板811之X軸方向上的面。
實施形態4中，係將導光元件5構成為端面2邊長度2[mm]×2[mm]的四角形之棒狀構件。但本發明並不限定於此。導光元件5在Z軸方向上的厚度，就與導光板811之光耦合效率來看，係要求至少較導光板811的厚度更薄。此外，就液晶顯示裝置的薄型化、輕量化，以及多重反射次數的增加所帶來之光(光線61)的利用效率提升之觀點來看，較佳係採用X軸方向上的厚度較小之導光元件5。尤其是雷射光源，為發光面面積較小且指向性高之光源，故對於厚度較小的導光元件5，亦可得到高光耦合效率。惟此時亦須考量到導光元件5之厚度的薄型化所導致之剛性降低的問題等。
導光板811例如由透明構件所形成。此外，導光板811例如為厚度4[mm]之板狀構件。導光板811，於其背面具有用以使從導光元件5所射出之照明光62及光線871朝液晶顯示元件1的背面1b射出之光擴散反射部812。光擴散反射部812，例如可藉由在導光板811的背面以點狀印刷白色油墨等之光擴散反射材而構成。此時，係構成為將印刷為點狀之光擴散反射材的密度，在導光元件5的光入射面811a附近設為較疏，隨著遠離導光元件5而設為較密之分布。藉此，可使從導光板811所射出之照明光810在X-Y平面上的面內空間亮度分布達到均一。
從導光板811朝液晶顯示元件1射出之照明光810，有時會因之後的光學薄片31、32等，而往-Z軸方向反射。為了實現高亮度化及低消耗電力化，必須將此等光再次運用作為液晶顯示元件1的照明光。因此，背光裝置303係在-Z軸方向側具備光反射薄片15。
此外，實施形態4之導光板811的光擴散反射部812，係以將上述光線予以反射之點狀印刷作為具體例來顯示。然而，並不限定於擴散型的反射構造，例如由透鏡形狀的凹凸狀或波型狀所構成之折射型的反射構造，亦可得到同樣效果。因此，光擴散反射部812不限於擴散型的反射構造，亦包含折射型的反射構造。
此外，實施形態4中，光源6係採用雷射光源，但本發明並不限定於此。本發明對於如雷射光源之發光面積小，具有發散角且每單位面積所輸出之光量大之任意光源亦為有效。例如，藉由運用每單位面積所輸出之光量大之單色的LED光源作為光源6，亦可達成下列效果，亦即得到簡易構成且具有均一的空間亮度分布，並且為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)之效果。另一方面，光源10為發散角廣且每單位面積所輸出之光量相對於光源6較小之光源。藉由運用於實施形態4，即使併用具有上述不同特性之光源6與光源10，亦可製作出無色彩不均之面狀光源。
實施形態4之液晶顯示裝置800，係具備紅色雷射與藍綠色LED。藍綠色LED，是由藍色的單色LED與吸收藍色光並發出綠色光之綠色螢光體所構成。藉由採用單色性佳的雷射作為背光裝置的光源，與採用單色LED或多色LED時相比，可提高顯示色的色純度。因此，採用雷射作為光源之液晶顯示裝置800，與採用其他光源之液晶顯示裝置相比，可達成鮮艷的色彩表現。此外，雷射與單色LED相比為高輸出。再者，雷射係在高電流注入時的電-光轉換效率高。因此，液晶顯示裝置800可實現小型化、高輸出且低消耗電力。
尤其是，實施形態4之液晶顯示裝置800係採用紅色雷射。該理由說明如下。
第1理由在於既有的背光裝置所廣泛採用之白色LED中，紅色區的光能量較少。尤其在紅色區的光中，在純紅色的較佳630至640[nm]範圍內之光的比率極少。因此，在該波長區中欲提高色純度時，會使濾光片的穿透光量極度減少，而產生使亮度顯著降低之問題。此係由於為了提高色純度而窄化液晶顯示元件1所具有之濾光片的波長寬度之故。亦即，使穿透濾光片之光的波長寬度變窄，而使光量降低之故。
第2理由在於紅色為人類對色差之感度較高之色彩。例如，與白色LED相比，波長波段寬度較窄之紅色的單色LED之波長波段寬度，約為數十nm。相對於此，紅色雷射的波長波段寬度僅有數nm左右。紅色之此波長波段寬度的差，在人類的視覺上會感受到更顯著的差異。在此，波長波段寬度為色純度的差。
因此，3原色的顏色中，將紅色光替換為雷射所帶來之低消耗電力化的效果高，此外，對色純度提升之效果亦高。從此等理由中，實施形態4之液晶顯示裝置800中，係運用雷射作為紅色光源。
此外，如以往使用白色LED或是波長波段寬度寬的紅色單色LED時，由於紅色光的一部分亦會穿透光譜上為鄰接之綠色的濾光片，而使綠色的色純度降低。在此，白色LED為從藍色至紅色具有連續光譜之LED。然而，實施形態4之液晶顯示裝置800中，由於紅色的色純度增加，使穿透綠色的濾光片之紅色的光量降低，因此，液晶顯示裝置800可提升綠色的色純度。
此外，液晶顯示裝置800中，藍色光與綠色光，是藉由具有藍色的單色LED與吸收藍色光並發出綠色光之螢光體之藍綠色LED所生成。關於綠色，亦可考慮採用發出綠色光之單色LED或單色雷射。然而，此等LED或雷射，在可運用在顯示器之簡易且小型的裝置中，就低消耗電力及高輸出化之點來看，較使用螢光體之多色LED為差。因此，實施形態4之液晶顯示裝置800，為了達到裝置的簡化、小型化及低消耗電力化，綠色光為採用螢光體之構成，而非LED或雷射等之發光元件。
實施形態4中，藍色的單色LED係發出藍色光並激發綠色螢光體。為了更加擴展色重現範圍，採用藍色雷射來取代藍色的單色LED者亦為有效。然而，如實施形態4之光源10，係藉由藍色發光元件來激發螢光體而得到其他色的光之構成。在該構成中，與雷射相比，採用LED作為藍色發光元件者為佳。該理由說明如下。
相對於低電流驅動且為低輸出之LED，雷射為高電流驅動且為高輸出。因此，驅動中的雷射所產生之發熱量極大。此外，從LED所射出之光，具有較寬發散角，相對於此，從雷射所射出之光，具有極窄的發散角。因此，使用雷射時，入射於螢光體之激發光的強度密度(入射於螢光體每單位體積之光的強度)極高。入射於螢光體且被吸收之光，一部分轉換為其他波長並放射至外部。其他光主要成為熱能。一般而言，螢光體的內部轉換效率(相對於所吸收之光量，被轉換為其他波長的光之光量)為40%至80%左右。亦即，同時所產生的熱能亦達到入射光能的20%至60%。因此，當使高輸出且光強度密度高之雷射光入射時，螢光體的發熱量變得極大。
當具備螢光體之雷射的發熱量增加時，螢光體的溫度上升。再者，當吸收藍色光的螢光體本身的發熱量增加時，螢光體的溫度會上升。當螢光體的溫度上升時，螢光體的內部轉換效率會大幅降低。因而產生亮度降低或消耗電力增加之問題。因此，實施形態4之光源10，較佳係採用藍綠色LED，該藍綠色LED係具備藍色的LED與藉由該藍色光所激發並發出綠色光之螢光體。
如上所述，實施形態4之液晶顯示裝置800中，係採用低消耗電力且可有效率地擴大色重現範圍之構成。亦即，3原色的光源當中僅有紅色採用雷射，藍色與綠色則採用藍綠色LED。藍綠色LED係具備藍色的單色LED與吸收該藍色光並發出綠色光之螢光體。藉此，與以往的液晶顯示裝置相比，可成為簡易且便宜之構成，藉此可提供低消耗電力且能夠實現寬廣色重現範圍之液晶顯示裝置。所謂以往的液晶顯示裝置，是指採用白色LED之液晶顯示裝置、採用3原色的單色LED之液晶顯示裝置以及採用3原色的單色雷射之液晶顯示裝置等。
如實施形態4之液晶顯示裝置800，藉由採用單色性佳之雷射光源作為背光單元的光源，可提高顯示色的色純度。結果為，可得到較採用以往所廣泛使用之螢光燈或LED作為光源者更為鮮豔的色彩表現之液晶顯示裝置。
實施形態4之液晶顯示裝置800中，係運用單色的紅色雷射光源作為光源6，並運用發出藍色與綠色經混色之光的光源作為光源10而構成。如前所述，運用黃色螢光體之白色LED中，尤其在紅色區的發光光譜中，該能量較少。此外，紅色為人類對色差之感度較高之色彩。
實施形態4中，係採用在640[nm]具有峰值波長之紅色雷射光源作為光源6。但本發明並不限定於此。例如可採用射出波長不同的紅色光線之雷射光源。或者是，可採用射出藍色或綠色的光線之可見單色光的雷射光源。例如，採用可發出單色性相對較佳之單色光的LED作為光源6者，亦為有效。然而，為了得到更寬廣的色重現範圍，採用波長寬度盡可能的窄之雷射光源者，對於色重現範圍的寬廣化具有效果，故較佳。所謂波長寬度窄的雷射光源，為單色性佳之雷射光源。實施形態4中，相對於採用作為單色光源之光源6，係採用可射出補色光之光源10。亦即，藉由光源6及光源10，可製作出白色光。在此，光源6為第1光源，光源10為第2光源。
一般來說，光源6可使用螢光燈或LED。然而，當將液晶顯示元件1所具有之彩色濾光片的穿透波長區設定較窄以提高色純度時，會使彩色濾光片所造成之光損耗增加而導致圖像的亮度降低。另一方面，實施形態4中，係提高光源6的單色性以提高色純度，因此可減少彩色濾光片所造成之光損耗。亦即，可抑制圖像的亮度降低。此外，液晶顯示裝置800可實現低消耗電力化。此外，可提高圖像的色純度。
此外，亦可考量採用紅色的單色LED作為光源6。然而，相對於單色的LED光源，雷射光源之單色性佳。因此，液晶顯示裝置800可提供更為鮮豔的影像。又，雷射光源亦可為低消耗電力驅動。此外，可藉由該高指向性來提升對導光元件5之耦合效率。因此，液晶顯示裝置800乃具有可實現低消耗電力化之優點。此外，液晶顯示裝置800乃具有可實現高亮度化之優點。
再者，根據實施形態4，例如，控制部51可個別地控制各光源驅動部53a、53b，而調整從第1光源6所射出之紅色照明光62的亮度、與從光源10所射出之藍綠色光線871的亮度之比率。因此，控制部51可因應各影像訊號54所需之各色亮度的比率來調整各光源的發光量，藉此，液晶顯示裝置800可實現低消耗電力化。
實施形態4之背光裝置303，係具備發散角或發光量為不同之複數種光源。此時可藉由在導光板811的側面設置導光元件5之簡易且小型的構成，使從各光源所射出之光的亮度分布達到均一，而能夠有效率地混合複數種的光。因此可提供即使在複數種光源射出互為不同色的光時，亦可顯示出色彩不均被抑制之良好圖像之液晶顯示裝置。此外，根據實施形態4，由於可採用雷射等的單色光源作為光源，因此可提供色重現範圍寬廣的鮮艷影像之液晶顯示裝置。
實施形態4中，係說明導光元件5配置在Y軸方向之導光板811的長邊方向之構成。但並不限定於此。藉由設計出配置在導光板811的背面之光擴散反射部812，即使配置在導光板811的短邊側，亦可得到同樣效果。
此外，實施形態4中，光源6係以從光入射面5a將光線61往Y軸方向射出之方式來配置。光入射面5a是由導光元件5的2個短邊所構成之端面。然而，如第16圖所示，亦可將光源6與光源10在Y軸方向上排列設置。從光源6往+X方向射出之光線61，可使用稜鏡851等之具有可使光折射之效果的光學元件，而被導入至導光元件5的光入射面5a。此外，亦可加工導光元件5的端面來形成反射面等，將從光源6所射出之光線61的行進方向變更為Y軸方向而構成。
此外，實施形態4中，係將微細光學元件17的形狀構成為凸透鏡狀，但本發明並不限定於此。只要是具有可使在導光元件5內往Y軸方向行進之光線61，往X軸方向折射，並朝導光板811的光入射面811a射出之構造即可，亦可為其他形狀。例如可採用由稜鏡狀所構成之微細光學元件。此外，可採用由不規則的凹凸圖案所構成之微細光學元件。
惟凸透鏡狀為透明構造且可使光線折射。此外，與稜鏡等構造相比，為簡易的形狀。因此，凸透鏡狀係具有容易製作之優點。此外，凸透鏡狀，即使在導光元件5較長時亦可藉由印刷來製作，因此可容易地因應。此外，藉由噴砂等所形成之不規則的凹凸狀，亦可使光線往Z軸方向折射。但若是凸透鏡狀者，則可進行凸狀的設計。因此具有可容易設計出作為線狀光源的均一空間亮度分布之優點。
此外，根據實施形態4，雷射光線(光線61)係在導光元件5內及導光板811內進行多重反射並傳遞。藉此，亦可得到能夠降低使用同調性高的雷射光源之圖像顯示裝置中造成問題的散斑雜訊之效果。
(實施形態5)
第17圖係顯示本發明的實施形態5之液晶顯示裝置(穿透型液晶顯示裝置)801的構成之示意圖。實施形態5之液晶顯示裝置801，作為第1光源之光源6有2個，並以與由導光元件85的2個短邊所構成之2個端面相對向之方式來配置，此點係與實施形態4之液晶顯示裝置800不同。導光板811係配置在液晶顯示元件1的-Z軸方向上。除了上述不同點，實施形態5之液晶顯示裝置801與實施形態4之液晶顯示裝置800基本上為相同。第17圖中，與實施形態4中所說明之液晶顯示裝置800的構成要素為相同或相對應之構成要素，係附加相同圖號。
第18圖係顯示本發明的實施形態5之導光元件85的構成之示意圖，為從光入射面85b側觀看導光元件85之圖。光入射面85b，為來自光源10的光線871所入射之一側的第2光入射面。導光元件85，係由與實施形態4所示之導光元件5相同的透明材料所構成。此外，導光元件85係與實施形態4所示之導光元件5相同的棒狀構件。於光入射面85b，係具有光學元件之微細光學元件17。光入射面85b，為與相對向於導光板811之光射出面85c相反側之面。光入射面85b為第2光入射面。
導光元件85的光入射面85a、85d，具有微細光學元件85e。微細光學元件85e係具有在Y-Z剖面上，在Z軸方向上排列配置有三角形的複數個稜鏡之構造。從光源6a、6b所射出之光線61，係穿透微細光學元件85e。此時，集中在光線61之發散角的角度中心之光，被轉換為相對於發散角的角度中心具有寬廣角度之光。光線61，藉由穿透微細光學元件85e而在Y-Z平面上具有寬廣角度亮度分布。寬廣角度亮度分布的光線61，係經由光學元件15作為照明光62入射於導光板811內。照明光62在導光板811的厚度方向上具有寬廣發散角。因此，可提高導光板811相對於照明光62之取光效率。可獲得液晶顯示裝置801及液晶顯示裝置801所具備之背光單元達到高亮度化之效果。再者，可獲得液晶顯示裝置801及液晶顯示裝置801所具備之背光單元達到低消耗電力化之效果。此外，可使照明光62通過導光板811所生成之面狀光的面內空間亮度分布達到均一化。藉此，亦可在不會產生色彩不均下，將照明光62與從光源10所射出之光線871混色。因此，液晶顯示裝置801可抑制色彩不均，而提供良好畫質。該微細光學元件85e，可採用於實施形態4之第12圖及第16圖所示之導光元件5。
微細光學元件17的配置密度，相對於從光源6a、6b所射出之光線61的行進方向(第17圖及第18圖中的Y軸方向)的位置呈現變化。詳細而言，係從導光元件85的光入射面85a及光入射面85d附近朝導光元件85之Y軸方向的中心位置，由疏至密連續地變化。光源6a、6b為第1光源。光入射面85a為第1光入射面。光入射面85d為第3光入射面。
從光源6a、6b所射出之紅色光線，分別在導光元件85內產生全反射而傳遞。從複數個發光元件10a、10b、10c、10d所發出藍綠色的光線871，從導光元件85的光入射面85b入射於導光元件85內。光線871在穿透微細光學元件85e時產生散射。此外，光線871係與從光源6a、6b所發出之紅色的照明光62混合。然後，照明光62及光線871從導光元件85的光射出面85c朝導光板811射出。
從光入射面85a、85d入射於導光元件85內之光線61，係藉由微細光學元件17緩慢地往導光板811的方向射出。因此，導光元件85內的光量隨著接近於Y軸方向的中心位置而減少。然而，微細光學元件17的配置密度隨著接近於導光元件85之Y軸方向的中心位置而變密。因此可增加入射於微細光學元件17的光量相對於在導光元件85內傳遞之光線61的光量之比率。結果為，可使從導光元件85的光射出面85c朝導光板811射出之紅色的照明光62，成為Y軸方向上的空間亮度分布達到均一，亦即與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。
另一方面，射出藍綠色的光線871之光源10，為與實施形態4之光源10相同構成。因此，構成光源10之發光元件，與光源6a、6b不同，為發散角較大的發光元件。亦即，光線871，即使僅穿透導光元件85，亦與從光源6a、6b所射出之紅色光線61(照明光62)相同，成為Y軸方向上的空間亮度分布達到均一之與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)。
導光元件85係相對向配置在導光板811的光入射面811a。照明光62及光線871分別從導光元件85的光射出面85c，成為與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)而朝導光板811射出。在此，照明光62是從光源6a、6b所射出之紅色光(光線61)。此外，光線871是從光源10所射出之藍綠色的光(光線871)。控制部51係個別地控制各光源驅動部53a、53b，而調整從光源6所射出之紅色光線61的亮度，與從光源10所射出之藍綠色的光線871的亮度之比率。導光元件85係具有白色線狀光源之功能。光入射面811a為導光板811之-X軸方向上的端面。光射出面85c為與導光板811相對向之面。
實施形態5之液晶顯示裝置801的其他構成，係與實施形態4之液晶顯示裝置800者相同。其他構成係包含液晶顯示元件1、第1光學薄片31、第2光學薄片32、導光板811及光反射薄片15。此外，實施形態5中，可採用實施形態4中第16圖所示之稜鏡851等之具有可使光折射之效果的光學元件。
一般而言，隨著液晶顯示裝置之畫面大小的增大，對於背光單元係要求可射出更多光量的照明光。為了可一邊維持白平衡(white balance)一邊增加從背光單元所射出之照明光的光量，一般而言，必須增加各光源的發光強度或是增加光源數目。然而，在四角柱狀的導光元件之同一光入射面85a上，難以排列配置光源以使光線入射。此係由於為了以較短光學距離使指向性高的光線61反射，必須將導光元件之X軸方向的邊長度縮短之故。此外，為了提高光效率，必須使Z軸方向的邊長度較導光板811的厚度更薄，而無法增長之故。因此，乃具有無法增加光源數目之問題。
根據實施形態5，可在導光元件85兩端的光入射面85a、85d上配置光源6a、6b。如此，根據實施形態5，由於可將2個光源6a、6b設置在1個導光元件85，即使液晶的大小(size)較大，亦可既確保白平衡且得到作為背光單元的充足光量。
(實施形態6)
第19圖係顯示本發明的實施形態6之液晶顯示裝置(穿透型液晶顯示裝置)802的構成之示意圖。實施形態6之液晶顯示裝置802，該2個導光元件85，係伴隨著作為第1光源之光源6a、6b或光源6c、6d，與作為第2光源之光學元件(光源)10a、10b、10c、10d及光學元件(光源)10e、10f、10g、10h，一同夾持液晶顯示元件1而相對向配置，此點係與實施形態5之液晶顯示裝置801不同。除此之外，實施形態6之液晶顯示裝置802與實施形態5之液晶顯示裝置801基本上為相同。第19圖中，與實施形態5中所說明之液晶顯示裝置802的構成要素為相同或相對應之構成要素，係附加相同圖號。
如第19圖所示，2個導光元件85係從X軸方向的兩側夾持導光板811而配置。導光板811係配置在液晶顯示元件1的-Z軸方向上。光源6a、6c，係以與不同導光元件85的光入射面85a相對向之方式，在1個光入射面85a上配置1個。光源6b、6d，係以與不同導光元件85的光入射面85d相對向之方式，在1個光入射面85d上配置1個。換言之，4個光源6a、6b、6c、6d，係以與光入射面85a、光入射面85d相對向之方式，在1個光入射面85a、光入射面85d上分別配置1個。光入射面85a、光入射面85d，是由導光元件85的2個短邊所形成。
於配置在導光板811的-X軸方向上之導光元件85的的-X軸方向，與光入射面85b相對向而配置複數個發光元件10a、10b、10c、10d。此外，於配置在導光板811的+X軸方向上之導光元件85的+X軸方向，與光入射面85b相對向而配置複數個發光元件10e、10f、10g、10h。
從光源6a、6b、6c、6d所射出之光線61，在導光元件85內傳遞。入射於微細光學元件17之光線61，往導光板811的方向折射，並從光射出面85c朝導光板811作為照明光62而射出。另一方面，從發光元件10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h所射出之光線871，係從導光元件85的光入射面85b入射，並從光射出面85c朝導光板811射出。
根據實施形態6，由於可配置4個光源6a、6b、6c、6d，故相對於實施形態4可配置4倍的光源。此外，根據實施形態6，相對於實施形態5可配置2倍的光源。因此，實施形態6係對於液晶顯示裝置802及液晶顯示裝置802所具備之背光單元的高亮度化為有效。
實施形態6之導光板811，是由透明構件所形成。此外，導光板811例如為厚度4[mm]之板狀構件。導光板811，於其背面具有用以使從所配置之光源6a、6b、6c、6d及發光元件10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h所射出之光線61、871，朝液晶顯示元件1的背面1b射出之光擴散反射部812。如第20圖所示，光擴散反射部812，例如可藉由在導光板811的背面以點狀印刷擴散反射材而構成。此時，係構成為將印刷為點狀之擴散反射材的密度，在光入射面811a附近設為較疏，隨著遠離2個導光元件85且接近於導光板811之X軸方向的中心而設為較密之分布。光入射面811a，為從2個導光元件85所射出之照明光62及光線871所入射之端面。藉此，可使從導光板811所射出之照明光810在X-Y平面上的面內空間亮度分布達到均一。在此，照明光810是從混合照明光62及光線871而成之光線809所形成之照明光。
實施形態6中，其他構成係與實施形態5之液晶顯示裝置801相同。其他構成係包含液晶顯示元件1、第1光學薄片31、第2光學薄片32、導光板811及光反射薄片15。此外，實施形態6中，可採用實施形態4中第16圖所示之稜鏡851等之具有可使光折射之效果的光學元件。
實施形態6之背光單元，可具備含有雷射光源之更多數的光源。此外，實施形態6之背光單元，即使液晶顯示裝置的畫面大小增大，亦可確保白平衡。此外，實施形態6之背光單元，可得到充分的光量。因此，實施形態6之背光單元，對於液晶顯示裝置802之圖像顯示面的高亮度化為有效。此外，實施形態6之背光單元，對於背光單元之光射出面的高亮度化為有效。
雖未特別以圖示來說明，但亦可將導光元件85以與導光板的全部4邊相對向之方式配置4個。例如，將塗佈於導光板811的背面之擴散反射材的密度，構成為隨著從導光板811的各邊朝中心由疏變密之分布。藉此可得到能夠既確保白平衡又放射更多光量之背光單元。
上述各實施形態中，有時使用「平行」或「垂直」等之零件間的位置關係或顯示出零件的形狀之用語。此外，上述各實施形態中，亦有時會使用加上如大致為正方形、大致呈90度及大致為平行等之「大致」或「幾乎」等用語之表現。該等係考慮製造上的公差或組裝上的變動等之範圍而予以表達者。因此，即使在申請專利範圍中未記載「大致」時，亦包含考量到製造上的公差或組裝上的變動等之範圍。此外，在申請專利範圍中記載「大致」時，係顯示出包含考量到製造上的公差或組裝上的變動等之範圍。
(產業利用可能性)
如上述般，本發明對於面內空間亮度分布達到均一之液晶顯示裝置及背光裝置乃為有用，可實現高畫質且具流行性之液晶顯示裝置。
1．．．液晶顯示元件
1a．．．顯示面
1b．．．背面
2、7．．．第1背光單元
3、4．．．第2背光單元
5、85．．．導光元件
5a、5b、85a、85b、85d、811a．．．光入射面
5c、85c．．．光射出面
6、6a、6b、6c、6d、10、20a、20b、70a、70b．．．光源(發光元件)
12、812．．．光擴展反射部
13．．．入射光
14、33a、33b、37a、37b、62、810．．．照明光
15．．．光反射薄片
17、25a、25b、75a、75b、85e、850．．．微細光學元件
21a、21b、11、71a、71b、811．．．導光板
22a、22b、72a、72b．．．光(射出光)
23a、23b、73a、73b．．．端面
24a、24b、74a、74b．．．背面
26a、26b、76a、76b．．．光傳遞部
27a、27b、78a、78b．．．光學元件部
31、32．．．光學薄片
40、41、42、43、44、45、80q、81q、82q．．．亮度分布
51．．．控制部
52．．．液晶顯示元件驅動部
53a、53b．．．光源驅動部
54．．．影像訊號
55．．．液晶顯示元件控制訊號
56a、56b．．．光源控制訊號
61、809、871．．．光線
77a、77b、200a、200b．．．面狀雷射光源部
80、81．．．雷射發光元件
80p、81p．．．雷射光
100、600、700、800、801、802．．．液晶顯示裝置
300、301、302、303．．．背光裝置
851．．．稜鏡
第1圖係顯示實施形態1之液晶顯示裝置的構成之示意圖。
第2圖係概略地顯示實施形態1之液晶顯示裝置的構成之方塊(block)圖。
第3圖(A)及(B)係概略地顯示實施形態1之構成第1背光單元之面狀雷射光源的構成的一例圖。
第4圖係概略地顯示藉由在導光板內傳遞之複數個雷射光所形成之與光傳遞方向垂直之剖面形狀呈線狀的光(與從線狀光源所射出之光相同之光)在Y軸方向上之1維空間亮度分布之圖。
第5圖係顯示從第1背光單元所放射之照明光在X軸方向上之1維空間亮度分布之依據模擬(simulation)所得之計算結果之圖表。
第6圖係顯示從第1背光單元所放射之照明光在X軸方向上之1維空間亮度分布的實測結果之圖表(graph)。
第7圖係顯示實施形態2之液晶顯示裝置的構成之示意圖。
第8圖係顯示實施形態3之液晶顯示裝置的構成之示意圖。
第9圖係概念性顯示光傳遞部中之雷射光的光路徑之圖。
第10圖係顯示穿透光傳遞部後之雷射光在Y軸方向上之1維空間亮度分布之圖表。
第11圖係顯示實施形態4之液晶顯示裝置的構成之示意圖。
第12圖係顯示實施形態4之液晶顯示裝置的構成之示意圖。
第13圖係顯示實施形態4之液晶顯示裝置的構成之方塊圖。
第14圖係顯示實施形態4中之導光元件的構成之示意圖。
第15圖係顯示實施形態4中之設置在導光板之微細光學元件的配置構成之示意圖。
第16圖係顯示實施形態4之液晶顯示裝置的構成的一例之示意圖。
第17圖係顯示實施形態5之液晶顯示裝置的構成之示意圖。
第18圖係顯示實施形態5中之導光元件的構成之示意圖。
第19圖係顯示實施形態6之液晶顯示裝置的構成之示意圖。
第20圖係顯示實施形態6中之設置在導光板之微細光學元件的配置構成之示意圖。
1．．．液晶顯示元件
1a．．．顯示面
1b．．．背面
2．．．第1背光單元
3．．．第2背光單元
10、20a、20b．．．光源(發光元件)
12．．．光擴展反射部
13．．．入射光
14、33a、33b．．．照明光
15．．．光反射薄片
11、21a、21b．．．導光板
22a、22b．．．光(射出光)
23a、23b．．．端面
24a、24b．．．背面
31、32．．．光學薄片
100．．．液晶顯示裝置
300．．．背光裝置

Claims (8)

  1. 一種背光裝置，係具備：第1光源，發出於射出時具有點狀的空間亮度分布之第1光；第2光源，發出第2光；第1空間亮度分布轉換部，接受前述第1光入射，並將前述點狀空間亮度分布轉換為線狀空間亮度分布而予以射出；以及第2空間亮度分布轉換部，接受成為前述線狀空間亮度分布的前述第1光入射且將該第1光轉換為面狀光而予以射出，並接受前述第2光入射且將該第2光轉換為面狀光而予以射出；其中前述第1光係雷射光；前述第2光具有比前述第1光的發散角更大的發散角；入射至前述第2空間亮度分布轉換部之前述第1光的慢軸方向係與前述面狀光的射出方向平行；於從前述第1光源的光射出面至前述第1光入射之前述第2空間亮度分布轉換部的光入射面為止的光路上具有光學元件，該光學元件係使前述第1光的慢軸方向的發散角往第2光的發散角擴展。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之背光裝置，其中，前述第1空間亮度分布轉換部為柱狀導光元件；前述第2空間亮度分布轉換部為板狀導光板； 前述導光元件配置在與前述導光板為同一平面上；前述導光元件的光射出面與前述導光板的光入射面相對向；前述第1光源，係與由形成於前述導光元件之柱的兩端之兩個短邊所構成之面的至少一面相對向而配置；前述第2光源係與由前述導光元件的長邊與短邊所構成之側面的至少一面相對向而配置。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之背光裝置，其中，前述第1空間亮度分布轉換部係讓前述第2光穿透。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之背光裝置，其中，入射於前述導光元件之前述第1光的慢軸方向係與前述面狀光的射出方向平行。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之背光裝置，其中，前述第1光係以630[nm]至650[nm]之波長波段內的任一波長為主波長。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之背光裝置，其中，前述第1空間亮度分布轉換部與前述第2空間亮度分布轉換部係在同一元件內相互鄰接。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之背光裝置，其中，前述第1空間亮度分布轉換部係具有使複數條前述第1光線藉由本身的發散角而擴展並相互地空間性重疊之光學距離；將從前述第1光源所射出之前述第1光線在入射至前述第1空間亮度分布轉換部為止前所傳遞之層的折 射率設為n1 ，將前述第1空間亮度分布轉換部的折射率設為n2 ，將相鄰之前述第1光源的發光點間的距離設為d，將前述第1光源的發光面與前述第1空間亮度分布轉換部的入射面之距離設為f，將從第1光源所射出之前述第1光線在與前述面狀光的射出方向垂直之平面上之發散角的半值半角設為α，並以下列數學式3表示前述第1光線在前述第1空間亮度分布轉換部內之與前述面狀光的射出方向垂直之平面上之發散角的半值半角β時，前述光學距離的長度X，係以下列數學式4表示；
  8. 一種液晶顯示裝置，其係具備如申請專利範圍第1或2項所述之背光裝置。
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