特表-13161811IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 三菱電機株式会社の特許一覧
再表2013-161811光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置
<>
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000003
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000004
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000005
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000006
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000007
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000008
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000009
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000010
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000011
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000012
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000013
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000014
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000015
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000016
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000017
  • 再表WO2013161811-光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置 図000018
< >
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2013年10月31日
【発行日】2015年12月24日
(54)【発明の名称】光路変更素子、面光源装置及び液晶表示装置
(51)【国際特許分類】
   F21S 2/00 20060101AFI20151201BHJP
   F21Y 101/02 20060101ALN20151201BHJP
【FI】
   F21S2/00 435
   F21S2/00 441
   F21Y101:02
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】39
【出願番号】特願2014-512609(P2014-512609)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2013年4月23日
(31)【優先権主張番号】特願2012-102542(P2012-102542)
(32)【優先日】2012年4月27日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC
(71)【出願人】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100083840
【弁理士】
【氏名又は名称】前田 実
(74)【代理人】
【識別番号】100116964
【弁理士】
【氏名又は名称】山形 洋一
(74)【代理人】
【識別番号】100135921
【弁理士】
【氏名又は名称】篠原 昌彦
(72)【発明者】
【氏名】中野 菜美
(72)【発明者】
【氏名】西谷 令奈
(72)【発明者】
【氏名】香川 周一
(72)【発明者】
【氏名】坂本 浩隆
(72)【発明者】
【氏名】新倉 栄二
(72)【発明者】
【氏名】長瀬 章裕
(72)【発明者】
【氏名】笹川 智広
(72)【発明者】
【氏名】南 浩次
(72)【発明者】
【氏名】杉浦 博明
(72)【発明者】
【氏名】志水 浩二
【テーマコード(参考)】
3K244
【Fターム(参考)】
3K244AA01
3K244BA03
3K244BA08
3K244CA03
3K244DA01
3K244DA02
3K244DA11
3K244EA02
3K244EA12
3K244EA21
3K244EB02
3K244ED18
3K244ED22
(57)【要約】
広い色再現範囲を有し、かつ、消費電力の小さい面発光装置及び液晶表示装置であって、これらの装置(100,200)は、レーザ光源(10)と、光入射面に入射したレーザ光線(L10)をその断面形状が直線状である線状のレーザ光線(L110)に変更して、光出射面から出射する光路変更素子(6)と、線状のレーザ光線(L110)を、線状のレーザ光線の断面形状である線(y方向)と線状のレーザ光線の進行方向(x方向)とを含む平面(x−y平面)に平行な第2平面における空間強度分布を調整して面状のレーザ照明光(L111)に変換し、出射する第1の面発光導光板(5)と、LED光源(9)と、第1の面発光導光板(5)と平行に積層配置され、LED光線の空間強度分布を調整して面状のLED照明光(L90)に変換し、レーザ照明光(L111)の出射方向と同じ方向に該LED照明光(L90)を出射する第2の面発光導光板(4)とを備える。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のレーザ発光素子を有し、該複数のレーザ発光素子で生成されたレーザ光線を発するレーザ光源と、
前記レーザ光源から発せられた前記レーザ光線が入射する光入射面と光出射面とを有し、前記レーザ光源から発せられ前記光入射面に入射した前記レーザ光線の、該レーザ光線の進行方向と垂直な第1平面における空間強度分布を調整して、前記レーザ光源から発せられ前記光入射面に入射した前記レーザ光線を、前記第1平面における前記レーザ光線の断面形状が直線状である線状のレーザ光線に変更して前記光出射面から前記線状のレーザ光線を出射する光路変更素子と、
前記光路変更素子から出射された前記線状のレーザ光線を、前記線状のレーザ光線と該線状のレーザ光線の進行方向とを含む平面に平行な第2平面における空間強度分布を調整して面状のレーザ照明光に変換し、前記第2平面と垂直な方向に該レーザ照明光を出射する第1の面発光導光板と、
複数のLED素子を有し、該複数のLED素子で生成されたLED光線を発するLED光源と、
前記第1の面発光導光板と平行に積層配置され、前記LED光源から発せられた前記LED光線を前記第2平面に平行な第3平面における空間強度分布を調整して面状のLED照明光に変換し、前記レーザ照明光の出射方向と同じ方向に該LED照明光を出射する第2の面発光導光板と、
を備えた面光源装置。
【請求項2】
前記光路変更素子による前記第1平面における前記線状のレーザ光線の前記空間強度分布の調整は、前記第1平面における前記空間強度分布の均一化であることを特徴とする請求項1に記載の面光源装置。
【請求項3】
前記第1の面発光導光板による前記第2平面における前記レーザ照明光の前記空間強度分布の調整は、前記第2平面における前記空間強度分布の均一化であることを特徴とする請求項2に記載の面光源装置。
【請求項4】
前記第2の面発光導光板による前記第3平面における前記LED照明光の前記空間強度分布の調整は、前記第3平面における前記空間強度分布の均一化であることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の面光源装置。
【請求項5】
前記第1の面発光導光板は、複数のレーザ光出射領域に区分されており、
前記光路変更素子は、前記複数のレーザ光出射領域にそれぞれ対応する複数の光路変更素子部材を含み、
前記第1平面における前記線状のレーザ光線の前記空間強度分布の調整は、前記複数のレーザ光出射領域の各々についての、前記第1平面における前記空間強度分布の均一化であることを特徴とする請求項1に記載の面光源装置。
【請求項6】
前記第2平面における前記レーザ照明光の前記空間強度分布の調整は、前記複数のレーザ光出射領域の各々についての、前記第2平面における前記空間強度分布の均一化であることを特徴とする請求項5に記載の面光源装置。
【請求項7】
前記第2の面発光導光板は、複数のLED光出射領域に区分されており、
前記第3平面における前記面状のLED照明光の前記空間強度分布の調整は、前記複数のLED光出射領域の各々についての、前記第3平面における前記空間強度分布の均一化であることを特徴とする請求項1、5、6のいずれか1項に記載の面光源装置。
【請求項8】
前記第1の面発光導光板は、前記線状のレーザ光線が入射される側の端面に、前記第1の面発光導光板の厚み方向における前記線状のレーザ光線の角度強度分布を変更する拡散部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の面光源装置。
【請求項9】
前記光路変更素子は、
前記レーザ光源から発せられた前記レーザ光線が前記線状のレーザ光線となる光路長を有する導光部と、
前記導光部により導光された前記線状のレーザ光線の進行方向を前記第1の面発光導光板へ向けて出射するよう変更する光路変更部と、
を備えることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の面光源装置。
【請求項10】
前記導光部は、前記光入射面から前記光路変更部までを繋ぐ薄板状の部分を有し、
前記薄板状の部分は、前記光路変更部に近づくほどに、厚さが増加する楔形形状を有する
ことを特徴とする請求項9に記載の面光源装置。
【請求項11】
前記レーザ光源は、前記第1の面発光導光板を挟んで前記第2の面発光導光板とは異なる側に設けられていることを特徴とする請求項1から10までのいずれか1項に記載の面光源装置。
【請求項12】
液晶パネルと、
前記液晶パネルに前記レーザ照明光と前記LED照明光とを照射する、請求項1から11までのいずれか1項に記載の面光源装置と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、面状の発光面を有する面光源装置、及び、面光源装置と液晶パネルとを有する液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
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にバックライト装置を備えている。近年では、青色発光ダイオード(以下、発光ダイオードをLED(Light Emitting Diode)という。)の性能が飛躍的に向上したことに伴い、光源に青色LEDを利用したバックライト装置が広く採用されている。
【0003】
この青色LEDを利用した光源とは、青色のLEDと、青色LEDから発せられる光を吸収し青色の補色(すなわち、緑色と赤色を含む色で黄色である。)となる光を発光する蛍光体とを有している。このようなLEDを白色LEDと呼ぶ。
【0004】
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。「電気−光変換効率」とは、電気を光に変換する際の効率である。しかし一方で、白色LEDは、その波長帯域幅が広く、色再現範囲がレーザに比べて狭いという問題がある。液晶表示装置は、その液晶表示素子の内部にカラーフィルタを備えている。液晶表示装置は、このカラーフィルタによって赤色、緑色及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を用いて色再現範囲を広げるには、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を所望の色純度に応じて狭く設定する必要がある。この場合、カラーフィルタを透過する光の光量が減少するため、光の利用効率が低下する。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。つまり、画面表示に使用される光量が減るため液晶表示素子の表示面における輝度が低下する。そのため、カラーフィルタを透過する波長帯域を狭く設定することで色再現範囲を広げた液晶表示装置において、従来の液晶表示装置と同等の輝度を実現するためには、白色LEDに供給する電力を増やさねばならない。このため、液晶表示装置の消費電力が増大するという問題が生じる。
【0005】
上記のような色再現範囲の問題を解決するため、従来、白色LEDに代えて、より色純度の高い赤色、緑色及び青色の単色LEDを採用したバックライト装置が提案されている(特許文献1)。また、単色LEDよりもさらに色純度の高い赤色、緑色及び青色のレーザを用いたバックライト装置が提案されている(特許文献2)。ここで、「色純度が高い」とは、波長帯域幅が狭く単色性に優れていることをいう。これらの光源をバックライト装置に採用することにより、液晶表示装置の色再現範囲を広げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2009−26635号公報
【特許文献2】特開2010−101912号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、3原色の単色LED又は3原色の単色レーザによる光源は、白色LEDに比べて電気−光変換効率が低い。このため、白色LEDを用いた液晶表示装置に比べて、液晶表示素子の表示面における輝度が低くなる。また、白色LEDを用いた液晶表示装置と同等の輝度を実現しようとすれば、単色LED光源又は単色レーザ光源に供給する電力を増やさねばならず、液晶表示装置の消費電力が増大する。このように、従来の液晶表示装置においては、広い色再現範囲と低消費電力性を兼ね備えた液晶表示装置を得ることは困難であった。
【0008】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、従来の白色LED光源のみを用いた装置と同程度の低消費電力を維持しつつ広い色再現性を有する面光源装置及び液晶表示装置を得ることを目的とする。つまり、本発明に係る液晶表示装置は、従来の白色LED光源による液晶表示装置よりも広い色再現範囲を有する。また、本発明に係る液晶表示装置は、従来の白色LED光源のみを用いた液晶表示装置と同等の輝度を、単色LED光源又はレーザ光源のみを用いた液晶表示装置よりも低消費電力で実現する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明に係る面光源装置は、複数のレーザ発光素子を有し、該複数のレーザ発光素子で生成されたレーザ光線を発するレーザ光源と、前記レーザ光源から発せられた前記レーザ光線が入射する光入射面と光出射面とを有し、前記レーザ光源から発せられ前記光入射面に入射した前記レーザ光線の、該レーザ光線の進行方向と垂直な第1平面における空間強度分布を調整して、前記レーザ光源から発せられ前記光入射面に入射した前記レーザ光線を、前記第1平面における前記レーザ光線の断面形状が直線状である線状のレーザ光線に変更して前記光出射面から前記線状のレーザ光線を出射する光路変更素子と、前記光路変更素子から出射された前記線状のレーザ光線を、前記線状のレーザ光線と該線状のレーザ光線の進行方向とを含む平面に平行な第2平面における空間強度分布を調整して面状のレーザ照明光に変換し、前記第2平面と垂直な方向に該レーザ照明光を出射する第1の面発光導光板と、複数のLED素子を有し、該複数のLED素子で生成されたLED光線を発するLED光源と、前記第1の面発光導光板と平行に積層配置され、前記LED光源から発せられた前記LED光線を前記第2平面に平行な第3平面における空間強度分布を調整して面状のLED照明光に変換し、前記レーザ照明光の出射方向と同じ方向に該LED照明光を出射する第2の面発光導光板とを備えたものである。
【0010】
本発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、前記液晶パネルに光を照明する面光源装置を備えたものである。前記面光源装置は、複数のレーザ発光素子を有し、該複数のレーザ発光素子で生成されたレーザ光線を発するレーザ光源と、前記レーザ光源から発せられた前記レーザ光線が入射する光入射面と光出射面とを有し、前記レーザ光源から発せられ前記光入射面に入射した前記レーザ光線の、該レーザ光線の進行方向と垂直な第1平面における空間強度分布を調整して、前記レーザ光源から発せられ前記光入射面に入射した前記レーザ光線を、前記第1平面における前記レーザ光線の断面形状が直線状である線状のレーザ光線に変更して前記光出射面から前記線状のレーザ光線を出射する光路変更素子と、前記光路変更素子から出射された前記線状のレーザ光線を、前記線状のレーザ光線と該線状のレーザ光線の進行方向とを含む平面に平行な第2平面における空間強度分布を調整して面状のレーザ照明光に変換し、前記第2平面と垂直な方向に該レーザ照明光を出射する第1の面発光導光板と、複数のLED素子を有し、該複数のLED素子で生成されたLED光線を発するLED光源と、前記第1の面発光導光板と平行に積層配置され、前記LED光源から発せられた前記LED光線を前記第2平面に平行な第3平面における空間強度分布を調整して面状のLED照明光に変換し、前記レーザ照明光の出射方向と同じ方向に該LED照明光を出射する第2の面発光導光板とを備えたものである。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、面光源装置及び液晶表示装置は、上記の構成を備えたことにより、従来の白色LED光源を用いた液晶表示装置よりも広い色再現範囲を有し、かつ、従来の白色LED光源のみを用いた液晶表示装置と同等の輝度を、単色LED光源又は単色レーザ光源のみを用いた液晶表示装置よりも低消費電力で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置(面光源装置を含む)の構成の一例を概略的に示す断面図である。
図2】(a)及び(b)は、図1に記載の面光源装置の光路変更素子を概略的に示す斜視図及び側面図である。
図3】(a)及び(b)は、図1に記載の面光源装置の光路変更素子及び第1の面発光導光板を概略的に示す斜視図及び側面図である。
図4図1に記載の面光源装置の第1の面発光導光板を背面側から見た概略的な平面図である。
図5図1に記載の面光源装置の第2の面発光導光板を背面側から見た概略的な平面図である。
図6図1に記載の面光源装置の第1の面発光導光板の他の例を背面側から見た概略的な平面図である。
図7図1に記載の面光源装置の第2の面発光導光板の他の例を背面側から見た概略的な平面図である。
図8図1に記載の液晶表示装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。
図9図1に記載の液晶表示装置の制御系の構成を概略的に示す別のブロック図である。
図10】本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置(面光源装置を含む)の構成の他の例を概略的に示す断面図である。
図11】本発明の実施の形態2に係る液晶表示装置(面光源装置を含む)の構成の一例を概略的に示す断面図である。
図12図11に記載の液晶表示装置の制御系の構成を概略的に示すブロック図である。
図13図12に記載の面光源装置を液晶表示装置の背面側から見た概略的な平面図である。
図14図12に記載の面光源装置を液晶パネル側から見た概略的な平面図である。
図15】本発明の実施の形態2に係る光路変更素子部材の他の例を背面側から見た状態を模式的に示す平面図である。
図16図15に記載の光路変更素子部材を備えた液晶表示装置を背面側から見た概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
実施の形態1.
本発明を実施するための実施の形態1に係る面光源装置200及び液晶表示装置100を、図1から図9までを参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置100(面光源装置200を含む)の構成の一例を概略的に示す断面図である。図2(a)及び(b)は、図1に記載の面光源装置200の光路変更素子6を概略的に示す斜視図及び側面図であり、図3(a)及び(b)は、図1に記載の面光源装置200の光路変更素子6及び第1の面発光導光板5を概略的に示す斜視図及び側面図である。また、図4は、図1に記載の面光源装置200の第1の面発光導光板5を背面側から見た概略的な平面図であり、図5は、図1に記載の面光源装置200の第2の面発光導光板4を背面側から見た概略的な平面図である。また、図6は、図1に記載の面光源装置200の第1の面発光導光板5の他の例を背面側から見た概略的な平面図であり、図7は、図1に記載の面光源装置200の第2の面発光導光板4の他の例を背面側から見た概略的な平面図である。さらに、図8は、図1に記載の液晶表示装置100の制御系の構成を概略的に示すブロック図であり、図9は、図1に記載の液晶表示装置100の制御系の構成の他の例を概略的に示すブロック図である。
【0014】
図1において、液晶表示装置100は、液晶表示素子を有する透過型の液晶パネル1及び面光源装置200を備えている。また、液晶表示装置100は、光学シート(第1の光学シート)2及び光学シート(第2の光学シート)3を備えることができる。ここで、「面光源装置」とは、液晶パネル1の背面1b(後述)に光を照明する面光源装置をいう。面光源装置200は、光学シート3,2を通して液晶パネル1の背面1b(後述)に光を照明している。
また、図1には示していないが、液晶表示装置100は、図8に示すように、制御部31、液晶表示素子駆動部32及び光源駆動部33を備えることができる。また、図9に示すように、光源駆動部33は、LED光源9(後述)を駆動するLED光源駆動部(第1の光源駆動部)33a及びレーザ光源10(後述)を駆動するレーザ光源駆動部(第2の光源駆動部)33bを個別に備えるようにしても良い。
【0015】
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が描かれている紙面に垂直な方向)とする。x軸及び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、LED光源9がLED光線L9を出射する方向(LED光線の中心光線の方向であって、図1が描かれている紙面において左から右へ向かう方向)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が描かれている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、面発光導光板5から液晶パネル1に向かう方向(図1が描かれている紙面の下から上へ向かう方向)をz軸の正方向(+z軸方向)とし、その反対方向をz軸の負方向(−z軸方向)とする。
【0016】
図1に示すように、液晶表示装置100は、z軸の正方向側から負方向側へ順に配設された液晶パネル1、光学シート2、光学シート3及び面光源装置200を有している。ここで、「配設」とは、それぞれの位置に設けることを意味する。つまり、「配設」とは、所定の位置に設けることを意味する。光学シート2は、この光学シート2を透過するLED照明光L90(後述)とレーザ照明光L111(後述)とを液晶パネル1の背面1bへ向ける機能を持つ。光学シート3は、LED照明光L90とレーザ照明光L111とによる細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する機能を持つ。
【0017】
液晶パネル1は、+z軸側の面に表示面1a、−z軸側の面に背面1b、及び表示面1aと背面1bとの間の液晶層(図示しない)を備えている。液晶パネル1の表示面1aは、x−y平面に平行な面である。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、矩形形状であり、表示面1aの隣接する2辺(x軸方向に沿って設けられた長辺とy軸方向に沿って設けられた短辺)は、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1aは矩形形状として説明するが、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。
【0018】
図1に示されるように、面光源装置200は、薄板状の面発光導光板4(第2の面発光導光板)、別の薄板状の面発光導光板5(第1の面発光導光板)、光路変更素子6、LED光源9及びレーザ光源10を備えている。また、面光源装置200は、必要に応じて光反射シート8を備えることができる。また、面光源装置200は、z軸の正方向側から負方向側へ順に、面発光導光板4、面発光導光板5、光反射シート8及び光路変更素子6を配置している。また、面光源装置200は、面発光導光板4の−x軸側にLED光源9を配置している。また、面光源装置200は、光反射シート8の背面側(−z軸側)であって光路変更素子6の+x軸側にレーザ光源10を配置している。つまり、レーザ光源10は、面発光導光板5を挟んで面発光導光板4とは異なる側に設けられている。
【0019】
LED光源9は、青色LED及び蛍光体を有する光源である。レーザ光源10は、赤色のレーザ光を発光するレーザ発光素子を有する光源である。LED光源9は、より具体的には、青色の光を発する青色の単色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光する緑色蛍光体を充填した青緑色LEDを採用した光源である。青緑色のLED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よりも消費電力が小さく高い出力を有し、緑色の光を発するレーザ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及び緑色蛍光体を有するLED光源9と、赤色のレーザ光を発するレーザ光源10とを組合せることにより、従来よりも広い色再現範囲と低消費電力性を兼ね備えた液晶表示装置を得ることができる。
なお、LED光源9は、例えば青色の光を発する青色LEDチップと緑色の光を発する緑色LEDチップとを備えるものであっても良い。ただし、これらのLEDをLED光源9に採用した場合には、青緑色LEDをLED光源9に採用した場合に比べ、省電力効果では劣る。
【0020】
また、一般に、人間は赤色の色差に対する感度が高い。そのため、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〜700nm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630〜640nm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、輝度が低下する。ここで、「帯域」とは波長の範囲を示す。また、「純赤」とは、純粋な赤色のことである。
【0021】
これに対し、レーザ発光素子は白色LEDよりも波長帯域幅が狭く、光量をほとんど損失すること無く色純度の高い光を得ることができる。本実施の形態1における液晶表示装置100及び面光源装置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光源10で発光させる。このことにより、赤色以外の色の光をレーザ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。
【0022】
また、従来の白色LED光源を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、レーザ発光素子による赤色の光の波長帯域幅よりも広い。そのため、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により、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1における液晶表示装置100及び面光源装置200では、赤色のレーザ光源10を用いることにより、赤色の色純度が増す。また、赤色のレーザ光源10を用いることにより緑色フィルタを透過する赤色の光量が低減されるため、緑色の色純度を向上させることもできる。
【0023】
ここでは、LED光源9を青緑色の光を発するLED光源として説明した。また、レーザ光源10を赤色の光を発するレーザ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9を緑色の光を発するLED素子により構成し、レーザ光源10を赤色の光を発するレーザ発光素子と青色の光を発するレーザ発光素子とにより構成することもできる。また、例えば、LED光源9を赤色の光を発するLED素子と緑色の光を発するLED素子とにより構成し、レーザ光源10を青色の光を発するレーザ発光素子により構成することもできる。
なお、レーザ光源10に赤色のレーザ発光素子を用いる場合には、青色のレーザ発光素子を用いる場合に比べて、消費電力の低下及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。
【0024】
LED素子とレーザ発光素子とでは、発せられる光の角度強度分布が異なる。異なる角度強度分布の光源を用いる場合には、各色の空間強度分布にむらが生じるため、液晶表示素子の表示面1a上に色むらとなって現れる。つまり、各色の光強度むらは、これら各色の光を混合して白色を生成する際に色むらとなって現れる。光強度むらは、輝度むらとも呼ばれる。「角度強度分布」とは、光の出射角度に対する光の強度の分布である。
【0025】
色むらを防ぐには、面内における空間強度分布の均一性を高める必要がある。光源の発光原理や発光素子の材料特性が異なる場合には、これらの光源から出射される光は、角度強度分布の他に発光効率も異なる。このため、配置される各光源の個数や配置方法を調整する必要がある。「面内」とは、液晶パネル1の表示面1a内のことをいう。本実施の形態1では、LED光源9及びレーザ光源10に対応するそれぞれの面内において、空間強度分布を均一化する手段を設けている。
【0026】
まず、LED光源9について説明する。
LED光源9は、y軸方向に一列に1次元配列した複数のLED素子により構成される。LED光源9の発光部(各LED素子のLED光線L9を出射する端面)は、面発光導光板4の光入射面41cに対向して配置されている。「対向」とは、互いに向き合うことである。LED光源9は、複数のLED素子を有し、複数のLED素子の各々で生成されたLED光線L9を発する。
【0027】
LED光源9は、青緑色のLED光線L9を出射する。この青緑色のLED光線L9は、例えば450nm付近と530nm付近にピークを有し、420nm〜580nmの帯域に連続的なスペクトルを有する光である。
また、LED光源9は、x−y平面及びz−x平面において、半値全角120度のランバート分布の角度強度分布を有する。ここで、「半値全角」とは、光強度がピークとなる方向に対する、光強度がピーク時の50%になる方向の角度(全角)をいう。また、「ランバート分布」とは、発光面の輝度が見る方向によらず一定となる分布である。つまり、完全拡散した場合の配光分布のことである。
【0028】
次に、レーザ光源10について説明する。
レーザ光源10は、y軸方向に一列に1次元配列した複数のレーザ発光素子により構成される。これらのレーザ発光素子は、それぞれ赤色のレーザ光線L10を発する。この赤色のレーザ光線L10は、例えば波長640nm付近に光強度のピークを有する光である。レーザ光線L10の波長幅は半値全幅で1nmであり、そのスペクトル幅は単色のLED素子や蛍光体を使用したLED素子から発せられる光のスペクトル幅に比べて極めて狭い。ここで、「半値全幅」とは、光強度が最高になる波長に対する、光強度が最高強度の50%になる波長幅をいう。
【0029】
レーザ光線L10の発散角は、例えば、速軸方向(発散角の大きい方向)において半値全角で40度である。また、レーザ光線L10の発散角は、遅軸方向(発散角の小さい方向)において半値全角で10度である。ここで、「発散角」とは光線の広がる角度である。「速軸方向」とは発散角の大きい方向をいい、「遅軸方向」とは発散角の小さい方向をいう。また、「半値全角」とは、光強度がピークとなる方向に対する、光強度がピーク時の50%になる方向の角度(全角)までの幅をいう。
【0030】
面光源装置200におけるレーザ光源10のレーザ発光素子は、速軸方向がレーザ発光素子の配列方向(y軸方向)と平行となるよう配置されている。また、レーザ光源10のレーザ発光素子は、遅軸方向が光路変更素子6の厚み方向(z軸方向)と平行となるよう配置されている。また、レーザ光源10の発光部(各レーザ発光素子のレーザ光線L10を出射する端面)は、光路変更素子6の光入射面61(後述)に対向して配置されている。
レーザ光源10は、複数のレーザ発光素子を有し、複数のレーザ発光素子の各々で生成されたレーザ光線L10を発する。また、レーザ光源10は、面発光導光板5を挟んで面発光導光板4とは異なる側に設けられている。
【0031】
次に、図1図2(a)及び(b)、図3(a)及び(b)を参照しながら、光路変更素子6について説明する。
光路変更素子6は、透明材料により構成されている。例えば、光路変更素子6の材料には、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、シクロオレフィン系樹脂(COP)又はガラスなどが用いられる。光路変更素子6は、レーザ光源10から発せられたレーザ光線L10が入射する光入射面61、導光部62、光路変更部63、及び光出射面64を備える。光路変更部63は、反射面63a(第1の反射面)と、反射面63b(第2の反射面)とを備える。光路変更素子6の光出射面64は、図1のy−z平面と平行な面である。図1並びに図3(a)及び(b)に示されるように、光路変更素子6の光出射面64は、面発光導光板5の光入射面51c(後述)と対向して配置されている。なお、光路変更素子6の長辺方向(y軸方向)の長さは、面発光導光板5の光入射面51cのy軸方向における長さと等しいか、又はそれよりも短い。光出射面64とを有する。なお、上述のように、液晶パネル1の表示面1aの長辺方向はx軸方向(図1における左右方向)である。
【0032】
光路変更素子6の反射面63a,63bは、何れも界面の屈折率差を利用した反射面である。反射面63aは、光路変更素子6の導光部62内を光路変更部63に向かって進行するレーザ光線L10を、+z軸方向に向ける機能を有する。反射面63bは、光路変更素子6の光路変更部63内を+z軸方向に進行するレーザ光線L10を、+x軸方向に向ける機能を有する。
【0033】
光路変更素子6の導光部62は、その厚み(z−x平面における幅)が、光入射面61から光路変更部63に向かうほど、厚くなっている。つまり、導光部62は楔形の形状を有する。このような楔形の形状とすることにより、光入射面61から入射するレーザ光線L10のz−x平面における発散角を小さくできる。例えば、レーザ光線L10の発散角を平行な光とすることができる。また、レーザ光線L10を平行な光に変換することにより、光路変更部63の反射面63a,63bにおける反射率を高く設計することが容易となる。このように、光路変更素子6の導光部62のz−x平面における形状を−x軸方向に向けて厚みが広がる楔形の形状とすることは、特に、レーザのz−x平面における発散角が大きい場合に有効である。なお、反射面63a,63bは、アルミニウムの蒸着などによる反射面を構成しても構わない。この場合には、光路変更素子6の製造工程が複雑となるが、全反射を利用した反射面よりも確実に光線を反射できる。
【0034】
レーザ光源10から発せられた直後のレーザ光線L10の光束径は、光路変更素子6の光入射面61のy軸方向の大きさに比較して極めて小さい。つまり、レーザ光源10は、点光源として扱うことができる。レーザ光線L10は、自らの発散角により配列方向(y軸方向)に広がる。このため、レーザ光源L10の各レーザ発光素子から出射された各レーザ光線は、光路変更素子6内を伝播する間に隣接する別のレーザ発光素子のレーザ光線と空間的に重なり合う。そして、各レーザ光線は、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)において輝度分布が均一な線状のレーザ光線となって光出射面64より出射される。「配列方向」とは、レーザ光線の進行方向に垂直な方向である。「点光源」とは、発光部の大きさが受光部(ここでは光入射面)に比べて小さく、点とみなせる光源である。「伝播」とは、伝わり広がることである。ここでは、光が光路変更素子6又は面発光導光板4,5等の中を進行することを意味する。
【0035】
光路変更素子6の導光部62のx軸方向の長さを長くすることにより、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)における空間光強度分布の均一性を向上させることができる。また、導光部62のx軸方向の長さを長くすることにより、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)の空間光強度分布の均一化のために必要なレーザ発光素子の数を削減することもできる。
光路変更素子6は、レーザ光源10から発せられ、光入射面61に入射したレーザ光線の、該レーザ光線の進行方向と垂直な第1平面(図2(a)及び(b)においては、x−y平面、又は、x−y平面に概ね平行な平面)における空間強度分布を調整して、光入射面61に入射したレーザ光線を、第1平面におけるレーザ光線の断面形状が直線状である線状のレーザ光線に変更して、この線状のレーザ光線L110を光出射面64から出射する。ここで、「概ね平行な平面」と記載したのは、図1に示すように、光路変更素子6の導光部62がx−y平面に対して3度から8度程度傾いているからである。導光部62を傾斜させているのは、レーザ光源10の位置にレーザ光源10用の駆動基板及び放熱部材等を配置するスペースを確保するためである。これらの部材を小型化できる場合には、導光部62を傾斜させる必要は無い。図2(a)において、線状のレーザ光線L110の断面形状が、面64上においてy軸方向に長く、z軸方向に狭い帯状(又は線状)の網掛け領域として示されている。光路変更素子6による第1平面における線状のレーザ光線の空間強度分布の調整は、第1平面における空間強度分布の均一化である。ここで、「線状」と示したのは、図2(a)は模式図であるので、線状のレーザL110のz軸方向の長さがy軸方向の長さに比べて比較的大きく描かれているが、実際では、z軸方向の長さはy軸方向の長さに比べて非常に細いため、「線状」と言っても問題ないからである。
すなわち、光路変更素子6は、レーザ光源10から発せられたレーザ光線L10を、レーザ光線L10の進行方向と垂直な方向における空間強度分布が均一な線状のレーザ光線に変更して出射する。実施の形態1では、光路変更素子6は、レーザ光源10のレーザ発光素子が配列される方向と平行な方向における空間強度分布が均一な線状のレーザ光線に変更して出射する。
光路変更素子6は、レーザ光源10により発せられたレーザ光線L10が線状のレーザ光線となる光路長を有する導光部62と、導光部62により導光された線状のレーザ光線の進行方向を面発光導光板5へ向けて出射するよう変更する光路変更部63とを備える。
導光部62は、レーザ光源10により発せられたレーザ光線L10が入射する側の端面61から光路変更部63に向けて、線状のレーザ光線に垂直な方向であって線状のレーザ光線の進行方向に垂直な方向に広がる楔形形状を有する。
【0036】
次に、図1図4及び図7を参照しながら、面発光導光板4について説明する。
面発光導光板4は、光出射面41a、背面41b、光入射面41c、端面41d、混合部41e及び導光部41fを備えている。光出射面41aは、液晶パネル1側(+z軸側)の面である。光出射面41aは、x−y平面に平行な面である。背面41bは、−z軸側の面であって光出射面41aに対向して設けられた面である。背面41bは、x−y平面に平行な面である。光入射面41cは、−x側の端面に設けられている。LED光源9から発せられたLED光線L9は、光入射面41cから面発光導光板4に入射する。端面41dは、+x側の端面に設けられている。端面41dは、面発光導光板4の光入射面41cに対向して設けられた面である。混合部41eは、光入射面41cから入射されたLED光線L9が混合するための領域(混合領域)である。隣り合うLED光線L9は、混合部41eで重畳して混ざり合う。導光部41fは、面発光導光板4から混合部41eを除いた領域である。
【0037】
面発光導光板4は、透明材料で作製されている。例えば、面発光導光板4の材料は、アクリル樹脂(例えば、PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、シクロオレフィン系樹脂(COP)又はガラスなどである。面発光導光板4は、板状部材である。面発光導光板4は、例えば厚み3mmの板状部材である。面発光導光板4は、光学シート3と面発光導光板5との間に積層され、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。「積層」とは、層を重ねるように配置されていることであり、各構成要素が接していることを要しない。ここでは、各構成要素がx−y平面に平行でz軸方向に並べて配置されている。
混合部41eは、光入射面41cから面発光導光板4の中心に向けて(+x軸方向に向けて)、所定の長さを有する。ここで、「混合部41eの所定の長さ」とは、LED光源9で用いられるLED素子の発散角及び配置間隔によって決まる長さである。混合部41eにおいて、面発光導光板4は、光出射面41a及び背面41bの両方とも光学構造を有さず、空気層に面している。つまり、LED光線L9は、混合部41eの光出射面41a及び背面41bで全反射して導光部41fに向けて進行する。
【0038】
面発光導光板4の背面41bの導光部41fに対応する部分には、微小光学素子42が設けられている。つまり、導光部41fの背面41bには、微小光学素子42が設けられている。微小光学素子42は、−z軸方向に突出した半球状の凸形状を有している。また、微小光学素子42は、面発光導光板4の背面41b上(x−y平面上)の位置に応じて異なる配置密度で配置されている。ここで、「配置密度」とは、微小光学素子42の単位面積当たりの数又は微小光学素子42の単位面積に占める大きさなどをいう。つまり、例えば、微小光学素子42の大きさが等しい場合には、微小光学素子42の単位面積当たりの数が異なり、微小光学素子42の単位面積当たりの数が等しい場合には、微小光学素子42の大きさが異なるということである。微小光学素子42の大きさ及び微小光学素子42の単位面積当たりの数が共に異なる場合も含まれる。この微小光学素子42の配置密度の変化により、LED照明光L90(後述)の面内輝度分布を制御することができる。つまり、光出射面41aから出射されるLED照明光L90の空間強度分布が均一となるように、微小光学素子42は配置されている。ここで、「面内」とは、液晶パネル1の表示面1a内のことをいう。なお、「面内輝度分布」とは、任意の平面において、2次元で表される位置に対する輝度の高低を示す分布のことをいう。「輝度の高低」とは、輝度の高さということである。
【0039】
微小光学素子42は、例えば図7に示すように、その配置密度がLED光線L9の進行方向(x−y平面の+x軸方向)の位置に対して変化するように設けられている。図7の例では、その配置密度は、光入射面41c近傍から端面41dに向けて連続的に疎から密へと変化している。微小光学素子42の配置密度を適切に設計することで、均一な空間強度分布を有するLED照明光L90を得ることができる。
なお、図7は微小光学素子42の配置の一例であって、同様の機能を有するものであれば他の配置であっても良い。
面発光導光板4は、面発光導光板5と平行に積層配置され、LED光源9から発せられたLED光線L9をレーザ照明光L111の出射方向に垂直な平面における空間強度分布が均一な面状のLED照明光L90に変換し、レーザ照明光L111の出射方向と同じ方向にLED照明光L90を出射する。
【0040】
次に、図1図3図4図6を参照しながら、面発光導光板5について説明する。
面発光導光板5は、光出射面51a、背面51b、光入射面51c及び端面51dを備えている。光出射面51aは、液晶パネル1側(+z軸側)の面である。光出射面51aは、x−y平面に平行な面である。背面51bは、−z軸側の面であって光出射面51aに対向して設けられた面である。背面51bは、x−y平面に平行な面である。光入射面51cは、−x側の端面に設けられている。光路変換素子6の光出射面64から出射されたレーザ光線L10は、光入射面51cから面発光導光板5に入射する。端面51dは、面発光導光板5の光入射面51cに対向して+x軸側の端面に設けられた面である。
【0041】
面発光導光板5は、透明材料で作製されている。例えば、面発光導光板5の材料は、アクリル樹脂(例えば、PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、シクロオレフィン系樹脂(COP)又はガラスなどである。面発光導光板5は、板状部材である。面発光導光板5は、例えば厚み3mmの板状部材である。面発光導光板5は、面発光導光板4と光反射シート8との間に積層され、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。
面発光導光板5の光入射面51cは、光拡散構造を有する拡散部510cを備える。また、面発光導光板5は、背面51bの光入射面51c近傍から端面51dまでの領域に、微小光学素子52を備える。
【0042】
光入射面51cの光拡散構造は、例えば細かな凸レンズがz軸方向に複数形成された構造である。なお、光入射面51cの光拡散構造は、例えば細かな凹レンズを複数並べて形成した構造であっても良い。また、光入射面51cの光拡散構造は、細かなピラミッド形状を複数並べて形成した構造であっても良い。また、光入射面51cの光拡散構造は、ブラスト加工などにより細かでランダムな凹凸形状を形成した構造であっても良い。また、光入射面51cの光拡散構造は、周囲の材質と異なる屈折率を有する粒子を塗装によって付着させたものであっても良い。また、光入射面51cの光拡散構造に代えて、光拡散素子を用いることができる。つまり、光拡散素子を光入射面51cの光拡散構造の代わりとしても良い。すなわち、光拡散素子を面発光導光板5とは別部材として備えても良い。つまり、拡散部510が面発光導光板5と別部材でできていても良い。また、光拡散素子を面発光導光板5の光入射面51cに形成してもよい。光拡散素子は、上述のような光拡散構造を有することができる。また、例えば、光拡散素子は内部に周囲の材質と異なる屈折率を有する粒子を含んでいる構成としても良い。光拡散素子を採用する場合、光入射面51cの光拡散構造を無くしても良い。光拡散素子を光入射面51cの直前(−x軸方向側)に配置しても良い。光拡散素子は、光入射面51cに接していても、隙間を有していても良い。また、光拡散素子を光出射面64の直後(+x軸方向側)に配置しても良い。光拡散素子は、光出射面64に接していても、隙間を有していても良い。また、光拡散素子を光出射面64と光入射面51cとの間に配置しても良い。また、別部材の光拡散素子を面発光導光板5の光入射面51cに貼って一体としても良い。別部材の光拡散素子を光路変更素子6の光出射面64に貼って一体としても良い。
【0043】
このように、面発光導光板5の光入射面51cに光拡散構造を設けることにより、z−x平面上の角度強度分布が効率よく広げられたレーザ光線L110を得ることができる。上述のように、例えば、光路変更素子6の光出射面64に光拡散構造を設けることも可能である。しかし、この構成の場合には、レーザ光線L110は、光路変更素子6から出射された時点で角度強度分布が広がるため、面発光導光板5の光入射面51cから漏れる光が発生し、効率が低下する。このため、光拡散構造は光入射面51cに設けることで光の効率の低下を抑えることができる。また、光拡散素子を光入射面51cの近くに配置することで、光の効率の低下を抑えることができる。
【0044】
また、面発光導光板5に入射する直前のレーザ光線L10は、非常に直進性の強い光線である。このため、光入射面51cに光拡散構造を設けない場合には、レーザ光線L10の多くが、面発光導光板5に入射された後に、面発光導光板5と空気層との界面での全反射を繰り返すことなく、端面51dに達することになる。光入射面51cから入射されたレーザ光線L110は、+x軸方向に進む。その後、レーザ光線L110は、全反射を繰り返し面発光導光板5の内部を伝播する。レーザ光線L110のうち微小光学素子52に入射した光線は、微小光学素子52により進行方向を変えられ、光出射面51aより出射する。上記のように、光入射面51cに光拡散構造を設けない場合には、面発光導光板5に入射した光線の多くが端面51dに達する。この場合、微小光学素子52に入射する光線が減少し、光出射面51aより出射する光線が減少し、光の利用効率は低化する。ここで、「光の利用効率」とは、面発光導光板5に入射した光量に対する液晶パネル1へ向けて出射される光量の割合をいう。
面発光導光板5は、光路変更素子6から出射された線状のレーザ光線を、線状のレーザ光線(図2(a)において、レーザ光線L110の断面形状が、面64上においてy軸方向に長く、z軸方向に狭い帯状(又は線状)の網掛け領域として示されている)と、その線状のレーザ光線の進行方向(図2(a)において、レーザ光線L110の進行方向を+x軸方向を向く太線の矢印で表している。)とを含む平面(図3(a)におけるx−y平面)に平行な平面(図3(a)において、網掛けで示された平面(レーザ照明光)であり、レーザ照明光L111の進行方向をz軸方向を向く白色の太線矢印で表している。)における空間強度分布が均一な面状のレーザ照明光に変換し、線状のレーザ光線とその線状のレーザ光線の進行方向とを含む平面と垂直な方向にレーザ照明光L111を出射する。
面発光導光板5は、線状のレーザ光線が入射される側の端面に、線状のレーザ光線に垂直な方向であって線状のレーザ光線の進行方向に垂直な方向における線状のレーザ光線の角度強度分布を変換する拡散部510cを備える。
【0045】
上記の通り、レーザ光線L10のz−x平面の角度強度分布を広げるための光拡散構造は、本実施の形態1のように、面発光導光板5の光入射面51cに設けることが望ましい。または、光拡散構造は、光入射面51c近傍に設けることが望ましい。
【0046】
微小光学素子52は、−z軸方向に突出した半球状の凸形状を有している。また、微小光学素子52は面発光導光板5の背面51b上(x−y平面上)の位置に応じて異なる配置密度で配置されている。ここで、「配置密度」とは、微小光学素子52の単位面積当たりの数や、微小光学素子52の単位面積に占める大きさ(微小光学素子52のx−y平面における外形寸法)などをいう。つまり、例えば、微小光学素子52の大きさが等しい場合には、微小光学素子52の単位面積当たりの数が異なり、微小光学素子52の単位面積当たりの数が等しい場合には、微小光学素子52の大きさが異なるということである。微小光学素子42の大きさ及び微小光学素子42の単位面積当たりの数が共に異なる場合も含まれる。この微小光学素子52の配置密度の変化により、レーザ照明光L111(後述)の面内輝度分布を制御することができる。つまり、光出射面51aから出射されるレーザ照明光L111の空間強度分布が均一となるように、微小光学素子52は配置されている。ここで、「面内」とは液晶パネル1の表示面1a内のことをいう。
【0047】
微小光学素子52は、例えば図6に示すように、その配置密度がレーザ光線L110の進行方向(x−y平面の+x軸方向)の位置に対して変化するよう設けられている。図6の例では、その配置密度は、光入射面51c近傍から端面51dに向けて連続的に疎から密へと変化している。微小光学素子52の配置密度を適切に設計することで、均一な空間強度分布を有するレーザ照明光L111を得ることができる。なお、図6は微小光学素子52の配置の一例であって、同様の機能を有するものであれば他の配置であっても良い。
【0048】
なお、ここでは微小光学素子52を凸レンズ形状としたが、これに限るものではない。微小光学素子52は、レーザ光線L110を+z軸方向に反射してレーザ照明光L111を液晶パネル1の背面1bに向けて出射する機能を有する形状であれば別の形状であっても良い。例えば、プリズム形状又はランダムな凹凸パターンなどが、微小光学素子52の別の形状として利用できる。
【0049】
面発光導光板4,5は、通常、温度又は湿度の影響を受けて伸縮する。また、面発光導光板4,5は、加工時の公差によって1枚1枚のサイズが異なる。「サイズ」とは、面発光導光板4,5の大きさのことである。つまり、面発光導光板4,5の寸法にばらつきが出るということである。このような伸縮やサイズの違いを考慮して、本実施の形態1では光路変更素子6の光出射面64と面発光導光板5の光入射面51cとの間に、充分な隙間を設けている。光路変更素子6の光出射面64から出射されるレーザ光線L10は、x−z平面において強い直進性を持つ。そのため、光路変更素子6の光出射面64と面発光導光板5の光入射面51cとの間に隙間を設けても、レーザ光線L10は、効率よく面発光導光板5の光入射面51cに達することができる。
【0050】
次に、光反射シート8について説明する。光反射シート8は、面発光導光板5の背面51bに対向して配置されている。また、光反射シート8は、液晶パネル1の表示面1aと平行に配置されている。光反射シート8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を反射するシートにより形成される。また、光反射シート8は、基板の表面に金属を蒸着した光を反射するシートであってもよい。
【0051】
本実施の形態1の液晶表示装置100において、面発光導光板5の光入射面51cより−x軸側は液晶パネル1が映像を表示可能な範囲(有効範囲)外であり、映像表示には利用されない。この液晶パネル1の映像を表示可能な範囲外の部分は額縁部となる。つまり、この領域の全ての構成部材は画面周辺の額縁部に配置される。面発光導光板4は、面発光導光板5の液晶パネル1側(+z軸方向側)に積層して配置されている。このことにより、面発光導光板4を光路変更部63の液晶パネル1側(+z軸方向側)の領域にまで配置することができる。光路変更素子6の光路変更部63の部分は、額縁部に配置される。このため、面発光導光板4の混合部41eを光路変更部63の+z軸方向側に配置することにより、映像表示に影響を与えることのない領域(混合部41e)で均一なLED光線L9を作り出すことができる。つまり、LED光源9と光路変更部63とを同じ額縁部の位置に配置することで、他の額縁部を細くすることができる。また、LED光源9と光路変更部63とがz軸方向に重なる位置に配置されることで、混合部41eの長さを長くでき、LED光線L9の混合を容易に実現できる。「額縁」とは、液晶パネルを囲う枠キャビネットである。表示面1aの1辺の額縁部を太くすることを考えると、LED光源9及び光路変更部63を液晶表示装置100の下側とすることが有効である。通常、液晶表示装置100の下側には、スイッチ類又はスピーカ等が配置されるため、額縁部が太くなってもデザイン的に問題が少ないからである。この場合には、当初説明したxyz直交座標系とはことなり、+x軸方向が上側となり、+y軸方向が表示面1aに向かって左側となる。
【0052】
ここで、液晶表示装置100において、液晶パネル1に映像が表示されるまでの動作について説明する。
図8に示すように、液晶表示装置100に設けられた制御部31には、映像信号34が入力される。つまり、映像信号34は、制御部31に入力される。制御部31は、液晶表示素子制御信号35を生成し、液晶表示素子制御信号35を液晶表示素子駆動部32へ送る。また、制御部31は、光源制御信号36を生成し、光源制御信号36を光源駆動部33へ送る。制御部31が生成する光源制御信号36は、入力された映像信号34に基づく映像を液晶表示素子1に表示する際に必要とされる各色の光強度の割合に応じて生成される。
【0053】
液晶表示素子駆動部32は、液晶表示素子制御信号35を受け取ると、これに応じて液晶表示素子1を駆動する。つまり、液晶表示素子駆動部32は、液晶表示素子1に液晶表示素子制御信号35に応じた電気信号を送り、各画素における光の透過率を変化させる。具体的には、液晶表示素子駆動部32は、液晶層に印加する電圧を変化させることにより液晶の配向を変え、その位置の液晶層を透過する光の偏光方向を回転させる。偏光方向が回転した光は、液晶層の後方に備えられる偏光板により、透過する光量が制御される。この光の透過率の変化により、画像の明るさや色を変化させる。
光源駆動部33は、光源制御信号36を受け取ると、これに応じてLED光源9及びレーザ光源10を駆動する。
【0054】
また、図9に示すように、光源駆動部33の代わりにLED光源駆動部33a及びレーザ光源駆動部33bを設けることができる。制御部31に映像信号34が入力されると、制御部31は、液晶表示素子制御信号35を生成し、液晶表示素子制御信号35を液晶表示素子駆動部32へ送る。また、制御部31は、LED光源制御信号36aを生成し、LED光源制御信号36aをLED光源駆動部33aに送る。また、制御部31は、レーザ光源制御信号36bを生成し、レーザ光源制御信号36bをレーザ光源駆動部33bに送る。
LED光源制御信号36aは、入力された映像信号34に基づく映像を液晶表示素子1に表示する際に必要とされる各色の光強度の割合に応じて生成される。また、レーザ光源制御信号36bは、入力された映像信号34に基づく映像を液晶表示素子1に表示する際に必要とされる各色の光強度の割合に応じて生成される。
【0055】
LED光源駆動部33aは、LED光源制御信号36aを受け取ると、これに応じてLED光源9を駆動する。同様に、レーザ光源駆動部33bは、レーザ光源制御信号36bを受け取ると、これに応じてレーザ光源10を駆動する。
【0056】
制御部31は、LED光源駆動部33aとレーザ光源駆動部33bとを個別に制御する。この場合には、制御部31は、LED光源9から出射する青緑色の光の光量と、レーザ光源10から出射する赤色の光の光量との割合を容易に調整できる。つまり、制御部31は、映像信号34を液晶表示素子1に表示する際に必要となる各色の光強度の割合に応じてLED光源9の発光量とレーザ光源10の発光量とを調整する。これにより、液晶表示装置100及び面光源装置200は、消費電力を低減できる。
【0057】
レーザ光線L10は、光入射面61から光路変更素子6の内部に入射し、導光部62内を光路変更部63に向かって進行する。レーザ光線L10は、レーザ光源10の発光部から出射する。導光部62は、光入射面から光路変更部までを繋ぐ薄板状の部分を構成しており、この薄板状の部分は、光路変更部63に近づくほどに、厚さが増加する楔形形状を有する。光路変更部63に到達したレーザ光線L10は、反射面63aにより+z軸方向に反射する。その後、レーザ光線L10は、反射面63bにより+x軸方向に反射する。
【0058】
反射面63bにより反射されたレーザ光線L10は、光路変更素子6の光出射面64から出射する。光路変更素子6の光出射面64から出射されたレーザ光線L10は、面発光導光板5の光入射面51cの光拡散構造により、z−x平面において角度強度分布が広げられて、面発光導光板5の内部に入射する。レーザ光線L10のx−y平面上の角度強度分布は、光路変更素子6内で、光の重畳により均一化されている。しかし、レーザ光線L10のz−x平面上の角度強度分布は、保存されている。このため、光入射面51cの光拡散構造により、レーザ光線L10の角度強度分布を広げる必要がある。
【0059】
面発光導光板5の内部に入射されたレーザ光線L110の多くは、面発光導光板5と空気層との界面で全反射をしながら、面発光導光板5の内部を+x軸方向に進行する。
また、レーザ光線L110の一部は、全反射を繰り返す過程で微小光学素子52に入射し、微小光学素子52の曲面で反射して進行方向を変える。進行方向が変化したレーザ光線L110の中には、面発光導光板5の表面と空気層との界面における全反射条件を満たさなくなる光線が含まれる。全反射条件を満たさなくなった光線(+z軸方向に進む光線)は、レーザ照明光L111として、面状の光となって面発光導光板5の光出射面51aから液晶パネル1の背面1bに向かって+z軸方向に出射する。このとき、レーザ照明光L111は、x−y平面における空間強度分布が均一な面状の光である。x−y平面は、レーザ照明光L111の出射方向に垂直な平面である。
【0060】
また、LED光源9から出射されるLED光線L9は、面発光導光板4の光入射面41cから面発光導光板4の内部へ入射する。光入射面41cから入射したLED光線L9は、面発光導光板4と空気層との界面で全反射をしながら、混合部41eを+x軸方向に進む。「面発光導光板4と空気層との界面」とは、混合部41eの光出射面41a側の面及び混合部41eの背面41b側の面をいう。LED光線L9が光入射面41cから面発光導光板4の内部へ入射すると、LED光線L9は、混合部41eを伝播する間に、隣り合うLED光線L9と空間的に重なり合う。「隣り合うLED光線L9」とは、LED光源9に含まれる1つのLED素子から出射する光線と、そのLED素子に隣り合うLED素子から出射する光線とである。そして、空間的に重なり合ったLED光線9は、LED素子の配列方向(y軸方向)の輝度分布が均一な線状の光となって、導光部41fに進む。
【0061】
導光部41fへ進行したLED光線L9の多くは、面発光導光板4と空気層との界面で全反射をしながら、面発光導光板4の内部を+x軸方向に進む。
また、導光部41fへ進行したLED光線L9の一部は、全反射を繰り返す過程で微小光学素子42に入射し、微小光学素子42の曲面で反射して進行方向を変える。進行方向が変化したLED光線L9の中には、面発光導光板4の表面と空気層との界面における全反射条件を満たさなくなる光線が含まれる。全反射条件を満たさなくなった光線(+z軸方向に進む光線)は、LED照明光L90として、面発光導光板4の光出射面41aから液晶パネル1の背面1bに向かって+z軸方向に出射する。このとき、LED照明光L90は、x−y平面における空間強度分布が均一な面状の光である。x−y平面は、LED照明光L90の出射方向に垂直な平面である。
【0062】
ここで、面発光導光板4の内部を進行するLED光線L9のうち、面発光導光板4の背面41bから出射して−z軸方向に進む光は、光反射シート8で反射され、+z軸方向に進む光(LED照明光L90)となる。同様に、面発光導光板5の内部を進行するレーザ光線L110のうち、面発光導光板5の背面51bから出射して−z軸方向に進む光は、光反射シート8で反射され、+z軸方向に進む光(レーザ照明光L111)となる。光反射シート8で反射されたLED光線L9及びレーザ光線L110は、液晶パネル1の背面1bを照明する。
【0063】
LED照明光L90及びレーザ照明光L111の両方は、光学シート3及び光学シート2を透過して液晶パネル1の背面1bを照明する。LED照明光L90及びレーザ照明光L111の両方は、光学シート3及び光学シート2を透過して液晶パネル1の背面1bに到達する間に、混色して白色の照明光L120になる。
【0064】
白色の照明光L120は、LED照明光L90とレーザ照明光L111とが混色することにより生成される。LED照明光L90及びレーザ照明光L111の両方は、各々x−y平面において空間強度分布の均一性が高い光である。このため、生成される照明光L120もまた、x−y平面において空間強度分布の均一性が高い白色の面状の光となる。
【0065】
LED光源9は、比較的発散角の広いLED素子を含む光源である。このため、LED光源9と面発光導光板4との間に特別な光学素子を設けなくとも、LED光線L9が面発光導光板4の混合部41eを伝播することにより、LED素子の配列方向(y軸方向)における空間強度分布の均一性を高めることできる。
【0066】
一方、レーザ光源10は、比較的発散角の狭いレーザ発光素子を含む光源である。このため、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)における空間強度分布の均一性を高めることが難しい。本実施の形態1では、光路変更素子6は、液晶表示装置100の厚み方向(−z軸方向側)に設置される。このため、液晶表示装置100の額縁の領域を広げることなく、光路変更素子6の導光部62に十分な光学距離を確保することができる。そして、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)における空間強度分布の均一性を高めることができる。
【0067】
図10は、本発明の実施の形態1に係る液晶表示装置(面光源装置を含む)の構成の他の例を概略的に示す断面図である。上記説明では、面発光導光板4の光入射面41cと面発光導光板5の光入射面51cとは、同一方向側(−x軸方向側)の端面にある場合について説明した。しかし、光入射面41cと光入射面51cの位置関係は、これに限るものではない。例えば、図10に示すように、面発光導光板5の光入射面51cは、−x軸方向側の端面に設け、面発光導光板4の光入射面41cは、−y軸方向側の端面に設けられている。光入射面41c,51cの配置を、図10に示すようにしてもよい。この場合、LED光源9は、LED素子をx軸方向に一次元配列する。
なお、光入射面41cの向きを変更する場合には、面発光導光板4の微小光学素子42の配置も適切な位置に変更する。具体的には、図7に示される微小光学素子42の配置を左に90°回転させた位置となる。また、面発光導光板4の光入射面41cの代わりに面発光導光板5の光入射面51cの向きを変更することも可能である。この場合も、光入射面41cの向きを変更する場合と同様に、微小光学素子52の配置を適切な位置に変更する。
【0068】
また、面発光導光板4の光入射面41cに加え、端面41dも光入射面とすることができる。光入射面41cが面発光導光板4の−x軸方向側の端面であるのに対し、端面41dは、面発光導光板4の+x軸方向側の端面である。つまり、光入射面41cの−x軸方向側の光入射面41cに対向するようにLED光源9を配置するとともに、端面41dの+x軸方向側の端面41dに対向するようにLED光源9を配置する構成としても良い。光入射面41cが−y軸方向側の端面に設けられる場合、又は光入射面41cが−y軸方向側の端面及び+y軸方向側の端面の両方の端面に設けられる場合には、光路変更部63を液晶表示装置100の下側に配置することが考えられる。これは、拡散部510cの長さは、光路変更部63のx軸方向の長さより短くすることが容易であるため、拡散部510cの方が狭い額縁部を容易に実現できるからである。つまり、この場合には、レーザ光線110は、液晶表示装置100の下側から面発光導光板5に入射し、LED光線L9は液晶表示装置100の左右側から面発光導光板4に入射する。
【0069】
また、面発光導光板5の光入射面51cに加え、端面51dも光入射面とすることができる。光入射面51cが面発光導光板5の−x軸方向側の端面であるのに対し、端面51dは、面発光導光板5の+x軸方向側の端面である。つまり、光入射面51cの−x軸方向側の光入射面51cに対向するように光路変更素子6及びレーザ光源10を配置するとともに、端面51dの+x軸方向側の端面51dに対向するように光路変更素子6及びレーザ光源10を配置する構成としても良い。
このように、面発光導光板4,5の少なくとも一方において、対向する2つの端面を光入射面とすることにより、光源の数を増やし、光量を増加できる。これにより、例えば、液晶パネル1の画面サイズが大きく多くの照明光を必要とする場合においても、充分な光量を得ることができる。
しかし、これらのような構成は、上述したような、LED光源9と光路変更部63とを同じ額縁部の位置に配置することで、他の額縁部を細くすることができる効果を得にくくなり、また、LED光源9と光路変更部63とがz軸方向に重なる位置に配置されることで、混合部41eの長さを長くでき、LED光線L9の混合を容易に実現できる効果を得にくくなる。
【0070】
本実施の形態1によれば、面光源装置200は、レーザ光源10、光路変更素子6、面発光導光板5、LED光源9及び面発光導光板4を備える。レーザ光源10は、複数のレーザ発光素子を有しレーザ光線L10を発する。光路変更素子6は、レーザ光線L10をy軸方向において空間強度分布の均一な線状のレーザ光線L10に変換して出射する。y軸方向は、レーザ光線L10の進行方向に垂直な方向である。y軸方向は、レーザ発光素子の配列方向である。面発光導光板5は、光路変更素子6から出射された線状のレーザ光線L10を、x−y平面において空間強度分布が均一な面状のレーザ照明光L111に変換する。x−y平面は、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)と線状のレーザ光線L10の進行方向(+x軸方向)とを含む平面である。レーザ照明光L111は、面発光導光板5から+z軸方向に出射する。LED光源9は、複数のLED素子を有しLED光線を発する。面発光導光板4は、面発光導光板5と平行に積層して配置されている。面発光導光板4は、LED光源9から発せられたLED光線L9をx−y平面において空間強度分布が均一な面状のLED照明光L90に変換する。x−y平面は、レーザ照明光L111の出射方向(+z軸方向)に垂直な平面である。また、x−y平面は、光出射面41aと平行な平面である。LED照明光(L90)は、レーザ照明光L111の出射方向(+z軸方向)と同じ方向に出射する。
【0071】
面光源装置200は、従来の白色LED光源による面光源装置よりも広い色再現範囲を有する。また、面光源装置200は、従来のLED光源のみを用いた面光源装置と同等の輝度を、単色LED光源又はレーザ光源のみを用いた面光源装置よりも低消費電力で実現できる。すなわち、面光源装置200は、広い色再現範囲を有することができる。また、面光源装置200は、消費電力を低減できる。
【0072】
また、液晶表示装置100は、上記の面光源装置200を備えることにより、従来のLED光源のみを用いた液晶表示装置よりも広い色再現範囲を有することができる。また、液晶表示装置100は、消費電力を低減できる。
また、面光源装置200は、光入射面51c又は光入射面51cの近傍に、線状のレーザ光線L10のz軸方向の発散角を広げる拡散部510cを備えることにより、レーザ光線の光利用効率を高めることができる。
【0073】
また、この液晶表示装置100及び面光源装置200は、液晶表示装置100の厚み方向に光路変更素子6の大部分を設置している。このため、レーザ光線が自らの発散角で発散して、隣り合うレーザ光線と重なり合うのに十分な光学距離を確保でき、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)における空間強度分布の均一性を高めることができる。
また、レーザ光源10を液晶表示装置100の厚み方向(すなわち、−z軸方向側)に配置し、光路変更素子6の大部分を液晶表示装置100の厚み方向(すなわち、−z軸方向側)に配置することにより、額縁部分の狭化を可能にする。「額縁部分の狭化」とは、表示面1aを正面から見た際の額縁部分の幅を狭くすることである。「正面」とは、映像が表示される方向である。さらに、レーザ光線L10の空間強度分布の均一性を高めることにより、光利用効率が高くできる。また、空間光強度分布の均一性が高い面状の照明光L120を得ることができる。
【0074】
また、この面光源装置200を備える液晶表示装置100は、空間光強度分布の均一性が高い面状の照明光L120を得るため、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できる。
また、液晶表示装置100は、レーザ光源10により赤色の光をレーザ発光素子から発光し、LED光源9により青緑色をLED素子から発光する構成としたことにより、従来の液晶表示装置よりも広い色再現範囲と低消費電力を両立できる。また、量産性の高い液晶表示装置を得ることができる。
【0075】
実施の形態2.
本発明を実施するための実施の形態2に係る面光源装置201及び液晶表示装置101を、図11から図16を用いて説明する。
図11に示す面光源装置201は、ローカルディミング(Local Dimming)に対応する面光源装置である。ローカルディミングは、複数の発光素子を独立して制御する調光制御方法である。ローカルディミングにより、画面内の画像の黒い部分に対応するエリアの光源の発光を抑え、画面内の画像の明るい部分に対応するエリアの光源は発光させるという制御が可能になる。このような制御により、例えば、画面全体が暗い映像の場合であっても、その画面の中の特に暗い特定の場所に対応するエリアの光源を暗く点灯させることによって、コントラスト比を高めることができる。
【0076】
図11は、実施の形態2の液晶表示装置101(面光源装置201を含む)の構成の一例を概略的に示す断面図である。図12は、実施の形態2の液晶表示装置101の制御系の構成を示すブロック図である。図11及び図12において、実施の形態1の図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。
【0077】
図11に示される構成要素の内、実施の形態1(図1)における構成要素と同一の構成要素は、液晶パネル1、光学シート2,3、面発光導光板4,5、光反射シート8、LED光源9及びレーザ光源10である。また、図12に示される構成要素の内、実施の形態1(図8又は図9)における構成要素と同一の構成要素は、液晶表示素子駆動部32、映像信号34及び液晶表示素子制御信号35である。また、実施の形態1と同様に、+x軸方向を液晶表示装置101の上側とすることができる。ただし。この場合には、ローカルディミングによって分けられる領域(後述する領域A,B,C,D,E)は、表示面1a上で縦長の矩形形状が左右方向に並ぶ形となる。
【0078】
液晶表示装置101の光路変更素子60は、任意の数(任意の数は複数であり、例えば、5個である。)の導光素子を有する。また、LED光源駆動部330aは、LED光源9に含まれる複数のLED素子を任意の数(任意の数は複数であり、例えば、5個である。)に組分け(区分)して駆動制御する。同様に、レーザ光源駆動部330bは、レーザ光源10に含まれる複数のレーザ発光素子を任意の数(例えば、任意の数は導光素子の数に等しい複数であり、例えば、5個である。)に組分け(区分)して駆動制御する。これらの点においてのみ、本実施の形態2の液晶表示装置101は、実施に形態1の液晶表示装置100と異なる。
【0079】
図13は、図12に記載の面光源装置201すなわち液晶表示装置101を−z軸方向側(背面側)から見た概略的な平面図である。光路変更素子60は、5個の光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eを有している。光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eは、実施の形態1の光路変更素子6をy軸方向に5等分に分割した形状と等しい。すなわち、実施の形態2においては、光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eは、互いに等しい形状を有する。
【0080】
光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eは、y軸方向に等間隔で配置される。また、光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eは、x軸方向の位置及びz軸方向の位置が互いに等しい。
【0081】
また、光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eを有する光路変更素子60のy軸方向の全長は、面発光導光板5と同等か又は短い。光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eは、透明材料で作製されている。光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eの材料は、例えば、アクリル樹脂(例えば、PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、シクロオレフィン系樹脂(COP)又はガラスなどである。
【0082】
LED光源9は、実施の形態1の場合と同様に、y軸方向に1次元に配列された複数のLED素子を備える。これら複数のLED素子は、同じ個数を有する複数の組に分かれて(区分されて)いる。これら複数の組は、y軸方向に一列に配置されている。例えば、図13では、4個のLED素子を含む組が、5組配置されている。なお、LED素子を含む組の数、及び一組に含まれるLED素子の個数は、これに限るものではなく、任意に変更できる。
【0083】
図14は、図12に記載の面光源装置201を液晶パネル1側から見た(液晶表示装置101を+z軸方向側から見た)概略的な平面図である。液晶パネル1の表示面1aは、5つの領域A,B,C,D,Eに分けられ(区分され)ている。この領域の数は、光路変更素子60を構成する光路変更素子部材の数、LED光源9を構成する組の数、及び、レーザ光源10を構成する組の数に対応している。領域A,B,C,D,Eは、光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eの配置された位置と対応して決められる。LED光源9は、5つの組9a,9b,9c,9d,9eにより構成される。これらLED光源の組9a,9b,9c,9d,9eは、それぞれ対応する領域A,B,C,D,Eを主に照明する。また、図12に示すように、LED光源9を構成する5つのLED光源の組は、組ごとに個別に駆動制御される。
【0084】
レーザ光源10は、実施の形態1と同様に、複数のレーザ発光素子がy軸方向に1次元に配列されている。レーザ光源10に含まれる複数のレーザ発光素子は、y軸方向に同じ個数を有する組に分かれている。組の数は、任意の数である。例えば図13では、1つの組に含まれるレーザ発光素子の数は、2個である。レーザ光源の組10a,10b,10c,10d,10eは、それぞれ対応する領域A,B,C,D,Eを主に照明する。つまり、レーザ光源の組10aは、領域Aを主に照明する。レーザ光源の組10bは、領域Bを主に照明する。レーザ光源の組10cは、領域Cを主に照明する。レーザ光源の組10dは、領域Dを主に照明する。レーザ光源の組10eは、領域Eを主に照明する。図12に示すように、レーザ光源10を構成する5つのレーザ光源の組は、組ごとに個別に駆動制御される。このため、画面の領域毎に輝度を制御するエリア制御が可能となる。「エリア制御」とは、ローカルディミングのことをいう。
【0085】
領域Aのレーザ光源10aから出射された光は、光路変更素子部材60aに入射する。同様に、領域B,C,D,Eのレーザ光源10b,10c,10d,10eから出射された光は、それぞれ光路変更素子部材60b,60c,60d,60eに入射する。つまり、領域Bのレーザ光源10bから出射された光は、光路変更素子部材60bに入射する。領域Cのレーザ光源10cから出射された光は、光路変更素子部材60cに入射する。領域Dのレーザ光源10dから出射された光は、光路変更素子部材60dに入射する。領域Eのレーザ光源10eから出射された光は、光路変更素子部材60eに入射する。すなわち、光路変更素子60を構成する光路変更素子部材の数は、LED光源9を構成するLED光源の組の数と等しい。また、光路変更素子60を構成する光路変更素子部材の数は、レーザ光源10を構成するレーザ発光素子の組の数と等しい。
【0086】
エリア制御によって、画面内の暗い部分に対しては、対応する領域のLED光源の組9a,9b,9c,9d,9eの輝度を個別に下げることが可能となる。また、エリア制御によって、画面内の暗い部分に対しては、対応する領域のレーザ光源の組10a,10b,10c,10d,10eの輝度を個別に下げることが可能となる。このため、液晶表示装置101は、画面内のコントラストを向上させることが可能となる。また、液晶表示装置101は、上記の構成により、消費電力を低減することができる。
また、エリア制御によって、画像の切り替え時に、その領域に対応したLED光源の組及びレーザ光源の組の両方を消灯することができる。画像の切り替え時とは、ブランキング期間のことをいう。「ブランキング期間」とは、テレビ画面のある一本の走査線の終わりから次の走査線に移るまでの期間をいう。このブランキング期間には、画像が表示されない。対応する領域のLED光源の組の消灯及びレーザ光源の組の消灯により、液晶表示装置101は、残像の影響を低減できる。
【0087】
本実施の形態2によれば、光路変更素子60を光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eに分割することにより、光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eに対応する領域毎の輝度の制御をより細やかに実現できる。各光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eと各レーザ光源の組10a,10b,10c,10d,10eは、対応して配置されている。レーザ光源の組10aから出射された光線は、対応する光路変更素子部材60aに入射し、光路変更素子部材60aと空気層との界面で全反射しながら−x軸方向に伝播する。
【0088】
このとき、レーザ光源の組10aから出射したレーザ光線のうち、互いに隣り合うレーザ光線は、光路変更素子部材60a内を進行する間に重なり合う。つまり、レーザ光源の組10aを構成する1つのレーザ発光素子のレーザ光線と、同じレーザ光源の組10aを構成し、前記レーザ発光素子に隣り合う他のレーザ発光素子のレーザ発光素子のレーザ光線とが部分的に重なり合う。そして、重なりあったレーザ光線は、光路変更素子部材60aのy軸方向において輝度分布が均一化され、y軸方向において輝度分布が均一な(又は概ね均一な)線状の光となる。
同様に、他のレーザ光源10b,10c,10d,10eから出射された光線も対応する光路変更素子部材60b,60c,60d,60eでy軸方向において輝度分布が均一化され、y軸方向において輝度分布が均一な(又は概ね均一な)線状の光になる。つまり、レーザ光源10bから出射された光線は、光路変更素子部材60bでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光になる。レーザ光源10cから出射された光線は、光路変更素子部材60cでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光になる。レーザ光源10dから出射された光線は、光路変更素子部材60dでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光になる。レーザ光源10eから出射された光線は、光路変更素子部材60eでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光になる。
【0089】
光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eは、液晶パネル1の領域A,B,C,D,Eに対応している。各光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光となることで、レーザ光線は液晶パネル1の領域毎に輝度分布の均一な線状光となって面発光導光板5に入射する。このため、領域毎にレーザ光源の組10a,10b,10c,10d,10eを点灯させた際に、隣り合う他の領域A,B,C,D,Eに光が漏れることなく、精度の良いエリア制御を行うことができる。
【0090】
光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eは、実施の形態1の光路変更素子6をy軸方向に5等分に分割した形状と等しい。つまり、図11に示す光入射面601は、図1に示す光入射面61と、y軸方向の長さの点においてのみ異なり、他の形状及び機能の点においては同一である。同様に、導光部602は、導光部62と、y軸方向の長さの点においてのみ異なり、他の形状及び機能の点においては同一である。光路変更部603(反射面603a,603b)は、光路変更部63(反射面63a,63b)と、y軸方向の長さの点においてのみ異なり、他の形状及び機能の点においては同一である。光出射面604は、光出射面64と、y軸方向の長さの点においてのみ異なり、他の形状及び機能の点においては同一である。すなわち、光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eは、互いに等しい形状を有する。そのため、光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eの構造及び機能は、実施の形態1の光路変更素子6の構造及び機能と同様であり、詳細の説明は省略する。
【0091】
ここでは、光路変更素子60の光入射面601を平面として説明したが、光入射面601に光拡散構造を設けても良い。図15は、光路変更素子600を構成する光路変更素子部材600a(光路変更素子部材の他の例)を−z軸方向側(背面側)から見た状態を模式的に示す平面図である。図15に示されるように、光入射面6001の光拡散構造は、例えば細かな凹形状のシリンドリカルレンズが、y軸方向に複数並ぶように形成された構造を有する。光入射面6001に光拡散構造を設けることにより、レーザ光源のy軸方向(速軸方向)の発散角を広げることができる。また、光入射面6001の光拡散構造は、プリズム構造や台形を並べた構造であっても良い。つまり、z軸方向の発散角は保持し、y軸方向の発散角のみ広げるような構造で有れば良い。
【0092】
このため、光入射面6001より入射するレーザ光線は、隣り合うレーザ発光素子の光と重なり合い易くなる。このため、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)における空間光強度分布の均一性を向上させることができる。
また、レーザ発光素子配列方向における空間光強度分布の均一化に要する距離が短くなる。このため、光路変更素子600のx軸方向の長さを短く設定できる。
【0093】
図16は、図15に記載の光路変更素子600の光路変更素子部材600a〜600eを備えた液晶表示装置101を−z軸方向側(背面側)から見た概略的な平面図である。光入射面に光拡散構造を設けた光路変更素子600をy軸方向に任意の数並べて配置することによっても、図13の場合と同様の効果を得ることができる。
【0094】
また、導光素子600の光入射面6001全体を光拡散構造とする場合を説明したが、実施の形態2はこれに限るものではない。光入射面6001のレーザ光線が通過する箇所のみを光拡散構造とすることも可能である。このように、必要な箇所にのみ光拡散構造を設けることにより、光入射面の全面を光拡散構造とするよりも、導光素子の構成を簡素化することができる。
また、上述の光入射面6001の光拡散構造と同様の構造を、実施の形態1の光路変更素子6の光入射面61に設けることができる。
【0095】
実施の形態2においては、光路変更素子60を構成する光路変更素子部材60a,60b,60c,60d,60eの数が5個である場合を説明した。しかし、本発明における光路変更素子部材の数はこれに限るものではない。光路変更素子部材の数は、個別に点灯するエリアの数に合わせて決定することができる。光路変更素子部材の数は、光路変更素子60の分割数に等しい。
【0096】
本実施の形態2における面光源装置201及び液晶表示装置101は、実施の形態1と同等の構成を備えたことにより、実施の形態1に記載の効果を得ることができる。つまり、面光源装置201及び液晶表示装置101は、広い色再現範囲を有する。また、面光源装置201及び液晶表示装置101は、低消費電力で画像の表示を実現できる。また、面光源装置201及び液晶表示装置101は、レーザ光線の光利用効率を高めることができる。また、面光源装置201及び液晶表示装置101は、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)における空間強度分布の均一性を高めることができる。また、面光源装置201及び液晶表示装置101は、額縁部分の狭化を可能にする。また、面光源装置201及び液晶表示装置101は、輝度むらを抑えた高品質な画像を提供することができる。また、面光源装置201及び液晶表示装置101は、量産性の高い液晶表示装置を得ることができる。
また、面光源装置201は、ローカルディミング(エリア制御)に対応する構成としたことにより、画像のコントラスト比を高めることができ、また、消費電力を低減することもできる。
また、液晶表示装置101は、ブランキング期間に該当する領域のLED光源の組やレーザ光源の組を消灯することにより、残像の影響を低減できる。
【0097】
上述の実施の形態1及び2において、部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語として「平行」、「垂直」などの表現を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。
【0098】
なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
【符号の説明】
【0099】
1 液晶パネル、 1a 液晶パネルの表示面、 1b 液晶パネルの背面、 2,3 光学シート、 4,5 面発光導光板、 41c,51c 光入射面、 41a,51a 光出射面、 41d,51d 端面、 41b,51b 背面、 41e 混合部、 41f 導光部、 42,52 微小光学素子、 510c 拡散部、 6,60,600 光路変更素子、 60a〜60e,600a〜600e 光路変更素子部材、 61,601,6001 光入射面、 62,602 導光部、 63,603 光路変更部、 63a,63b,603a,603b 反射面、 64 光出射面、 8 光反射シート、 9 LED光源、 9a〜9e LED光源の組、 10 レーザ光源、 10a〜10e レーザ光源の組、 31 制御部、 32 液晶表示素子駆動部、 33 光源駆動部、 34 映像信号、 35 液晶表示素子制御信号、 36 光源制御信号、 100,101 液晶表示装置、 200,201 面光源装置、 L9 LED光線、 L90 LED照明光、 L10,L110 レーザ光線、 L111 レーザ照明光、 L120 照明光。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16

【手続補正書】
【提出日】2014年5月28日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
点状の光強度分布を持つレーザ光線が入射する入射面を有し、前記入射面から入射した前記点状の光強度分布を持つレーザ光線から線状の光強度分布を持つレーザ光線を生成する導光部と、
前記導光部で生成された前記線状の光強度分布を持つレーザ光線の進行方向を変える第1の面と、前記第1の面で進行方向が変えられた前記線状の光強度分布を持つレーザ光線の進行方向を変える第2の面と、前記第2の面で進行方向が変えられた前記線状の光強度分布を持つレーザ光線を出射する出射面とを有する光路変更部と、
を有し、
前記導光部は、前記入射面から前記光路変更部までを繋ぎ、前記光路変更部に近づくほど厚さが増加する楔形形状の板状部材であり、
前記導光部及び前記光路変更部は一体に成形された
ことを特徴とする光路変更素子。
【請求項2】
前記導光部は、前記線状の光強度分布を持つレーザ光線が前記導光部内で進行するほど、前記線状の光強度分布を持つレーザ光線の線状の光強度分布の均一性を向上させることを特徴とする請求項1に記載の光路変更素子。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の光路変更素子と、
複数のレーザ発光素子を有し、該複数のレーザ発光素子で生成された前記点状の光強度分布を持つ複数のレーザ光線を発するレーザ光源と
記光路変更素子から出射された前記線状の光強度分布を持つレーザ光線を面状のレーザ照明光に変換し出射する第1の面発光導光板と、
複数のLED素子を有し、該複数のLED素子で生成された複数のLED光線を発するLED光源と、
前記第1の面発光導光板から出射した前記面状のレーザ照明光を透過させて出射するとともに、前記LED光源から発せられた前記複数のLED光線を面状のLED照明光に変換して前記面状のLED照明光を出射する第2の面発光導光板と、
を備えたことを特徴とする面光源装置。
【請求項4】
前記光路変更素子は、前記複数のレーザ発光素子に対応して複数配置され、
前記第1の面発光導光板は、複数の前記光路変更素子に対応して区分された複数の第1の出射領域を有し
前記複数の光路変更素子から出射された線状の光強度分布を持つ複数のレーザ光線の各々は、前記複数の第1の出射領域のうちの対応する第1の出射領域内で面状のレーザ照明光に変換される
ことを特徴とする請求項に記載の面光源装置。
【請求項5】
前記第2の面発光導光板は、前記複数のLED素子に対応して区分された複数の第2の出射領域を有し
前記複数のLED素子で生成された複数のLED光線の各々は、前記複数の第2の出射領域のうちの対応する第2の出射領域内で面状のLED照明光に変換される
ことを特徴とする請求項3又は4に記載の面光源装置。
【請求項6】
前記第1の面発光導光板は、前記線状の光強度分布を持つレーザ光線が入射される側の端面に、前記線状の光強度分布を持つレーザ光線の、前記第1の面発光導光板の厚み方向における角度強度分布を、変更する拡散部を備えたことを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載の面光源装置。
【請求項7】
前記レーザ光源は、前記第1の面発光導光板を挟んで前記第2の面発光導光板とは異なる側に設けられていることを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の面光源装置。
【請求項8】
映像を表示する液晶パネルと、
前記液晶パネルに前記レーザ照明光及び前記LED照明光を照射する、請求項3から7のいずれか1項に記載の面光源装置と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0009】
本願発明に係る光路変更素子は、点状の光強度分布を持つレーザ光線が入射する入射面を有し、前記入射面から入射した前記点状の光強度分布を持つレーザ光線から線状の光強度分布を持つレーザ光線を生成する導光部と、前記導光部で生成された前記線状の光強度分布を持つレーザ光線の進行方向を変える第1の面と、前記第1の面で進行方向が変えられた前記線状の光強度分布を持つレーザ光線の進行方向を変える第2の面と、前記第2の面で進行方向が変えられた前記線状の光強度分布を持つレーザ光線を出射する出射面とを有する光路変更部と、を有し、前記導光部は、前記入射面から前記光路変更部までを繋ぎ、前記光路変更部に近づくほど厚さが増加する楔形形状の板状部材であり、前記導光部及び前記光路変更部は一体に成形されたものである。
また、本発明に係る面光源装置は、前記光路変更素子と、複数のレーザ発光素子を有し、該複数のレーザ発光素子で生成された前記点状の光強度分布を持つ複数のレーザ光線を発するレーザ光源と、前記光路変更素子から出射された前記線状の光強度分布を持つレーザ光線を面状のレーザ照明光に変換して出射する第1の面発光導光板と、複数のLED素子を有し、該複数のLED素子で生成された複数のLED光線を発するLED光源と、前記第1の面発光導光板から出射した前記面状のレーザ照明光を透過させて出射するとともに、前記LED光源から発せられた前記複数のLED光線を面状のLED照明光に変換して前記面状のLED照明光を出射する第2の面発光導光板とを備えたものである。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
本発明に係る液晶表示装置は、映像を表示する液晶パネルと、前記液晶パネルに前記レーザ照明光及び前記LED照明光を照明する面光源装置を備えたものである。前記面光源装置は、光路変更素子と、複数のレーザ発光素子を有し、該複数のレーザ発光素子で生成された前記点状の光強度分布を持つ複数のレーザ光線を発するレーザ光源と、前記光路変更素子から出射された前記線状の光強度分布を持つレーザ光線を面状のレーザ照明光に変換し出射する第1の面発光導光板と、複数のLED素子を有し、該複数のLED素子で生成された複数のLED光線を発するLED光源と、前記第1の面発光導光板から出射した前記面状のレーザ照明光を透過させて出射するとともに、前記LED光源から発せられた前記複数のLED光線を面状のLED照明光に変換して前記面状のLED照明光を出射する第2の面発光導光板とを備えたものである。前記光路変更素子は、点状の光強度分布を持つレーザ光線が入射する入射面を有し、前記入射面から入射した前記点状の光強度分布を持つレーザ光線から線状の光強度分布を持つレーザ光線を生成する導光部と、前記導光部で生成された前記線状の光強度分布を持つレーザ光線の進行方向を変える第1の面と、前記第1の面で進行方向が変えられた前記線状の光強度分布を持つレーザ光線の進行方向を変える第2の面と、前記第2の面で進行方向が変えられた前記線状の光強度分布を持つレーザ光線を出射する出射面とを有する光路変更部と、を有し、前記導光部は、前記入射面から前記光路変更部までを繋ぎ、前記光路変更部に近づくほど厚さが増加する楔形形状の板状部材であり、前記導光部及び前記光路変更部は一体に成形されたものである。
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0031
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0031】
次に、図1図2(a)及び(b)、図3(a)及び(b)を参照しながら、光路変更素子6について説明する。
光路変更素子6は、透明材料により構成されている。例えば、光路変更素子6の材料には、アクリル樹脂(PMMA)、ポリカーボネート樹脂(PC)、シクロオレフィン系樹脂(COP)又はガラスなどが用いられる。光路変更素子6は、レーザ光源10から発せられたレーザ光線L10が入射する光入射面61、導光部62、光路変更部63、及び光出射面64を備える。光路変更部63は、反射面63a(第1の反射面)と、反射面63b(第2の反射面)とを備える。光路変更素子6の光出射面64は、図1のy−z平面と平行な面である。図1並びに図3(a)及び(b)に示されるように、光路変更素子6の光出射面64は、面発光導光板5の光入射面51c(後述)と対向して配置されている。なお、光路変更素子6の長辺方向(y軸方向)の長さは、面発光導光板5の光入射面51cのy軸方向における長さと等しいか、又はそれよりも短い。なお、上述のように、液晶パネル1の表示面1aの長辺方向はx軸方向(図1における左右方向)である。
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0034
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0034】
レーザ光源10から発せられた直後のレーザ光線L10の光束径は、光路変更素子6の光入射面61のy軸方向の大きさに比較して極めて小さい。つまり、レーザ光源10は、点光源として扱うことができる。レーザ光線L10は、自らの発散角により配列方向(y軸方向)に広がる。このため、レーザ光源10の各レーザ発光素子から出射された各レーザ光線は、光路変更素子6内を伝播する間に隣接する別のレーザ発光素子のレーザ光線と空間的に重なり合う。そして、各レーザ光線は、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)において輝度分布が均一な線状のレーザ光線となって光出射面64より出射される。「配列方向」とは、レーザ光線の進行方向に垂直な方向である。「点光源」とは、発光部の大きさが受光部(ここでは光入射面)に比べて小さく、点とみなせる光源である。「伝播」とは、伝わり広がることである。ここでは、光が光路変更素子6又は面発光導光板4,5等の中を進行することを意味する。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0035
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0035】
光路変更素子6の導光部62のx軸方向の長さを長くすることにより、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)における空間光強度分布の均一性を向上させることができる。また、導光部62のx軸方向の長さを長くすることにより、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)の空間光強度分布の均一化のために必要なレーザ発光素子の数を削減することもできる。
光路変更素子6は、レーザ光源10から発せられ、光入射面61に入射したレーザ光線の、該レーザ光線の進行方向と垂直な第1平面(図2(a)及び(b)においては、y―z平面、又は、y−z平面に概ね平行な平面)における空間強度分布を調整して、光入射面61に入射したレーザ光線を、第1平面におけるレーザ光線の断面形状が直線状である線状のレーザ光線に変更して、この線状のレーザ光線L110を光出射面64から出射する。ここで、「概ね平行な平面」と記載したのは、図1に示すように、光路変更素子6の導光部62がx−y平面に対して3度から8度程度傾いているからである。導光部62を傾斜させているのは、レーザ光源10の位置にレーザ光源10用の駆動基板及び放熱部材等を配置するスペースを確保するためである。これらの部材を小型化できる場合には、導光部62を傾斜させる必要は無い。図2(a)において、線状のレーザ光線L110の断面形状が、面64上においてy軸方向に長く、z軸方向に狭い帯状(又は線状)の網掛け領域として示されている。光路変更素子6による第1平面における線状のレーザ光線の空間強度分布の調整は、第1平面における空間強度分布の均一化である。ここで、「線状」と示したのは、図2(a)は模式図であるので、線状のレーザL110のz軸方向の長さがy軸方向の長さに比べて比較的大きく描かれているが、実際では、z軸方向の長さはy軸方向の長さに比べて非常に細いため、「線状」と言っても問題ないからである。
すなわち、光路変更素子6は、レーザ光源10から発せられたレーザ光線L10を、レーザ光線L10の進行方向と垂直な方向における空間強度分布が均一な線状のレーザ光線に変更して出射する。実施の形態1では、光路変更素子6は、レーザ光源10のレーザ発光素子が配列される方向と平行な方向における空間強度分布が均一な線状のレーザ光線に変更して出射する。
光路変更素子6は、レーザ光源10により発せられたレーザ光線L10が線状のレーザ光線となる光路長を有する導光部62と、導光部62により導光された線状のレーザ光線の進行方向を面発光導光板5へ向けて出射するよう変更する光路変更部63とを備える。
導光部62は、レーザ光源10により発せられたレーザ光線L10が入射する側の端面61から光路変更部63に向けて、線状のレーザ光線に垂直な方向であって線状のレーザ光線の進行方向に垂直な方向に広がる楔形形状を有する。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0036
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0036】
次に、図1、図及び図7を参照しながら、面発光導光板4について説明する。
面発光導光板4は、光出射面41a、背面41b、光入射面41c、端面41d、混合部41e及び導光部41fを備えている。光出射面41aは、液晶パネル1側(+z軸側)の面である。光出射面41aは、x−y平面に平行な面である。背面41bは、−z軸側の面であって光出射面41aに対向して設けられた面である。背面41bは、x−y平面に平行な面である。光入射面41cは、−x側の端面に設けられている。LED光源9から発せられたLED光線L9は、光入射面41cから面発光導光板4に入射する。端面41dは、+x側の端面に設けられている。端面41dは、面発光導光板4の光入射面41cに対向して設けられた面である。混合部41eは、光入射面41cから入射されたLED光線L9が混合するための領域(混合領域)である。隣り合うLED光線L9は、混合部41eで重畳して混ざり合う。導光部41fは、面発光導光板4から混合部41eを除いた領域である。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0046
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0046】
微小光学素子52は、−z軸方向に突出した半球状の凸形状を有している。また、微小光学素子52は面発光導光板5の背面51b上(x−y平面上)の位置に応じて異なる配置密度で配置されている。ここで、「配置密度」とは、微小光学素子52の単位面積当たりの数や、微小光学素子52の単位面積に占める大きさ(微小光学素子52のx−y平面における外形寸法)などをいう。つまり、例えば、微小光学素子52の大きさが等しい場合には、微小光学素子52の単位面積当たりの数が異なり、微小光学素子52の単位面積当たりの数が等しい場合には、微小光学素子52の大きさが異なるということである。微小光学素子52の大きさ及び微小光学素子52の単位面積当たりの数が共に異なる場合も含まれる。この微小光学素子52の配置密度の変化により、レーザ照明光L111(後述)の面内輝度分布を制御することができる。つまり、光出射面51aから出射されるレーザ照明光L111の空間強度分布が均一となるように、微小光学素子52は配置されている。ここで、「面内」とは液晶パネル1の表示面1a内のことをいう。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0068
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0068】
また、面発光導光板4の光入射面41cに加え、端面41dも光入射面とすることができる。光入射面41cが面発光導光板4の−x軸方向側の端面であるのに対し、端面41dは、面発光導光板4の+x軸方向側の端面である。つまり、面発光導光板4の−x軸方向側の光入射面41cに対向するようにLED光源9を配置するとともに、面発光導光板4の+x軸方向側の端面41dに対向するようにLED光源9を配置する構成としても良い。光入射面41cが−y軸方向側の端面に設けられる場合、又は光入射面41cが−y軸方向側の端面及び+y軸方向側の端面の両方の端面に設けられる場合には、光路変更部63を液晶表示装置100の下側に配置することが考えられる。これは、拡散部510cの長さは、光路変更部63のx軸方向の長さより短くすることが容易であるため、拡散部510cの方が狭い額縁部を容易に実現できるからである。つまり、この場合には、レーザ光線L110は、液晶表示装置100の下側から面発光導光板5に入射し、LED光線L9は液晶表示装置100の左右側から面発光導光板4に入射する。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0069
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0069】
また、面発光導光板5の光入射面51cに加え、端面51dも光入射面とすることができる。光入射面51cが面発光導光板5の−x軸方向側の端面であるのに対し、端面51dは、面発光導光板5の+x軸方向側の端面である。つまり、面発光導光板5の−x軸方向側の光入射面51cに対向するように光路変更素子6及びレーザ光源10を配置するとともに、面発光導光板5の+x軸方向側の端面51dに対向するように光路変更素子6及びレーザ光源10を配置する構成としても良い。
このように、面発光導光板4,5の少なくとも一方において、対向する2つの端面を光入射面とすることにより、光源の数を増やし、光量を増加できる。これにより、例えば、液晶パネル1の画面サイズが大きく多くの照明光を必要とする場合においても、充分な光量を得ることができる。
しかし、これらのような構成は、上述したような、LED光源9と光路変更部63とを同じ額縁部の位置に配置することで、他の額縁部を細くすることができる効果を得にくくなり、また、LED光源9と光路変更部63とがz軸方向に重なる位置に配置されることで、混合部41eの長さを長くでき、LED光線L9の混合を容易に実現できる効果を得にくくなる。
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0070
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0070】
本実施の形態1によれば、面光源装置200は、レーザ光源10、光路変更素子6、面発光導光板5、LED光源9及び面発光導光板4を備える。レーザ光源10は、複数のレーザ発光素子を有しレーザ光線L10を発する。光路変更素子6は、レーザ光線L10をy軸方向において空間強度分布の均一な線状のレーザ光線L10に変換して出射する。y軸方向は、レーザ光線L10の進行方向に垂直な方向である。y軸方向は、レーザ発光素子の配列方向である。面発光導光板5は、光路変更素子6から出射された線状のレーザ光線L10を、x−y平面において空間強度分布が均一な面状のレーザ照明光L111に変換する。x−y平面は、レーザ発光素子の配列方向(y軸方向)と線状のレーザ光線L10の進行方向(+x軸方向)とを含む平面である。レーザ照明光L111は、面発光導光板5から+z軸方向に出射する。LED光源9は、複数のLED素子を有しLED光線L9を発する。面発光導光板4は、面発光導光板5と平行に積層して配置されている。面発光導光板4は、LED光源9から発せられたLED光線L9をx−y平面において空間強度分布が均一な面状のLED照明光L90に変換する。x−y平面は、レーザ照明光L111の出射方向(+z軸方向)に垂直な平面である。また、x−y平面は、光出射面41aと平行な平面である。LED照明光(L90)は、レーザ照明光L111の出射方向(+z軸方向)と同じ方向に出射する。
【手続補正13】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0088
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0088】
このとき、レーザ光源の組10aから出射したレーザ光線のうち、互いに隣り合うレーザ光線は、光路変更素子部材60a内を進行する間に重なり合う。つまり、レーザ光源の組10aを構成する1つのレーザ発光素子のレーザ光線と、同じレーザ光源の組10aを構成し、前記レーザ発光素子に隣り合う他のレーザ発光素子のレーザ発光素子のレーザ光線とが部分的に重なり合う。そして、重なりあったレーザ光線は、光路変更素子部材60aのy軸方向において輝度分布が均一化され、y軸方向において輝度分布が均一な(又は概ね均一な)線状の光となる。
同様に、他のレーザ光源の組10b,10c,10d,10eから出射された光線も対応する光路変更素子部材60b,60c,60d,60eでy軸方向において輝度分布が均一化され、y軸方向において輝度分布が均一な(又は概ね均一な)線状の光になる。つまり、レーザ光源10bから出射された光線は、光路変更素子部材60bでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光になる。レーザ光源10cから出射された光線は、光路変更素子部材60cでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光になる。レーザ光源10dから出射された光線は、光路変更素子部材60dでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光になる。レーザ光源10eから出射された光線は、光路変更素子部材60eでy軸方向の輝度分布が均一な線状の光になる。
【国際調査報告】