(57)【要約】【課題】ＬＥＤ光源とレーザー光源との両方を用い、それらの光源の温度を個別に制御でき、照明の均一性などの光学的性能を確保した上で十分な製品寿命が確保できるバックライトを有する液晶表示装置を提供する。【解決手段】光出射面を有するバックライト筐体と、このバックライト筐体の光出射面に順次対向配置された拡散板、プリズムシートとおよび反射偏光板と、バックライト筐体の一つの端面に沿って配置されたレーザー光源と、バックライト筐体の他の端面に沿って配置されたＬＥＤ光源と、レーザー光源からのレーザー光を伝播させると共にバックライト筐体内にレーザー光を拡散放出するように長尺状に延伸されたレーザー導光棒と、ＬＥＤ光源からのＬＥＤ光を伝播させると共にバックライト筐体内にＬＥＤ光を拡散放出するように長尺状に延伸されたＬＥＤ導光棒とを備えたものである。【選択図】図１
2014026132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルおよびこの液晶パネルに光を照射するバックライトで構成された液晶表示装置であって、
前記バックライトは、
内側面に拡散反射面を有するバックライト筐体と、
このバックライト筐体の光出射面に対向配置された拡散板と、
この拡散板の前記バックライト筐体の反対側に配置されたプリズムシートと、
このプリズムシートの前記拡散板の反対側に配置され一方向に偏光した光のみを反射する反射偏光板と、
前記バックライト筐体の一つの端面に沿って配置されたレーザー光源と、
前記バックライト筐体の他の端面に沿って配置されたＬＥＤ光源と、
前記レーザー光源から出射されレーザー光を伝播させると共に前記バックライト筐体内に前記レーザー光を拡散放出するように前記バックライト筐体内部に長尺状に延伸されたレーザー導光棒と、
前記ＬＥＤ光源から出射されＬＥＤ光を伝播させると共に前記バックライト筐体内に前記ＬＥＤ光を拡散放出するように前記バックライト筐体内部に長尺状に延伸されたＬＥＤ導光棒と
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
レーザー光源とＬＥＤ光源とは、バックライト筐体の対向する端面にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
レーザー導光棒とＬＥＤ導光棒とは、延伸方向に近接して配置されることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
【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バックライト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パネルは、自ら発光しない。このため、液晶表示装置は液晶パネルを照明する光源として、液晶パネルの背面にバックライトを備えている。近年では、青色の光を出射する発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ））の性能が飛躍的に向上したことに伴い、この青色ＬＥＤを利用した白色光源をバックライトに応用したものが広く採用されている。
【０００３】
この青色ＬＥＤを利用した白色光源とは、青色光を出射するＬＥＤと、このＬＥＤから出射される青色光を吸収し青色の補色（すなわち、緑色と赤色を含む色、黄色）となる光を発光する蛍光体とから成る。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、バックライトの用いた場合低消費電力化に有効である。しかしながら一方で、白色ＬＥＤはその波長帯域幅が広く、色再現範囲が狭いという問題を有する。液晶表示装置は、その液晶パネルの内部にカラーフィルタを備えている。液晶表示装置は、このカラーフィルタによって赤色、緑色および青色のスペクトル範囲の光だけを透過させて、色表現を行っている。白色ＬＥＤのように波長帯域幅の広い連続スペクトルを有する光源は、色再現範囲を広げるために、カラーフィルタの透過色の色純度を高める必要がある。つまり、カラーフィルタを透過する波長帯域は狭く設定される。しかし、カラーフィルタを透過する波長帯域を狭く設定すると、光の利用効率が低下する。なぜなら、液晶表示装置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。また、液晶表示装置の表示面の輝度の低下、さらには液晶表示装置の消費電力の増大につながるという問題が発生する。
【０００５】
このような問題点の改善策として、白色ＬＥＤに変え、より色純度の高い赤色、緑色、青色の単色ＬＥＤを採用したバックライトが提案されている（例えは、特許文献１参照）。また、単色ＬＥＤよりもさらに色純度の高い赤色、緑色、青色のレーザーを用いたバックライトが提案されている（例えば、特許文献２）。色純度の高いとは、波長幅が狭く単色性に優れていることである。これらの３原色の光を混色して白色光を生成している。このような色純度高い光源をバックライトに採用することで、液晶表示装置の色再現範囲を広げることが可能となる。
【０００６】
とくにレーザーは、非常に優れた単色性を有する。また、レーザーは、高い発光効率を有する。このため、色再現範囲が広く高輝度な画像の提供を可能にする。また消費電力の低い液晶表示装置の提供を可能にする。つまり、レーザーは、非常に優れた単色性を有するため、色再現範囲を大きく広げ、液晶表示装置の画質を大幅に向上させることができる。
【０００７】
バックライトは、液晶パネルに対して面内において均一な強度で照明する面光源である必要がある。レーザーは、非常に高い指向性をもつ点光源であるため、レーザーを光源に用いたバックライトでは、レーザー光を、液晶パネルに対して均一な強度で照明する面光源に変換するための光学系が必要となる。例えば、レーザーを光源に用い、導光板と複数のレンズとで構成された照明光学系を備えることで、面光源を実現する技術が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
上記従来技術を組合せることで、レーザー光源により広い色再現範囲を得ると共に、ＬＥＤ光源も同時に使用して、価格の上昇を抑えるといった構成も可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−０２６６３５号公報（４−５頁、図１）
【特許文献２】特開２０１０−１０１９１２号公報（５頁、図１）
【特許文献３】特開２００８−０６６１６２号公報（４頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の技術により、ＬＥＤ光源とレーザー光源との両方を用いたバックライトをもつ液晶表示装置を構成しようとすると、各光源の冷却にかかわる問題が生じる。一般にＬＥＤ光源は発光層温度が１００℃以上の高温状態でも動作可能であるのに対し、レーザー光源は、十分に寿命を確保するためには、発光層温度は５０〜６０℃程度で動作させる必要がある。ＬＥＤ光源およびレーザー光源の両方をレーザー光源の動作条件に合わせて、十分低い温度に冷却することは可能であるが、ＬＥＤ光源に対しては不必要に高い能力の冷却を行うことになり、バックライトとしてサイズの大型化、部品数の増加、ひいては価格の増大などをもたらす。そのため、ＬＥＤ光源とレーザー光源との両方を用いたバックライトでは、明るさや色の均一性を維持しつつ、ＬＥＤ光源とレーザー光源とを、熱的にお互いに十分に隔離して一方の発熱が他方へ影響を与えないように配置し、それぞれの光源の温度を個別に制御できる構造の実現が必要であった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、ＬＥＤ光源とレーザー光源との両方を用い、その際に、ＬＥＤ光源、レーザー光源の温度を個別に制御でき、簡素な構成でありながら、照明の均一性などの光学的性能を確保した上で十分な製品寿命が確保できるバックライトを有する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルおよびこの液晶パネルに光を照射するバックライトで構成されており、前記バックライトは、内側面に拡散反射面を有するバックライト筐体と、このバックライト筐体の光出射面に対向配置された拡散板と、この拡散板の前記バックライト筐体の反対側に配置されたプリズムシートと、このプリズムシートの前記拡散板の反対側に配置され一方向に偏光した光のみを反射する反射偏光板と、前記バックライト筐体の一つの端面に沿って配置されたレーザー光源と、前記バックライト筐体の他の端面に沿って配置されたＬＥＤ光源と、前記レーザー光源から出射されレーザー光を伝播させると共に前記バックライト筐体内に前記レーザー光を拡散放出するように前記バックライト筐体内部に長尺状に延伸されたレーザー導光棒と、前記ＬＥＤ光源から出射されＬＥＤ光を伝播させると共に前記バックライト筐体内に前記ＬＥＤ光を拡散放出するように前記バックライト筐体内部に長尺状に延伸されたＬＥＤ導光棒とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る液晶表示装置は、ＬＥＤ光源とレーザー光源との両方を用いたバックライトにおいて、ＬＥＤ光源とレーザー光源とをそれぞれバックライト筐体の異なる端面に配置しているので、ＬＥＤ光源とレーザー光源との温度を個別に制御でき、簡素な構成でありながら、照明の均一性等の光学的性能を確保した上で十分な製品寿命が確保できるバックライトを有する液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１の液晶表示装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１のバックライトのＬＥＤ導光棒の概略構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１の液晶表示装置における光伝播経路を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２の液晶表示装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施の形態２のバックライトの導光棒の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置の構成を概略的に示す構成図である。図１に示されるように、本実施の形態に係る液晶表示装置は、透過型の液晶パネル９と、バックライト１０とから構成されている。バックライト１０は、内側面に拡散反射面を有するバックライト筐体５と、バックライト筐体５の光出射面に配置された拡散板６と、拡散板６の出射面側に配置されたプリズムシート７と、プリズムシート７の出射面側に配置された一方向に偏光した光のみを反射する反射偏光板８と、バックライト筐体５の左側端面に沿ってバックライト筐体外に配置された複数個のＬＥＤ光源１と、バックライト筐体５の右側端面に沿ってバックライト筐体外に配置された複数個のレーザー光源２と、これらＬＥＤ光源１およびレーザー光源２の光源個体毎に、端面から入射した光源光を伝播させた後バックライト筐体５内に放出する棒状導光体であるＬＥＤ導光棒３およびレーザー導光棒４とから構成されている。
【００１６】
バックライト筐体５は、例えば内部が空洞で箱型のアルミニウムで構成されており、光出射面は開口部で構成されている。開口部以外の内側面は、拡散反射面となっている。この拡散反射面は、例えば、ポリエステル製の拡散反射シートを貼り付けることにより実現できる。
【００１７】
本実施の形態の液晶表示装置のバックライトにおいては、バックライト筐体５の左側端面に沿って配置したＬＥＤ光源１と、バックライト筐体５の右側端面に沿って配置したレーザー光源２とは、それらの並びが互い違いになるように構成されている。すなわち、ＬＥＤ導光棒３およびレーザー導光棒４は、それぞれバックライト筐体５内で略平行に互い違いになるように配置されている。
【００１８】
ＬＥＤ光源１としては、例えばシアン色の光を出射するＬＥＤを用いることができ、レーザー光源２としては、例えば赤色レーザーを用いることができる。ＬＥＤ光源とレーザー光源とから出射される光は、混色して白色光となる光であればよいので、白色ＬＥＤと白色レーザーとの組み合わせ、青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと赤色レーザーとの組み合わせなど、適宜選択することができる。
【００１９】
本実施の形態の液晶表示装置においては、それぞれのＬＥＤ光源１から発せられた光は、ＬＥＤ導光棒３に端面から入射し、バックライト筐体５内に導かれる。図２は、ＬＥＤ導光棒３の概略構成図である。図２に示されるように、ＬＥＤ導光棒３は、断面が矩形で長尺状の透明な材質で構成されており、内部に拡散粒子３ａが分散配置されている。ＬＥＤ導光棒３の材料としては、例えばアクリル樹脂を用いることができ、拡散粒子３ａの材料としては、例えばシリカや石英の粉末を用いることができる。
【００２０】
ＬＥＤ導光棒に入射したＬＥＤ光は、全反射によりＬＥＤ導光棒内を伝播していくが、拡散粒子３ａに当るとこの拡散粒子３ａによる反射・屈折によって偏向され、全反射条件が崩れてＬＥＤ導光棒３から外部へ出射されバックライト筐体内に拡散放出される。なお、ＬＥＤ導光棒３のＬＥＤ光が入射される端面と反対側の端面は、図２に示すように光を反射するミラー面３ｂとなっている。ＬＥＤ導光棒３のミラー面３ｂに到達したＬＥＤ光は、このミラー面３ｂで反射されてＬＥＤ導光棒３を反対側に伝播されるので、ＬＥＤ光の利用効率を高めることができる。
【００２１】
レーザー導光棒４もＬＥＤ導光棒３と同様な構成である。レーザー光源２から出射されたレーザー光も、レーザー導光棒４の端部から入射してレーザー導光棒４の内部を全反射により伝播していくと共に拡散粒子による反射・屈折によって偏向され、全反射条件が崩れてレーザー導光棒４から外部へ出射されバックライト筐体内に拡散放出される。
【００２２】
これらの導光棒の太さ、断面形状、表面形状、拡散粒子の密度は、導光棒から光が外部へ出射する際に、導光棒長手方向（光進行方向）に均一な略強度分布で外部へ出射するよう調整されている。
【００２３】
図３は、本実施の形態の液晶表示装置における光伝播経路を示す模式図である。図３（ａ）は、ＬＥＤ導光棒４の長手方向に対して平行方向の断面模式図であり、図３（ｂ）はＬＥＤ導光棒４の長手方向に対して垂直方向の断面模式図である。図３において、屈曲した矢印線は光伝播経路を示している。バックライト筐体内に拡散放出されたＬＥＤ光源光は、図３で示されるように、バックライト筐体内面の拡散反射面、拡散板６、プリズムシート７、反射偏光板８によって、反射・拡散を繰り返し、反射偏光板８から液晶パネル９に向かって出射する際には、液晶パネル９の表示面全面を均一に照明する分布となる。
この際、各導光棒の間隔、すなわち光源の間隔や、バックライト筐体５内の導光棒から液晶パネルまでの距離、バックライト筐体５の拡散反射面の拡散反射特性、プリズムシート７の拡散・反射・透過特性などを最適に選ぶことにより、バックライトからの光を液晶パネルの表示面全面を均一に照明する分布となるように調整することができる。
【００２４】
レーザー光源から発せられた光も、図３（ｂ）の波線の屈曲矢印線で示したように、ＬＥＤ光源から発せられた光と同様に、レーザー導光棒４を介して、バックライト筐体５内に出射され、液晶パネルに向かって出射する際には、液晶パネルの表示面全面を均一に照明する分布となり、液晶パネルを照明することができる。
【００２５】
それぞれ液晶パネルを均一に照明するＬＥＤ光源光およびレーザー光源光は、共に均一な強度分布となっているため、液晶パネルの表示面全面にわたって、ＬＥＤ光源光とレーザー光源光との強度比も均一となっており、液晶パネルを照明する時点ではお互いに混ざり合い、全体とそして均一な照明光となっている。そのため、ＬＥＤ光源光とレーザー光源光との波長差に起因する色ムラが抑制されている。この照明光は液晶パネルで、時間・空間的に変調され画像を形成するが、レーザー光源光の持つ高い色純度の影響により、ＬＥＤ光源光のみでの照明と比較して、高い色純度・広い色再現範囲の画像を色ムラなしに表示することが可能となる。
【００２６】
本実施の形態の液晶表示装置においては、ＬＥＤ光源はバックライト筐体の左側端面に、レーザー光源はバックライト筐体の右側端面に、それぞれＬＥＤ光源、レーザー光源が混在ことなく、十分な距離を置いて配置することが可能となっている。そのため、お互いの熱影響を抑制し、それぞれ個別の放熱構造を設置することで、各々最適な動作温度条件を設定することが可能になる。
【００２７】
例えば、ＬＥＤ光源は発光層温度が１００℃以上の高温状態でも動作可能であるので、ＬＥＤ光源に対しては放熱フィンなどを用いて放熱面積を拡大する程度の放熱構造とする。一方、レーザー光源に対しては、十分に寿命を確保するためには発光層温度は５０〜６０℃程度で動作させる必要があるので、放熱フィンに加えて空冷するためのファンを取り付ける放熱構造とすることができる。その結果、ＬＥＤ光源に対しては不必要に高い能力の冷却を行う必要がなく、バックライトとしてサイズの大型化、部品数の増加、ひいては価格の増大を抑制することができる。
【００２８】
上述のように、本実施の形態の液晶表示装置によれば、ＬＥＤ光源とレーザー光源の両方を用い、ＬＥＤ光源、レーザー光源の温度を個別に制御でき、簡素な構成でありながら、照明の均一性などの光学的性能を確保した上で十分な製品寿命が確保できるバックライトを有する液晶表示装置を提供できる。
【００２９】
実施の形態２．
図４は、本発明に係る実施の形態２における液晶表示装置の構成を概略的に示す構成図である。本実施の形態における液晶表示装置の構成は実施の形態１の液晶表示装置の構成と略同様であるが、次の点が異なっている。実施の形態１においては、ＬＥＤ導光棒およびレーザー導光棒は、それぞれバックライト筐体内で略平行に互い違いになるように配置されていたが、本実施の形態においては、図４に示すように、ＬＥＤ導光棒３とレーザー導光棒４とが各１本ずつが対となって、上下方向に近接して配置されている。
【００３０】
図５は、本実施の形態におけるバックライトのＬＥＤ導光棒３およびレーザー導光棒４の概略構成図である。本実施の形態においては、ＬＥＤ導光棒３に対して上側、つまりバックライト筐体の光出射面に近い側にレーザー導光棒４を近接して配置している。
【００３１】
導光棒から出射された光を、バックライト筐体内での反射・拡散により、液晶パネルの表示面全面を均一に照明する分布とする際に、バックライト筐体内で発光部となる導光棒の位置の影響を排除することが望ましい。一般に、液晶パネルの表示面の照明光の光強度は発光部直上で強く、発光部間の中間位置で弱くなり、発光部の位置に依存した光強度分布が発生する。発光部すなわち導光棒の位置の影響を排除し、十分に均一で滑らかな照明光の光強度分布を実現するためには、バックライト筐体内の導光棒からバックライト筐体の光出射面までの距離を十分に長く確保する必要がある。
【００３２】
ＬＥＤ導光棒およびレーザー導光棒がそれぞれ異なる位置に配置された場合、発光部の位置の影響が排除され均一な照明光の光強度分布が得られていないと、ＬＥＤ導光棒の直上ではＬＥＤ光源光がレーザー光源光よりも強く、レーザー導光棒直上では、レーザー光源光がＬＥＤ光源光よりも強く照明される。その結果、照明光の光強度分布の不均一に加えて、照明光のＬＥＤ光源光およびレーザー光源光の波長差に起因する色ムラが発生する。
【００３３】
本実施の形態の液晶表示装置の構成では、ＬＥＤ導光棒とレーザー導光棒とを各１本ずつを対として上下方向に近接して配置しているため、ＬＥＤ光源光とレーザー光源光の間の位置の影響が小さくなり、照明光のＬＥＤ光源光およびレーザー光源光の波長差に起因する色ムラが発生を抑制することができる。その結果、発光部の位置に依存した光強度分布の影響を排除するためにだけにバックライト筐体内の導光棒からバックライト筐体の光出射面までの距離を確保すればよいので、バックライトの厚さを低減することができる。
【００３４】
上述のように、本実施の形態の液晶表示装置によれば、より小型・薄型の構成により、ＬＥＤ光源とレーザー光源との両方を用い、ＬＥＤ光源、レーザー光源の温度を個別に制御できるとともに、照明の均一性などの光学的性能を確保した上で十分な製品寿命が確保できるバックライトを有する液晶表示装置を提供できる。
【符号の説明】
【００３５】
１  ＬＥＤ光源、  ２  レーザー光源、  ３  ＬＥＤ導光棒、  ４  レーザー導光棒
５  バックライト筐体、  ６  拡散板、  ７  プリズムシート、８  反射偏光板
９  液晶パネル、１０  バックライト
【図１】
2014026132.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014026132.tif 000005
【図４】
2014026132.tif 000006
【図５】
2014026132.tif 000007