(57)【要約】  面光源装置（５Ａ）は、第１の光線（ＩＬａ，ＩＬｂ）を出射する複数の光源（２０Ｇａ，２０Ｇｂ）と、第１の光線（ＩＬａ，ＩＬｂ）が入射する光入射端面（２１ｅａ，２１ｅｂ）を有するとともに光学素子（２１ｄ，…，２１ｄ）が形成された前面を有する導光板（２１）と、導光板（２１）の裏面（２１ｂ）と対向するように配置される反射部材（２６）とを備える。光学素子（２１ｄ，…，２１ｄ）は、光入射端面（２１ｅａ，２１ｅｂ）に入射した第１の光線（ＩＬａ，ＩＬｂ）を反射部材（２６）の方向に内面反射させて面状光（ＢＬａ，ＢＬｂ）を生成する。反射部材（２６）は、導光板（２１）の裏面（２１ｂ）から放射された当該面状光を導光板（２１）の方向に反射させる。導光板（２１）は、反射部材（２６）から入射した当該面状光を透過させて照明光として放射する。
2012017613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の光線をそれぞれ出射する複数の第１の光源と、
前記複数の第１の光線が入射する光入射端面を有するとともに複数の第１の光学素子が形成された前面を有する第１の導光板と、
前記第１の導光板の裏面と対向するように配置される反射部材と
を備え、
前記複数の第１の光学素子は、前記光入射端面に入射した当該複数の第１の光線を前記反射部材の方向に内面反射させて面状光を生成し、
前記反射部材は、前記第１の導光板の前記裏面から放射された当該面状光を前記第１の導光板の方向に反射させ、
前記第１の導光板は、前記反射部材から入射した当該面状光を透過させて前記前面から第１の照明光として放射する
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記反射部材は、前記第１の導光板の当該裏面から入射した当該面状光を拡散反射させる請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記反射部材は、
前記第１の導光板の当該裏面から入射した当該面状光の一部を前記第１の導光板の方向に反射させる光反射面と、
前記光反射面上に配置された蛍光体と
を有し、
前記蛍光体は、前記第１の導光板の当該裏面から入射した当該面状光の他の一部で励起されて第２の照明光を放射し、
前記第１の導光板は、前記反射部材から入射した前記第２の照明光を前記第１の照明光に混ぜて放射する
請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記第２の照明光は、前記第１の照明光のピーク波長と補色の関係にあるピーク波長を有する請求項３に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記第２の照明光は、緑色のピーク波長の光を含む請求項４に記載の面光源装置。
【請求項６】
複数の第２の光線をそれぞれ出射する複数の第２の光源と、
前記第１の導光板よりも前方に配置され、前記複数の第２の光線が入射する光入射端面を有するとともに複数の第２の光学素子が形成された裏面を有する第２の導光板と
をさらに備え、
前記複数の第２の光学素子は、前記第２の導光板の当該光入射端面に入射した当該複数の第２の光線を内面反射させて面状の第３の照明光を生成し、
前記第２の導光板は、前記第１の導光板から入射した光を透過させ且つ前記第３の照明光に混ぜて放射する
請求項３から５のうちのいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記第２の導光板は、前記第２の導光板の当該光入射端面から所定距離の範囲内に前記第２の光学素子が形成されない領域に対応する光伝播部を有し、
前記光伝播部は、前記第２の導光板の当該光入射端面に入射した当該複数の第２の光線のうち少なくとも隣接する光線を空間的に重ね合わせる光学距離を有する
請求項６に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記複数の第２の光源は、前記第２の導光板の当該光入射端面に沿って一列に配列されている請求項７に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記第２の光線と同じ色を持つ複数の第３の光線をそれぞれ出射する複数の第３の光源と、
前記第２の導光板よりも前方に配置され、前記複数の第３の光線が入射する光入射端面を有するとともに複数の第３の光学素子が形成された裏面を有する第３の導光板と
をさらに備え、
前記複数の第３の光学素子は、前記第３の導光板の当該光入射端面に入射した当該複数の第３の光線を内面反射させて面状の第４の照明光を生成し、
前記第３の導光板は、前記第２の導光板から入射した光を透過させ且つ前記第４の照明光に混ぜて放射し、
前記第３の導光板は、前記第３の導光板の当該光入射端面から所定距離の範囲内に前記第３の光学素子が形成されない領域に対応する光伝播部を有し、
前記第３の導光板の当該光伝播部は、前記第３の導光板の当該光入射端面に入射した当該複数の第３の光線のうち少なくとも隣接する光線を空間的に重ね合わせる光学距離を有する
請求項７または８に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記複数の第３の光源は、前記第３の導光板の当該光入射端面に沿って一列に配列されている請求項９に記載の面光源装置。
【請求項１１】
前記第２の導光板の当該光伝播部は、前記第１乃至第３の導光板の配列方向に対して垂直な所定方向の端部側に形成されており、
前記第３の導光板の当該光伝播部は、前記所定方向とは反対方向の端部側に形成されている
請求項９または１０に記載の面光源装置。
【請求項１２】
前記第３の照明光と前記第４の照明光とは空間的に重ね合わさることにより略均一な光強度分布を有する照明光を形成する請求項９から１１のうちのいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１３】
前記第３の照明光の色は、前記第１の照明光と前記第２の照明光とが混ざった光の色に対して補色である請求項６から１２のうちのいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１４】
前記第２の光線は、赤色のピーク波長を有する請求項６から１３のうちのいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１５】
前記第２の光源は、可視単色光を出射するレーザ光源である請求項６から１４のうちのいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１６】
前記第１の光源は、前記第２の光源の発光色とは異なる色の可視光を出射する発光ダイオードである請求項６から１５のうちのいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１７】
前記複数の第１の光源は、白色発光ダイオードからなる請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項１８】
前記複数の第１の光源は、前記蛍光体の発光色とは異なり且つ互いに異なる色の可視光をそれぞれ出射する２種類の発光ダイオードからなる請求項３から５のうちのいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１９】
請求項１から１８のうちのいずれか１項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から放射された面状光の強度を空間的に変調して画像光を生成する液晶表示素子と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２０】
前記面光源装置と前記液晶表示装置との間に配置された光学シートをさらに備え、
前記光学シートは、前記面光源装置から放射された面状光を拡散透過させる
液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源から出射された複数の光線を面状の照明光に変換する面光源装置と、この面光源装置をバックライトユニットとして有する液晶表示装置と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、自ら発光しないため、液晶表示装置を照明する光源（面光源装置）として、液晶表示素子の背面にバックライト装置を備える必要がある。バックライト装置の光源としては、従来は、ガラス管の内壁に蛍光体を塗布し白色の光を得る冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ）という。）が主流であったが、近年では、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）という。）の性能が飛躍的に向上したのに伴い、ＬＥＤを光源とするバックライト装置に対する需要が急速に高まっている。【０００３】
一般にＬＥＤと呼ばれる素子には、ＬＥＤの直接発光により赤色、緑色、あるいは青色等の単色光を得る単色ＬＥＤや、ＬＥＤの直接発光による単色の青色光でそのパッケージ内に備えた黄色蛍光体を励起して白色光を得る白色ＬＥＤ等がある。直接発光のＬＥＤから出射される光は単色性に優れるため色純度が高く、これをバックライト装置の光源に採用することにより色再現領域を拡大することができ、鮮やかな画像を提供する液晶表示装置を提供することができる。白色ＬＥＤは発光効率が高く、これをバックライト装置の光源に採用することにより低消費電力化が期待できる。また、ＬＥＤは電流制御によりその輝度を０％から１００％の範囲で制御することが可能であるため、画像の輝度に合わせてＬＥＤの光量を変化させることにより、消費電力を大幅に削減し、また動的な画像のコントラストを向上させることが可能となる。【０００４】
また、近年ではテレビやモニター等の液晶表示装置において薄型化が望まれ、バックライト装置には、従来の光源を液晶表示素子の背面に配列し面状光源を生成するいわゆる直下方式に対し、複数の光源を導光板の端部近傍に配置し、この導光板を利用して、複数の光源から発せられた線状光を面状光に変換する、いわゆるサイドライト方式あるいはエッジライト方式が広く採用されてきている。【０００５】
特に、大型の液晶表示装置のバックライト装置にサイドライト方式あるいはエッジライト方式を適用する場合、単位発光面積当たりの発光出力が大きく、必要輝度に対する光源数を少なくすることが可能なＬＥＤを採用することは有効である。【０００６】
しかしながら、一方で、ＬＥＤのような指向性を有する光を発する点光源を、サイドライト方式あるいはエッジライト方式のバックライト装置に組み込まれる光源として採用した場合、当該光源近傍の輝度が著しく高くなり、その結果、導光板の光入射端の付近において輝度分布むらが生じるといった課題がある。【０００７】
このような課題は、たとえば、多数の点光源を狭い間隔で一列に配置して線状光源に近づける様な構成を採用することにより改善することが可能であるが、均一性の高い面内輝度分布を求められる液晶表示装置のバックライト装置では非常に多数の点光源が必要となるため、消費電力、組立性およびコストの面において問題がある。【０００８】
そこで、従来では、できる限り少ない光源数で面内輝度分布の均一な面光源を得るための技術が報告されている。たとえば、特開２００７−２２０４４７号公報（特許文献１）に開示されているサイドライト型バックライト装置では、導光板の光入射面に平行な貫通孔が当該導光板に形成されている。この貫通孔により入射光を効果的に拡散させる光拡散構造が実現されている。この光拡散構造は、点光源の各々から出射される光を点光源の配列方向に拡散させる。点光源から出射された光は、導光板の側面から導光板内部に入射し屈折して導光板の表面に導光される。これにより、点光源の近傍では当該点光源の配列方向に不均一であった光は、光拡散構造で点光源の配列方向に均一な光に変換され、その後、導光板の光屈折構造に入射するため、導光板表面から出射される光は、輝度むらが抑えられた面内輝度分布が均一な面状光となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２２０４４７号公報
【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、上記特許文献１の技術では、光拡散構造が導光板と同一平面に設けられており、光を十分に均一化するために必要な光学距離を設けると、導光板の周辺部のサイズが大きくなる。このため、画像表示部分を囲むキャビネット部分であるベゼルの幅が大きくなり、液晶表示装置が大型化するという問題がある。【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであって、簡易で小型な構成により面内輝度分布のむらを抑えた面光源装置および液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の第１の態様による面光源装置は、複数の第１の光線をそれぞれ出射する複数の第１の光源と、前記複数の第１の光線が入射する光入射端面を有するとともに複数の第１の光学素子が形成された前面を有する第１の導光板と、前記第１の導光板の裏面と対向するように配置される反射部材とを備え、前記複数の第１の光学素子は、前記光入射端面に入射した当該複数の第１の光線を前記反射部材の方向に内面反射させて面状光を生成し、前記反射部材は、前記第１の導光板の前記裏面から放射された当該面状光を前記第１の導光板の方向に反射させ、前記第１の導光板は、前記反射部材から入射した当該面状光を透過させて前記前面から第１の照明光として放射するものである。【００１３】
この発明の第２の態様による液晶表示装置は、前記第１の態様による面光源装置と、前記面光源装置から放射された面状光の強度を空間的に変調して画像光を生成する液晶表示素子とを備える。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、小型な構成で、第１の光源から発せられた光の指向性に起因する輝度分布むらを抑制した面光源装置および液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置の面状光源の概略図である。
【図３】実施の形態１の導光板の前面に形成されている微細光学素子の概略断面図である。
【図４】実施の形態１の光学シートの構造の一例を概略的に示す斜視図である。
【図５】本発明に係る実施の形態２の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図６】本発明に係る実施の形態２の液晶表示装置の面状光源の概略図である。
【図７】本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図８】実施の形態３の液晶表示装置の面状光源の概略構成を示す図である。
【図９】実施の形態３の液晶表示装置の他の面状光源の概略構成を示す図である。
【図１０】実施の形態３の液晶表示装置のさらに他の面状光源の概略構成を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置の隣り合う２つの光源から出射された光線が導光板内を伝播して線状光源となることを説明する概念図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置のバックライトユニットから出射される照明光のＸ軸方向における１次元輝度分布のシミュレーション結果を示す特性図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置のバックライトユニットから出射される照明光の面内輝度分布の計測結果を示した特性図である。
【図１４】本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置におけるレーザ光線の光路を概念的に示した図である。
【図１５】本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置の光伝播部を伝播したレーザ光線の１次元輝度分布を示す特性図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態４の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図１７】本発明に係る実施の形態５の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る種々の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の透過型表示装置である液晶表示装置１０１の構成を模式的に示す構成図である。また、図２は、液晶表示装置１０１のバックライトユニット５Ａを構成する面状光源２００を概略的に示す図である。図の説明を容易にするために液晶光学素子１０の短辺方向をＹ軸方向とし、その長辺方向をＸ軸方向とし、Ｘ−Ｙ平面（表示面）に垂直な方向をＺ軸方向とし、液晶表示素子１０の表示面１０ｆ側の方向を＋Ｚ軸方向とし、その反対側の方向を−Ｚ軸方向とする。また、液晶表示装置１０１の上方向を＋Ｙ軸方向とし、その反対側の方向を−Ｙ軸方向とする。液晶表示装置１０１の表示面１０ｆに向かって右方向を＋Ｘ軸方向とし、その左方向を−Ｘ軸方向とする。
【００１８】
図１に示されるように、液晶表示装置１０１は、透過型の液晶表示素子１０と、第１の光学シートである光学シート１１と、第２の光学シートである光学シート１２と、面光源装置であるバックライトユニット５Ａとを備えており、これらの構成要素１０，１１，１２，５Ａは、Ｚ軸方向に積層して配列されている。液晶表示素子１０は、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸ−Ｙ平面と平行な表示面１０ｆを有する。尚、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。
【００１９】
液晶表示装置１０１は、さらに、液晶表示素子１０を駆動する図示しない液晶表示素子駆動部と、バックライトユニット５Ａに含まれる光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂを駆動する図示しない光源駆動部とを有している。液晶表示素子駆動部と光源駆動部の動作は、図示しない制御部によって制御される。制御部は、図示しない信号源から供給された映像信号に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号を液晶表示素子駆動部及び光源駆動部に供給する。光源駆動部は、制御部からの制御信号に応じて光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂを駆動して光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂから光を出射させる。光源群２０Ｇａは、図２に示されるようにＹ軸方向に沿って一列に配列される複数の光源２０，…，２０からなり、光源群２０Ｇｂも、Ｙ軸方向に沿って一列に配列される複数の光源２０，…，２０からなる。
【００２０】
バックライトユニット５Ａは、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂと導光板２１と光拡散反射シート２６とから構成されている。光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂは、導光板２１のＸ軸方向の両端面に設けられた光入射端面２１ｅａ，２１ｅｂにそれぞれ対向して配置されている。光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂから出射された光線ＩＬａ，ＩＬｂは、導光板２１の両端面の光入射端面２１ｅａ，２１ｅｂから中心方向に向かって入射する。光拡散反射シート２６は、導光板２１の液晶表示素子１０とは反対側の面２１ｂ（−Ｚ軸方向側の面）と対向し、導光板２１と平行となるように配置されている。光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂは、白色の光を出射する複数個のＬＥＤなどの光源２０，…，２０が一定の間隔でＹ軸方向に配列する構成を有している。導光板２１は、液晶表示素子１０の表示面１０ｆに対して平行に配置され、導光板２１の液晶表示素子１０側の面である表面に微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄを有する。
【００２１】
なお、光の拡散とは、媒質に入射した光が媒質中の分子に当たることによりその進行方向にずれが生じ、元の進行方向やあるいは正反射の方向よりも広い範囲の方向に進む現象をいう。また、自らの発散角により広がる現象も光の拡散と呼ぶ。
【００２２】
導光板２１は、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂから出射される白色の光線ＩＬａ，ＩＬｂを導光板２１の＋Ｚ軸方向の面に形成された微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの屈折作用により−Ｚ軸方向に向かう面状の照明光ＢＬａ，ＢＬｂに変換する。照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、導光板２１の−Ｚ軸方向側に配置される光拡散反射シート２６に向けて第１の面状の光として導光板２１から出射する。微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄは、光線ＩＬａ，ＩＬｂの進行方向を屈折により−Ｚ軸方向に変換して照明光ＢＬａ，ＢＬｂを生成する光学素子である。
【００２３】
光拡散反射シート２６に向けて出射された照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、光拡散反射シート２６で拡散し、＋Ｚ軸方向に向けて反射する。光拡散反射シート２６としては、たとえば、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拡散反射シートや、微細な凹凸形状を有する基板の表面に金属を蒸着させた光拡散反射シートを使用することができる。
【００２４】
白色の照明光は、導光板２１、光学シート１２および光学シート１１を透過してバックライトユニット５Ａから液晶表示素子１０の背面１０ｂに向けて出射される。ここで、光学シート１１は、バックライトユニット５Ａから出射した照明光ＢＬａ，ＢＬｂの進行方向を、液晶表示装置１０１の画面に対する法線方向に向ける作用を有するものである。また光学シート１２は、細かな照明むらなどの光学的影響を抑制するものである。
【００２５】
液晶表示素子１０は、Ｚ軸方向に直交するＸ−Ｙ平面に平行な液晶層（図示せず）を有する。液晶表示素子１０の表示面１０ｆは矩形状であり、図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向は、それぞれ、この表示面１０ｆの互いに直交する２辺に沿った方向である。液晶表示素子駆動部は、制御部から供給された制御信号に応じて液晶層の光透過率を画素単位または副画素単位で変化させることができる。各画素は、さらに３つまたは４つの副画素から構成されており、副画素の各々は、赤色、緑色もしくは青色の光線のみ、またはこれらの色に、たとえば黄色を加えた４色のうちのいずれかの色の光線のみを透過させるカラーフィルタを備えることができる。各副画素の透過率を制御することによりカラー画像を生成することができる。これにより、液晶表示素子１０は、バックライトユニット５Ａから入射した照明光ＢＬａ，ＢＬｂの強度を空間的に変調して画像光を生成し、この画像光を表示面１０ｆから出射することができる。
【００２６】
導光板２１は、透明部材で形成された、たとえば厚み４ｍｍの板状部材である。図１に示すように、導光板２１の液晶表示素子１０側の面となる表面（前面）には半球状の凸形状（以後、凸レンズ形状と呼ぶ。）の微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄが形成されている。この微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄは、導光板２１内を伝播する光線ＩＬａ，ＩＬｂを、液晶表示素子１０とは反対側の面となる裏面２１ｂから−Ｚ軸方向に向けて出射される照明光ＢＬａ，ＢＬｂに変換する。
【００２７】
導光板２１の光入射端面２１ｅａ，２１ｅｂから入射した光線ＩＬａ，ＩＬｂは、導光板２１と空気層との界面における全反射により導光板２１内を、反射を繰り返しながらＸ軸方向に進行する。光線ＩＬａ，ＩＬｂのうち、導光板２１の裏面２１ｂ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存在する。その光線は、導光板２１の裏面２１ｂから光拡散反射シート２６に向かって出射される。
【００２８】
導光板２１の表面に設けられた微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄは、Ｘ−Ｙ平面内に形成され、微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの配置密度（すなわち単位面積当たりの数やその大きさなど）が空間的に変化する。これにより、導光板２１から出射する照明光ＢＬａ，ＢＬｂの面内輝度分布を制御することが可能となる。本実施の形態においては、図２に示すように、光線ＩＬａ，ＩＬｂの進行方向（図２中Ｘ軸方向）において導光板２１の光入射端面２１ｅａ，２１ｅｂから導光板２１の中央部に向かうにつれて微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの配置密度が変化する構造が採用されている。
【００２９】
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である。このため、バックライトユニット５Ａの面内輝度分布とは、２次元（Ｘ−Ｙ平面）で表される導光板２１の表面（液晶表示素子１０と対向する側の面）上の位置に関する照明光ＢＬａ，ＢＬｂの輝度の高低を示す分布である。なお、照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、導光板２１の表面から出射して液晶表示素子１０の背面１０ｂを照明する。
【００３０】
より詳しく説明すると、微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの配置密度は、導光板２１における光入射端面２１ｅａ，２１ｅｂの近傍からＸ軸方向の中心位置の近傍に向かって疎から密へと連続的に変化する構成をとる。
【００３１】
微細光学素子２１ｄの形状としては、たとえば、図３に示されるように、その表面形状は、曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さＨｍａｘが約０．００５ｍｍの凸レンズ形状を採用できる。微細光学素子２１ｄの屈折率は約１．４９にすればよい。なお、導光板２１や微細光学素子２１ｄの材質はアクリル樹脂とすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、アクリル樹脂に代えてポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料、あるいはガラス材料を使用してもよい。
【００３２】
また、本実施の形態においては、微細光学素子２１ｄを凸レンズ形状としたが、本発明はこれに限るものではない。導光板２１内をＸ軸方向に進行するＬＥＤの光を、Ｚ軸方向に屈折させて光拡散反射シート２６に向かって出射する構造を有していれば、他の形状を採用してもよく、たとえば、プリズム形状や、サンドブラスト等によるランダムな凹凸パターンから成る微細光学素子を採用してもよい。
【００３３】
ただし、凸レンズ形状は、透明な構造で光を屈折することが可能で、プリズム等の構造に比べて簡易な形状であるため製作が容易であるという利点を有する。また、導光板２１が大型化した場合でも、印刷による製作が可能であるため、導光板２１の大型化に容易に対応することができる。また、サンドブラスト等によるランダムな凹凸形状でもレーザ光をＺ軸方向に屈折させることはできるが、凸レンズ形状の場合は、凸形状の設計が容易に可能であるため、均一な輝度分布を実現する面状光源２００の設計が容易であるという利点がある。
【００３４】
光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂは、４２０ｎｍから７００ｎｍまでの非常に広い波長帯域を有する白色光を出射するＬＥＤなどの光源２０，…，２０からなる。これら光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂが出射する白色光から、液晶表示素子１０の備えるカラーフィルタによって赤色、緑色および青色の３つの色の光を切り出し、それら３色の光の混色比を調整することにより色表示が行われる。なお、たとえば、赤色、緑色及び青色に黄色を加えた４色のカラーフィルタを採用する場合は、４つの色の光を切り出すことができ、それら４色の光の混色比を調整することにより色表示が行われる。
【００３５】
また、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂから出射される光は、指向性を有しており、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂの発光面の法線方向を中心とし、その半値全角が１２０度の略ランバート分布の角度強度分布をもつ。ランバート分布とは、角度中心における強度を最大として、角度が大きくなるにつれ余弦関数で強度が減少する分布である。従来のＣＣＦＬ光源を採用したサイドライト方式あるいはエッジライト方式のバックライトユニットでは、ＣＣＦＬが線状光源であるため、導光板における光源配置方向に特に輝度むらが発生することは無かった。しかしながら、指向性を有する光を発する複数の点光源を１列に配置した光源群を採用する場合には、導光板の光入射端面近傍において点光源の出射光の光量差に起因する輝度分布むらが生じてしまう。
【００３６】
本実施の形態によると、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂからそれぞれ出射した光線ＩＬａ，ＩＬｂは、導光板２１の内面で全反射しながらＸ軸方向に進行する。それらの光線ＩＬａ，ＩＬｂのうち導光板２１の表面に設けられた微細光学素子２１ｄで内面全反射した光が照明光ＢＬａ，ＢＬｂとなる。照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、導光板２１の裏面２１ｂから光拡散反射シート２６に向かって−Ｚ軸方向に出射する。その後、照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、光拡散反射シート２６で拡散して反射し、＋Ｚ軸方向に向かう照明光ＢＬａ，ＢＬｂとなり、導光板２１を透過して導光板２１表面から出射する。＋Ｚ軸方向に進行する照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、導光板２１の表面から出射する際、微細光学素子２１ｄの屈折作用によりさらに拡散する。
【００３７】
そのため、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂから出射した光線ＩＬａ，ＩＬｂは、導光板２１の表面から出射するまでに、少なくとも導光板２１の厚みの２倍に相当する光学距離を伝播することになる。従って、光線ＩＬａ，ＩＬｂが、導光板２１の表面から出射するまでに、自らの発散角により拡散するための光学距離を、バックライトユニット５Ａの大きさを抑えながら確保することができる。
【００３８】
また、光線ＩＬａ，ＩＬｂは、微細光学素子２１ｄの光学作用により面状の光である照明光ＢＬａ，ＢＬｂに変換される。照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、導光板２１の表面から出射するまでの光路中において光拡散反射シート２６により拡散して反射する。この光拡散作用により、照明光ＢＬａ，ＢＬｂはＸ−Ｙ平面において拡散し、光源２０，…，２０の配列方向（Ｙ軸方向）において空間的に重なり合った後に導光板２１の表面から出射する。また、上述のように照明光ＢＬａ，ＢＬｂが導光板２１の表面から出射する際、微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの屈折作用によりさらに拡散する。これらの光拡散作用により、バックライトユニット５Ａから出射する照明光ＢＬａ，ＢＬｂの面内輝度分布は、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂを構成する光源２０，…，２０の配列方向（Ｙ軸方向）において均一となる。また、同様の理由により、導光板２１の光入射端近傍以外の位置においても、輝度分布の優れた均一性を得ることが可能となる。
【００３９】
本実施の形態においては、上記光拡散作用を得るための構造は、画像の表示面１０ｆの法線方向、つまり、表示面１０ｆの面と垂直な方向に沿って設けられている。また導光板２１の厚みと光の反射光路を利用してバックライトユニット５Ａの厚み方向に光が拡散するための光路が効率良く設けられている。このため、バックライトユニット５Ａが液晶表示素子１０の表示面１０ｆの面内方向（Ｘ−Ｙ面の面内方向）に大型化することなく、画像表示部分を囲むキャビネット部分であるベゼルの幅を細くしたデザインを可能とし、また、バックライトユニット５Ａから出射する照明光ＢＬａ，ＢＬｂの輝度分布むらを抑制することが可能となる。
【００４０】
また、バックライトユニット５Ａは、微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの光学作用によりＸ軸方向に均一な輝度分布の照明光ＢＬａ，ＢＬｂを生成する。このため、バックライトユニット５Ａは、光源２０，…，２０の配列方向であるＹ軸方向とＹ軸方向と直行するＸ軸方向との両方の輝度分布むらを抑制することができる。つまり、２種類の光学素子を設ける必要がなく、光学素子間の光結合部分の数を少なくできる。これにより、光学素子間の結合部における光の損失を抑え、光利用効率が向上するとともに、部品点数が削減され組立て性が向上するといった効果も得られる。本実施の形態では、１つのバックライトユニット５Ａで面光源装置が構成されている。
【００４１】
上述のように、光源２０，…，２０の配列方向と直交する方向（Ｘ軸方向）においては、導光板２１内を伝播する光線ＩＬａ，ＩＬｂの光の強度、つまり光のパワー密度に対し導光板２１の表面に設けられる微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの配置密度を変化させて、輝度分布の均一性が実現されている。
【００４２】
より詳しく説明すれば、光のパワー密度の高い光入射端面２１ｅａ，２１ｅｂ近傍では微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの配置密度を疎とし、光のパワー密度が小さくなるＸ軸方向の中心位置の近傍においては微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの配置密度が密になるように、微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの配置密度がＸ軸方向に沿って疎から密へと連続的に変化する。これにより、導光板２１の裏面２１ｂから出射する照明光ＢＬａ，ＢＬｂのＸ軸方向における輝度分布は均一となる。
【００４３】
このような照明光ＢＬａ，ＢＬｂが光拡散反射シート２６により拡散し反射されて液晶表示素子１０に向かって進行する。このため、光拡散反射シート２６で反射された後、導光板２１を透過してバックライトユニット５Ａから液晶表示素子１０に向かって出射する照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、Ｘ軸方向においても均一な輝度分布を有する。
【００４４】
上記のようにして、本実施の形態のバックライトユニット５Ａは、面内輝度分布の均一性に優れた照明光を得ることができる。当該照明光が、光学シート１１，１２を介して液晶表示素子１０を照明することにより、輝度分布むらが抑えられた高画質な映像を表示する液晶表示装置１０１を提供することが可能となる。なお、図４は、光学シート１１の光学構造の一例を概略的に示す斜視図である。図４に示されるように、光学シート１１の表面は、複数の凸状部１１ｐ，…，１１ｐが表示面１０ｆと平行な面に沿ってＸ軸方向に規則的に配列された構造を有している。各凸状部１１ｐは、断面が三角プリズム形状をなし、凸状部１１ｐの頂角部は液晶表示素子１０側に突出し、その頂角部をなす稜線はＹ軸方向に延在している。隣接する凸状部１１ｐ，１１ｐの間隔は一定である。
【００４５】
以上に説明したように、本実施の形態の液晶表示装置１０１は、複数の点光源２０，…，２０を直線上に配置した光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂから出射された光線ＩＬａ，ＩＬｂを、少ない部品点数で簡易な光拡散構造により均一な照明光ＢＬａ，ＢＬｂに変換することができる。
【００４６】
また、その光拡散構造は、液晶表示装置１０１の画像表示平面（Ｘ−Ｙ平面）の法線方向（Ｚ軸方向）に沿って設けられているので、導光板２１に対してＸ軸方向やＹ軸方向に隣接するように光拡散構造を配置しなくて済む。これにより、その画像表示平面の面積に対するバックライトユニット５Ａの面積の比率を小さくすることが可能となる。つまり、良好な画質の画像を提供しながらも、画像表示部分を囲むキャビネット部分であるベゼルの幅を細くした液晶表示装置１０１を実現することが可能となる。また、導光板２１の厚みで光伝播部を設計しているため、液晶表示装置１０１の薄型化も可能となる。
【００４７】
本実施の形態によれば、点光源でかつ指向性の高い光源２０，…，２０をサイドライト方式あるいはエッジライト方式の光源として採用した場合においても、簡易で小型かつ輝度分布むらを抑えた良好な画像を表示できる液晶表示装置１０１を提供することができる。
【００４８】
また、従来技術と比べて光源の数を減らして輝度分布むらを抑制することができ、光源の数を減らすことによる低消費電力化の効果も得られる。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、バックライトユニット５Ａの光源に４２０ｎｍから７００ｎｍまでの非常に広い波長帯域を有する白色光を出射する複数個のＬＥＤなどの光源２０，…，２０を１次元配列した光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂを採用したが、本発明はこれに限るものではない。たとえば、赤色、緑色および青色の単色の光を各々出射する３種類のＬＥＤ光源を、同色のＬＥＤ光源間の距離が一定となるように１次元方向に周期的に配置した光源群を採用してもよい。また、４色のＬＥＤ光源を採用する場合には、上記３種類のＬＥＤ光源に、たとえば黄色のＬＥＤ光源を加えた４色のＬＥＤ光源を１次元方向に周期的に配置した光源群を採用してもよい。
【００５０】
一般に、間隔をおいて異なる発光色の光源を配置する場合、導光板の光入射端面近傍において各色の輝度分布むらに起因する色むらが生じる。これに対し、本実施の形態の液晶表示装置１０１のバックライトユニット５Ａによれば、間隔をおいて配置された複数の光源２０，…，２０の光を効率良く均一化することが可能であるため、輝度分布むらおよび色むらを抑制することが可能となる。
【００５１】
液晶表示装置１０１の液晶表示素子１０は、その内部にカラーフィルタを備えており、バックライトユニット５Ａから出射される白色光のうち、一部の波長の光のみをカラーフィルタによって透過させることにより、たとえば３色で表示する場合は、赤色、緑色、青色の表示色を抽出することで色表現が行われている。
【００５２】
白色光のような連続スペクトルの光源の光から一部の波長帯域の光のみを切り出して表示色を得る場合、色再現範囲を広げるために表示色の色純度を高めようとすると、液晶表示素子が備えるカラーフィルタの透過波長帯域を狭く設定しなければならない。このため、従来技術では、表示色の色純度を高めようとすると、カラーフィルタを透過する光の透過光量が減少して輝度が落ちるという問題が発生する。
【００５３】
上述のように、光源として純色性の高い単色ＬＥＤ光源を採用することが可能となれば、波長帯域幅を狭くして色再現範囲の拡大したカラーフィルタを採用しても、ＬＥＤ光源から出射された光のうち、カラーフィルタを透過する際に失われる光の光量を少なくすることができる。また、ＬＥＤ光源の発光層の材料や組成を変えることにより発光波長を制御し、カラーフィルタとの波長帯域の適合性を向上させることも可能である。これらにより、本実施の形態に係る液晶表示装置１０１は、高い光利用効率と広い色再現範囲を共に実現することができる。
【００５４】
また、上記バックライトユニット５Ａの光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂの光源２０として、何れもＬＥＤが採用されているが、本発明はこれに限るものではない。ＬＥＤのように発光面積が小さく高い指向性の光を発する複数の光源が間隔をおいて配置された光源ユニットをサイドライト方式の光源に適用することにより高い効果を得ることができる。たとえば、複数のレーザ光源を１次元アレイ配列してなる光源群についても、レーザ光源の出射光の発散角やレーザ光源の配置間隔、また導光板２１の厚みを最適化することにより輝度分布の均一化の効果を得ることができる。
【００５５】
レーザ光源は、ＬＥＤよりもさらに単色性に優れ純度の高い色を発光することが可能なため、レーザ光源をバックライトユニット５Ａ用の光源２０，…，２０として採用することにより、色再現範囲が非常に広い液晶表示装置を提供することが可能となる。また、発光面積に対する光出力を大きくすることが可能であるため光源の個数を低減することができ、サイドライト方式あるいはエッジライト方式のバックライトユニット５Ａを大型画面の表示装置に採用する際に有効である。
【００５６】
本実施の形態においては、導光板２１は、その光入射端面２１ｅａ，２１ｅｂから入射し導光板２１内を伝播する光線ＩＬａ，ＩＬｂを、反射あるいは屈折により−Ｚ軸方向に進行する照明光ＢＬａ，ＢＬｂに変換する光学作用を有する。また、バックライトユニット５Ａに備えられる導光板２１や、導光板２１に設けられる微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄが何れも透明部材で構成されているため、導光板２１は、光拡散反射シート２６から＋Ｚ軸方向に反射した照明光ＢＬａ，ＢＬｂを透過する作用を有する。このように、導光板２１を透明部材で形成することでバックライトユニット５Ａの光の損失を抑え、高い光利用効率を得ることが可能である。
【００５７】
本実施の形態においては、導光板２１のＸ軸方向に対向する２端面２１ｅａ，２１ｅｂから光を入射させる構成を採用したが、本発明はこれに限るものではない。たとえば、１端面からのみ光を入射させる、あるいは４端面全てから光を入射させる構成を採用してもよい。但し、光源の配置方法によって、導光板２１内を伝播する光の導光板２１内位置と光のパワー密度との関係が異なるため、各条件に対し微細光学素子２１ｄの配置密度を最適化する必要がある。
【００５８】
実施の形態２．
図５は、本発明に係る実施の形態２の透過型表示装置である液晶表示装置１０２の構成を模式的に示す構成図である。また、図６は、液晶表示装置１０２のバックライトユニット５Ｂを構成する面状光源３００の概略図である。実施の形態１の液晶表示装置１０１のバックライトユニット５Ａは、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂとして白色ＬＥＤを備えたのに対し、実施の形態２の液晶表示装置１０２のバックライトユニット５Ｂは、光源３０Ｇａ，３０Ｇｂを構成する光源として、青色の光を出射する単色ＬＥＤ３０ａと赤色の光を出射する単色ＬＥＤ３０ｂとを備えている。また、本実施の形態では、液晶表示装置１０１の光拡散反射シート２６の代わりに、緑色の光を発する蛍光体３７を光拡散反射シート３６に塗布した蛍光体シート３８を備えている。実施の形態１で説明した液晶表示装置１０１の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５９】
図５に示されるように、液晶表示装置１０２は、透過型の液晶表示素子１０と、第１の光学シートである光学シート１１と、第２の光学シートである光学シート１２と、面光源装置であるバックライトユニット５Ｂとを備えており、これら構成要素１０，１１，１２，５Ｂは、Ｚ軸方向に積層して配列されている。
【００６０】
バックライトユニット５Ｂは、光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂと、導光板３１と、緑色の光を発する蛍光体３７を光拡散反射シート３６に塗布した蛍光体シート３８とから構成されている。蛍光体シート３８は、光拡散反射シート３６と蛍光体３７とから構成されている。また、蛍光体シート３８は、自ら緑色の光を発するため、第２の面状光源としても機能する。
【００６１】
光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂは、導光板３１のＸ軸方向の両端面に設けられた光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂにそれぞれ対向して配置され、光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂから出射された光線ＩＬｃ，ＩＬｄは、導光板３１の光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂから導光板３１の内部に入射し、導光板３１の中心方向に向かって伝播する。蛍光体シート３８は、導光板３１の液晶表示素子１０とは反対側の面３１ｂと対向し、導光板３１に対して平行になるように配置される。光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂにおいては、図６に示されるように、青色の単色光を出射するＬＥＤ３０ａと赤色の単色光を出射するＬＥＤ３０ｂとがＹ軸方向に一定の間隔で交互に配列されている。導光板３１は、液晶表示素子１０の表示面１０ｆに対して平行に配置され、その液晶表示素子１０側の面である表面（前面）に微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄを有する。
【００６２】
図６は、バックライトユニット５Ｂを構成する面状光源３００を＋Ｚ軸方向から見たときの構成を示す図である。光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂを構成する光源３０ａ，３０ｂ，…，３０ａ，３０ｂは、導光板３１のＸ軸方向の２つの光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂに対向してＹ軸方向に等間隔に配置されている。光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂは、光源３０ａおよび光源３０ｂから構成されている。光源３０ａは青色の光線ＢＬを出射し、光源３０ｂは赤色の光線ＲＬを出射する。なお、光線ＢＬと光線ＲＬとを合わせて光線ＩＬｃ，ＩＬｄとする。導光板３１の＋Ｚ軸方向である表面側の面には、全面に微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄが形成されている。微細光学素子３１ｄは、実施の形態１の微細光学素子２１ｄと同様の光学作用を発揮するので、光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂから出射される光線ＩＬｃ，ＩＬｄは、導光板３１の＋Ｚ軸方向側全面で、−Ｚ軸方向に出射する面状の照明光ＢＬｃ，ＢＬｄに変換される。微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄは、光線ＩＬｃ，ＩＬｄを反射や屈折により進行方向を変更する光学素子である。
【００６３】
光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂと導光板３１とは、第１の面状光源３００として機能する。微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄは、導光板２１に形成される微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄと同様に凸レンズ形状をしており、２つの光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂから導光板３１のＸ軸方向の中心位置に向けて疎から密に配置されている。これにより、照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは面状の光を形成する。
【００６４】
導光板３１は、上述した実施の形態１の液晶表示装置１０１が備える導光板２１と同様の構造を有する。従って、導光板３１は、光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂから出射した光線ＩＬｃ，ＩＬｄに対して同様に作用する。光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂから出射した光線ＩＬｃ，ＩＬｄは、導光板３１内を伝播する。その際、赤色の光と青色の光は混ざり合い、光線ＩＬｃ，ＩＬｄは混色した光線となる。光線ＩＬｃ，ＩＬｄは導光板３１の＋Ｚ軸方向の面に形成された微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄにより−Ｚ軸方向に向かう照明光ＢＬｃ，ＢＬｄに変換される。照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、青色の光線ＢＬと赤色の光線ＲＬとが混色した第１の面状の光である。照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、導光板３１の−Ｚ軸方向の裏面３１ｂから蛍光体シート３８に向けて出射される。
【００６５】
蛍光体シート３８に向けて出射された照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、その青色の光線ＢＬの一部が蛍光体シート３８を構成する蛍光体３７の励起光として用いられ、蛍光体シート３８から緑色の照明光ＦＬが出射される。この緑色の照明光ＦＬは第２の面状の光である。なお、励起光とは、蛍光体３７の励起に用いられる光である。
【００６６】
また、照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、蛍光体シート３８の＋Ｚ軸方向側に配置された蛍光体３７の表面または蛍光体シート３８の−Ｚ軸方向側に配置された光拡散反射シート３６で拡散して反射される。この反射した照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、蛍光体３７の励起に用いられなかった青色の光線ＢＬと赤色の光線ＲＬとが混色した光となり、第１の面状の光（照明光ＢＬｃ，ＢＬｄ）として蛍光体シート３８から＋Ｚ軸方向に出射する。同時に、この青色の光線ＢＬと赤色の光線ＲＬとからなる第１の面状の光（照明光ＢＬｃ，ＢＬｄ）は、蛍光体シート３８の蛍光体３７から出射した緑色の第２の面状の光（照明光ＦＬ）と混ざり、白色の照明光となり＋Ｚ軸方向に出射される。蛍光体シート３８の蛍光体３７から出射される光線ＦＬのうち−Ｚ軸方向に出射された光線は、光拡散反射シート３６で＋Ｚ軸方向に拡散して反射される。
【００６７】
光拡散反射シート３６としては、たとえば、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拡散反射シートや、微細な凹凸形状を有する基板の表面に金属を蒸着させた光拡散反射シートを使用することができる。照明光ＦＬ，ＢＬｃ，ＢＬｄは、導光板３１、光学シート１２および光学シート１１を透過して液晶表示素子１０の背面１０ｂに向けて出射される。
【００６８】
光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂから出射された青色および赤色の光線ＩＬｃ，ＩＬｄは、光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂの近傍では十分に混色していない場合がある。本実施の形態によれば、青色および赤色の光線ＩＬｃ，ＩＬｄは、導光板３１の微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄで−Ｚ軸方向に進行する面状の照明光ＢＬｃ，ＢＬｄに変換される。また、導光板３１の裏面３１ｂから出射された照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、蛍光体シート３８の蛍光体３７の表面もしくは光拡散反射シート３６の反射面で拡散して反射し、再び導光板３１に戻ってくる。よって、照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、液晶表示素子１０の画像表示面１０ｆの法線方向と平行な光路を往復して伝播し、その光路において蛍光体シート３８で拡散されることから、導光板３１の前面において面内輝度分布の均一な面状の照明光となる。
【００６９】
また、蛍光体３７から放射される緑色の光は指向性を有さないため、例え不均一な青色の光が蛍光体３７に入射した場合であっても、照明光ＦＬは面内輝度分布が均一な緑色の面状の光となって蛍光体３７から出射する。この青色と赤色とからなる第１の面状の光（照明光ＢＬｃ，ＢＬｄ）と緑色の第２の面状の光（照明光ＦＬ）とが互いに混色して、面内輝度分布が均一な白色の第３の面状の光（照明光ＭＬ）となり液晶表示素子１０を照明する。従って、本実施の形態の液晶表示装置１０２は、簡易で小型な構成により、輝度分布むらを抑えた良好な画像を提供することができる。
【００７０】
一般的に、赤色や青色のＬＥＤに比べ、緑色のＬＥＤはその材料特性により発光効率が低い。そこで、本実施の形態の光源においては、高い発光効率で赤色光や青色光を直接発光するＬＥＤ３０ａ，３０ｂを採用し、一方で緑色の光は、青色光源３０ａで蛍光体を励起することにより得る。これにより、赤、緑、青の３原色ともその発光効率を向上させることが可能となるうえ、各光源から出射される光は単色性に優れているため、これらの光源を採用した液晶表示装置１０２は、色再現範囲の広い良好な画像を得ることが可能となる。
【００７１】
本実施の形態の構成においては、導光板３１の裏面３１ｂから出射された照明光ＢＬｃ，ＢＬｄが蛍光体３７に入射し、その後、光拡散反射シート３８で反射して蛍光体３７の中を導光板３１に向かって進む。つまり、照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、蛍光体３７を２回通過することになる。このため、蛍光体３７に入射した照明光ＢＬｃ，ＢＬｄの光量に対する蛍光体３７が発光する量を多くすることができる。また、光拡散反射シート３６は、蛍光体３７の−Ｚ軸方向側に配置されているため、−Ｚ軸方向に向けて蛍光体３７が発光した光線の進行方向を効率良く液晶表示素子１０側の＋Ｚ軸方向に変換することができる。尚、蛍光体シート３８から出射される緑色の光の強さは、照明光ＩＬｃ，ＩＬｄの強さに対して、Ｚ軸方向における蛍光体３７の厚み、あるいはＸ−Ｙ平面における微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄの空間的な粗密で調整される。
【００７２】
また、蛍光体は、温度上昇により発光効率が下がるという特性を持っている。実施の形態２に係るバックライトユニット５Ｂの構成においては、光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂから離れた位置に蛍光体３７を配置することができるため、蛍光体３７は、熱源となる光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂから放射される熱の影響を受け難くすることができる。また、蛍光体３７を励起する照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、面状の光として蛍光体３７に向けて出射されるため、蛍光体３７に入射する励起光である照明光ＢＬｃ，ＢＬｄのパワー密度を低下させることができる。つまり、単位面積当たりの蛍光体３７に当たる照明光ＢＬｃ，ＢＬｄの光量を下げることができる。これにより、励起光が吸収され蛍光に変換されず発熱することによる蛍光体３７の温度上昇を抑制し、蛍光体３７の劣化を抑えて信頼性を向上することができる。また、蛍光体３７の温度上昇を抑えることで、蛍光体３７の発光効率の低下も抑制することができる。
【００７３】
青色と赤色との光が混色した第１の面状の光（照明光ＢＬｃ，ＢＬｄ）と、蛍光体３７の発する緑色の第２の面状の光（照明光ＦＬ）とは混色して白色の第３の面状の光（照明光ＭＬ）となる。光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂは、たとえば、４５０ｎｍ付近にピークを有する青色の光線ＢＬを出射する光源３０ａと、６２０ｎｍ付近にピークを有する赤色の光線ＲＬを出射する光源３０ｂとで構成される。光源３０ａから出射された青色の光線ＢＬの一部は、蛍光体３７により吸収され、たとえば５３０ｎｍ付近の波長を有する光に変換されて蛍光体３７から放射される。
【００７４】
以上に説明したように、本実施の形態の液晶表示装置１０２は、複数の点光源３０ａ，３０ｂ，…，３０ａ，３０ｂを直線上に配置した光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂから出射された光を、少ない部品点数で簡易な構成の光拡散構造を用いて輝度分布が均一な光に変換することができる。また、その光拡散構造は、液晶表示装置１０２の画像表示平面（Ｘ−Ｙ平面）の法線方向（Ｚ軸方向）に沿って設けられているので、導光板３１に対してＸ軸方向やＹ軸方向に隣接するように光拡散構造を配置しなくて済む。これにより、その画像表示平面１０ｆの面積に対するバックライトユニット５Ｂの面積の比率を小さくすることが可能となる。つまり、良好な画質の画像を提供しながらも、画像表示部分を囲むキャビネット部分であるベゼルの幅を細くした液晶表示装置１０２を実現することが可能となる。また、導光板３１の厚みで光伝播部を設計しているため、液晶表示装置１０２の薄型化も可能となる。さらに、光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂを構成する光源として、単色性と発光効率とに優れた赤色と青色のＬＥＤ３０ａ，３０ｂと、その青色の光を励起光として緑色の光を放射する蛍光体３７を備えるため、広い色再現範囲を有しながらも低消費電力を実現する液晶表示装置１０２を提供することが可能となる。
【００７５】
本実施の形態のバックライトユニット５Ｂの光源３０ａ，３０ｂとしては、何れもＬＥＤを採用しているが、本発明はこれに限るものではない。実施の形態１に関して先に説明したように、レーザ光源を採用した場合においても面内輝度分布の均一性に対し高い効果を得ることができ、また、より単色性に優れたレーザ光源の採用はさらなる色再現範囲の拡大が可能となる。
【００７６】
また、光源群３０Ｇａ，３０Ｇｂを、上記光源３０ａ，３０ｂに代えて、紫外波長帯域を有する紫外光を発する単色のＬＥＤと赤色のＬＥＤとから構成し、この紫外光を吸収して青色から緑色の波長域の光を放射する蛍光体を採用する構成としてもよい。このとき、青色のＬＥＤ光源３０ａと緑色の蛍光体３７とを採用する場合に比べ、青色および緑色の光を蛍光体で発光するため色再現範囲が若干狭くなるが、青色と緑色の光の発光効率を向上させることが可能となるため、低消費電力化の効果を期待することができる。
【００７７】
実施の形態３．
図７は、本発明に係る実施の形態３の透過型画像表示装置である液晶表示装置１０３の構成を模式的に示す構成図である。図８は、この液晶表示装置１０３のバックライトユニット５Ｃを構成する第１の面状光源３０１の概略構成を示す図である。また、図９は、バックライトユニット５Ｃを構成する他の面状光源４００ａの概略構成を示す図であり、図１０は、バックライトユニット５Ｃを構成するさらに他の面状光源４００ｂの概略構成を示す図である。上記実施の形態２の液晶表示装置１０２は、白色の面状の光（照明光ＭＬ）を出射するバックライトユニット５Ｂを備えたのに対し、実施の形態３の液晶表示装置１０３は、青緑色の面状の光を出射する面状光源３０１と、赤色の面状の光を出射する面状光源４００ａ，４００ｂとを有するバックライトユニット５Ｃを備えている。なお、図７及び図８において、実施の形態１および実施の形態２で説明した液晶表示装置１０１，１０２の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７８】
図７に示されるように、液晶表示装置１０３は、透過型の液晶表示素子１０と、第１の光学シートである光学シート１１と、第２の光学シートである光学シート１２と、バックライトユニット５Ｃとを備えており、これら構成要素１０，１１，１２，５Ｃは、Ｚ軸方向に積層して配列されている。
【００７９】
液晶表示装置１０３は、さらに、液晶表示素子１０を駆動する図示しない液晶表示素子駆動部と、バックライトユニット５Ｃに含まれる光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂ，４０Ｇａ，４０Ｇｂを駆動する図示しない光源駆動部とを有している。液晶表示素子駆動部と光源駆動部の動作は、図示しない制御部によって制御される。制御部は図示しない信号源から供給された映像信号に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号を液晶表示素子駆動部及び光源駆動部に供給する。光源駆動部は、それぞれ、制御部からの制御信号に応じて光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂ，４０Ｇａ，４０Ｇｂを駆動してこれら光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂ，４０Ｇａ，４０Ｇｂから光を出射させる。
【００８０】
バックライトユニット５Ｃは、青色の光を発する光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂと、導光板３１と、緑色の光を発する蛍光体３７を光拡散反射シート３６に塗布した蛍光体シート３８とを備えている。また、バックライトユニット５Ｃは、赤色光を発する光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂと、赤色の面状の光を生成する２枚の導光板４１，４２とを備えている。
【００８１】
図７及び図８に示されるように光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂは、導光板３１のＸ軸方向の両端面に設けられた光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂにそれぞれ対向して配置されており、光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂは、青色のＬＥＤ光源３０ａ，…，３０ａのみからなる。光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂから出射された光線は、導光板３１の両端面の光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂから導光板３１の内部に入射し、導光板３１の中心方向に向かって伝播する。このときに、微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄは、導光板３１の内部を伝播する光線を導光板３１の全面で−Ｚ軸方向に進行する面状の照明光に変換する。この照明光の一部は、蛍光体３７を励起して緑色の面状の照明光を発生させ、照明光の他の一部は、光拡散反射シート３６で導光板３１の方向に反射する。導光板３１は、蛍光体シート３８から入射した光を透過させる。結果として、青緑色の照明光が導光板３１の前面から放射される。
【００８２】
より具体的に説明すると、光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂから出射された青色の光線は、導光板３１の＋Ｚ軸方向の面に形成された微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄにより−Ｚ軸方向に向かう照明光に変換される。この照明光は、導光板３１の裏面３１ｂから蛍光体シート３８に向けて出射される。
【００８３】
蛍光体シート３８に向けて出射された青色の照明光の一部は、蛍光体シート３８を構成する蛍光体３７の励起光として用いられるので、蛍光体シート３８から緑色の照明光が出射される。この緑色の照明光は第２の面状の光である。蛍光体シート３８の励起に用いられなかった青色の照明光は、蛍光体シート３８の＋Ｚ軸方向側に配置された蛍光体３７の表面または蛍光体シート３８の−Ｚ軸方向側に配置された光拡散反射シート３６で反射され、第１の面状の光として蛍光体シート３８から出射される。この青色の照明光（第１の面状の光）と、蛍光体シート３８の蛍光体３７から放射された緑色の照明光（第２の面状の光）とは互いに混ざり、青緑色の照明光となり、＋Ｚ軸方向に出射される。蛍光体シート３８の蛍光体３７から放射される面状光のうち、−Ｚ軸方向に放射された光は、光拡散反射シート３６で＋Ｚ軸方向に拡散して反射される。なお、励起光とは、蛍光体の励起に用いられる光のことである。
【００８４】
光拡散反射シート３６としては、たとえば、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拡散反射シートや、微細な凹凸形状を有する基板の表面に金属を蒸着させた光拡散反射シートを使用することができる。
【００８５】
蛍光体シート３８から放射された青緑色の照明光は、導光板３１を透過し、導光板４１，４２で赤色の照明光ＤＬａ，ＤＬｂと混ざることにより、白色の照明光を構成する。この白色の照明光は、光学シート１２および光学シート１１を透過して液晶表示素子１０の背面１０ｂを照明する。
【００８６】
導光板４１，４２は、光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂからそれぞれ出射される赤色の光線ＩＬｅ，ＩＬｆを＋Ｚ軸方向に向かう照明光ＤＬａ，ＤＬｂに変換し液晶表示素子１０の背面１０ｂに向けて出射する。これら照明光ＤＬａ，ＤＬｂは、光学シート１２と光学シート１１とを透過して液晶表示素子１０の背面１０ｂを照明する。
【００８７】
図９及び図１０は、面状光源４００ａおよび面状光源４００ｂの構成を概略的に示す図である。図９の面状光源４００ａは、液晶表示素子１０の表示面１０ｆに対して平行に配置された導光板４１および光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂで構成される。一方、図１０の面状光源４００ｂは、液晶表示素子１０の表示面１０ｆに対して平行に配置された導光板４２および光源４０ｂで構成される。面状光源４００ａは、第３の面状光源であり、第４の面状の光（照明光ＤＬａ）を出射する。面状光源４００ｂは、第４の面状光源であり、第４の面状の光（照明光ＤＬｂ）を出射する。図９に面状光源４００ａを−Ｚ軸方向側から見た概略図、図１０に面状光源４００ｂを−Ｚ軸方向側から見た概略図を示す。なお、照明光ＤＬａおよび照明光ＤＬｂは第４の面状の光である。
【００８８】
面状光源４００ａが有する光源群４０Ｇａを構成する光源４０ａ，…，４０ａは、導光板４１の−Ｘ軸方向側の端面である光入射端面４１ｅａに対向して配置されており、たとえば、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されている。また、面状光源４００ａが有する導光板４１は、透明材料から成る板状部材であり、液晶表示素子１０とは反対側の面であり且つ−Ｚ軸方向側の面である裏面に微細光学素子４１ｄ，…，４１ｄが形成された光学素子部Ｒａを有する。光源群４０Ｇａから発せられた光線ＩＬｅは、導光板４１の光入射端面４１ｅａから導光板４１の内部に入射し、導光板４１内を全反射しながら伝播する。
【００８９】
同様に、面状光源４００ｂにおいては、光源群４０Ｇｂを構成する光源４０ｂ，…，４０ｂは、導光板４２の＋Ｘ軸方向側の端面である光入射端面４２ｅｂに対向して配置されており、たとえば、Ｙ軸方向に沿って等間隔に配置されている。また、面状光源４００ｂが有する導光板４２は、透明材料から成る板状部材であり、その液晶表示素子１０とは反対側の面であり且つ且つ−Ｚ軸方向側の面である裏面に微細光学素子４２ｄ，…，４２ｄが形成された光学素子部Ｒｂを有する。光源群４０Ｇｂから発せられた光は、導光板４２の光入射端面４２ｅｂから導光板４２の内部に入射し、導光板４２内を全反射しながら伝播する。微細光学素子４１ｄ，４２ｄは、光線ＩＬｅ，ＩＬｆをそれぞれ反射または屈折させて光線ＩＬｅ，ＩＬｆの進行方向を変更する光学素子として機能する。
【００９０】
面状光源４００ａと面状光源４００ｂとが有する光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂは、互いに同じ特性を有するレーザ光源を採用しており、また光源４０ａ，…，４０ａ，４０ｂ，…，４０ｂを配置する間隔や、光源４０ａ，…，４０ａ，４０ｂ，…，４０ｂの光入射端面４１ｅａ，４２ｅｂに対する配置方向、角度等は互いに同じものとする。
【００９１】
バックライトユニット５Ｃは、同じ特性を有する２つの面状光源４００ａ，４００ｂを有する。一方の面状光源４００ａの光学素子部Ｒａの形状と他方の面状光源４００ｂの光学素子部Ｒｂの形状とは、液晶表示素子１０の表示面１０ｆに対する法線を軸として互いに１８０度回転した関係にある。これら面状光源４００ａ，４００ｂは、導光板４１の４つの側面と導光板４２の各４つの側面とがＺ軸方向において揃うように、積層して配置されている。面状光源４００ａが有する光源群４０Ｇａと面状光源４００ｂが有する光源群４０Ｇｂとは、Ｘ軸方向において対向するように配置されており、光源群４０Ｇａは＋Ｘ軸方向に向けて光を出射し、光源群４０Ｇｂは−Ｘ軸方向に向けて光を出射する。このため、光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂから出射される光線ＩＬｅ，ＩＬｆの進行方向は、互いに逆方向となる。面状光源４００ａ，４００ｂから出射される照明光ＤＬａ，ＤＬｂは何れも、液晶表示素子１０の背面１０ｂに向かって進行する。
【００９２】
本実施の形態におけるバックライトユニット５Ｃは、上記のように、２つの面状光源４００ａ，４００ｂが、照明光ＤＬａ，ＤＬｂの進行方向（＋Ｚ軸方向）に積層して配置される構成を有する。このため、バックライトユニット５Ｃが有する光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂを点灯した際にバックライトユニット５Ｃから出射される照明光ＤＬは、２つの面状光源４００ａ，４００ｂから出射される照明光ＤＬａ，ＤＬｂが足し合わされたものである。従って、バックライトユニット５Ｃから出射される照明光ＤＬのＸ−Ｙ平面における面内輝度分布は、前記２つの面状光源４００ａ，４００ｂのＸ−Ｙ平面における面内輝度分布の足し合わせたものとなる。
【００９３】
導光板４１，４２は、透明部材で形成された、たとえば厚み２ｍｍの板状部材である。図７、図９及び図１０に示すように、光学素子部Ｒａ，Ｒｂには、液晶表示素子１０とは反対側の面となる裏面に半球状の凸形状（以後、凸レンズ形状と呼ぶ。）の微細光学素子４１ｄ，…，４１ｄ，４２ｄ，…，４２ｄが形成されている。これら微細光学素子４１ｄ，４２ｄは、導光板４１，４２内を伝播する光線ＩＬｅ，ＩＬｆを、液晶表示素子１０の背面１０ｂの方向（＋Ｚ軸方向）に向けて進行する照明光ＤＬａ，ＤＬｂに変換する。
【００９４】
光入射端面４１ｅａ，４２ｅｂからそれぞれ導光板４１，４２に入射した光線ＩＬｅ，ＩＬｆは、導光板４１，４２と空気層との界面における全反射により導光板４１，４２内を、反射を繰り返しながらＸ軸方向に進行する。光線ＩＬｅ，ＩＬｆのうち、導光板４１，４２の前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存在する。その光線は、導光板４１，４２の前面から液晶表示素子１０の背面１０ｂに向かって出射される。
【００９５】
導光板４１，４２の光学素子部Ｒａ，Ｒｂに設けられた微細光学素子４１ｄ，…，４１ｄ，４２ｄ，…，４２ｄは、Ｘ−Ｙ平面内に形成され、微細光学素子４１ｄ，…，４１ｄ，４２ｄ，…，４２ｄの配置密度（すなわち単位面積当たりの数やその大きさなど）が空間的に変化する。これにより、導光板４１，４２から出射される照明光ＤＬａ，ＤＬｂの面内輝度分布を制御することが可能となる。本実施の形態においては、図９に示すように、光線ＩＬｅの進行方向（図９中＋Ｘ軸方向）において導光板４１の光入射端面４１ｅａから離れるにつれて微細光学素子４１ｄ，…，４１ｄの配置密度が変化する構造が採用されている。同様に、図１０に示すように、光線ＩＬｆの進行方向（図１０中−Ｘ軸方向）において導光板４２の光入射端面４２ｅｂから離れるにつれて微細光学素子４２ｄ，…，４２ｄの配置密度が変化する構造が採用されている。
【００９６】
より詳しく説明すると、図９に示されるように、微細光学素子４１ｄは、導光板４１における光入射端面４１ｅａの近傍には配置されておらず、導光板４１のＸ軸方向の約中心の位置から光入射端面４１ｅａと対向する端面までの領域Ｒａに設けられている。その配置密度はＸ軸方向の中心位置の近傍から導光板４１の当該端面に向かうにつれて疎から密へと連続的に変化する。一方、図１０に示されるように、微細光学素子４２ｄは、導光板４２における光入射端面４２ｅｂの近傍には配置されておらず、導光板４２のＸ軸方向の約中心の位置から光入射端面４２ｅｂと対向する端面までの領域Ｒｂに設けられている。その配置密度はＸ軸方向の中心位置の近傍から導光板４２の当該端面に向かうにつれて疎から密へと連続的に変化する。
【００９７】
微細光学素子４１ｄ，４２ｄの表面形状としては、たとえば、導光板２１，３１の微細光学素子２１ｄ，３１ｄと同様に、曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さが約０．００５ｍｍの凸レンズ形状を採用できる。微細光学素子４１ｄ，４２ｄの屈折率は約１．４９とすればよい。なお、導光板４１，４２や微細光学素子４１ｄ，４２ｄの材質はアクリル樹脂とすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、アクリル樹脂に代えてポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料、あるいはガラス材料を使用してもよい。
【００９８】
また、本実施の形態においては、微細光学素子４１ｄ，４２ｄの表面形状を凸レンズ形状としたが、本発明はこれに限るものではない。微細光学素子４１ｄ，４２ｄは、導光板４１，４２内をＸ軸方向に進行する光線ＩＬｅ，ＩＬｆを、Ｚ軸方向に内面全反射させて液晶表示素子１０の背面１０ｂに向かって出射させる構造を有していれば、他の形状でもよく、たとえば、プリズム形状や、サンドブラスト等によるランダムな凹凸パターンから成る微細光学素子を採用してもよい。
【００９９】
ただし、凸レンズ形状の場合、透明な構造で光を屈折することが可能で、プリズム等の構造に比べて簡易な形状であるため製作が容易であるという利点がある。また、導光板４１，４２が大型化した場合でも、印刷による製作が可能であるため、導光板４１，４２の大型化に容易に対応することができる。また、サンドブラスト等によるランダムな凹凸形状でもレーザ光をＺ軸方向に屈折することはできるが、凸レンズ形状の場合は、凸形状の設計が可能であるため、均一な輝度分布を実現する面状光源４００ａ，４００ｂの設計が容易であるという利点がある。
【０１００】
本実施の形態においては、導光板４１，４２の厚みを２ｍｍとしたが、本発明はこれに限るものではない。液晶表示装置１０３の薄型化、軽量化、さらには多重反射回数の増加による光の利用効率向上といった点においては、厚みの薄い導光板４１，４２を採用することが望ましい。レーザ光源は、発光面の面積が小さく且つ指向性が高い光源であるから、厚みの薄い導光板に対しても高い光結合効率を得ることが可能である。但し、このとき、導光板４１，４２の厚みを薄型化することによる剛性低下の問題等も考慮する必要がある。
【０１０１】
光源４０ａ，…，４０ａ，４０ｂ，…，４０ｂとしてレーザ光源を採用した光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂは、６４０ｎｍをピーク波長とし、波長幅が半値全幅で１ｎｍの極めて単色性の高いスペクトルを有する光を出射することができる。また、たとえば、その発散角は速軸方向においては半値全幅で４０度、遅軸方向においては半値全幅で１０度である。本実施の形態においては、光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂのレーザ光源は、その速軸方向が導光板４１，４２の光入射端面４１ｅａ，４２ｅｂの短辺方向と平行になるように配置されることが好ましい。これは、発散角の大きい速軸方向が、導光板４１，４２の光入射端面４１ｅａ，４２ｅｂにおける短辺方向、すなわち導光板４１，４２の対向する面と面の間隔が最も狭くなる方向（図７中ではＺ軸方向）と平行となることにより、光線ＩＬｅ，ＩＬｆの導光板４１，４２内での反射回数が増大し、導光板４１，４２に設けられる微細光学素子４１ｄ，４２ｄに入射する光線が多くなるためである。これにより、微細光学素子４１ｄ，４２ｄによる光の取り出し効率（＝液晶表示素子１０の方向に向かって出射される光量／導光板４１，４２内を伝播する光量）を向上させることが可能となる。
【０１０２】
本実施の形態によると、光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂから出射される光線ＩＬｅ，ＩＬｆの光径は、光入射端面４１ｅａ，４２ｅｂのＹ軸方向の大きさに対し極めて小さい。導光板４１，４２の光入射端面４１ｅａ，４２ｅｂの近傍に設けられる光伝播部Ｐａ，Ｐｂに対応する領域には、微細光学素子４１ｄ，４２ｄが形成されていない。このため、光線ＩＬｅ，ＩＬｆは、光伝播部Ｐａ，Ｐｂにおいて十分な光学距離を全反射しながら伝播することができる。よって、光線ＩＬｅ，ＩＬｆは、自らの発散角により拡がり、隣接する他の光線と空間的に重なり合うことによりＹ軸方向における輝度分布が均一な線状の光、つまり線状光を形成する。
【０１０３】
図１１は、隣り合う２つの光源から出射する光線が一定の光学距離を伝播することによって線状光となることを説明する概念図である。図１１に示すように、Ｘ軸方向の任意の位置における、単一の光源から出射した光線のＹ軸方向の輝度分布６０は、光線が元々有するガウシアン形状の角度輝度分布に起因して、中心輝度が高く、中心から離れるにつれ急激に輝度が低下するような形状を有する。そのため、単一の光線が光学素子部に入射すると、当該光線の輝度分布が導光板から出射される照明光の面内輝度分布に反映されて輝度分布むらを生じさせる。
【０１０４】
しかしながら、近接して配置される複数の光源から出射される複数の光線を空間的に重ね合わせると、Ｙ軸方向である光源配列方向に均一な輝度分布を有する線状光源を作り出すことができる。たとえば、図１１中の輝度分布６０を有する単一の光線と輝度分布６１を有する単一の光線とを重ね合わせると、それらの分布が平均化され、輝度分布６２のような均一の輝度分布となる。従って、単一の光線では均一でない分布を有する光であっても、複数の光線を空間的に重ね合わせることによって、それらの分布を平均化することができるため、光源配列方向において輝度分布が均一な線状光源を作り出すことが可能となる。
【０１０５】
このように、近接する光源の光を重ね合わせるためには、光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂの発する光の発散角と光源４０ａ，…，４０ａ，４０ｂ，…，４０ｂの配置間隔とにより決まる一定以上の光学距離を、光線ＩＬｅ，ＩＬｆが伝播する必要がある。実施の形態３の面状光源４００ａ，４００ｂが有する導光板４１，４２は、光線ＩＬｅ，ＩＬｆが微細光学素子４１ｄ，４２ｄに入射するまでに伝播する光伝播部Ｐａ，Ｐｂを備えている。これら光伝播部Ｐａ，Ｐｂは、光線ＩＬｅ，ＩＬｆが自らの発散角で光源４０ａ，…，４０ａ，４０ｂ，…，４０ｂの配列方向（Ｙ軸方向）で空間的に十分に拡がるために必要な光学距離を備えている。このため、光線ＩＬｅ，ＩＬｆは、均一性の高い線状光となった後に、微細光学素子４１ｄ，４２ｄが形成された光学素子部Ｒａ，Ｒｂに入射することが可能となる。
【０１０６】
また、実施の形態３では、光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂを構成する光源４０ａ，…，４０ａ，４０ｂ，…，４０ｂは、等しい発散角と角度輝度分布を有する光を発し、等間隔で配置された構成をとるため、より輝度分布の均一性が高い線状の光が得られる。
【０１０７】
上記のようにして、線状の光となって光学素子部Ｒａ，Ｒｂに入射する光線ＩＬｅ，ＩＬｆは、導光板４１，４２の裏面の微細光学素子４１ｄ，４２ｄにより光線の一部が内面反射により照明光ＤＬａ，ＤＬｂに変換されて導光板４１，４２の表面から液晶表示素子１０の背面１０ｂに向けて出射される。このとき、微細光学素子４１ｄ，４２ｄに入射する光線ＩＬｅ，ＩＬｆは、光源４０ａ，…，４０ａ，４０ｂ，…，４０ｂの配列方向（Ｙ軸方向）において均一な線状の光となっているので、光源４０ａ，…，４０ａ，４０ｂ，…，４０ｂにおける輝度分布の差による輝度分布むらを生じることなく、均一な照明光ＤＬとして、液晶表示素子１０を照明する。
【０１０８】
上記の通り、面状光源４００ａ，４００ｂは、光線ＩＬｅ，ＩＬｆの進行方向であるＸ軸方向において、それぞれ点光源である光源４０ａ，４０ｂから出射した光線ＩＬｅ，ＩＬｆを線状の光に変換するための光伝播部Ｐａ，Ｐｂが設けられている。このため、面状光源４００ａ，４００ｂは、照明光ＤＬａ，ＤＬｂを出射しない領域を有している。
【０１０９】
本実施の形態においては、面状光源４００ａ，４００ｂは、照明光ＤＬａ，ＤＬｂを発光しない領域（光伝播部Ｐａ，Ｐｂ）を補い合うように積層配置されている。つまりは、面状光源４００ａが発光しない領域と面状光源４００ｂが発光する領域とがＺ軸方向に積層されており、面状光源４００ｂが発光しない領域と面状光源４００ａが発光する領域とがＺ軸方向に積層されている。このため、面状光源４００ａと面状光源４００ｂとの組み合わせが面全体から照明光を出射することが可能となる。
【０１１０】
さらに、本実施の形態においては、面状光源４００ａと面状光源４００ｂとのＸ軸方向における輝度分布が足し合わされて輝度分布が均一となるよう、各々の輝度分布を決定する微細光学素子４１ｄ，４２ｄのＸ軸方向における配置密度が最適化されている。
【０１１１】
図１２は、面状光源４００ａと面状光源４００ｂとから出射される照明光ＤＬａ，ＤＬｂのＸ軸方向における１次元輝度分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。より詳しく説明すると、図１２は、面状光源４００ａのＸ軸方向における１次元輝度分布５０と、面状光源４００ｂのＸ軸方向における１次元輝度分布５１と、両者の輝度分布５０，５１を足し合わせたＸ軸方向における１次元輝度分布５２とのシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。
【０１１２】
図１２より明らかなように、面状光源４００ａから出射する照明光ＤＬａの１次元輝度分布５０は、−Ｘ軸方向側に配置された光入射端面４１ｅａ側から導光板４１のＸ軸方向の中心位置の近傍にかけては光が出射されていない。一方、導光板４１のＸ軸方向における中心位置の近傍から＋Ｘ軸方向に向けて徐々に輝度が高くなり、＋Ｘ軸方向である光入射端面４１ｅａと対向する端面の近傍付近では一定の輝度を保つ。一方、面状光源４００ｂから出射される照明光ＤＬｂの１次元輝度分布５１は、面状光源４００ａの１次元輝度分布５０とは逆転する輝度分布を有しており、＋Ｘ軸方向である光入射端面４２ｅｂ側から導光板４２のＸ軸方向の中心位置の近傍にかけては光が出射されず、導光板４２のＸ軸方向における中心位置の近傍から−Ｘ軸方向に向けて徐々に輝度が高くなり、−Ｘ軸方向である光入射端面４２ｅｂと対向する端面の近傍付近では一定の輝度を保つ。
【０１１３】
つまり、照明光ＤＬａおよび照明光ＤＬｂは、導光板４１，４２のＸ軸方向の約中央付近で重なるように出射されている。ここで、微細光学素子４１ｄ，４２ｄの配列を疎から密へ変化させることで液晶表示素子１０の方向に出射される光の光量を徐々に増加するようにしている。このため、照明光ＤＬａと照明光ＤＬｂとの重なる部分でも、容易にそれらの足し合わせた光量を他の部分と同一の光量とすることができ、面状光源４００ａの照明光ＤＬａと面状光源４００ｂの照明光ＤＬｂとのつなぎ目で光量の低下を抑制し、または光量の増加による輝度分布むらを抑えることがきる。
【０１１４】
面状光源４００ａから出射される照明光ＤＬａと面状光源４００ｂから出射される照明光ＤＬｂとの足し合わせにより生成される照明光の面内輝度分布５２は、Ｘ軸方向において均一な分布となる。本実施の形態の構成に従い試作した面状光源４００ａ，４００ｂから出射あｓれる照明光の面内輝度分布を実際に計測した結果を図１３に示す。図１３より明らかなように、２つの面状光源４００ａ，４００ｂをＺ軸方向に積層した構成において、光線の進行方向（Ｘ軸方向）において均一性に優れた照明光が得られることが分かる。
【０１１５】
以下に、光源群４０Ｇａに含まれるレーザ光源８０（４０ａ）と、それとＹ軸方向に隣り合うレーザ光源８１（４０ａ）を例に挙げ、導光板４１に備えられる光伝播部Ｐａについて詳しく説明する。
【０１１６】
図１４は、光源群４０Ｇａに備えられた隣接するレーザ光源８０，８１から出射して光入射端面４１ｅａから導光板４１に入射するレーザ光線８０ｐ，８１ｐの光路を概念的に示した概念図である。図１５は、Ｘ軸方向の光学距離をＸとしたときに光伝播部Ｐａを伝播したレーザ光線８０ｐ，８１ｐのＹ軸方向における１次元輝度分布８０ｑ，８１ｑおよびそれらを足し合わせて生成される線状の光の１次元輝度分布８２ｑを示すグラフである。
【０１１７】
図１４に示すように、レーザ光源８０，８１は、Ｙ軸方向に各々の発光点間の距離ｄを隔てて隣り合い、導光板４１の光入射端面４１ｅａに対向して配置されている。レーザ光源８０およびレーザ光源８１の発光面と光入射端面４１ｅａとの間隔は距離ｆに設定されている。レーザ光源８０，８１は互いに同様の特性を有しており、これらから出射されるレーザ光線８０ｐ，８１ｐのＸ−Ｙ平面における半値半角αの略ガウシアン形状の角度輝度分布は、互いに同様の形状を有している。ここで、半値半角とは、レーザビームの光強度分布において光強度がピーク値の半分となる点に対応するビーム発散角（半角）をいう。
【０１１８】
レーザ光源８０，８１から出射されたレーザ光線８０ｐ，８１ｐは、光入射端面４１ｅａから導光板４１の内部に入射し、光伝播部Ｐａを伝播する。このとき、光伝播部Ｐａが有するＸ軸方向の光学距離Ｘは次式（１）で定義される。
【数１】
2012017613.tif 000003
【０１１９】
式（１）において、ｄは、レーザ光源８０，８１の発光点間距離、ｆは、レーザ光源８０，８１の出射面と光入射端面４１ｅａとの距離、αは、レーザ光源８０，８１から出射される光のＸ−Ｙ平面における発散角の半値半角、βは、導光板４１内を伝播するレーザ光線８０ｐ，８１ｐのＸ−Ｙ平面における発散角の半値半角である。
【０１２０】
但し、導光板４１内の半値半角βは、次式（２）で定義される。
【数２】
2012017613.tif 000004
【０１２１】
式（２）において、レーザ光源８０，８１から出射されたレーザ光線８０ｐ，８１ｐが導光板４１ａに入射する前に伝播する層の屈折率をｎ１、導光板４１の屈折率をｎ２とする。ここで、レーザ光源８０，８１の発光面積は、レーザ光源８０，８１の発光点間の距離ｄに対し十分に小さいため、その大きさを無視している。
【０１２２】
上記式（１）および式（２）は、レーザ光線８０ｐとレーザ光線８１ｐとが、Ｙ軸方向の輝度分布において、それぞれのＸ軸方向の光軸８０ａ，８１ａ上に存在するピーク輝度の半分の輝度を有する位置で交点をもつために必要な光学距離Ｘを定めるものである。
【０１２３】
レーザ光線８０ｐおよびレーザ光線８１ｐは互いに同様の角度輝度分布を有し、各々自らの光軸８０ａ，８１ａに対称な角度輝度分布を有するため、式（１）、式（２）で定められる光学距離Ｘを伝播すると、図１５に示すように、レーザ光線８０ｐ，８１ｐがそれぞれピーク輝度Ｌを有する点（Ｙ＝ｙ０，ｙ１）の中間点（Ｙ＝ｙ２）において輝度Ｌ／２が得られる。それらのレーザ光線８０ｐ，８１ｐが重なり合うことによって中間点（Ｙ＝ｙ２）の輝度はＬとなる。従来であれば、レーザ光線８０ｐ，８１ｐの光軸８０ａ，８１ａ上に存在する明るい部分である明部に対し、レーザ光線８０ｐの光軸８０ａとレーザ光線８１ｐの光軸８１ａとの間に存在する暗い部分である暗部が存在するため、Ｙ軸方向に輝度分布むらが発生していた。しかし、式（１）、式（２）で定義される光学距離Ｘを設けることにより、レーザ光線８０ｐ，８１ｐによる明部（Ｙ＝ｙ０，ｙ１）の間にそれらと等しい輝度を有する明部（Ｙ＝ｙ２）を補うことができる。また、同時にそれらの明部（Ｙ＝ｙ０，ｙ１）間の輝度分布が平均化されるため、高い均一性を有した線状の光を生成することが可能となる。
【０１２４】
上記のように、レーザ光線８０ｐ，８１ｐが、式（１）および式（２）で定義される光学距離Ｘを有する光伝播部Ｐａを伝播することにより、光伝播部Ｐａの大きさを最小限に抑えながらもＹ軸方向の輝度分布が均一な線状の光を生成することが可能となる。
【０１２５】
微細光学素子４１ｄは、光伝播部Ｐａの＋Ｘ軸方向の端部から導光板４１の＋Ｘ軸方向の端部までの領域に設けられ、その配置密度は＋Ｘ軸方向に向けて疎から密に連続的に変化するよう形成されている。微細光学素子４１ｄの構造、特性については上述した通りである。
【０１２６】
光源８０，８１から出射され、Ｘ軸方向の長さを光学距離Ｘとしたときの光伝播部Ｐａを伝播した光線ＩＬｅは、Ｙ軸方向である光源８０，８１の配列方向に均一な線状の光となった後、光学素子部Ｒａに入射し、面内輝度分布の均一な面状の光（照明光ＤＬａ）となって液晶表示素子１０を照明する。
【０１２７】
ここでは、導光板４１に関して記述したが、導光板４２についても同様に、式（１）、（２）を満たす光伝播部Ｐｂを備え、光線ＩＬｆは、高い均一性を有した線状の光となって微細光学素子４２ｄが形成されている光学素子部Ｒｂに入射され、面内輝度分布の均一な面状の光（照明光ＤＬｂ）となって液晶表示素子１０を照明する。
【０１２８】
このような導光板４１と導光板４２とをそれぞれ有する面状光源４００ａ，４００ｂは、高い均一性の面内輝度分布を有する面状光源である。これら面状光源４００ａ，４００ｂにより作り出される照明光では、輝度分布むらが抑えられている。従って、表示むらが抑えられた高画質な液晶表示装置１０３を提供することが可能となる。
【０１２９】
上述のように、光伝播部Ｐａ，ＰｂのＸ軸方向の長さを上式（１）および上式（２）で定義される光学距離Ｘとすることで、高い均一性の面内輝度分布を有する面状光源を生成することが可能である。なお、この光学距離を上式（１）および上式（２）で定義されるＸより長く取ることにより、輝度分布の均一性をさらに向上させることも可能である。以上が導光板４１，４２に関する構成および動作の具体例である。
【０１３０】
本実施の形態においては、点光源であるレーザ光源から出射したレーザ光線を線状のレーザ光に変換するために必要とされる領域の光伝播部Ｐａ，Ｐｂを、有効画像表示領域に対応する領域内に設けることができる。これにより、レーザ光線が伝播する十分な光学距離を確保しながらも、面状の光源部の周辺に光伝播部を設ける必要が無いため、液晶表示装置１０３の画像表示平面（Ｘ−Ｙ平面）の面積に対するバックライト装置９の面積の比率を小さくすることが可能となる。つまり、良好な画質の画像を提供しながらも、画像表示部分を囲むキャビネット部分であるベゼルの幅を細くした液晶表示装置１０３を実現することが可能となる。また、導光板の厚みで光伝播部を設計しているため、液晶表示装置１０３の薄型化も可能となる。
【０１３１】
以上に説明したように、実施の形態３の液晶表示装置１０３によれば、レーザ光線が自ら有する発散角により近接する他のレーザ光線と空間的に重なり合い線状のレーザ光となるために必要な伝播距離である光学距離を十分に設けることが可能となるため、面内輝度分布が均一な照明光を生成することが可能となる。従って、点光源でかつ指向性の高いレーザ光源をサイドライト方式あるいはエッジライト方式の光源に採用した場合においても、輝度分布むらを抑えた良好な画像を表示できる液晶表示装置を提供することができる。
【０１３２】
さらに、本実施の形態は、液晶表示装置１０３の有効画像表示領域を有効に活用して簡易な構成を実現し、この構成を、液晶表示装置１０３の有効画像表示領域に対しバックライトユニット５Ｃを大型化することなく実現することを可能にしている。また、本実施の形態においては、光伝播部Ｐａおよび光学素子部Ｒａは単一の導光板４１に設けられ、光伝播部Ｐｂおよび光学素子部Ｒｂも単一の導光板４２に設けられている。よって、光伝播部および光学素子部を個別の導光板で構成し、これらを組み合わせて使用する場合と比較して、光の損失が少なく、光利用効率が向上するとともに、部品点数が削減され組立て性が向上する。
【０１３３】
上記のように、面状光源４００ａ，４００ｂを構成する光源としてレーザ光源を採用することは、純色性の高い色を表示し、また低消費電力駆動を実現する。さらにはその指向性の高さにより導光板４１，４２への光結合効率を向上させ、導光板４１，４２の薄型化も可能となる。
【０１３４】
本実施の形態においては、複数の面状光源４００ａ，４００ｂに同様の特性を有するものを採用したが、本発明はこれに限るものでは無い。前述したように、実施の形態３は、複数の面状光源３０１，４００ａ，４００ｂから出射される照明光をＸ−Ｙ平面において足し合わせることにより面内輝度分布が均一な照明光を実現する。これを達成するのであれば、複数の面状光源から出射する照明光の面内輝度分布が異なるものであっても構わない。
【０１３５】
また、本実施の形態においては、レーザ光源を備える２組の面状光源４００ａ，４００ｂを積層する構成としたが、本発明はこの構成に限るものではない。上記理由と同様に、複数の面状光源が出射する照明光をＸ−Ｙ平面で足し合わせることにより、液晶表示素子１０の全体を均一に照明する照明光が生成される構成であれば、２組以上の面状光源を積層した構成としても良い。
【０１３６】
上記したように、複数の面状光源から出射される照明光をＸ−Ｙ平面方向において足し合わせることにより面内輝度分布が均一なバックライトユニットを実現する構成であれば、各面状光源の面内輝度分布が如何なるものであっても良い。また、２組以上の面状光源を積層する構成としてもよいが、その際に各面状光源が有する導光板は、必ず、光入射端面の近傍に光伝播部を設ける構成とすることが望ましい。この光伝播部は、レーザ光源から出射された光線が、隣接する他のレーザ光源から出射された光線と空間的に重なり合い、レーザ光源の配列方向において輝度分布が均一となるために必要な光学距離を有している。また、光伝播部は、微細光学素子等を有さず、レーザ光線は、光伝播部内を全反射しながら伝播する。このため、微細光学素子が形成された光学素子部に伝播したレーザ光線は線状の光となっている。このため、微細光学素子により屈折し、導光板の表面から液晶表示素子１０の背面１０ｂに向かって出射される照明光の輝度分布むらが抑えられる。従って、表示むらの少ない高画質な液晶表示装置を提供することが可能となる。
【０１３７】
上記構成を満足すれば、光源の配置間隔や導光板の光入射端面に対する配置方向、角度等のレーザ光源の配置方法に制限はない。また、レーザ光源を導光板４辺の何れの端面に対向して配置させる構成としてもよい。このとき、レーザ光源の光入射端面を、液晶表示素子１０の短辺側の端面とすることにより、レーザ光線の光学距離を効率良く長くすることが可能となるため、より面内輝度分布の均一性に優れた照明光を得ることが容易となる。
【０１３８】
また、本実施の形態によると、レーザ光源が導光板内の十分に長い光学距離を多重反射しながら伝播すること、また複数のレーザ光源を空間的に重ね合わせて用いることにより、従来、コヒーレンスが高いレーザ光源を用いた画像表示装置で問題となるスペックルノイズ（光の相互干渉により観測面に現れるランダムな斑点状の模様）が低減されるといった効果も得られる。
【０１３９】
また、上記したようにバックライトユニット５Ｃは、光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂ、導光板３１および蛍光体シート３８を有する。光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂは、導光板３１のＸ軸方向の両端面の光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂにそれぞれ対向して配置され、光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂから出射された光線は、導光板３１の両端面の光入射端面３１ｅａ，３１ｅｂから中心方向に向かって入射する。光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂは、図８に示されるように、青色でランバート分布の角度強度分布を有する青色光線を出射する複数個のＬＥＤ光源３０ａ，…，３０ａが一定の間隔でＹ軸方向に配列されている。導光板３１に入射した光は、実施の形態２と同様の構造を有する導光板３１の表面に設けられる微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄで内面全反射されて、導光板３１の裏面３１ｂから蛍光体シート３８に向かって出射する青色の面状の光である照明光に変換される。
【０１４０】
上述のとおり、導光板３１から後方に出射する照明光の一部が蛍光体３７の励起光に用いられるので、蛍光体シート３８が緑色の光を放射する。一方、残った青色の照明光は、蛍光体シート３８の表面に配置された蛍光体３７、あるいは、蛍光体シート３８の背面に配置された光拡散反射シート３６で＋Ｚ軸方向に拡散して反射される。第１の面状の光である青色の照明光および第２の面状の光である緑色の照明光は混色して青緑色の照明光となって液晶表示素子１０に向けて出射される。
【０１４１】
上記実施の形態３の面状光源３０１によれば、実施の形態２の面状光源３００と同様に、励起光である青色の光を緑色の光に効率良く変換することができるとともに、蛍光体の温度上昇による信頼性の低下および発光効率の低下を抑制することができる。
【０１４２】
先にも記述した通り、導光板３１の＋Ｚ軸方向側に積層される導光板４１，４２は、透明部材で形成された板状部材の裏面に同じく透明部材で形成される微細光学素子４１ｄ，４２ｄを有する構造を有する。このため、導光板３１の前面から出射される青緑色の照明光は、導光板４１，４２を透過する際、吸収、反射などの光学的影響を受け難い。従って、導光板３１の前面から照射される青緑色の照明光の光損失は抑制され、液晶表示素子１０を照明する照明光として効率良く利用される。
【０１４３】
青緑色の照明光と、導光板４１，４２から出射される赤色の照明光ＤＬａ，ＤＬｂとは混色して白色の照明光を形成する。光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂは、たとえば、４５０ｎｍ付近にピークを有する青色の光線を出射する光源で構成される。この青色の光線の一部は５３０ｎｍ付近にピークを持つ蛍光体シート３８の蛍光体３７を励起する光として用いられるとともに液晶表示素子１０を照明する青色の照明光としても用いられる。青緑色の照明光を生成するための光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂおよび蛍光体シート３８は、たとえば、光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂを励起光源とし、蛍光体シート３８の蛍光体３７で青色および緑色を発光する構成を採用することもできる。
【０１４４】
上述のように、実施の形態３の液晶表示装置１０３によると、光源として単色性に優れたレーザ光源、ＬＥＤおよび単色の蛍光体を採用することにより、色再現範囲の広い色鮮やかな画像を提供することができる。実施の形態３においては、特に色差に対する人間の感度が最も高い赤色の光源には色純度が非常に高いレーザを採用した。直接発光するＬＥＤやレーザでは緑色の発光効率が低い。そこで、緑色の光源には発光効率の高い蛍光体を採用した。また、青色の光源には発光効率の高いＬＥＤを採用することにより、低消費電力ながらも鮮やかな色彩表現が可能な液晶表示装置が得られる。
【０１４５】
さらに、本実施の形態の液晶表示装置１０３は、光の指向性が異なる各光源に対しそれぞれに最適に光を拡散する光学構造を備えているので、輝度分布むらを抑えた画像を提供することが可能となる。より詳しく説明すれば、指向性を有する光を発するＬＥＤを含む光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂから発せられた光は、導光板３１の厚みと蛍光体シート３８の光拡散反射構造とにより拡散される。ＬＥＤより指向性の高いレーザ光源を含む光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂから発せられた光は、有効画像表示領域の約半分の光学距離を有した光伝播部Ｐａ，Ｐｂにより拡散される。上記構成により、液晶表示装置１０３を大型化することなく、指向性を有した光を十分に拡散し、輝度分布むらを抑える高画質な画像表示を行う液晶表示装置を実現している。
【０１４６】
実施の形態３によれば、たとえば、制御部により各光源駆動部を個別に制御して、導光板４１，４２から出射される赤色の照明光ＤＬａ，ＤＬｂの輝度と、導光板３１から出射される青緑色の照明光の輝度との割合を調整することができる。このため、映像信号に対し必要となる各色輝度の割合に応じて各面状光源の発光量を調整することにより、低消費電力化を実現することも可能である。また、蛍光体シート３８が出射する緑色の光の強さは、青緑色の照明光の強さに対して、Ｚ軸方向の蛍光体３７の厚み、あるいはＸ−Ｙ平面に対する微細光学素子３１ｄの空間的な粗密で調整される。
【０１４７】
実施の形態３のように、複数の面状光源３０１，４００ａ，４００ｂのうち、輝度の高い緑色の光を含む面状光源３０１を液晶表示素子１０から最も遠い位置に配置している。この配置は、迷光の影響を抑えることで、迷光が原因となる輝度分布むらを抑えて、液晶表示素子１０の表示むらの低減およびコントラストの向上を図るものである。
【０１４８】
また、緑色の光を発する面状光源３０１を最も液晶表示素子１０から遠い位置に配置することで、迷光により面状光源の中に輝度の高い部分があった場合でも、他の導光板４１，４２や微細光学素子４１ｄ，４２ｄを透過する際の光の屈折等による拡散および発散により輝度分布むらが低減する。また、照明光が液晶表示素子１０に到達するまでの一定の距離があるため、光の発散角によっても輝度分布むらが抑えられる。なお、迷光とは正規の反射や屈折以外の原因の内面反射により生じる望ましくない光のことである。
【０１４９】
従来の光源は蛍光ランプを用いているが、液晶表示素子１０が有するカラーフィルタの透過波長を狭く設定し色純度を高める場合には、蛍光ランプを用いるとカラーフィルタによる光の損失が増加して画像の輝度が低下してしまう。一方、実施の形態３では、レーザ光源、ＬＥＤ光源および蛍光体の単色性を高めて色純度を向上させているので、光の損失は減少し、明るさの低下を抑え、低消費電力で、色純度を高めることができる。
【０１５０】
実施の形態３における、複数の面状光源３０１，４００ａ，４００ｂを積層して構成されるバックライトユニット５Ｃは、その＋Ｚ軸方向側の上層側に備えられる導光板４１，４２や、これら導光板４１，４２に設けられる微細光学素子４１ｄ，４２ｄが何れも透明部材で構成されている。このため、それらより−Ｚ軸方向側の下層側に配置される導光板３１の前面から出射される照明光は、上層側の導光板４１，４２の背面に入射するが、当該照明光は上層側の導光板４１，４２や微細光学素子４１ｄ，４２ｄを透過するため、下層側からの照明光の損失を抑え、高い光利用効率を得ることが可能である。
【０１５１】
なお、実施の形態３においては、光源群４０Ｇａ，４０Ｇｂを構成する光源４０ａ，４０ｂに６４０ｎｍにピーク波長を有する赤色のレーザ光源を採用したが、本発明はこれに限るものではない。たとえば、波長の異なる赤色のレーザ光線や、あるいは青色、緑色の可視単色光を出射するレーザ光源を採用してもよい。このときには、導光板３１の前面から出射される照明光の色は、それらレーザ光源の発光色と補色の関係を成す色を有するよう構成する。
【０１５２】
実施の形態４．
図１６は、本発明に係る実施の形態４の透過型表示装置である液晶表示装置１０４の構成を模式的に示す構成図である。実施の形態１の液晶表示装置１０１は、光学シート１２を備えたのに対し、実施の形態４の液晶表示装置１０４は、光学シート１２を備えないところが異なる。図１６において、実施の形態１で説明した液晶表示装置１０１の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１５３】
図１６に示されるように、液晶表示装置１０４は、透過型の液晶表示素子１０と、第１の光学シートである光学シート１１と、バックライトユニット５Ａを備えており、これら構成要素１０，１１，５Ａは、Ｚ軸方向に積層して配列されている。本実施の形態のバックライトユニット５Ａは、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂと導光板２１と光拡散反射シート２６とから構成されている。よって、本実施の形態のバックライトユニット５Ａは、実施の形態１のバックライトユニット５Ａと同じである。
【０１５４】
上記実施の形態１の液晶表示装置１０１が備える光学シート１２の主な機能は、バックライトユニットから出射される照明光の輝度分布むらを抑制することである。従来の液晶表示装置においては、輝度分布むらを抑制することを目的として光学シートが備えられることが一般的である。これに対し、実施の形態４の液晶表示装置１０４は、光学シート１２を備えない。これは、本実施の形態のバックライトユニット５Ａが、従来のバックライトユニットと比較して面内の空間輝度分布の均一性に優れた面状の光を出射することが可能なためである。
【０１５５】
バックライトユニット５Ａから空間輝度分布の均一性に優れた面状の光が出射可能であることは、先にも説明した通り、以下の理由による。バックライトユニット５Ａにおいて、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂから出射した光線ＩＬａ，ＩＬｂは面状の照明光ＢＬａ，ＢＬｂとなって導光板２１の裏面２１ｂから、この導光板２１の背面（液晶表示素子１０と反対側、−Ｚ軸方向）側に備えられる光拡散反射シート２６へと向けて出射される。照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、光拡散反射シート２６で拡散して反射し、＋Ｚ軸方向に向かう照明光となり、導光板２１を透過して導光板２１表面から出射される。＋Ｚ軸方向に進行する照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、導光板２１の表面から出射する際、導光板２１に備えられる微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの屈折作用によりさらに拡散する。そのため、光源群２０Ｇａ，２０Ｇｂから出射した光線ＩＬａ，ＩＬｂは、導光板２１の表面から出射するまでに、少なくとも導光板の厚みの２倍に相当する光学距離を伝播することになる。従って、導光板２１の表面から出射するまでに、光線が自らの発散角により拡散するための光学距離をバックライトユニット５Ａの大きさを抑えながら確保することができる。
【０１５６】
また、光線ＩＬａ，ＩＬｂは、微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの光学作用により面状の光である照明光ＢＬａ，ＢＬｂとなる。照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、導光板２１の表面から出射するまでの光路中において光拡散反射シート２６により拡散して反射する。この光拡散作用により、導光板２１の光入射端近傍やその他の位置においても、照明光ＢＬａ，ＢＬｂは、Ｘ−Ｙ平面において拡散し空間的に重なり合った後に導光板２１の表面から出射される。また、上述のように照明光ＢＬａ，ＢＬｂが導光板２１の表面から出射する際、微細光学素子２１ｄ，…，２１ｄの屈折作用によりさらに拡散する。これらの拡散作用により、バックライトユニット５Ａから出射される照明光ＢＬａ，ＢＬｂの面内輝度分布は優れた均一性を有する。
【０１５７】
従って、実施の形態４の液晶表示装置１０４においては、面状の光の面内輝度分布の均一性を高めるため備えられる光学シート１２を必要とすることなく、輝度むらのない画像を提供することが可能となる。よって、部品点数を削減し、コストの低減や組み立て行程の簡易化などの効果を得ることができる。
【０１５８】
本実施の形態の液晶表示装置１０４においては、上記光拡散作用を得るための構造が画像の表示面１０ｆの法線方向、つまり、表示面１０ｆの面と垂直な方向に沿って設けられている。また、導光板２１の厚みと光の反射光路を利用してバックライトユニット５Ａの厚み方向に光が拡散するための光路が効率良く設けられている。このため、バックライトユニット５Ａは、液晶表示素子１０の表示面１０ｆの面内方向（Ｘ−Ｙ面の面内方向）において大型化することなく、画像表示部分を囲むキャビネット部分であるベゼルの幅を細くしたデザインを可能とし、また、バックライトユニット５Ａから出射される照明光の輝度分布むらを抑制することが可能となる。
【０１５９】
以上に説明したように実施の形態４の液晶表示装置１０４は、光学シート１２を必要とすることなく、簡易で且つ小型な構成にて、輝度分布むらを抑えた高画質な画像を提供することが可能となる。
【０１６０】
実施の形態５．
次に、本発明に係る実施の形態５について説明する。実施の形態５は、実施の形態４の構成を実施の形態２に対して適用したものである。図１７は、実施の形態５の液晶表示装置１０５の構成を模式的に示す構成図である。上記実施の形態２の液晶表示装置１０２は、光学シート１２を備えたのに対し、実施の形態５の液晶表示装置１０５は、光学シート１２を備えないところが異なる。図１７において、実施の形態２で説明した液晶表示装置１０２の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その説明を省略する。
【０１６１】
図１７に示されるように、液晶表示装置１０５は、透過型の液晶表示素子１０と、第１の光学シートである光学シート１１と、バックライトユニット５Ｂとを備えており、これら構成要素１０，１１，５Ｂは、Ｚ軸方向に積層して配列されている。バックライトユニット５Ｂは、光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂと、導光板３１と、緑色の光を発する蛍光体３７を光拡散反射シート３６に塗布した蛍光体シート３８とから構成されている。つまり、蛍光体シート３８は光拡散反射シート３６と蛍光体３７とから構成されている。光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂは、青色の単色光を出射するＬＥＤと赤色の単色光を出射するＬＥＤとがＹ軸方向に一定の間隔で交互に配列されている。蛍光体シート３８は青色のＬＥＤの光を吸収し緑色の光を発する。よって、本実施の形態のバックライトユニット５Ｂは、上記実施の形態２のバックライトユニット５Ｂと同じである。
【０１６２】
本実施の形態の導光板３１は、上述した実施の形態２の導光板３１と同様の構造を有する。従って、導光板３１は、光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂから出射された光線ＩＬｃ，ＩＬｄに対して同様に作用する。光源群３２Ｇａ，３２Ｇｂから出射された光線ＩＬｃ，ＩＬｄは、導光板３１内を伝播する。その際、赤色の光と青色の光は混ざり合い、光線ＩＬｃ，ＩＬｄは混色した光線となる。光線ＩＬｃ，ＩＬｄは、導光板３１の＋Ｚ軸方向の面に形成された微細光学素子３１ｄ，…，３１ｄにより−Ｚ軸方向に向かう照明光ＢＬｃ，ＢＬｄに変換される。照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、青色の光線ＢＬと赤色の光線ＲＬとが混色した第１の面状の光である。照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、導光板３１の−Ｚ軸方向側の面３１ｂから蛍光体シート３８に向けて出射される。
【０１６３】
蛍光体シート３８に向けて出射された照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、その青色の光線ＢＬの一部が蛍光体シート３８を構成する蛍光体３７の励起光として用いられ、蛍光体シート３８から緑色の照明光ＦＬが出射される。この緑色の照明光ＦＬは第２の面状の光である。なお、励起光とは、蛍光体３７の励起に用いられる光である。
【０１６４】
照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、蛍光体シート３８の＋Ｚ軸方向側に配置された蛍光体３７の表面または蛍光体シート３８の−Ｚ軸方向側に配置された光拡散反射シート３６で拡散して反射される。この反射した照明光ＢＬｃ，ＢＬｄは、蛍光体３７の励起に用いられなかった青色の光線ＢＬと赤色の光線ＲＬとが混色した光となり、第１の面状の光（照明光ＢＬｃ，ＢＬｄ）として蛍光体シート３８から＋Ｚ軸方向に出射する。この青色の光線ＢＬと赤色の光線ＲＬとからなる第１の面状の光（照明光ＢＬｃ，ＢＬｄ）は、蛍光体シート３８の蛍光体３７から出射した緑色の第２の面状の光（照明光ＦＬ）と混ざり、白色の照明光となり＋Ｚ軸方向に出射される。蛍光体シート３８の蛍光体３７から出射する光線ＦＬのうち−Ｚ軸方向に出射された光線は、光拡散反射シート３６で＋Ｚ軸方向に拡散して反射される。
【０１６５】
実施の形態５の液晶表示装置１０５によれば、青色および赤色の光線は、導光板３１から−Ｚ軸方向に出射され、蛍光体シート３８の蛍光体３７の表面もしくは光拡散反射シート３６の反射面で拡散して反射されて、再び導光板３１に戻ってくる。当該光線は、液晶表示素子１０の画像表示面１０ｆの法線方向に沿って設けられた光路を往復して伝播し、蛍光体シート３８で拡散されることから、バックライトユニット５Ｂから出射される照明光の面内輝度分布は優れた均一性を有する。
【０１６６】
また、蛍光体３７から放射される緑色の光は指向性を有さないため、例え不均一な青色の光が蛍光体３７に入射した場合であっても、照明光ＦＬは面内輝度分布が均一な緑色の面状の光となって蛍光体３７から出射される。この青色と赤色とからなる第１の面状の光（照明光ＢＬｃ，ＢＬｄ）と緑色の第２の面状の光（照明光ＦＬ）とが混色して、面内輝度分布が均一な白色の第３の面状の光（照明光ＭＬ）となり液晶表示素子１０を照明する。従って、実施の形態５の液晶表示装置１０５は、簡易で小型な構成により、輝度分布むらを抑えた良好な画像を提供することができる。
【０１６７】
実施の形態５の液晶表示装置１０５においては、上記光拡散作用を得るための構造が画像の表示面１０ｆの法線方向、つまり、表示面１０ｆの面と垂直な方向に沿って設けられている。また、導光板３１の厚みと光の反射光路を利用してバックライトユニット５Ｂの厚み方向に光が拡散するための光路が効率良く設けられている。このため、バックライトユニット５Ｂが液晶表示素子１０の表示面１０ｆの面内方向（Ｘ−Ｙ面の面内方向）において大型化することなく、画像表示部分を囲むキャビネット部分であるベゼルの幅を細くしたデザインを可能とし、また、バックライトユニット５Ｂから出射される照明光の輝度分布むらを抑制することが可能となる。
【０１６８】
以上に説明したように実施の形態５の液晶表示装置１０５は、光学シート１２を必要とすることなく、簡易で且つ小型な構成にて、輝度分布むらを抑えた高画質な画像を提供することが可能となる。
【０１６９】
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べた。上記実施の形態１〜５は、面内輝度分布が均一な照明光を生成するバックライトユニット（面光源装置）および液晶表示装置について有用であり、輝度分布むらを抑えて信頼性を向上した液晶表示装置を実現することができる。
【０１７０】
上述の実施の形態１〜５において、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いているが、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ものである。このため、請求の範囲に例え「略」を記載しない場合であっても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ものである。
【符号の説明】
【０１７１】
１０  液晶表示素子、  １０ｆ  表示面、  ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ  バックライトユニット、  ２０，３０，４０ａ，４０ｂ  光源、  ２１，３１，４１，４２  導光板、  ＩＬａ，ＩＬｂ，３４，４４  光線、  ２１ｅａ，２１ｅｂ，３１ｅａ，３１ｅｂ，４１ｅａ，４２ｅｂ  光入射端面、  ２１ｄ，３１ｄ，４１ｄ，４２ｄ  微細光学素子、  Ｐａ，Ｐｂ  光伝播部、  ＢＬａ，ＢＬｂ，ＢＬｃ，ＢＬｄ，ＦＬ，ＭＬ，ＤＬａ，ＤＬｂ  照明光、  Ｒａ，Ｒｂ  光学素子部、  ３６  光拡散反射シート、  ３７  蛍光体、  ３８  蛍光体シート、  １０１，１０２，１０３，１０４，１０５  液晶表示装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年1月24日(2013.1.24)
【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】
青色光である光線をそれぞれが出射する複数のレーザ光源と、
複数の前記光線が入射する光入射端面を有するとともに複数の光学素子が形成された前面を有する導光板と、
前記導光板の裏面と対向して配置される拡散反射部材と
を備え、
前記複数の光学素子は、前記光入射端面から入射した前記光線を前記拡散反射部材の方向に内面反射させて面状の光を生成し、
前記拡散反射部材は、
前記導光板の前記裏面から放射された前記面状の光の一部を拡散させ且つ前記導光板の方向に反射させて第１の照明光として放射する光反射面と、
前記光反射面上に配置された蛍光体とを有し、
前記蛍光体は、前記導光板の前記裏面から入射した前記面状の光の他の一部で励起されて緑色のピーク波長の光を含む第２の照明光を放射し、
前記導光板は、前記拡散反射部材から入射した前記第１の照明光と前記第２の照明光とが混合した光を前記前面から放射する
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
赤色光を出射する赤色光源をさらに備え、
前記複数の光学素子は、前記光入射端面から前記導光板の内部に入射した前記赤色光を前記拡散反射部材の方向に内面反射させ、
前記光反射面は、前記導光板の前記裏面から入射した前記赤色光を拡散させ且つ前記導光板の方向に反射させる
請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記赤色光源は発光ダイオード光源である請求項２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記赤色光源はレーザ光源である請求項２に記載の面光源装置。
【請求項５】
請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から放射された面状光の強度を空間的に変調して画像光を生成する液晶表示素子と、
を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
前記面光源装置と前記液晶表示装置との間に配置された光学シートをさらに備え、
前記光学シートは、前記面光源装置から放射された面状光を拡散透過させる
ことを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この発明の第１の態様による面光源装置は、青色光である光線をそれぞれが出射する複数のレーザ光源と、複数の前記光線が入射する光入射端面を有するとともに複数の光学素子が形成された前面を有する導光板と、前記導光板の裏面と対向して配置される拡散反射部材とを備え、前記複数の光学素子は、前記光入射端面から入射した前記光線を前記拡散反射部材の方向に内面反射させて面状の光を生成し、前記拡散反射部材は、前記導光板の前記裏面から放射された前記面状の光の一部を拡散させ且つ前記導光板の方向に反射させて第１の照明光として放射する光反射面と、前記光反射面上に配置された蛍光体とを有し、前記導光板は、前記拡散反射部材から入射した前記第１の照明光と前記第２の照明光とが混合した光を前記前面から放射するものである。
【国際調査報告】
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