(57)【要約】【課題】点光源であるレーザ光源をサイドライト方式のバックライトに採用した場合、光源入射端近傍において光源の輝度分布に起因する面内輝度むらを抑制することが困難だった。また、導光板の傷などにより光が散乱し、その光が迷光となり輝度分布むらやコントラストの低下を招く。【解決手段】液晶表示装置１００が有する第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６および第３バックライトユニットは、各々光源２０ａ，２０ｂ，６０ａ，６０ｂ，７０ａ，７０ｂおよび導光板２１ａ，２１ｂ，６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂを有し、微細光学素子により液晶表示素子１に向けて照明光３３ａ，３３ｂ，６３ａ，６３ｂ，７３ａ，７３ｂを出射する。光源７０ａ，７０ｂの出射光７２ａ，７２ｂは、緑色の光を含むことで導光板７１ａ，７１ｂの傷などによる輝度分布むらを低減する。【選択図】図１
2011258458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示素子の表示面の法線方向に積層し前記液晶表示素子に向けて面状の光を出射する複数の導光板のうち最も前記表示面から遠い前記導光板は緑色を含む光を出射することを特徴とするバックライト装置。
【請求項２】
導光板は発散角を有する複数の光を線状の光に変換する光伝播部と前記線状の光を面状の光に変換する光学素子部とを備えることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
【請求項３】
光伝播部の光学距離Ｘは、光源から出射された光が導光板に入射するまでに伝播する層の屈折率をｎ１、前記導光板の屈折率をｎ２、隣り合う前記光源の発光点間の距離をｄ、前記光源の発光面と前記導光板の光入射端面との距離をｆ、前記光源から出射される光の液晶表示素子の表示面と平行な平面における発散角の半値半角をαとし、前記光源から出射される光の前記導光板内での前記液晶表示素子の表示面と平行な平面における発散角の半値半角βが次式
【数１】
2011258458.tif 000005
で表された場合に次式
【数２】
2011258458.tif 000006
で表されることを特徴とする請求項２に記載のバックライト装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のバックライト装置を備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレーザ光源で液晶表示装置の背面から液晶表示装置を照明して液晶表示装置に画像を表示させるバックライト装置および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、自ら発光しないため、液晶表示装置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る必要がある。近年では、液晶表示装置に対する薄型化への要求が高まっており、薄板状の導光板を備え、その側面と対向するように光源を配置し、側面から導光板に光を入射することにより、面状光源を作り出すサイドライト方式が広く用いられている。
【０００３】
液晶表示装置の液晶表示素子はカラーフィルタを備えており、連続スペクトルで白色に発光する蛍光ランプからの光のうち、一部の波長の光のみをカラーフィルタによって透過させることによって、赤、緑、青の表示色を抽出し色表現を行っている。このように、連続スペクトルの光源光から一部の波長帯域の光のみを切り出して表示色を得る場合、色再現範囲を広げるために表示色の色純度を高めようとすると、カラーフィルタの透過波長帯域を狭く設定しなければならない。このため、表示色の色純度を高めようとすると、カラーフィルタを透過する光の透過光量が減少して輝度が落ちるという問題が発生する。
【０００４】
また、一般的に用いられる蛍光ランプは、例えば赤色に関しては、蛍光体の特性から赤色波長域では６１５ｎｍ程度のオレンジ色にシフトした波長にピークを持つ発光スペクトルを有している。このため、特に赤色において純赤として好ましい６３０〜６４０ｎｍの波長領域で色純度を高めようとすると、極めて透過光量が落ち、著しく輝度が低下するという問題が発生する。
【０００５】
このような問題点の改善策として、近年では波長幅の狭い、すなわち色純度の高い単色の発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）という。）やレーザを光源として用いたバックライト装置を有する液晶表示装置が提案されている。特にレーザは、非常に優れた単色性や、高い発光効率を有するため、色再現域が広く高輝度な画像を提供し、また消費電力の低い液晶表示装置を可能にする。
【０００６】
しかしながら、ＬＥＤやレーザのような点光源をサイドライト方式のバックライト装置の光源として採用した場合、光源近傍の輝度が著しく高くなり、その結果、光入射端面の付近において輝度むらが生じるといった課題を有している。このような問題は、例えば多数の点光源を狭い間隔で一列に配置し線状光源に近づける様な構成と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光源が必要となるため、消費電力、組立性やコストの面において問題を有する。
【０００７】
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。例えば特許文献１の液晶表示装置では、屈折率の異なる複数の材料から成る半球形状の透光性材料で発光素子を被覆することにより、発光素子から放射される光を屈折効果で散乱することができ、導光板入光部における光の分布をより線状光源に近づけることが可能となる。
【０００８】
また、例えば特許文献２の面光源では、導光板の背面に設けられる光拡散面において、点光源を線状光源に変換するための光拡散面と、バックライト装置の面内輝度分布を均一にするための光拡散面とをそれぞれ設ける構成としている。点光源を線状光源に変換するための光拡散面においては、点光源の輝度が高い部分の光拡散物質の被覆率を低くし、一方で点光源の輝度が低い部分の光拡散物質の被覆率を高くすることにより、点光源を線状光源に変換することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２６９２８９号公報（段落００１５、図２）
【特許文献２】特許第２９１７８６６号（段落００１９，００２０、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記技術によれば、点光源を線状光源に変換する光学素子を追加することにより、１次元方向に略均一な輝度分布を有した光を導光板の側面から入射することができ、面内輝度分布の均一性が高い面光源を得ることが可能であるが、このような光学素子は複雑な構造を要する。また、光源にレーザのような指向性の高い点光源を採用した場合には、より拡散性の高い複雑な光学素子が必要となり、点光源から線状光源に変換するために必要な光学距離が長くなるため装置が大型化するといった欠点を有する。このためレーザ光源を用いる場合には最適ではない。また、液晶表示素子の近くに配置した導光板に傷などがある場合、その傷などにより特に輝度の高い緑色の光に輝度分布むらが生じるという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、コンパクトな構成で輝度分布むらを抑えたバックライト装置および液晶表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のバックライト装置は、液晶表示素子の表示面の法線方向に積層し前記液晶表示素子に向けて面状の光を出射する複数の導光板のうち最も前記表示面から遠い前記導光板は緑色を含む光を出射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、面状の光を出射する複数の導光板うち最も前記表示面から遠い前記導光板は緑色を含む光を出射することで、コンパクトな構成で輝度分布むらを抑えたバックライト装置、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】
【００１４】
【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のバックライトユニットを構成する面状光源の構成を概略的に示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態１の導光板内を伝播する出射光のＹ軸方向における１次元輝度分布を概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態１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による計算結果を示すグラフである。
【図５】本発明に係る実施の形態１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次元輝度分布の実測結果を示すグラフである。
【図６】本発明に係る実施の形態１の導光板の光伝播部における出射光の光路を概念的に示した図である。
【図７】本発明に係る実施の形態１の光伝播部透過後の出射光のＹ軸方向における１次元輝度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係るバックライト装置および液晶表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１６】
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１００の構成を模式的に示す図である。図の説明を容易にするために液晶表示素子１の短辺方向をＹ軸方向、長辺方向をＸ軸方向、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ軸方向とし、液晶表示素子１の表示面１ａ側を＋Ｚ軸方向とする。また、液晶表示装置１００の上方向を＋Ｙ軸方向、後述する第１の光源２０ａが光を導光板に向けて発する方向、つまり光源２０ａの光出射方向を＋Ｘ軸方向とする。
【００１７】
図１に示されるように、液晶表示装置１００は、透過型の液晶表示素子１、第１の光学シートである光学シート３１、第２の光学シートである光学シート３２、第１のバックライトユニットである第１バックライトユニット２、第２のバックライトユニットである第２バックライトユニット６、第３のバックライトユニットである第３バックライトユニット７及び光反射シート１５を備えており、これら構成要素１，３１，３２，２，６，７，１５は、Ｚ軸方向に配列されている。また、第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６および第３バックライトユニット７は、液晶表示素子１の側から第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６、第３バックライトユニット７の順に配列されている。液晶表示素子１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１ａを有する。尚、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。
【００１８】
液晶表示装置１００は、さらに、液晶表示素子１を駆動する図示しない液晶表示素子駆動部と、第１バックライトユニット２に含まれる第１の光源である光源２０ａ，２０ｂを駆動する図示しない光源駆動部と、第２バックライトユニット６に含まれる第２の光源である光源６０ａ，６０ｂを駆動する図示しない光源駆動部と、第３バックライトユニット７に含まれる第３の光源である光源７０ａ，７０ｂ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との動作は、図示しない制御部によって制御される。
【００１９】
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２０ａ，２０ｂ，６０ａ，６０ｂ，７０ａ，７０ｂを駆動してこれら光源２０ａ，２０ｂ，６０ａ，６０ｂ，７０ａ，７０ｂから光を出射させる。
【００２０】
第１バックライトユニット２は、発散角を有する赤色の単色光を出射する光源２０ａ，２０ｂを備える。第１バックライトユニット２は、光源２０ａ，２０ｂから出射される赤色の出射光２２ａ，２２ｂを＋Ｚ軸方向に向かう照明光３３ａ，３３ｂに変換して液晶表示素子１の背面１ｂに向けて出射する。この照明光３３ａ，３３ｂは、光学シート３２と光学シート３１とを透過して液晶表示素子１の背面１ｂに出射される。
【００２１】
第２バックライトユニット６は、発散角を有する緑色の単色光を出射する光源６０ａ，６０ｂを備える。第２バックライトユニット６は、光源６０ａ，６０ｂから出射される緑色の出射光６２ａ，６２ｂを＋Ｚ軸方向に向かう照明光６３ａ，６３ｂに変換して液晶表示素子１の背面１ｂに向けて出射する。この照明光６３ａ，６３ｂは、第１バックライトユニット２、光学シート３２および光学シート３１を透過して液晶表示素子１の背面１ｂに出射される。
【００２２】
第３バックライトユニット７は、発散角を有する青色の単色光を出射する光源７０ａ，７０ｂを備える。第３バックライトユニット７は、光源７０ａ，７０ｂから出射される青色の出射光７２ａ，７２ｂを＋Ｚ軸方向に向かう照明光７３ａ，７３ｂに変換して液晶表示素子１の背面１ｂに向けて出射する。この照明光７３ａ，７３ｂは、第２バックライトユニット６、第１バックライトユニット２、光学シート３２および光学シート３１を透過して液晶表示素子１の背面１ｂに出射される。以上の動作により、液晶表示素子１の背面１ｂに出射される照明光は、赤色の光、緑色の光および青色の光から構成される白色光となる。
【００２３】
ここで、光学シート３１とは、バックライトユニットから出射された光を液晶表示装置１００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り、また光学シート３２とは、細かな照明ムラなどの光学的影響を抑制するものである。
【００２４】
第３バックライトユニット７の−Ｚ軸側には光反射シート１５が配置されている。第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６および第３バックライトユニット７からその−Ｚ軸方向側である背面側に出射された光は、光反射シート１５で反射され、液晶表示素子１の背面１ｂに向けて出射する照明光として利用される。光反射シート１５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反射シートや、基板の表面に金属を蒸着させた光反射シートを使用することができる。
【００２５】
液晶表示素子１は、Ｚ軸方向に直交するＸ−Ｙ平面に平行な液晶層を有する。液晶表示素子１の表示面１ａは矩形状を有しており、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１ａ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で変化させる。各画素はさらに３つの副画素から構成されており、当該副画素は各々赤、緑および青色の光のみを透過させるカラーフィルタを備え、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。これにより、液晶表示素子１は、第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６および第３バックライトユニット７から入射した照明光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１ａから出射することができる。本実施の形態１によれば、例えば、制御部により各光源駆動部を個別に制御して、第１バックライトユニット２から出射される赤色の照明光３３ａ，３３ｂの輝度、第２バックライトユニット６から出射される緑色の照明光６３ａ，６３ｂの輝度および第３バックライトユニット７から放射される青色の照明光７３ａ，７３ｂの輝度の割合を調整することが可能であるため、各映像信号に対し必要となる各色輝度の割合に応じて各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。
【００２６】
第１バックライトユニット２は、赤色の光を発する光源２０ａと液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置された導光板２１ａとから成る第１の面状光源である面状光源２００ａおよび赤色の光を発するレーザ光源２０ｂと液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置された導光板２１ｂとから成る第２の面状光源である面状光源２００ｂから構成される。図２（ａ）に面状光源２００ａを＋Ｚ軸方向から見た構成図、図２（ｂ）に面状光源２００ｂを＋Ｚ軸方向から見た構成図を示す。
【００２７】
面状光源２００ａが有する光源２０ａは、第１の導光板である導光板２１ａのＸ軸方向の一端面である光入射端面２３ａに対向して配置されており、例えば、複数のレーザ発光素子をＹ軸方向に等間隔で配列したものである。また、面状光源２００ａが有する導光板２１ａは、透明材料から成る板状部材であり、光学素子部２８ａの液晶表示素子１と反対側の面である裏面２４ａ側には微細光学素子２５ａを有する。光源２０ａから発せられた光は、導光板２１ａの光入射端面２３ａから導光板２１ａに入射し、導光板２１ａ内を全反射しながら伝播する。
【００２８】
同様に、面状光源２００ｂにおいて、光源２０ｂは、第１の導光板である導光板２１ｂのＸ軸方向の一端面である光入射端面２３ｂに対向して配置されており、例えば、複数のレーザ発光素子をＹ軸方向に等間隔で配列したものである。また、面状光源２００ｂが有する導光板２１ｂは透明材料から成る板状部材であり、光学素子部２８ｂの裏面２４ｂ側には微細光学素子２５ｂを有する。レーザ光源２０ｂから発せられた光は、導光板２１ｂの光入射端面２３ｂから導光板２１ｂに入射し、導光板２１ｂ内を全反射しながら伝播する。
【００２９】
面状光源２００ａと面状光源２００ｂとが有する光源２０ａ，２０ｂは互いに、同じ特性を有するレーザ発光素子を採用しており、またレーザを配置する間隔や導光板２１ａ，２１ｂの光入射端面２３ａ，２３ｂに対する配置方向、角度等は同様の配置とする。また、面状光源２００ａおよび面状光源２００ｂが有する導光板２１ａと導光板２１ｂとは、同じ構造をしている。すなわち、面状光源２００ａと面状光源２００ｂとは同じ特性を有している。
【００３０】
第１のバックライトユニット２は、等しい特性を有するこれら２つの面状光源２００ａ，２００ｂが、液晶表示素子１の表示面１ａに対する法線（図１中Ｚ軸）を軸として互いに１８０度回転した関係で、導光板２１ａと導光板２１ｂとの各４つの側面が互いに同一平面上に揃うように積層して配置されている。すなわち、面状光源２００ａが有する光源２０ａと面状光源２００ｂが有する光源２０ｂとは対向する向きに配置されており、光源２０ａは＋Ｘ軸方向に向けて光を出射し、一方、光源２０ｂは−Ｘ軸方向に向けて光を出射するため、各々の光源２０ａ，２０ｂから出射される光の進行方向は逆方向となる。但し、面状光源２００ａ，２００ｂから出射される照明光３３ａ，３３ｂは何れも液晶表示素子１の背面１ｂに向かって出射される。
【００３１】
本実施の形態１における第１バックライトユニット２は、上記のように、２つの面状光源２００ａ，２００ｂが、照明光３３ａ，３３ｂが出射される方向である＋Ｚ軸方向に積層して配置される構成をとる。このため、第１バックライトユニット２が有する光源２０ａ，２０ｂを点灯した際に得られる第１バックライトユニット２から出射される照明光は、前記２つの面状光源２００ａ，２００ｂから出射される照明光３３ａ，３３ｂを足し合わしたものとなる。従って、第１バックライトユニット２から出射される照明光のＸ−Ｙ平面における面内輝度分布は、前記２つの面状光源２００ａ，２００ｂのＸ−Ｙ平面における面内輝度分布の足し合わせとなる。
【００３２】
導光板２１ａ，２１ｂは、透明部材で形成された例えば厚み２ｍｍの板状部材である。図１および図２に示すように、光学素子部２８ａ，２８ｂには、液晶表示素子１と反対側の面となる裏面２４ａ，２４ｂ側に微細光学素子２５ａ，２５ｂが設けられている。この微細光学素子２５ａ，２５ｂは、半球状の凸形状（以後、凸レンズ形状と呼ぶ。）をしており、導光板２１ａ，２１ｂ内を伝播する光を、液晶表示素子１の背面１ｂ方向（＋Ｚ軸方向）に向けて出射する光に変換する。導光板２１ａ，２１ｂの光入射端面２３ａ，２３ｂから入射した出射光２２ａ，２２ｂは、導光板２１ａ，２１ｂと空気層との界面における全反射により導光板２１ａ，２１ｂ内を、反射を繰り返しながらＸ軸方向に進行する。しかし、微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射すると、その曲面により屈折し、導光板２１ａ，２１ｂの液晶表示素子１側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。その光が導光板２１ａ，２１ｂの表面から液晶表示素子１の背面１ｂに向かって出射される。
【００３３】
導光板２１ａ，２１ｂの光学素子部２８ａ，２８ｂに形成された微細光学素子２５ａ，２５ｂは、導光板２１ａ，２１ｂのＸ−Ｙ平面上の位置で、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変化している。これにより、導光板２１ａ，２１ｂから出射される照明光３３ａ，３３ｂの面内輝度分布を制御することが可能となる。
【００３４】
本実施の形態１においては、図２に示すように、出射光２２ａ，２２ｂの進行方向（図２中Ｘ軸方向）に対して微細光学素子２５ａ，２５ｂの配置密度が変化する構成となっている。詳しくは、導光板２１ａ，２１ｂにおける光入射端面２３ａ，２３ｂの近傍の光伝播部２６ａ，２６ｂでは微細光学素子２５ａ，２５ｂが形成されていない。一方、導光板２１ａ，２１ｂのＸ軸方向の中心位置の近傍から光入射端面２３ａ，２３ｂと対向する端面位置までの領域の光学素子部２８ａ，２８ｂでは微細光学素子２５ａ，２５ｂが設けられている。微細光学素子２５ａ，２５ｂの配置密度は、導光板２１ａ，２１ｂの中心位置の近傍から導光板２１ａ，２１ｂの端面方向に向かって疎から密へと連続的に変化している。
【００３５】
微細光学素子２５ａ，２５ｂの形状例としては、たとえば、その表面形状は、曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さが約０．００５ｍｍ、屈折率が約１．４９の凸レンズ形状の微細光学素子を採用できる。なお、導光板２１ａ，２１ｂや微細光学素子２５ａ，２５ｂ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。
【００３６】
尚、本実施の形態１においては、微細光学素子２５ａ，２５ｂ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。導光板内をＸ軸方向に進行する光を、Ｚ軸方向に屈折し液晶表示素子１の背面１ｂに向かって出射する構造を有していれば、他の形状でもよく、例えば、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。
【００３７】
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、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、面状光源としての均一な輝度分布の設計が容易であるという利点がある。
【００３８】
本実施の形態１においては、導光板の厚みを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、厚みの薄い導光板を採用することが望ましい。光源２０ａ，２０ｂとしてレーザ光源を採用すると、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。
【００３９】
光源２０ａ，２０ｂは、６４０ｎｍをピークとし、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。また、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１においては、レーザ発光素子は、その速軸方向が導光板２１ａ，２１ｂの光入射端面２３ａ，２３ｂの短辺方向と平行になるように配置される。これは、発散角の大きい速軸方向が、導光板２１ａ，２１ｂの光入射端面２３ａ，２３ｂにおける短辺方向すなわち導光板２１ａ，２１ｂの対向する面と面の間隔が最も狭くなる方向（図１中ではＺ軸方向）と平行となるように配置することにより、レーザ光の導光板内での反射回数が増大し、導光板２１ａ，２１ｂに設けられる微細光学素子２５ａ，２５ｂ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２５ａ，２５ｂによる光の取り出し効率（液晶表示素子１の方向に向かって出射される光量／導光板内を伝播する光量）を向上させることが可能となる。
【００４０】
本実施の形態１によると、光源２０ａ，２０ｂから出射するレーザ光の光径は、導光板２１ａ，２１ｂの光入射端面２３ａ，２３ｂのＹ軸方向の大きさに対し極めて小さい点光源である。しかし、導光板２１ａ，２１ｂの光入射端面２３ａ，２３ｂの近傍に設けられる光伝播部２６ａ，２６ｂで微細光学素子２５ａ，２５ｂを有さない領域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。このため、自らの発散角により拡がり、隣接する他のレーザ発光素子の光と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、つまり線状光源となる。
【００４１】
図３は、隣り合う２つのレーザ光源から出射したレーザ光が一定の光学距離を伝播することによって線状光源となることを説明する概念図である。図３に示すように、Ｘ軸方向の任意の位置における、単一のレーザ光源から出射したレーザ光のＹ軸方向の位置に対する輝度分布４０は、レーザ光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、単一のレーザ光が微細光学素子２８ａ，２８ｂに入射すると、レーザ光の輝度分布が導光板から出射する照明光の面内輝度分布に反映され輝度分布むらが生じてしまう。
【００４２】
しかしながら、近接して配置されるレーザ光源から出射する複数のレーザ光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。例えば図３中の輝度分布４０を有する単一のレーザ光と輝度分布４１を有する単一のレーザ光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４２の様な均一の輝度分布となるように、光源の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。従って、単一では均一でない分布を有する光であっても、複数の光を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、光源の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。
【００４３】
このように、近接するレーザ発光素子の光を重ね合わせるためには、レーザの発散角とレーザ発光素子の配置間隔により決まる一定以上の光学距離を、出射光２２ａ，２２ｂが伝播する必要がある。しかし、本実施の形態１の面状光源２００ａ，２００ｂが有する導光板２１ａ，２１ｂは、微細光学素子２５ａ，２５ｂに出射光２２ａ，２２ｂが入射するまでに、出射光２２ａ，２２ｂが自らの発散角でレーザ発光素子の配列方向において十分に空間的に拡がるために必要な光学距離を備えている。このため、均一性の高い線状光源となってから微細光学素子２５ａ，２５ｂが形成された光学素子部２８ａ，２８ｂに入射することが可能となる。
【００４４】
また、本実施の形態１では、光源２０ａ，２０ｂは等しい発散角と角度輝度分布を有する複数のレーザ発光素子を等間隔で配置した構成をとるため、より輝度分布の均一性が高い線状光源が得られる。
【００４５】
上記のようにして、線状光源となって光学素子部２８ａ，２８ｂに形成された微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射した光は、導光板２１ａ，２１ｂの裏面２４ａ，２４ｂの微細光学素子２５ａ，２５ｂにより光の一部が屈折され、照明光３３ａ，３３ｂとして導光板２１ａ，２１ｂの表面から液晶表示素子１の背面１ｂに向けて出射される。このとき、微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射する光は、光源２０ａ，２０ｂの配列方向（Ｙ軸方向）において均一な線状光源であるので、光源２０ａ，２０ｂの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３３ａ，３３ｂとして、液晶表示素子１を照明する。
【００４６】
一方、面状光源２００ａ，２００ｂは、出射光２２ａ，２２ｂの進行方向（Ｘ軸方向）において、光源２０ａ，２０ｂを線状の光源に変換するために設けられる光伝播部２６ａ，２６ｂのため、照明光３３ａ，３３ｂを出射しない領域を有している。しかし、本実施の形態１においては、上記面状光源２００ａ，２００ｂは互いが照明光３３ａ，３３ｂを出射しない領域を補い合うように積層して配置される。つまり、面状光源２００аが発光しない領域と面状光源２００ｂが発光する領域（図２中Ｘ軸中心近傍から−Ｘ軸方向に向かう領域）がＺ軸方向に積層され、面状光源２００ｂが発光しない領域と面状光源２００аが発光する領域（図２中Ｘ軸中心近傍から＋Ｘ軸方向に向かう領域）がＺ軸方向に積層されるよう配置される。このため、面状光源２００ａと面状光源２００ｂとで構成される第１バックライトユニット２は面全体から照明光を出射することが可能となる。
【００４７】
さらに、本実施の形態１においては、微細光学素子２５ａ，２５ｂのＸ軸方向における配置密度を最適化することで、面状光源２００ａと面状光源２００ｂとのＸ軸方向の輝度分布を足し合した第１バックライトユニット２の輝度分布が均一となるようにしている。
【００４８】
図４は、第１バックライトユニット２から出射される照明光３３ａ，３３ｂ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。詳しくは、面状光源２００ａのＸ軸方向における１次元輝度分布５０、面状光源２００ｂのＸ軸方向における１次元輝度分布５１及びそれらの輝度分布を足し合わせた第１バックライトユニット２のＸ軸方向における１次元輝度分布５２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。
【００４９】
図４より明らかなように、面状光源２００ａから出射される照明光３３ａの１次元輝度分布５０は、−Ｘ軸方向であるレーザ光入射端面２３ａ側から導光板２１ａのＸ軸方向の中心位置の近傍にかけては光が出射されない。しかし、導光板２１ａ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軸方向であるレーザ光入射端面２３ａと対向する端面側の近傍付近では一定の輝度を保つ。一方、面状光源２００ｂから出射される照明光３３ｂの１次元輝度分布５１は、面状光源２００ａと逆転する輝度分布を有しており、＋Ｘ軸方向であるレーザ光入射端面２３ｂ側から導光板２１ｂ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２１ｂ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２３ｂと対向する端面側の近傍付近では一定の輝度を保つ。
【００５０】
つまり、照明光３３ａと照明光３３ｂは、導光板２１ａ，２１ｂのＸ軸方向の約中央付近で重なるように出射される。しかし、微細光学素子２５ａ，２５ｂの配列を疎から密へ変化させることで液晶表示素子１の方向に出射される光量を徐々に増加させるようにしている。このため、照明光３３ａと照明光３３ｂの重なる部分でも容易にそ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２００ａの照明光３３ａと面状光源２００ｂの照明光３３ｂのつなぎ目で光量の低下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。
【００５１】
上記面状光源２００ａから出射される照明光３３ａと面状光源２００ｂから出射される照明光３３ｂとの足し合わせにより生成される第１バックライトユニット２から出射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１の構成に従い試作した第１バックライトユニット２から出射される照明光の面内輝度分布を実際に計測した結果を図５に示す。図５より明らかなように、２つの面状光源２００ａ，２００ｂをＺ軸方向に積層した第１バックライトユニット２において、出射光２２ａ，２２ｂ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。以上が第１バックライトユニット２の構成および動作であるが、導光板２１ａ，２１ｂの構成および動作について、より詳しく述べる。
【００５２】
導光板２１ａ，２１ｂは、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明部材で形成された例えば厚み２ｍｍの板状部材である。導光板２１ａ，２１ｂの光入射端面２３ａ，２３ｂから入射した出射光２２ａ，２２ｂは、導光板２１ａ，２１ｂと空気層との界面における全反射により導光板２１ａ，２１ｂ内を、反射を繰り返しながらＸ軸方向に進行する。導光板２１ａ，２１ｂは、光源２０ａ，２０ｂから出射される出射光２２ａ，２２ｂを導光板２１а，２１ｂ内に閉じ込めて伝播する光伝播部２６ａ，２６ｂと、光伝播部２６ａ，２６ｂを経由しＸ軸方向に進行する出射光２２ａ，２２ｂの進行方向をＺ軸方向に変換する光学素子部２８ａ，２８ｂを有する。
【００５３】
導光板２１ａ，２１ｂが有する光伝播部２６ａ，２６ｂは、光入射端面２３ａ，２３ｂ近傍に備えられている。光源２０ａ，２０ｂから出射された出射光２２ａ，２２ｂは、光入射端面２３ａ，２３ｂから導光板２１ａ，２１ｂに入射するとまず光伝播部２６а，２６ｂをＸ軸方向に伝播する。光伝播部２６ａ，２６ｂにおいては、出射光２２ａ，２２ｂが入射する導光板２１ａ，２１ｂの表面（液晶表示素子１側の面）および裏面（液晶表示素子１と反対側の面）は特に突起等の構造を有さず平面である。従って、この光伝播部２６ａ，２６ｂを伝播する出射光２２ａ，２２ｂは自らの発散角と進行方向を保存したまま伝播する。光源２０ａ，２０ｂから出射される出射光２２ａ，２２ｂは、光伝播部２６ａ，２６ｂを伝播することで自らの発散角により空間的に拡がる。
【００５４】
導光板２１ａ，２１ｂが備える光伝播部２６ａ，２６ｂは、特に、隣り合うレーザ発光素子から出射される出射光２２ａ，２２ｂを足し合わせてできるＹ軸方向の１次元輝度分布をより均一にするため、光伝播部２６ａ，２６ｂとしてＸ軸方向に一定の光学距離Ｘを必要とする。
【００５５】
導光板２１ａ，２１ｂが有する光学素子部２８ａ，２８ｂには微細光学素子２５ａ，２５ｂが形成されている。微細光学素子２５ａ，２５ｂは、導光板２１ａ，２１ｂの裏面２４ａ，２４ｂ（液晶表示素子１と反対側の面）に半球状の凸形状（以後、凸レンズ形状と呼ぶ。）として形成されている。この凸レンズ形状は、導光板２１ａ，２１ｂ内をＸ軸方向に向けて伝播する出射光２２ａ，２２ｂを液晶表示素子１の背面１ｂ方向（＋Ｚ軸方向）に向けて出射する光に変換する。導光板の光入射端面２３ａ，２３ｂから入射した出射光２２ａ，２２ｂは、光伝播部２６ａ，２６ｂを伝播した後、進行方向をＸ軸方向としたまま微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射する。微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射した出射光２２ａ，２２ｂは、凸レンズ形状の曲面により屈折され、導光板２１ａ，２１ｂの表面（液晶表示素子１側の面）と空気層との界面において全反射条件を満たさなくなる光が生じる。その全反射条件を満たさなくなる光が導光板２１ａ，２１ｂの表面から液晶表示素子１の背面１ｂに向かって出射される。
【００５６】
点光源であるレーザ光源を採用した光源２０ａ，２０ｂから出射された光は、光伝播部２６ａ，２６ｂを伝播することにより自らの発散角で拡がる。この自らの発散角で広がった出射光は、近接する他の出射光と空間的に重なり合いレーザ発光素子の配列方向（Ｙ軸方向）の輝度分布が均一な線状光源となる。この線状光源は微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射し、液晶表示素子１の背面１ｂに向かって出射される均一な照明光３３ａ、３３ｂとなる。
【００５７】
以下に、光源２０ａが備えるレーザ発光素子８０およびそれとＹ軸方向に隣り合うレーザ発光素子８１を例に挙げ、導光板２１ａ，２１ｂの光伝播部２６ａ，２６ｂについて詳しく説明する。
【００５８】
図６は、レーザ発光素子８０，８１から出射し光入射端面２３ａから導光板２１ａに入射するレーザ光８０ｐ，８１ｐの光路を概念的に示した図である。図７は、Ｘ軸方向の光学距離をＸとした光伝播部２６ａを伝播したレーザ光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光源の１次元輝度分布８２ｑを示すグラフである。
【００５９】
図６に示すように、レーザ発光素子８０，８１はＹ軸方向に中心間距離ｄの間隔で隣り合い、各々導光板２１ａの光入射端面２３ａに対向して配置されている。レーザ発光素子８０，８１の発光面と光入射端面２３ａとの間隔は距離ｆに設定されている。レーザ発光素子８０，８１は同様の特性を有しており、それらから出射されるレーザ光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、同様の形状を有している。
【００６０】
レーザ発光素子８０，８１から出射したレーザ光８０ｐ，８１ｐは、光入射端面２３ａから導光板２１ａに入射し、光伝播部２６ａを伝播する。このとき、光伝播部２６ａが有するＸ軸方向の光学距離Ｘは式（１）で定義される。ここで、ｄはレーザ発光素子８０，８１の発光点間距離、ｆはレーザ発光素子８０，８１の出射面と光入射端面２３ａとの距離、αはレーザ発光素子８０，８１から出射するレーザ光８０ｐ，８１ｐのＸ−Ｙ平面における発散角の半値半角、βは導光板２１ａ内を伝播するレーザ光８０ｐ，８１ｐのＸ−Ｙ平面における発散角の半値半角である。
【００６１】
【数１】
2011258458.tif 000003
【００６２】
但し、導光板２１ａ内の半値半角βは式（２）で定義される。ここで、レーザ発光素子８０，８１から出射したレーザ光８０ｐ，８１ｐが導光板２１аに入射する前に伝播する層の屈折率をｎ１、導光板７１ａの屈折率をｎ２とする。
【００６３】
【数２】
2011258458.tif 000004
【００６４】
ここで、レーザ発光素子８０，８１の発光面積は、レーザ発光素子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。
【００６５】
上記式（１）および式（２）は、レーザ光８０ｐとレーザ光８１ｐとが、Ｙ軸方向の輝度分布において、それぞれの光軸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。
【００６６】
レーザ光８０ｐおよびレーザ光８１ｐは同様の角度輝度分布を有し、各々自らの光軸に対称な角度輝度分布を有するため、式（１）および式（２）で定められる光学距離Ｘを伝播すると、図７に示すように、レーザ光８０ｐ，８１ｐは各々がピーク輝度Ｌを有する点（Ｙ＝ｙ０，ｙ１）の中間点（Ｙ＝ｙ２）において輝度Ｌ／２を有する。それらのレーザ光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８０ｐ，８１ｐの光軸上に存在する明るい部分である明部に対しそれらの間に暗い部分である暗部が存在することで輝度分布むらが発生していた。しかし式（１）および式（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光源を生成することが可能となる。
【００６７】
上記のように、レーザ光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２６ａを伝播することにより、光伝播部２６ａ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光源を生成することが可能となる。
【００６８】
微細光学素子２５ａは、光伝播部２６ａの＋Ｘ軸方向の端部から導光板２１ａの＋Ｘ軸方向の端部までの領域に配され、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配置されている。微細光学素子２５аの構造、特性については上述した通りである。
【００６９】
レーザ光源２０ａから出射し、Ｘ軸方向の長さを光学距離Ｘとした光伝播部２６ａを伝播した出射光２２ａは、光源２０ａの配列方向（Ｙ軸方向）に均一な線状光源となった後、光学素子部２５ａに入射し、面内輝度分布の均一な面光源となって液晶表示素子１を照明する。
【００７０】
ここでは導光板２１ａに関して記述したが、導光板２１ｂも同様に、式（１）および式（２）を満たす光伝播部２６ｂを備え、高い均一性を有した線状光源となって微細光学素子２５ｂに入射し、面内輝度分布の均一な面光源となって液晶表示素子１を照明する。
【００７１】
このような導光板２１ａと導光板２１ｂとから成るバックライトユニット２は面内分布の均一性の高い面状光源となり、照明光は、輝度分布むらを抑えることができる。従って、表示むらを抑えた高画質な液晶表示装置１００を提供することが可能となる。
【００７２】
上述のように、光伝播部２６ａ，２６ｂのＸ軸方向の長さを式（１）および（２）で定義される光学距離Ｘとすることで、高い均一性を有する面状光源を生成することが可能である。なお、この光学距離を式（１）および（２）で定義されるＸより長くとることにより、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２１ａ，２１ｂに関する構成および動作の具体例である。
【００７３】
次に、第２バックライトユニット６と第３バックライトユニット７とについて説明する。第２バックライトユニット６は、第２の光源である光源６０ａ，６０ｂおよび第２の導光板である導光板６１ａ，６１ｂにより構成されている。第３の面状光源である面状光源６００ａは、青色の光を発する光源６０ａと液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置された導光板６１ａとから構成され、第４の面状光源である面状光源６００ｂは、青色の光を発する光源６０ｂと液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置された導光板６１ｂとから構成される。
【００７４】
また、第３バックライトユニット７は、第３の光源である光源７０ａ，７０ｂおよび第３の導光板である導光板７１ａ，７１ｂにより構成されている。第５の面状光源である面状光源７００ａは、緑色の光を発する光源７０ａと液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置された導光板７１ａとから構成され、第６の面状光源である面状光源７００ｂは、緑色の光を発する光源７０ｂと液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置された導光板７１ｂとから構成される。
【００７５】
第２バックライトユニット６が備える光源６０ａ，６０ｂは、５３２ｎｍをピークとし、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。また、第３バックライトユニット７が備える光源７０ａ，７０ｂは、４６０ｎｍをピークとし、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。なお、第２バックライトユニット６および第３バックライトユニット７は、光源６０ａ，６０ｂが緑色の光を発し、光源７０ａ，７０ｂが青色の光を発する他は、上述の第１バックライトユニット２と同様の構成、動作となるため、詳細な説明は省略する。
【００７６】
第２バックライトユニット６から出射される照明光６３ａ，６３ｂは、第１バックライトユニット２、光学シート３２および光学シート３１を透過して、液晶表示素子１を照明する。第３バックライトユニット７から出射される照明光７３ａ，７３ｂは、第２バックライトユニット６、第１バックライトユニット２、光学シート３２および光学シート３１を透過して、液晶表示素子１を照明する。
【００７７】
先にも述べた通り、第１バックライトユニット２の導光板２１ａ，２１ｂおよび第２バックライトユニット６の導光板６１ａ，６１ｂ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を有する構造である。よって、それを透過する第２バックライトユニット６または第３バックライトユニット７から出射される照明光６３ａ，６３ｂ，７３ａ，７３ｂに対して吸収、反射などの光学的影響を抑えることができる。従って、照明光６３ａ，６３ｂ，７３ａ，７３ｂは光の損失は低減され、液晶表示素子１を照明する照明光として効率良く利用されることができる。
【００７８】
また、本実施の形態１においては、点光源であるレーザ光源を光源２０ａ，２０ｂ，６０ａ，６０ｂ，７０ａ，７０ｂとして採用して、線状レーザ光源に変換するために必要とされる領域を有効画像の表示領域内に設けている。このため、レーザ光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１００の画像表示平面（Ｘ−Ｙ平面）における液晶表示装置の面積に対するバックライト装置９０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１００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１００の薄型化も可能となる。
【００７９】
以上に説明したように、本実施の形態１の液晶表示装置１００によれば、レーザ光が自ら有する発散角により近接する他のレーザ光と空間的に重なり合い線状のレーザ光源となるために必要な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。従って従来面内の輝度分布むらが問題となっていた、点光源で且つ指向性の高いレーザ光源をサイドライト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。
【００８０】
さらに、本実施の形態１においては、上記構成を、液晶表示装置の有効画像表示領域を有効に活用し、簡易な構成、且つ液晶表示装置の有効画像表示領域に対しバックライト装置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１においては、光伝播部および光学素子部を同一の導光板に備えており、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のに比較して、導光板の結合などによる光の損失が少なく、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。
【００８１】
本実施の形態１においては、バックライトユニットの光源に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。本発明はレーザ光源のように発光面積が小さく且つ発散角を有する何れの光源に対しても有効であり、そのような光源に適用することにより、レーザ光源と同様に高い面内輝度分布均一性を有する面状光源を作り出すことが可能となる。例えば、ＬＥＤ光源に対して適用することによっても、高い効果を得ることができる。
【００８２】
本実施の形態１の液晶表示装置１００のように、バックライトの光源として単色性に優れたレーザを採用することにより、表示色の色純度を高めることができ、従来広く用いられている蛍光ランプやＬＥＤを採用した場合よりも鮮やかな色彩表現が可能な液晶表示装置が得られる。
【００８３】
なお、本実施の形態１においては、第１バックライトユニット２の光源２０ａ，２０ｂに６４０ｎｍにピーク波長を有する赤色レーザ光源を採用し、第２バックライトユニット６の光源６０ａ，６０ｂに５３２ｎｍにピーク波長を有する緑色レーザ光源を採用し、第３バックライトユニット７の光源７０ａ，７０ｂに４６０ｎｍにピーク波長を有する青色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く、波長の異なる可視単色光を放射するレーザを採用してもよい。
【００８４】
しかし、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である迷光の影響を抑えるために、輝度の高い緑色の光源を最も液晶表示素子１から遠い位置に配置することは、迷光が原因の輝度分布むらに起因する表示むらおよびコントラストの低下を抑えるためには有効である。なぜなら、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、他の導光板や微細光学素子を透過する際の光の屈折等による発散により輝度分布むらが低減する。また、液晶表示素子１に到達するまでの一定の距離を有するため光の発散角によっても輝度分布むらが低減する。つまり、液晶表示素子１の背面１ｂ側から赤色、青色、緑色の順に各色の面状の光源を配置することが迷光に起因する輝度分布むらの低減およびコントラストの低下の抑制に有効である。
【００８５】
また、例えば、比較的単色性に優れた単色光を発光するＬＥＤを第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６および第３バックライトユニット７の光源として採用することも有効であるが、より広い色再現領域を得るためにはできる限り波長幅の短い、すなわち単色性に優れたレーザ光源を採用する方が色再現領域の広域化に対する効果が高く望ましい。尚、本実施の形態１においては、第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６および第３バックライトユニット７の光源として採用する単色光源は、白色光を構成する組み合わせとなるように選定することが望ましい。
【００８６】
従来の液晶表示装置においては、光源には蛍光ランプやＬＥＤを用いており、液晶表示素子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させる場合には、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、本実施の形態１では、光源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招くことなく、低消費電力で、色純度を高めることができる。
【００８７】
また、単色のＬＥＤ光源に対し、レーザ光源の方が、単色性に優れて、低消費電力駆動が可能であり、さらにはその指向性の高さにより導光板への結合効率を向上させるといった利点を有する。
【００８８】
本実施の形態１における、複数の面状光源を積層した第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６、第３バックライトユニット７、さらには複数のバックライトユニットを積層したバックライト装置９０は、その＋Ｚ軸方向の上層側（液晶表示素子１に近い側）に備えられる導光板や、その導光板に設けられる微細光学素子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軸方向の下層側（光反射シート１５に近い側）に配置されるバックライトユニットから出射される照明光は、上層側のバックライトユニットの背面に入射するが、出射光は上層側の導光板や微細光学素子を透過するため、下層側からの出射光の損失を抑え、高い光利用効率を得ることが可能である。なお、第３バックライトユニット７に関しては、最下層に配置されており、必ずしも当該バックライトユニットの背面から入射する光に対し透明である必要はない。ただし、第３バックライトユニット７において、下層側に備えられる導光板７１ｂからの照明光は上層側に備えられる導光板７１ａを透過する必要がある。
【００８９】
本実施の形態１においては、第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット６および第３バックライトユニット７が有する複数の面状光源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、本実施の形態１は、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生成する構成が発明の要素の一つであり、これを達成するのであれば、複数の面状光源から出射され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。
【００９０】
また、本実施の形態１においては、レーザ光源を備える２組の面状光源を積層する構成としたが、本発明はこれに限るものではない。上記理由と同様に、各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、何組積層した構成としても良い。
【００９１】
上述したように、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、何組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、光入射端の近傍に光伝播部を設ける構成とする。この光伝播部は、光源から出射した光が、隣接する他のレーザ光源から出射した光と空間的に重なり合い、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光は線状光源となっている。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１の背面１ｂ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１００を提供することが可能となる。
【００９２】
上記構成を満足すれば、配置間隔や導光板の光入射端面に対する配置方向、角度等の光源の配置方法に制限はなく、また、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、光源の光入射端面を、液晶表示装置の短辺側の端面とすることにより、光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。
【００９３】
また、本実施の形態１によると、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、また複数の光源を空間的に重ね合わせて用いることにより、光源としてコヒーレンスが高いレーザ光源を採用しても、従来、画像表示装置で問題となっているスペックルノイズを低減できるといった効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、本発明は、面内輝度分布が均一な液晶表示装置およびバックライト装置について有用であり、高画質でコンパクトな液晶表示装置を実現する。
【符号の説明】
【００９５】
１  液晶表示素子、  １ａ  表示面、  ２  第１バックライトユニット、  ２０ａ，２０ｂ，６０ａ，６０ｂ，７０ａ，７０ｂ  光源、  ２１ａ，２１ｂ，６１ａ，６１ｂ，７１ａ，７１ｂ  導光板、  ２２ａ，２２ｂ，６２ａ，６２ｂ，７２ａ，７２ｂ  出射光、  ２６ａ，２６ｂ，  光伝播部、  ２８ａ，２８ｂ  光学素子部、  ２００ａ，２００ｂ，６００ａ，６００ｂ，７００ａ，７００ｂ  面状光源、  ３３ａ，３３ｂ，６３ａ，６３ｂ，７３ａ，７３ｂ  照明光、  ６  第２バックライトユニット、  ７  第３バックライトユニット、  ９０  バックライト装置、  １００  液晶表示装。
【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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