(57)【要約】【課題】簡易な構成で分光性能を有するバックライト装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明に係るバックライト装置１は、それぞれ異なる色の光を出射する複数の光源４１Ｒ〜Ｂと、各光源４１Ｒ〜Ｂから出射された各色の光を平行化して出射する平行化手段４２と、平行化手段４２からの各色平行光が入射される端面１２、及び、内部で導光された光を出射する出射面を有する導光板１０と、を備え、各光源４１Ｒ〜Ｂ間に間隔を設けて配置することで、平行化手段４２から出射される各色の平行光を異なる方向に出射させ、導光板１０からの各色の光が異なる方向に出射することを特徴とする。【選択図】図１
2013149549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ異なる色の光を出射する複数の光源と、
各前記光源から出射された各色の光を平行化して出射する平行化手段と、
前記平行化手段からの各色平行光が入射される端面、及び、内部で導光された光を出射する出射面を有する導光板と、を備え、
前記各光源間に間隔を設けて配置することで、前記平行化手段から出射される各色の平行光を異なる方向に出射させ、前記導光板からの各色の光が異なる方向に出射することを特徴とする
バックライト装置。
【請求項２】
前記導光板から出射された各色の光を入射する単位レンズを複数有するレンズアレイをさらに備え、
前記単位レンズからの出射される各色の光は、各色毎に異なる領域を照明す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】
前記各光源は、前記導光板の端面に沿って延在する形状を有す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４】
前記平行化手段は、シリンドリカルレンズであることを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のバックライト装置。
【請求項５】
前記平行化手段は、凹面鏡であることを特徴とする
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のバックライト装置。
【請求項６】
前記導光板の端面が前記平行化手段として機能することを特徴とする
請求項１から請求項５の何れか１項に記載のバックライト装置。
【請求項７】
前記光源の少なくとも１つは、ＬＥＤであることを特徴とする
請求項１から請求項６の何れか１項に記載のバックライト装置。
【請求項８】
前記光源の少なくとも１つは、平行光束を出射するレーザー源と、前記レーザー源が出射する平行光束を広げる正レンズもしくは負レンズによって構成されることを特徴とする
請求項１から請求項７の何れか１項に記載のバックライト装置。
【請求項９】
それぞれ異なる色の光を出射する複数の光源と、
各前記光源から出射された各色の光を、各色毎に異なる方向に平行化する平行化手段と、
前記平行化手段からの各色平行光が入射される端面、及び、内部で導光された光を出射する出射面を有する導光板と、
各色に対応した画素が配列された液晶表示素子と、
前記導光板から出射された各色の光を入射し、前記液晶表示素子を照明する単位レンズを複数有するレンズアレイと、を備え、
前記各光源間に間隔を設けて配置することで、前記導光板からの各色の光を異なる方向に射出させ、前記単位レンズから出射される各色の光が、対応する色の前記画素を照明することを特徴とする
液晶表示装置。
【請求項１０】
各前記単位レンズは、全ての色の画素からなる単位画素群毎に配設されることを特徴と
する
請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記レンズアレイと前記液晶表示素子との間にカラーフィルターを設けたことを特徴とする
請求項９または請求項１０に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、光源から射出された光を導光して液晶表示素子を照明するバックライト装置、及び、このバックライト装置を用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置では画素で形成された画像を背後から照明するバックライト装置が使用される。このようなバックライト装置には、光源に白色光を用いて、プリズムやホログラム（回折格子）やダイクロイックミラーなどの分光素子を用いて画素の前で分光・集光させて入射させることで照明が行われている。また、画素の前にカラーフィルターを配置して、画素に対応した周波数成分を透過させることも行われている。カラーフィルターを利用した場合、光利用効率が低減することとなるが、それを改善するための各種技術も開発されている。
【０００３】
特許文献１には、回折波長及び角度選択性のあるホログラムで白色光を分光し、液晶表示素子の画素に対応する色で照明するバックライト装置が開示されている。このバックライト装置では、従来のカラーフィルターを用いることなく、液晶表示用バックライト装置などの利用効率を大幅に向上させることを可能としている。
【０００４】
また、特許文献２には、異なる色光の主光線を異なる角度で出射させる光路合成光学系を有したディスプレイ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３０８３３２号公報
【特許文献２】特開２００７−３２８２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液晶表示装置における分光素子としてダイクロイックミラーを利用した場合、システムの小型化が困難であると共に高価になってしまう。また、特許文献１のように分光素子がホログラム、あるいは、プリズムを用いた場合、光源の平行度が良くないときには、混色したり、画素において開口以外の所でケラれが発生、すなわち予期しない方向への表面反射が発生し効率低下したり、混色したりする問題がある。また、白色光源のように強度が波長に対して連続的に分布する場合には、ＲＧＢの中間の色が画素において開口以外の所でケラれ効率低下する問題があった。
【０００７】
また、特許文献２のようにＲＧＢが分離している光源を用い、各色の光束を略平行化して用いる技術もある。この特許文献２に開示される導光板は、専ら色の分離方向をその幅方向としているため、大きなレンズが必要とされ装置の大型化を招くこととなってしまう。また、入射角が大きくなるレンズの周辺領域では、反射が多くなって効率が低下する。大型化の対策として、光源を分割することも考えられるが、部品点数が増え、効率低下に対しては大型と相似なので大型のときと同様と考えられる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するため、本発明に係るバックライト装置は、
それぞれ異なる色の光を出射する複数の光源と、
各前記光源から出射された各色の光を平行化して出射する平行化手段と、
前記平行化手段からの各色平行光が入射される端面、及び、内部で導光された光を出射する出射面を有する導光板と、を備え、
前記各光源間に間隔を設けて配置することで、前記平行化手段から出射される各色の平行光を異なる方向に出射させ、前記導光板からの各色の光が異なる方向に出射することを特徴とする。
【０００９】
さらに本発明に係るバックライト装置は、
前記導光板から出射された各色の光を入射する単位レンズを複数有するレンズアレイをさらに備え、
前記単位レンズからの出射される各色の光は、各色毎に異なる領域を照明することを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明に係るバックライト装置において、
前記各光源は、前記導光板の端面に沿って延在する形状を有することを特徴とする。
【００１１】
さらに本発明に係るバックライト装置において、
前記平行化手段は、シリンドリカルレンズであることを特徴とする。
【００１２】
さらに本発明に係るバックライト装置において、
前記平行化手段は、凹面鏡であることを特徴とする。
【００１３】
さらに本発明に係るバックライト装置において、
前記導光板の端面が前記平行化手段として機能することを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明に係るバックライト装置において、
前記光源の少なくとも１つは、ＬＥＤであることを特徴とする。
【００１５】
さらに本発明に係るバックライト装置において、
前記光源の少なくとも１つは、平行光束を出射するレーザー源と、前記レーザー源が出射する平行光束を広げる正レンズもしくは負レンズによって構成されることを特徴とする。
【００１６】
さらに本発明に係る液晶表示装置は、
それぞれ異なる色の光を出射する複数の光源と、
各前記光源から出射された各色の光を、各色毎に異なる方向に平行化する平行化手段と、
前記平行化手段からの各色平行光が入射される端面、及び、内部で導光された光を出射する出射面を有する導光板と、
各色に対応した画素が配列された液晶表示素子と、
前記導光板から出射された各色の光を入射し、前記液晶表示素子を照明する単位レンズを複数有するレンズアレイと、を備え、
前記各光源間に間隔を設けて配置することで、前記導光板からの各色の光を異なる方向に射出させ、前記単位レンズから出射される各色の光が、対応する色の前記画素を照明することを特徴とする。
【００１７】
さらに本発明に係る液晶表示装置において、
各前記単位レンズは、全ての色の画素からなる単位画素群毎に配設されることを特徴とする。
【００１８】
さらに本発明に係る液晶表示装置において、
前記レンズアレイと前記液晶表示素子との間にカラーフィルターを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、各光源間に間隔を設けて配置し、平行化手段で平行光に変換して導光板に入射させることで、導光板からの出射光が異なる方向に出射される。導光板からの出射光は、各色毎に対応した液晶表示素子の画素を照明することが可能となる。このように本発明では簡易な構成を採用しつつ、各色光毎に対応した画素を照明することのできるバックライト装置、並びに、液晶表示装置を提供することが可能となる。そして、分光素子を別途設ける必要が無く、小型化、低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の断面図
【図２】本発明の実施形態に係るバックライト装置の上面図
【図３】本発明の実施形態に係る光源の側面図
【図４】本発明の実施形態に係る各色光源の構成例を示す図
【図５】本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置の断面図
【図６】本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
では、本発明の実施形態に係るバックライト装置、並びにそれを利用した液晶表示装置について、図を用いて説明を行う。図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置（実施例１）の断面図である。
【００２２】
本実施形態の液晶表示装置１は、光源群４０と、平行化手段としてのコリメータ４２と、導光板１０と、レンズアレイ２０と、液晶表示素子３０とを含んで構成されている。バックライト装置としては、液晶表示装置１の構成中、液晶表示素子３０、あるいは、レンズアレイ２０と液晶表示素子３０を除く他の構成をいうものである。
【００２３】
導光板１０は、図中Ｚ軸方向に厚さを有する透明基板であって、光源群４０から出射された各色光を内部で導光し、ＸＹ平面に平行な出射面１３から出射させる。図２は、本実施形態に係るバックライト装置１の上面図が示されている。この図は、図１を上部（Ｚ軸負の方向に）から眺めた図であって、ちょうど導光板１０の出射面１３の様子がみてとれる。この導光板１０には、その下面、すなわち、出射面１３と対向する面に複数の凸部１１が形成されている。本実施形態の凸部１１は、導光板１０の下面に入射した光を出射面１３に導光するため、導光板１０の表面を切り欠くことで、Ｚ軸正の方向に突出した形状で形成されている。凸部１１の形成は、切り欠き部分に相当する位置に、導光板１０と屈折率の異なる媒質で満たすことで形成してもよい。図２に示すように出射面１３側から見て離散的に設けられている。また、これら凸部１１は、光源群４０から離れる（Ｘ軸正の方向）に従って、離散密度を大きくしている。このような凸部１１の構成により、導光板１０から出射される光強度の均一化が図られている。
【００２４】
本実施形態において、光の射出源となる光源群４０は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、３色の光源４１Ｒ〜Ｂによって構成されている。本実施形態において、各光源４１にＬＥＤが用いられている。光源４１Ｒ、Ｇ、Ｂからの出射光は、ある程度の出射角度を有して、平行化手段としてのコリメータ４２に入射する。
【００２５】
本実施形態では、各色光源４１Ｒ、Ｇ、Ｂの配置、すなわち、各色光源４１Ｒ〜Ｂが、図１に示されるようにＺＸ平面内において間隔を有して配置されることが重要である。そして、各色光源４１Ｒ〜Ｂは、導光板１０の入射面１２（導光板１０の端面）に対向する
と共に、入射面１２と平行に配置される。図２には、導光板１０の上面側から見たときの各色光源４１Ｒ、Ｇ、Ｂの形状が、また、図３には、導光板１０の側面側から見たときの形状が示されている。本実施形態における各色光源４１Ｒ、Ｇ、Ｂは、図に示されるように導光板１０の入射面１２全体にわたって延在する線分形状を有している。このように各色光源４１Ｒ、Ｇ、Ｂを延在させることにより、光源を点在させた構成と比較して、照明される箇所の照度分布が均一化が容易となる、光源から照射される光のトータルの照度を大きくすることも可能となる。なお、各色光源４１は、その線分形状を分割して構成することとしても良いし、あるいは、複数の点光源の集合体とすることで本実施形態のような線分状に光を出射する構成としてもよい。
【００２６】
コリメータ４２は、各色光源４１Ｒ〜Ｂからの出射光を平行光、もしくは、略平行な光に変換する平行化手段として機能するものであって、本実施形態では正レンズ機能を有するシリンドリカルレンズを採用している。このシリンドリカルレンズは、図１に示される断面形状でＹ軸方向に延在している。このようにコリメータとしてシリンドリカルレンズを用いた場合、複数のレンズで構成されたレンズアレイと比較して、照度の均一化が容易となる。また、シリンドリカルレンズは単一の光学素子であるため、その作製が容易であるとともに、バックライト装置に取り付ける際の位置合わせも容易となる。平行化手段は、各色光源４１Ｒ〜Ｂからの光を平行光化できる機能を有すればよく、複数の光学素子で構成するなど各種形態を採用することが考えられる。
【００２７】
各色光源４１Ｒ〜Ｂから出射された角度を有する光は、正レンズ機能を有するコリメータ４２によって平行化され、導光板１０の入射面１２に入射する。前述したように、各色光源４１Ｒ〜Ｂは、紙面のＺＸ平面内で間隔を有して配置されているため、コリメータ４２に入射した各色光は、それぞれ異なる方向に出射する平行光に変換される。したがって、導光板１０にて導光された後、導光板１０の出射面１３から放出される光も各色毎に異なる方向に出射される。
【００２８】
また、本実施形態では、図１に示すようにＸＺ面での断面幅の狭い（例えば、ＰＣ用ディスプレイやＴＶディスプレイとして用いた場合には、ｃｍオーダーの長さ）入射面１２を照明することとなるため、比較的ＮＡ値（開口数）の小さいコリメータ４２を利用することができる。そのため、前述した特許文献２のように導光板の幅方向にわたって照明しなければならない光学素子と異なり、コリメータ４２の周辺領域での反射による効率低下を抑えることが可能となる。
【００２９】
導光板１０の出射面１３側には、導光板１０の出射光を液晶表示素子３０を照明するためのレンズアレイ２０が配設されている。本実施形態のレンズアレイ２０は、ＸＹ平面内に複数配列された単位レンズ２１（正レンズ）にて構成されている。１つの単位レンズ２１から出射される光は、複数の各色画素３１Ｒ〜Ｂで構成された単位画素群３１を照明するように配置されている。言い換えると、１つのレンズアレイと１つの単位画素群３１が１対１の関係となるように配置されることとなる。
【００３０】
照明対象となる液晶表示素子３０は、光源色に対応した各色画素３１Ｒ〜Ｂにて構成された単位画素群３１をＸＹ平面内に複数有して構成されている。図示しない制御装置により液晶表示素子３０を制御することで、各画素３１が光を透過するオン状態、透過しないオフ状態となり、レンズアレイ２０からの照明光にて観察可能な画像を形成する。
【００３１】
ここで、前述したように導光板１０からの出射光は、異なる方向に出射されるため、単位レンズ２１に入射した各色光は、集光後、色毎に異なる領域を照明することが可能となる。この色毎に異なる領域に、前述した各色画素３１Ｒ〜Ｂが配置されることで、画素３１Ｒ〜Ｂの色に対応した色の照明光で照明することが可能となる。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂなど
の色の順序は、各色光源４１の順序と画素３１の順序が対応していれば、例えばＧ、Ｒ、Ｂなど任意なものとすることが可能である。
【００３２】
前述したように平行化手段としてのコリメータ４２は、平行光、もしくは、略平行な光を射出することとなるが、この射出光における平行度合いは、導光板１０から出射した各色光が、レンズアレイ２０を経て各色毎に異なる領域（具体的には、照明対象となる各色画素３１Ｒ〜Ｂの各開口部（詳細な図は省略））を照明できる程度とすることが好ましい。詳細には、コリメータ４２直後の平行度合いに、その直後から各色画素３１Ｒ〜Ｂまでで平行度合いが劣化する要因（例えば凸部１１など）も加味し、各色画素３１Ｒ〜Ｂの領域内の広い範囲を照明すると共に、各色画素３１Ｒ〜Ｂの領域内からはみ出ないことが好ましい。
【００３３】
以上説明したように本実施形態では、各色光源４１Ｒ〜Ｂ間に間隔を設けて配置し、平行化手段としてのコリメータ４２で平行化して導光板１０に入射させることで、導光板１０からの出射光が異なる方向に出射される。導光板１０からの出射光は、レンズアレイ２０にて集光され、各色毎に対応した液晶表示素子３０の画素３１Ｒ〜Ｂを照明する。このように本実施形態では簡易な構成を採用しつつ、各色光毎に画素３１Ｒ〜Ｂを照明することのできるバックライト装置、並びに、液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００３４】
本実施形態では、カラーフィルターを用いない構成としたが、液晶表示素子３０とレンズアレイ２０の間には、各色画素３１Ｒ〜Ｂに対応したカラーフィルターを設けることとしてもよい。光の利用効率は低下することが考えられるが、分光性能の向上を図ることが可能となる。
【００３５】
本実施形態では、各色光源４１Ｒ〜Ｂにある程度の出射角度を有するＬＥＤを利用し、コリメータ４２にて幅のある平行光を得ることが出来たが、各色光源４１には、ＬＥＤに代えレーザー源を採用することも考えられる。また、各色光源４１にはＰＤＰ（Plasma Display Panel）に使用されるプラズマ光源を利用することとしてもよい。
【００３６】
図４には、レーザー源４４を採用した場合の各色光源４１が示されている。図４（ａ）は出射角度αを得るため正レンズ４５を利用した形態が、図４（ｂ）には出射角度βを得るため負レンズ４６を利用した形態が示されている。レーザー源４４は平行光束を出射するものであるが、その光束幅は一般的に細いものである。ある程度の幅を有する光が必要となる本実施形態では、レーザー源４４からの平行光束に出射角度を付与することが好ましい。出射角度が付与された光は平行化手段としてのコリメータ４２に入射し、幅を有する平行光として導光板１０に入射することとなる。
【００３７】
また、図１で説明した実施形態では、平行化手段として正レンズ機能を有するコリメータ４２を利用することとしていたが、平行化手段としては各種形態を採用することが考えられる。図５、図６は、他の実施形態に係る液晶表示装置を示した図である。
【００３８】
図５に示される液晶表示装置では、導光板の入射面１２にカーブを形成し、平行化手段として機能させた場合の実施形態である。各色光源４１Ｒ〜Ｂからの出射光は、入射面１２に入射すると同時に各色毎に異なる方向に平行化される。このように平行化手段を導光板１０と一体化することで、前述した実施形態のようにコリメータ４２などを別途設ける必要が無く、部品点数の削減を図ることが可能となる。そして、一体化により境界面数が減少することで、境界面での反射による光損失を抑え光利用効率の向上が図られる。また、同時に液晶表示装置１の小型化も図られる。
【００３９】
図６に示される液晶表示装置では、凹面鏡４３を使用した実施形態となっている。凹面
鏡４３は、光源群４０及び導光板１０の入射面１２に対して反射面を向けて配置され、各色光源４１Ｒ〜Ｂからの出射光を平行化して入射面１２に入射させる。なお、各色光源４１Ｒ〜Ｂと凹面鏡４３の配置関係は逆としてもよい。その場合、各色光源４１Ｒ〜Ｂにおける色の配置を変更することで、図と同じ各色平行光を入射面１２に入射させることが可能となる。
【００４０】
このような凹面鏡４３を用いた形態によれば、図１のコリメータ４２を採用した場合と異なるレイアウトで液晶表示装置を構成することが可能となり、設計上の自由度に幅を持たせることが可能となる。図の例では、表面反射を行う凹面鏡４３で構成したが、内面反射を行う凹面鏡で構成することも可能である。その場合、各色光源４１Ｒ〜Ｂから凹面鏡、そして導光板に至る光路を、導光板１０と同じような屈折率の媒質で満たし、平行化手段としての凹面鏡と、導光板１０を一体化させることも可能である。
【００４１】
なお、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、それぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせて構成した実施形態も本発明の範疇となるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１…液晶表示装置
１０…導光板
１１…凸部
１２…入射面（端面）
１３…出射面
２０…レンズアレイ
２１…単位レンズ
３０…液晶表示素子
３１…単位画素群
３１Ｒ、３１Ｇ、３１Ｂ…各色画素
４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂ…各色光源
４２…コリメータ
４３…凹面鏡
４４…レーザー源
４５…正レンズ
４６…負レンズ
【図１】
2013149549.tif 000003
【図２】
2013149549.tif 000004
【図３】
2013149549.tif 000005
【図４】
2013149549.tif 000006
【図５】
2013149549.tif 000007
【図６】
2013149549.tif 000008