(57)【要約】【課題】本発明は、簡素な構成で効率良く面状の光を得ることが可能な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。【解決手段】本発明による面光源装置１００は、第１の光を発するレーザー光源６と、光入射面５１を有し、かつ光入射面５１から入射した第１の光を線状の光に変換する導光棒５と、レーザー光源６および導光棒５を収容可能に箱形状に形成され、箱形状の底面と対向する側を開口する開口部と、箱形状の内側に線状の光を反射する反射面とを有する反射部４とを備え、光入射面５１は、導光棒５の長手方向の端面であり、レーザー６光源は、光入射面５１と対向する位置に配置され、導光棒５は、光取り出し部５５を有し、線状の光は、光取り出し部５５および反射面で反射されて開口部から出射されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光を発する第１の光源と、
光入射面を有し、かつ前記光入射面から入射した前記第１の光を線状の光に変換する導光棒と、
前記第１の光源および前記導光棒を収容可能に箱形状に形成され、前記箱形状の底面と対向する側を開口する開口部と、前記箱形状の内側に前記線状の光を反射する反射面とを有する反射部と、
を備え、
前記光入射面は、前記導光棒の長手方向の端面であり、
前記第１の光源は、前記光入射面と対向する位置に配置され、
前記導光棒は、切り欠き部を有し、
前記線状の光は、前記切り欠き部および前記反射面で反射されて前記開口部から出射されることを特徴とする、面光源装置。
【請求項２】
前記導光棒は、端部が外部に突出した状態で前記反射部に保持され、
前記第１の光源および前記光入射面は、前記反射部の外側に配置され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】
前記導光棒は、当該導光棒の長手方向の対向する面であり、かつ対向する位置の各々に前記切り欠き部を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記導光棒は、前記底面に対して平行な方向に配置され、
前記線状の光は、前記切り欠き部を反射した後に、前記底面に対して平行な方向に出射されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記導光棒は、前記光入射面に、前記第１の光源から入射された前記第１の光を拡散する拡散部を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記第１の光源と前記入射面との間に、前記第１の光源から発せられた前記第１の光を拡散する拡散部材をさらに備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記底面に配置され、前記第１の光源よりも広い発散角で第２の光を発する第２の光源をさらに備え、
前記第２の光源は、前記反射面で反射されて前記開口部から出射されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記第２の光源は、ＬＥＤ光源であることを特徴とする、請求項７に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記第１の光源は、レーザー光源であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１０】
請求項１から９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の光が照射されることで画像を表示する液晶パネルと、
を備える、液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源が液晶表示素子の裏面から液晶表示素子を照明することによって液晶表示素子に画像を表示させる面光源装置、およびこれを備える液晶表示装置に関する。
【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側にバックライト装置（面光源装置）を備えている。
【０００３】
また、液晶表示素子は、カラーフィルタを備え、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、緑および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において、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、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。カラーフィルタによる光損失を最小限に抑制しながらも、色再現範囲を広げるためには、波長帯域幅の狭い光を発する光源を採用する必要がある。すなわち、色純度の高い光を発する光源を採用する必要がある。
【０００４】
波長幅の狭い、すなわち色純度の高い光源として、レーザーがある。レーザーは、非常に優れた単色性および、高い発光効率を有するため、色再現域が広く高輝度で良質な画像を提供することを可能にする。
【０００５】
レーザーは、色純度の高い光、かつ直進性の高い光を発する光源である。液晶表示装置では、液晶パネルを均一な強度で照明する面状の光を発する面光源装置が必要である。そのため、液晶表示装置の光源にレーザーを採用する場合は、直進性の高いレーザー光から面状の光を得ることが必要となる。また、レーザー光を無駄なく利用するためには、出来るだけ簡単な構成でレーザー光を面状光に変換することが望まれる。
【０００６】
従来、液晶表示装置において、拡散材入りの導光棒と反射バーとを用いて、レーザー光から面状の光を得る技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。レーザー光を拡散材入りの導光棒に入射することによって、導光棒の長手方向に延びる線状の光となって導光棒から出射される。また、導光棒の拡散板方向直上に反射バーを配置し、導光棒の全方向より出射された光のうち、拡散板方向に直接進む光が反射バーで反射される。反射バーで反射されたレーザー光は、反射面に囲まれた反射部内にて反射しながら導光棒の配列方向に広がり、隣接する導光棒から出射された光と混ざり合う。さらに、導光棒より出射されたその他のレーザー光線も、反射部内にて反射しながら隣接する導光棒から出射された光と混ざり合う。これによって、面状の光となって液晶パネルを照らす面状の照明光となる。
【０００７】
このように、拡散材入りの導光棒とその導光棒から出射された光の一部を反射する反射バーとによって、簡単な構成で直進性の高いレーザー光を面状の光に変換する面光源装置が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特願２０１４−１６７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の面光源装置は、導光棒から拡散板方向に直接向かう多くの光は反射バーによって反射されるため、反射部内においてレーザー光の反射回数が増え、効率が低下する。反射面として使われる反射シート類は、数％の吸収特性を有している。そのため、反射回数の増加は損失となって、輝度の低下として面光源装置に現れる。従って、反射回数は少ないほうが望ましい。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で効率良く面状の光を得ることが可能な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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明による面光源装置は、第１の光を発する第１の光源と、光入射面を有し、かつ光入射面から入射した第１の光を線状の光に変換する導光棒と、第１の光源および導光棒を収容可能に箱形状に形成され、箱形状の底面と対向する側を開口する開口部と、箱形状の内側に線状の光を反射する反射面とを有する反射部とを備え、光入射面は、導光棒の長手方向の端面であり、第１の光源は、光入射面と対向する位置に配置され、導光棒は、切り欠き部を有し、線状の光は、切り欠き部および反射面で反射されて開口部から出射されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、面光源装置は、第１の光を発する第１の光源と、光入射面を有し、かつ光入射面から入射した第１の光を線状の光に変換する導光棒と、第１の光源および導光棒を収容可能に箱形状に形成され、箱形状の底面と対向する側を開口する開口部と、箱形状の内側に線状の光を反射する反射面とを有する反射部とを備え、光入射面は、導光棒の長手方向の端面であり、第１の光源は、光入射面と対向する位置に配置され、導光棒は、切り欠き部を有し、線状の光は、切り欠き部および反射面で反射されて開口部から出射されるため、簡素な構成で効率良く面状の光を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１による液晶表示装置の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１による導光棒および反射部を概略的に示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１による導光棒の構成を概略的に示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１による導光棒の光取り出し部を概略的に示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１による導光棒の構成の他の一例を概略的に示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１による導光棒の光入射面の構成の他の一例を概略的に示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態１による拡散部材を概略的に示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態１による液晶表示装置の構成の他の一例を概略的に示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態１による液晶表示装置の構成の他の一例を概略的に示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態１による液晶表示装置の構成の他の一例を概略的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態１による導光棒の他の一例を概略的に示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態１による導光棒の形状の他の一例を概略的に示す模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態１による導光棒の形状の他の一例を概略的に示す模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態２による液晶表示装置の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。
【００１５】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１による液晶表示装置２００の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、液晶表示装置２００は、液晶表示素子からなる透過型の液晶パネル１と、光学シート２と、面光源装置１００とを備えている。また、面光源装置１００は、拡散板３と、箱形状の反射部４と、導光棒５と、レーザー光源６（第１の光源）とを備えている。
【００１７】
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の表示面の短辺方向をｙ軸方向（図１の奥行き方向）とする。ｘ軸および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。
【００１８】
また、図１において、反射部４の側部４３からその対面側の側部４５に向かう方向（紙面の左から右に向かう方向）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において、反射部４の側部４４からその対面側の側部４２に向かう方向（紙面の手前から奥に向かう方向）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、拡散板３から液晶パネル１に向かう方向（紙面の下から上に向かう方向）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。
【００１９】
面光源装置１００は、液晶パネル１の背面側（-ｚ軸方向側）に配置され、面光源装置１００と液晶パネル１との間に配置される光学シート２を通して液晶パネル１の背面に光を照明する装置である。液晶パネル１は、面光源装置１００から出射された光が背面に照明されることによって画像を表示する。
【００２０】
図１に示すように、液晶表示装置２００において、ｚ軸の正方向から負方向に向かって、液晶パネル１と、光学シート２と、面光源装置１００とが順に配置されている。光学シート２は、面光源装置１００から出射された照明光の細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する機能や、照明光を液晶パネル１の背面方向に向ける機能を有している。
【００２１】
液晶パネル１の表示面は、液晶パネル１の＋ｚ軸側の面であり、当該面に対向する面（−ｚ軸側の面）が液晶パネル１の背面である。液晶層は、液晶パネル１において表示面と背面との間に設けられている。
【００２２】
液晶パネル１の表示面は、ｘ−ｙ平面と平行な面である。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の表示面は、通常、矩形であり、表示面の隣接する２辺（ｘ軸方向に設けられた長辺とｙ軸方向に設けられた短辺）は、互いに直交する。なお、本実施の形態１では、液晶パネル１の表示面は矩形として説明するが、液晶パネル１の表示面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。
【００２３】
図１に示すように、反射部４は、ｘ−ｙ平面に平行な底部４１（底面）と、底部４１の４辺とそれぞれ接する底部４１、側部４２、側部４３および側部４４とを有し、底部４１に対向する側（拡散板３の側）には開口部を有する箱形状である。より具体的には、側部４５は底部４１の＋ｘ軸方向の端部に配置され、側部４３は底部４１の−ｘ軸方向の側部に配置される。側部４２は底部４１の＋ｙ軸方向の端部に配置され、側部４４は底部４１の−ｙ軸方向の端部に配置される。底部４１と対向する＋ｚ軸側は開口部となっている。
【００２４】
反射部４の内側の面は、光を反射するとともに拡散する機能を有している。ここで、反射部４の内側の面とは、反射部４の箱形状の内側の面である。つまり、底部４１の＋ｚ軸方向側の面と、側部４２の−ｙ軸方向側の面と、側部４３の＋ｘ軸方向側の面と、側部４４の＋ｙ軸方向側の面と、側部４５の−ｘ軸方向側の面が拡散反射面となる。この拡散反射面は、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反射シートを反射部４の内側の面全体に配置することで構成することができる。また、反射部４の内側の面全体に金属を蒸着することによって反射面を構成してもよい。
【００２５】
反射部４の＋ｚ軸方向側には、拡散板３が配置されている。拡散板３は、反射部４の開口部を覆うように配置されている。反射部４および拡散板３は、反射面（反射部４の内面）と拡散面（拡散板３の−ｚ軸方向の面）とを有する中空の箱形状を構成している。
【００２６】
導光棒５は、この中空の箱形状内をｘ軸方向に貫いて配置されており、導光棒５の大部分が反射部４の内部に収容されている。すなわち、反射部４は、導光棒５を収容可能である。ここで、ｘ軸方向とは、＋ｘ軸方向と−ｘ軸方向とを含むものとし、ｙ軸方向とｚ軸方向も同様である。
【００２７】
図２は、反射部４の内部を＋ｚ軸方向から見た断面図である。
【００２８】
導光棒５は、ｙ軸方向に間隔をあけて複数配置されている。また、図１，２に示すように、導光棒５は、側部４３，４５を貫いて配置されている。すなわち、導光棒５は、端部が反射部４の外部に突出した状態で反射部４に保持されている。具体的には、側部４３，４５には、導光棒５のｘ軸方向の端部と同じ、または端部よりも大きい大きさの穴が設けられている。側部４３，４５における導光棒５が挿通される穴の位置は、ｙ−ｚ平面上でそれぞれ同じ座標位置である。導光棒５は、側部４３と側部４５とに設けられた穴に挿通されて反射部４に取り付けられている。
【００２９】
導光棒５の光入射面５１は、側部４５よりも＋ｘ軸方向側に配置されている。また、光入射面５１に対向する端面５２は、側部４３よりも−ｘ軸方向側に配置されている。すなわち、導光棒５の光入射面５１および端面５２は、反射部４の外側に配置されている。
【００３０】
導光棒５の光入射面５１の＋ｘ軸方向側には、レーザー光源６が−ｘ軸方向に発光部を向けて配置されている。レーザー光源６は、複数のレーザー発光素子をｙ軸方向に一次元配列されている。また、レーザー光源６は、白色光をつくりだすために異なる色の光を出射する複数種のレーザー発光素子にて構成されている。本実施の形態１では、赤色の単色光を発光する赤色レーザー発光素子６１、緑色の単色光を発光する緑色レーザー発光素子６２、および青色の単色光を発光する青色レーザー発光素子６３の３種類のレーザー発光素子がｙ軸方向に沿って交互に配列されている。
【００３１】
レーザー光源６は、側部４５よりも＋ｘ軸方向側であり、かつ、光入射面５１と対向する位置に配置されている。すなわち、レーザー光源６は、反射部４の外部に配置されている。レーザー光源６は、発光部（図示省略）を備えている。レーザー光源６は、−ｘ軸方向に発光部を向けた状態で配置されており、−ｘ軸方向にレーザー光を出射する。
【００３２】
近年、多くの液晶表示装置では、バックライトユニットの光源として白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が採用されている。白色ＬＥＤは、青色から赤色までの広いスペクトルを有した白色光を生成する。白色ＬＥＤは、発光効率が高く低消費電力化に有効である。
【００３３】
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いる。液晶表示装置は、カラーフィルタによって赤色、緑色および青色の各波長範囲だけを取り出して色表現を行っている。白色ＬＥＤのような波長帯域幅の広い連続スペクトルを有する光源の場合において、色再現範囲を広げるためには、カラーフィルタを透過する光の透過波長帯域を狭く設定し、表示色の色純度を高める必要がある。しかし、カラーフィルタを透過する光の波長帯域を狭く設定すると、不要になる光の量が多くなる。つまり、液晶表示素子において、光の利用効率が非常に悪くなる。これは、液晶表示素子の表示面の輝度の低下を引き起こし、さらには液晶表示装置の消費電力の増大を引き起こす要因となる。
【００３４】
一方、レーザー発光素子は、白色ＬＥＤおよび単色のＬＥＤよりも波長帯域幅が狭く、色純度の高い光を得ることができる。また、光源としてレーザー発光素子を用いることによって、カラーフィルタにおける光量の損失を抑え、光の利用効率を高めることができる。
【００３５】
次に、導光棒５について説明する。
【００３６】
図１および図２に示すように、導光棒５は、ｘ軸方向に沿って配置され、かつ、ｙ軸方向に所定の間隔をあけて複数列並ぶように配置されている。各導光棒５において、長手方向の＋ｘ軸側端面は光入射面５１であり、レーザー光源６（より具体的には、レーザー光源６の発光部）は光入射面５１に対向する位置にそれぞれ配置されている。
【００３７】
図３は、導光棒の構成を概略的に示す模式図である。
【００３８】
レーザー光源６から導光棒５の光入射面５１に向かって出射されたレーザー光Ｌ６０（第１の光）は、光入射面５１から導光棒５の内部に入射する。レーザー光Ｌ６０は、導光棒５と空気層との界面で全反射しながら、光入射面５１とは反対側の端面５２に向かって伝播する。つまり、図２において、導光棒５の＋ｘ軸側に位置する光入射面５１から入射したレーザー光Ｌ６０は、導光棒５の内部を−ｘ軸方向に向かう。
【００３９】
導光棒５は、例えば、透明材料によって構成されている。また、導光棒５は、例えば、５ｍｍ角程度の四角柱状の棒である。ここで、透明材料としては、例えばアクリル樹脂（Polymethyl methacrylate：PMMA）などが採用される。導光棒５のｙ軸方向の側面５３，５４には、光取り出し部５５（切り欠き部）が複数配置されている。レーザー光Ｌ６０は、導光棒５と空気層との界面で全反射しながら、導光棒５の内部を伝搬する。このとき、レーザー光Ｌ６０が光取り出し部５５に入射すると、当該入射したレーザー光Ｌ６０の進行方向が変化する。レーザー光Ｌ６０の進行方向が変化すると、レーザー光Ｌ６０の中には、導光棒５の表面と空気層との界面での全反射条件を満たさなくなる光がある。全反射条件を満たさなくなったレーザー光Ｌ６０は、導光棒５の側面５３または側面５４から出射される。
【００４０】
図４は、導光棒５の光取り出し部５５を概略的に示す模式図である。
【００４１】
図４に示すように、光取り出し部５５は、導光棒５の側面５３，５４をプリズム形状に切り抜いた形である。このプリズム形状は側面５３（または側面５４）を底辺とした三角形である。つまり、光取り出し部５５のｘ−ｙ平面での断面は三角形となる。図４に示す導光棒５の光入射端面５１側からｘ軸方向にｎ個目の光取り出し部５５（ｎ）を用いてプリズム形状の詳細を説明する。光取り出し部５５（ｎ）の三角形の形状は導光棒５の側面５３（または側面５４）に対して傾いた２辺５５Ａ（ｎ），５５Ｂ（ｎ）と、側面５３（または側面５４）と辺５５Ａ（ｎ）との間の角度５５θａ（ｎ）、側面５３（または側面５４）と辺５５Ｂ（ｎ）との間の角度５５θｂ（ｎ）により形成されている。ここで、辺５５Ａ（ｎ）および角度５５θａ（ｎ）は＋ｘ軸側の辺と角度とし、辺５５Ｂ（ｎ）および角度５５θｂ（ｎ）は−ｘ軸側の辺と角度とする。
【００４２】
角度５５θａ（ｎ）および角度５５θｂ（ｎ）は、０°から９０°の範囲で任意の角度を有し、任意の長さの辺５５Ａ（ｎ）、辺５５Ｂ（ｎ）および側面５３（または側面５４）によって三角形状を形成する。
【００４３】
導光棒５は、側面５３の光取り出し部５５と同一の光取り出し部５５を側面５４にも有している。つまり、光取り出し部５５は、側面５３，５４の任意の箇所において、ｘ軸方向を中心軸として線対称となるように配置されている。
【００４４】
図３に示すように、レーザー光Ｌ６０は、導光棒５の光入射面５１から入射して導光棒５の内部を端面５２に向かって進んでいく。その途中で、光取り出し部５５に入射した光のうち全反射条件を満たさなくなった光は、側面５３，５４からｙ軸方向に出射される。光取り出し部５５は、ｘ軸方向に沿って複数配置されるが、本実施の形態１では、例えば光入射面５１からその対向面である端面５２に向かって配置間隔が狭くなるように配置される。このように光取り出し部５５の配置間隔を制御することによって、導光棒５から出射されるレーザー光Ｌ６０のｘ軸方向の強度を調整することができる。
【００４５】
また、例えば図５に示すように、導光棒５の長手方向（ｘ軸方向）の断面が、光入射面５１から端面５２に向かって細くなるような形状でもよい。このように、光入射面５１から端面５２に向かって細くなるような形状とすることによって、光が少なくなる端面５２側でも側面５３，５４で反射させる機会を増やすことができ、光取り出し部５５に達する光を増やすことができ、光を有効に使用することができる。
【００４６】
導光棒５の端面５２には、反射体７が配置されている。反射体７は、鏡面反射する様なミラーや拡散反射する反射シートなどである。導光棒５の内部を伝播し端面５２に達したレーザー光Ｌ６０は、反射体７で反射され、導光棒５の内部を＋ｘ軸方向に進む光となる。
【００４７】
導光棒５から出射されたレーザー光Ｌ６０は、ｘ軸方向に延びた線状の光となる。導光棒５から出射された線状の光は、主にｙ軸方向に広がりながら反射部４内を広がっていく。また、反射部４内の反射面である各面に達した光は反射され、進行方向を変えながら反射部４内を伝播する。同様に、隣接する導光棒５から出射された光も反射部４内を伝播する。このとき、各導光棒５から出射された光は、反射部４内を伝播する過程で空間的に重なり合う。
【００４８】
本実施の形態１では、レーザー光源６は、赤色レーザー発光素子６１と、緑色レーザー発光素子６２と、青色レーザー発光素子６３とが交互に配列されている。各レーザー発光素子には、導光棒５が対応して設けられている。つまり、反射部４内で導光棒５から出射された各レーザー光は、赤色の線状の光，緑色の線状の光、および青色の線状の光である。各導光棒５から出射されたレーザー光は、反射部４内で反射しながら広がっていく過程で空間的に重なり合い、赤色、緑色、および青色の光が混ざり合う。そして、反射部４内の反射面である底部４１、および側部４２，４３，４４，４５で反射された後、＋ｚ軸方向へ進む光は拡散板３で拡散される。拡散板３で拡散され＋ｚ軸方向に出射された光は、赤色、緑色、および青色の光が混ざり合って、ｘ−ｙ平面において輝度分布が均一な面状の白色光となる。拡散板３から出射されたレーザー光Ｌ６０は、光学シート２を透過して液晶パネル１の背面を照射する。
【００４９】
本実施の形態１では、導光棒５の光取り出し部５５は、ｙ軸方向の両端面（対向する面）に設けられる。従って、導光棒５から出射されたレーザー光Ｌ６０は、ｙ軸方向に広がり、隣接する導光棒５から出射されたレーザー光Ｌ６０と重なり合いやすい。
【００５０】
レーザー光源６を構成するレーザー発光素子には、例えば半導体レーザーが使用される。半導体レーザーは、その構造から、発散角が大きい速軸方向と、速軸方向と直交する発散角が小さい遅軸方向とを有している。本実施の形態１では、速軸方向がレーザー発光素子の配列方向（ｙ軸方向）に対して平行となり、且つ遅軸方向が面光源装置１００の厚さ方向（ｚ軸方向）に対して平行となるようにレーザー発光素子を配列する。速軸方向がレーザー発光素子の配列方向（ｙ軸方向）に対して平行となるように配置することによって、導光棒５の光入射面５１の近くに存在する光取り出し部５５に光入射しやすく、反射部４の＋ｘ軸側（光入射面近傍）においても十分に光が出射され、より均一な線状光を得ることができる。また、導光棒５を出射したレーザー光Ｌ６０は、ｙ軸方向により広がるため、隣接する導光棒５から出射された光と反射部４内で混ざり合い易く、反射部４の厚さ（ｚ軸方向）を薄くすることが出来る。ただし、レーザー発光素子の配置方向は、上記に限定されるものではない。
【００５１】
導光棒５の光取り出し部５５は、光入射面５１から端面５２に向かって間隔が狭くなるように配置されることについて説明したが、これに限るものではない。例えば、導光棒５の光入射面５１付近に光取り出し部５５を密に配置すると、多くのレーザー光Ｌ６０が光入射面５１付近の光取り出し部５５によって導光棒５から出射され、端面５２近傍まで達するレーザー光Ｌ６０がなくなってしまう。つまり、導光棒５から出射される光の強度は、光入射面５１近傍が高く、端面５２側が低くなり、ｘ軸方向において不均一な分布となる。一方、光取り出し部５５を、光入射面５１側はなくすもしくは少数とし、端面５２付近に密に配置すると、導光棒５から出射される光は、光入射面５１近傍が低く、端面５２側が高くなる。このように、光取り出し部５５の配置間隔を変えることによって、導光棒５から出射されるレーザー光Ｌ６０のｘ軸方向の強度分布を制御することができる。すなわち、任意の強度分布を得るために、光取り出し部５５の配置を変更することができる。
【００５２】
また、導光棒５の光取り出し部５５は、全て同じ形状である必要はない。光取り出し部５５は、配置位置によって、辺５５Ａ（ｎ），５５Ｂ（ｎ）の長さおよび角度５５θａ（ｎ），５５θｂ（ｎ）を変更することができる。辺５５Ａ（ｎ），５５Ｂ（ｎ）の長さおよび角度５５θａ（ｎ），５５θｂ（ｎ）によって、導光棒５から出射される出射光の分布が変化する。
【００５３】
上記より、レーザー光Ｌ６０は、導光棒５によって導光棒５の長手方向（ｘ軸方向）に延びる線状の光となる。さらに、線状の光は、導光棒５の光取り出し部５５によって、導光棒５の配列方向（ｙ軸方向）に広がりながら、反射部４内の反射面で反射することによって、隣接する導光棒５から出射された光と重なり合い、液晶パネル１の背面を照明する面状の光となる。
【００５４】
導光棒５の光入射面５１は、拡散部５１１を有してもよい。拡散部５１１は、例えば図６に示すようなｙ軸方向に延びるシリンドリカル面である。光入射面５１が拡散部５１１を有することによって、レーザー光の発散角を広げることができる。レーザー発光素子は、発散角が小さいため、導光棒５へ入射した後、導光棒５内のｙ−ｚ平面において充分に広がるまでに伝播距離を要する。導光棒５内のｙ−ｚ平面においてレーザー光の広がりが小さいと、光入射面５１付近では光取り出し部５５に達する光が少なくなり、光入射面５１側が暗くなる。そこで、導光棒５の光入射面５１に拡散部５１１を設けることによって、レーザー光の発散角を広げて、ｙ−ｚ平面において充分に広がるまでの伝播距離を短くすることができ、光入射面５１側を明るくすることができる。なお、図６において、拡散部５１１は、ｙ軸方向に延びるシリンドリカル面としたが、これに限るものではなく、ｘ軸方向に延びるシリンドリカル面でもあってもよい。また、拡散部５１１は、シリンドリカル形状以外にも、プリズム形状、ブラスト加工など発散角を広げるための形状であればよい。また、図７のように、導光棒５の光入射面５１と、レーザー光源６の出射面との間に拡散部材８を配置してもよい。拡散部材８としては拡散シートやプリズムシートなどで実現することができる。
【００５５】
本実施の形態１では、レーザー光源６は、液晶パネル１の片側（＋ｘ軸側）の側面に配置されているがこの配置に限るものではない。例えば、図８のように、液晶パネル１の両側（＋ｘ軸側、−ｘ軸側）の端面にレーザー光源６を配置してもよい。このとき、各導光棒５は、各側においてｙ軸方向に沿って光入射面５１と端面５２とが交互になるように配置すればよい。このように配置することによって、レーザー光源６の数を増加させることができる。
【００５６】
また、例えば図９に示すように、レーザー光源６を両側側面に配置し、導光棒５をｘ軸方向に沿って２つ並べるような配置としてもよい。つまり、図１，８に比べて、図９の導光棒５は、約半分の長さとなる。このように導光体５を分割することによって、液晶表示装置２００が特に大型のサイズである場合において、製造時に発生する導光体５の反りなどが、導光体５が長尺である場合と比較して緩和することができるため製造性が向上する。
【００５７】
また、例えば図１０に示すように、レーザー光源６を両側側面に配置し、導光棒５の両側端面を光入射面として、１本の導光棒５の両端面からレーザー光を入射してもよい。このとき、導光棒５から出射されるレーザー光Ｌ６０をｘ軸方向で均一にするためには、導光棒５の光取り出し部５５は例えば図１１のように両側のレーザー光源６から離れるほど間隔が狭くなるように配置される。
【００５８】
図１，８，９，１０では、レーザー光源６は、液晶パネル１の側面に対してｙ軸方向に配置されているが、この方向の配置に限るものではない。レーザー光源６は、液晶パネル１の上下端面に横方向に配置してもよい。つまり、反射部４の側部４２，４４に対向するようにレーザー光源６をｘ軸方向に沿って配置し、側部４２に対向する位置に配置されたレーザー光源６は−ｙ軸方向へ、側部４４に対向する位置に配置されたレーザー光源６は＋ｙ軸方向へレーザー光Ｌ６０を出射する。また、この時、導光棒５は反射部４の側部４２，４４を貫く様に配置される。
【００５９】
レーザー光源６は、発光することで熱を発する。レーザー光源６の発光によって発生した熱は、レーザー光源６周辺の空気を暖めるが、暖められた空気は液晶パネル１上部方向（＋ｚ軸方向）に上昇する。レーザー発光素子は、温度によって出射光量や波長が変化しやすい。そのため、レーザー光源６を液晶パネル１の下側に配列することによって、レーザー光源６周辺の温度上昇を抑制することが出来る。また、レーザー光源６を液晶表示装置２００の下側（−ｚ軸方向）に一列に配列することによって、レーザー光源６を構成するレーザー発光素子間に温度差が生じることを防ぐことが出来るため、各々のレーザー発光素子の温度上昇による発光のばらつきを抑制することができる。
【００６０】
本実施の形態１では、導光棒５は、例えば、５ｍｍ角程度の四角柱状の棒であるとした。しかし、導光棒５はこれに限るものではない。例えば、図１２に示すような断面が三角形形状である導光棒５００でもよく、図１３のような断面が台形形状である導光棒５０１でもよい。このとき、光取り出し部５５が配置される２面は、底面に対して同一角度で傾いた２辺の各々を含む面であることが望ましい。図１２，１３に示すように、傾いた面に光取り出し部５５を配置することによって、光取り出し部５５から出射されるレーザー光Ｌ６０の進む方向が変化する。例えば、面の傾きによっては、レーザー光Ｌ６０が−ｚ軸方向に積極的に進む光となる。−ｚ軸方向へ進んだ光は、すぐに反射部４の底面で反射されるため、出射光のｙ軸方向の広がりは狭くなる。導光棒５から出射されたレーザー光Ｌ６０のｙ軸方向の広がりは、各レーザー発光素子の配置間隔と、反射部４の底部４１から拡散板３までの距離とによって決まる。そのため、必要となるレーザー光Ｌ６０のｙ軸方向の広がりに応じて、適切な導光棒５の断面形状を設計する必要があり、本実施の形態１による導光棒５の断面形状はこれに限るものではない。
【００６１】
また、導光棒５の光取り出し部５５は、プリズム形状として説明したが、これに限るものではない。例えばプリズム形状に変えてシリンドリカル形状でもよい。導光棒５の光取り出し部５５は、光を広げたい方向に向かい合う２つの側面に配置されればよく、その形状は限定されるものではなく、性能（出射光の分布）および製造性を鑑みて決定される。
【００６２】
本実施の形態１では、赤色レーザー発光素子６１、緑色レーザー発光素子６２、および青色レーザー発光素子６３を交互に配置するように説明したが、配列はこれに限るものではない。各色のレーザー発光素子の発光効率などの特性を考慮し、面光源装置１００として目標とする明るさを得るために必要な各色のレーザー発光素子の個数が決められ、それに応じて配置も決められる。
【００６３】
また、本実施の形態１では、レーザー光源６を用いる場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、および緑色ＬＥＤを光源として用いてもよい。ただし、ＬＥＤ素子とレーザー発光素子とでは、発せられる光の発散角（角度強度分布）が大きく異なる。具体的には、ＬＥＤ光は、レーザー光よりも大きな発散角を有している。つまり、ＬＥＤ光は、レーザー光に比べ出射光の広がりが大きい。このため、ＬＥＤ光は、レーザー光に比べ導光棒５に入射する際に導光棒５に入射できない光が多く発生する。光源および導光棒５の光入射面５１は、反射部４の外側に配置されており、導光棒５に入射出来なかった光は、そのまま面光源装置１００では使用されずにロスとなる。また、このロスとなった光が、迷光となり、面光源装置１００のコントラストの低下などをもたらすこともある。そのため、本実施の形態１では光源として発散角の小さい光源を用いることが望ましい。
【００６４】
反射部４において、側部４２，４３，４４，４５は、ｘ−ｙ平面に平行な底部４１に対して（ｘ−ｙ平面に対して）傾斜してもよい。このように構成することで、傾斜した側部４２，４３，４４，４５に入射したレーザー光Ｌ６０は、＋ｚ軸方向に反射するため、液晶パネル１の表示面の周辺部分を明るくすることができる。また、傾斜した側部４３，４５を設けることで、レーザー光源６を拡散板３の背面側（−ｚ軸方向側）に配置することができる。これにより、狭ベゼル化が可能となる。
【００６５】
ここで、レーザー光源６を拡散板３の背面側に配置するとは、レーザー光源６が拡散板３のｘ軸方向の端面の外側に突出しないように配置するということである。または、レーザー光源６が拡散板３のｘ軸方向の端面の外側に一部のみ突出するように配置するということである。すなわち、反射部４は、レーザー光源６を収容可能である。
【００６６】
以上のように、本実施の形態１による面光源装置１００では、レーザー光源６から発せられるレーザー光Ｌ６０は、導光棒５によって導光棒５の長手方向に延びる線状の光に変換される。線状のレーザー光Ｌ６０は、導光棒５の光取り出し部５５によってレーザー光源の配列方向へ広がりながら、反射部４の内部で隣接するレーザー光Ｌ６０と混色され、拡散板３に向かう光となる。拡散板３から出射されたレーザー光Ｌ６０は、さらに混色され、均一な面状分布の照明光となり、液晶パネル１を照射する。
【００６７】
液晶表示装置２００は、面光源装置１００と、面光源装置１００からの光が照明されることで画像を表示する液晶パネル１とを備える。レーザー光源６から出射された光を導光棒５によって無駄なく導光することができるため、光の利用効率が高くなり、高品質な画像を表示することができる。また、このような高品質な画像の表示を簡単な構造で実現できる。また、光源としてレーザー光源が採用される。レーザー光源は、白色ＬＥＤ光源よりも波長帯域幅が狭く、色純度の高い光を得ることができるため、従来の白色ＬＥＤ光源を備える面光源装置よりも広い色再現範囲が得られる。また、光源としてレーザー光源が採用されるため、カラーフィルタでの光量の損失を抑え、光の利用効率を高めることができる。
【００６８】
＜実施の形態２＞
図１４は、実施の形態２に係る液晶表示装置２０１の構成の一例を概略的に示す斜視図である。
【００６９】
図１４に示すように、液晶表示装置２０１は、液晶パネル１と、光学シート２と、面光源装置１０１とを備える。面光源装置１０１は、反射部４および拡散板３によって構成される中空の箱内に導光棒５とＬＥＤ光源９（第２の光源）とを有し、反射部４の外側にレーザー光源１６を備えている。
【００７０】
本実施の形態２の液晶表示装置２０１は、ＬＥＤ光源９およびレーザー光源１６を除いて、実施の形態１の液晶表示装置２００と同じ構成を有する。つまり、液晶表示装置２０１は、ＬＥＤ光源９およびレーザー光源１６の２種類の光源を有する点で液晶表示装置２００と異なる。なお、実施の形態１の構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００７１】
現在、液晶表示装置の光源として白色ＬＥＤが広く用いられている。白色ＬＥＤは、青色から赤色までの広いスペクトルを有した白色光を生成する。この白色ＬＥＤは、発光効率が高く低消費電力化に有効である。
【００７２】
上述の通り、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、緑色および青色の各波長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の場合、色再現範囲を広げるためには、カラーフィルタを透過する光の透過波長帯域を狭く設定し、表示色の色純度を高める必要がある。しかし、カラーフィルタを透過する光の波長帯域を狭く設定することによって、不要となる光の量が多くなる。つまり、液晶表示素子において、光の利用効率が非常に悪くなる。これは、液晶表示素子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を引き起こす要因となる。
【００７３】
本実施の形態２による液晶表示装置２０１は、広い色再現範囲と低消費電力とを兼ね備えている。そのために、光源として、ＬＥＤ光源９とレーザー光源１６とを有している。ＬＥＤ光源９は、青色ＬＥＤと蛍光体とを有している。具体的には、ＬＥＤ光源９は、青色の光を発する青色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する緑色蛍光体を充填した光源である。また、レーザー光源１６は、赤色の光を発するレーザー発光素子のみを有している。
【００７４】
人間は、赤色の色差に対する感度が高い。そのため、赤色における波長帯域幅の差は、人間の視覚ではより顕著な差となって感じられる。ここで、波長帯域幅の差は、色純度の差である。従来、液晶表示装置に光源として使用されている白色ＬＥＤは、特に６００ｎｍから７００ｎｍ帯の赤色のスペクトルのエネルギー量が少ない。つまり、波長域幅の狭いカラーフィルタを用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、極めて透過光量が減少し、光の利用効率が低下する。従って、著しく輝度が低下するという問題が発生する。
【００７５】
一方、レーザー発光素子は、波長帯域幅が狭く、光を損失することなく高い色純度の光が得られる。３原色の色の中でも特に、赤色の光を非常に単色性の高いレーザー発光素子とすることによる低消費電力化に対する効果、および色純度向上に対する効果は大きい。本実施の形態２の液晶表示装置２０１では、レーザー光源１６は赤色の光を発する光源を採用している。
【００７６】
図１４に示すように、青緑色のＬＥＤ光源９は、反射部４のｘ−ｙ平面に平行な底部４１上に二次元的に配列されている。ＬＥＤ光源９から発せられた青緑色の光（第２の光）は、隣接するＬＥＤ光源９から発せられた光と反射部４の内部で空間的に重なり合う。さらに、ＬＥＤ光は、導光棒５から出射する線状の赤色レーザー光とも反射部４の内部で混色されて白色光となる。さらに、この混色された白色光は、拡散板３で拡散され、ｘ−ｙ平面において均一な強度分布をもつ面状の光として、液晶表示パネル１の背面を照射する。
【００７７】
ＬＥＤ光源９から発せられたＬＥＤ光が均一な面状の光となるために、例えばレンズや導光体のような光学部材をＬＥＤ光源９に付加してもよい。また、導光棒５の真下（−ｚ軸方向）にＬＥＤ光源９を配置してもよい。
【００７８】
本実施の形態２では、赤色の光を発するレーザー光源１６と青緑色の光を発するＬＥＤ光源９によって構成する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではない。例えば、レーザー光源１６を赤色の光と青色の光とを各々発するレーザー発光素子によって構成し、ＬＥＤ光源９を緑色の光を発するＬＥＤ素子により構成することも可能である。また、例えば、レーザー光源１６を青色の光を発するレーザー発光素子によって構成し、ＬＥＤ光源９を赤色の光と緑色の光とを各々発するＬＥＤ素子によって構成することも可能である。ＬＥＤ光源９が発する光とレーザー光源１６が発する光とは、混色して白色となる組み合わせであればよい。つまり、ＬＥＤ光源９の発光色とレーザー光源１６発光色とは、補色の関係となるものが採用されればよい。ただし、上述のように、人間は赤色の色差に対する感度が高いため、青色のレーザー光源のみを採用するよりも、赤色のレーザー光源のみを採用する方が、従来の液晶表示装置との顕著な差を示すことが可能である。
【００７９】
本実施の形態２は、ＬＥＤ光源９およびレーザー光源１６を採用すること以外は実施の形態１と同様の構成を採用することでき、この場合は同様の効果を得ることができる。
【００８０】
以上のことから、本実施の形態２によれば、レーザー光源１６およびＬＥＤ光源９を採用することによって、光利用効率が高く、空間光強度分布の均一性の高い面状の光を得ることが可能となる。この面光源装置１０１を備えた液晶表示装置２０１は、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可能となる。本実施の形態２では、導光棒５およびＬＥＤ光源９は、液晶表示パネル１の背面側の反射部４の内部に配置されている。このため、ベゼルの狭化を可能にする。さらに、赤色をレーザー素子で構成し、青緑色をＬＥＤ素子で構成することによって、従来の液晶表示装置の課題となっていた色再現範囲と低消費電力とを両立し、量産性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【００８１】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１  液晶パネル、２  光学シート、３  拡散板、４  反射部、５  導光棒、６  レーザー光源、７  反射体、８  拡散部材、９  ＬＥＤ光源、４１  底部、４２〜４５  側部、５１  光入射面、５２  端面、５３，５４  側面、５５  光取り出し部、６１  赤色レーザー発光素子、６２  緑色レーザー発光素子、６３  青色レーザー発光素子、１００  面光源装置、２００  液晶表示装置、５００，５０１  導光棒、５１１  拡散部。
【図１】
2016184564.tif 000003
【図２】
2016184564.tif 000004
【図３】
2016184564.tif 000005
【図４】
2016184564.tif 000006
【図５】
2016184564.tif 000007
【図６】
2016184564.tif 000008
【図７】
2016184564.tif 000009
【図８】
2016184564.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016184564.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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