JP2012238462A - Light mixing unit, planar light source device and liquid crystal display device - Google Patents
Light mixing unit, planar light source device and liquid crystal display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012238462A JP2012238462A JP2011106315A JP2011106315A JP2012238462A JP 2012238462 A JP2012238462 A JP 2012238462A JP 2011106315 A JP2011106315 A JP 2011106315A JP 2011106315 A JP2011106315 A JP 2011106315A JP 2012238462 A JP2012238462 A JP 2012238462A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- intensity distribution
- light source
- shaping member
- liquid crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 title claims description 83
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 213
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims abstract description 108
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 31
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 17
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 14
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 3
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 2
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Planar Illumination Modules (AREA)
Abstract
Description
本発明は、特性の異なる複数の光源から出射した光を混合して均一な強度分布を有する光とする光混合ユニット、面光源装置および液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a light mixing unit, a surface light source device, and a liquid crystal display device in which light emitted from a plurality of light sources having different characteristics is mixed to obtain light having a uniform intensity distribution.
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にバックライト装置を備えている。バックライト装置の光源として、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)))が主流であった。しかし近年では、発光ダイオード(以下、LED(Light Emitting Diode))の性能が飛躍的に向上したことに伴い、LEDを光源に用いたバックライト装置の需要が急速に高まっている。 The liquid crystal display element included in the liquid crystal display device does not emit light by itself. For this reason, the liquid crystal display device includes a backlight device on the back surface of the liquid crystal display element as a light source for illuminating the liquid crystal display element. Conventionally, a cold cathode fluorescent lamp (hereinafter referred to as CCFL (Cold Cathode Fluorescent)) that obtains white light by applying a phosphor on the inner wall of a glass tube has been the mainstream as a light source of a backlight device. However, in recent years, with the dramatic improvement in performance of light emitting diodes (hereinafter, LEDs (Light Emitting Diodes)), the demand for backlight devices using LEDs as light sources is rapidly increasing.
LEDと呼ばれる素子には、単色LEDや白色LED等がある。単色LED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。白色LEDは、パッケージ内に青色のLEDと黄色の蛍光体とを備えている。黄色の蛍光体は青色の光によって励起される。これにより、白色LEDは、白色光を得る。特に、白色LEDは発光効率が高く、低消費電力化に有効である。このため、白色LEDはバックライト装置の光源として広く用いられている。なお、単色とは、一色だけで他の色のまじっていない色のことである。また、単色光とは、波長幅の狭い単一の光のことである。 Examples of elements called LEDs include single-color LEDs and white LEDs. The monochromatic LED obtains monochromatic light such as red, green, or blue by direct light emission of the LED. The white LED includes a blue LED and a yellow phosphor in a package. The yellow phosphor is excited by blue light. Thereby, the white LED obtains white light. In particular, white LEDs have high luminous efficiency and are effective in reducing power consumption. For this reason, white LEDs are widely used as light sources for backlight devices. Note that a single color is a color that is only one color and is not mixed with other colors. Monochromatic light is single light having a narrow wavelength width.
一方で、白色LEDはその波長帯域幅が広い。このため、白色LEDは色再現の範囲が狭いという問題を有する。液晶表示装置は、その液晶表示素子の内部にカラーフィルタを備えている。液晶表示装置は、このカラーフィルタによって赤色、緑色および青色の波長のスペクトル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は、色再現範囲を広げるために、カラーフィルタの表示色の色純度を高める必要がある。つまり、カラーフィルタを透過する波長帯域は狭く設定される。しかし、カラーフィルタを透過する波長帯域を狭く設定すると、光の利用効率が低下する。なぜなら、液晶表示素子の画像表示に用いられない不要な光の量が多くなるからである。また、液晶表示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につながるという問題が発生する。 On the other hand, the white LED has a wide wavelength bandwidth. For this reason, the white LED has a problem that the color reproduction range is narrow. The liquid crystal display device includes a color filter inside the liquid crystal display element. The liquid crystal display device performs color expression by taking out only the spectral ranges of the red, green, and blue wavelengths with this color filter. A light source having a continuous spectrum with a wide wavelength bandwidth such as a white LED needs to increase the color purity of the display color of the color filter in order to widen the color reproduction range. That is, the wavelength band that transmits the color filter is set narrow. However, if the wavelength band that passes through the color filter is set narrow, the light utilization efficiency decreases. This is because the amount of unnecessary light that is not used for image display of the liquid crystal display element increases. Further, there arises a problem that the brightness of the display surface of the liquid crystal display element is lowered and further the power consumption of the liquid crystal display device is increased.
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するという問題が発生する。従って、著しく輝度が低下するという問題が発生する。 White LEDs have a small amount of energy in the red spectrum, particularly in the 600 nm to 700 nm band. That is, if a color filter having a narrow wavelength band width is used to increase the color purity in a wavelength range of 630 to 640 nm, which is preferable as pure red, there is a problem that the amount of transmitted light is extremely reduced. Therefore, there arises a problem that the luminance is remarkably lowered.
このような問題点の改善策として、近年では色純度の高い単色のLEDやレーザを光源に用いたバックライト装置が提案されている。色純度の高いとは、波長幅が狭く単色性に優れていることである。特にレーザは、非常に優れた単色性を有し、また、高い発光効率を有する。このため、レーザ光源を採用して、色再現域が広く高輝度な画像を表示する液晶表示装置の提供が可能となった。また、光源にレーザを採用して、消費電力の低い液晶表示装置の提供が可能となった。 In recent years, backlight devices using monochromatic LEDs or lasers with high color purity as light sources have been proposed as measures for improving such problems. High color purity means that the wavelength width is narrow and the monochromaticity is excellent. In particular, the laser has a very excellent monochromaticity and a high luminous efficiency. Therefore, it has become possible to provide a liquid crystal display device that employs a laser light source and displays a high-luminance image with a wide color reproduction range. In addition, it has become possible to provide a liquid crystal display device with low power consumption by employing a laser as a light source.
単色のLEDやレーザを光源は、単色光を出射する。このため、単色の光源を用いて白色の光を生成するために、バックライト装置は赤色、緑色および青色の光源を備える必要がある。つまり、バックライト装置は3原色の光を発光する異なる光源を備える必要がある。バックライト装置はこれらの光源から出射される光を混合して白色を生成する。このとき、各色の液晶表示素子の表示面上での空間強度分布にむらがあると、色むらとなって現れる。つまり、各色の光強度むらは、混合して白色を生成する際に色むらとなって現れる。 A monochromatic LED or laser light source emits monochromatic light. For this reason, in order to generate white light using a monochromatic light source, the backlight device needs to include red, green, and blue light sources. That is, the backlight device needs to include different light sources that emit light of the three primary colors. The backlight device mixes light emitted from these light sources to generate white. At this time, if there is unevenness in the spatial intensity distribution on the display surface of the liquid crystal display element of each color, it will appear as unevenness in color. That is, the light intensity unevenness of each color appears as color unevenness when mixed to generate white.
この問題を解決するために、各色の面内における空間強度分布の均一性を高める必要がある。しかし、発光原理や発光素子の材料特性が異なる光源から出射される光は、発散角や発光効率が異なる。このため、各光源の配置する個数や配置方法は異なる。これらの理由から、それぞれの光源に対応した面内における空間強度分布を均一化する最適な手段を設ける必要がある。 In order to solve this problem, it is necessary to improve the uniformity of the spatial intensity distribution in the plane of each color. However, light emitted from light sources having different light emission principles and light emitting element material properties have different divergence angles and light emission efficiencies. For this reason, the number and arrangement method of each light source are different. For these reasons, it is necessary to provide an optimum means for making the spatial intensity distribution in the plane corresponding to each light source uniform.
従来のバックライト装置は、各光源の特性に合った専用の導光板を用いて色むら抑制していた。例えば特許文献1では、各色の光源に対し専用の導光板を備えた平面ディスプレイパネル用バックライト装置が提案されている。この平面ディスプレイパネル用のバックライト装置は、色毎に異なる光源と、各色の光源に対応した導光板とを備えている。バックライト装置は、それらの導光板を積層した構成をしている。バックライト装置は、各導光板から出射する単色の面状の光を足し合わせることで白色の照明光を生成する。この構成は、各導光板の構造を対応する光源の特性に最適化できる。従って各色の面内における空間強度分布の均一性を高めることが可能となり、色むらを抑制することが可能となる。なお、面内における空間強度分布とは、任意の平面において、2次元で表される位置に対する光強度の高低を示す分布である。 A conventional backlight device suppresses uneven color using a dedicated light guide plate that matches the characteristics of each light source. For example, Patent Document 1 proposes a backlight device for a flat display panel provided with a dedicated light guide plate for each color light source. The backlight device for a flat display panel includes a light source different for each color and a light guide plate corresponding to the light source of each color. The backlight device has a structure in which these light guide plates are laminated. The backlight device generates white illumination light by adding together monochromatic planar light emitted from each light guide plate. This configuration can optimize the structure of each light guide plate to the characteristics of the corresponding light source. Therefore, it is possible to improve the uniformity of the spatial intensity distribution in the plane of each color, and to suppress color unevenness. The in-plane spatial intensity distribution is a distribution indicating the level of light intensity with respect to a two-dimensional position on an arbitrary plane.
しかしながら、上記の構成は、積層した複数の導光板を有している。このため、上記の構成は、特に装置の厚み方向におけるバックライト装置の大型化といった問題を有する。 However, the above configuration has a plurality of stacked light guide plates. For this reason, the above-described configuration has a problem of increasing the size of the backlight device particularly in the thickness direction of the device.
本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、特性の異なる複数の光源を用いながらコンパクトな構成で光強度むらおよび色むらを抑えた光混合ユニット、面光源装置および液晶表示装置を得ることを目的とする。なお、バックライト装置は液晶表示素子の表示面を照明する光源であるので面光源装置としての機能を有する。 The present invention has been made in view of the above, and provides a light mixing unit, a surface light source device, and a liquid crystal display device that suppress unevenness in light intensity and color in a compact configuration while using a plurality of light sources having different characteristics. The purpose is to obtain. Since the backlight device is a light source that illuminates the display surface of the liquid crystal display element, it has a function as a surface light source device.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光混合ユニットは、第1の光線を出射する第1の光源と、前記第1の光線より広い角度強度分布を有する第2の光線を出射する第2の光源と、角度強度分布整形領域を有し、前記角度強度分布整形領域で前記第1の光線の角度強度分布を変え、前記第1の光線および前記第2の光線を光入射面から入射して混合し線状の光として出射する光強度分布整形部材とを備え、前記第1の光線は前記光強度分布整形部材の基準平面に対して傾斜して入射して前記角度強度分布整形領域で反射しながら伝播し、前記第2の光線は前記光強度分布整形部材の基準平面に対して略垂直に入射する。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the light mixing unit of the present invention includes a first light source that emits a first light beam, and a second light source having a wider angular intensity distribution than the first light beam. A second light source that emits a light beam, and an angular intensity distribution shaping region, wherein the angular intensity distribution of the first light ray is changed in the angular intensity distribution shaping region, and the first light beam and the second light beam are changed. A light intensity distribution shaping member that enters from the light incident surface and mixes and emits as linear light, and the first light beam is incident with an inclination with respect to a reference plane of the light intensity distribution shaping member. The second light beam propagates while being reflected at the angular intensity distribution shaping region, and is incident substantially perpendicular to the reference plane of the light intensity distribution shaping member.
本発明は、特性の異なる複数の光源から出射した光を光強度むらおよび色むらを抑えて混合するコンパクトな光混合ユニットを提供することができる。 The present invention can provide a compact light mixing unit that mixes light emitted from a plurality of light sources having different characteristics while suppressing light intensity unevenness and color unevenness.
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。 Embodiments of a backlight device and a liquid crystal display device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
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800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光学素子1の短辺方向をY軸方向とし、長辺方向をX軸方向とし、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、液晶表示装置の上方向を+Y軸方向とし、後述する第1の光源6および第2の光源10の光出射方向を+X軸方向とする。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a liquid
図1に示すように、液晶表示装置800は、透過型の液晶表示素子1、光学シート31、光学シート32、バックライト装置303および光反射シート15を備えている。これら構成要素1,31,32,303,15は、Z軸方向に配列されている。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。なお、X軸及びY軸は互いに直交している。また、光学シート31は第1の光学シートである。光学シート32は第2の光学シートである。
As shown in FIG. 1, the liquid
図2は、図1に示す液晶表示装置800を−Z軸方向から示した構成図である。なお、説明を容易にするため、光反射シート15は省略している。図1および図2に示されるように、バックライト装置303は、導光板811、光拡散反射部812、光強度分布整形部材110、光源6および光源10を備えている。なお、光源6は第1の光源であり、光源10は第2の光源である。なお、バックライト装置303は、面状の光を出射する面光源装置の機能を有する。また、図1において、光源10は光源6と重なるため、区別するため破線で示している。
FIG. 2 is a configuration diagram showing the liquid
図3は、液晶表示素子1および光源6,10の駆動方法を示すブロック図である。液晶表示素子駆動部52は、液晶表示素子1を駆動する。光源駆動部53aは、第1の光源である光源6を駆動する。光源駆動部53bは、第2の光源である光源10を駆動する。制御部51は、液晶表示素子駆動部52と光源駆動部53a,53bとを制御する。
FIG. 3 is a block diagram showing a method for driving the liquid crystal display element 1 and the
制御部51は図示しない信号源から供給された映像信号54に画像処理を施して制御信号(液晶表示素子制御信号55および光源制御信号56a,56b)を生成する。制御部51は、これら制御信号を液晶表示素子駆動部52および光源駆動部53a,53bに供給する。光源駆動部53aは、制御部51からの光源制御信号56aに基づいて光源6を駆動して光源6から光を出射させる。光源駆動部53bは、制御部51からの光源制御信号56bに基づいて光源10を駆動してこれら光源10から光を出射させる。
The
なお、制御部51が光源駆動部53a,53bを制御して、出射光600の光強度と出射光1000の光強度との割合を調整することができる。出射光600は第1の光である。また、出射光1000は第2の光である。
In addition, the
光源6および光源10は角度強度分布の異なる種類の光源である。光源6は、例えばレーザ素子から成る。光源6の角度強度分布は半値全角(最高強度の半値における角度)の小さいガウシアン分布形状を有する。また、光源6は、640nmをピークとする赤色の光を放射し、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。
The
光源10は、例えばLED素子から成る。その角度強度分布は半値全角の大きいランバート分布形状を有する。また、光源10は、450nm付近と530nm付近にピークを有し、420nmから580nmの帯域に連続的なスペクトルを有する青緑色(シアン色)の光を放射する。詳しくは、直接発光の青色LED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ている。また、このような光源10としては、例えば、励起光源にLED以外の光源を採用しその励起光源により緑色の蛍光体を励起し青緑色の光を発する光源を採用することもできる。また、例えば、紫外領域の波長の光を放射する光源により青色と緑色の光を発する蛍光体を励起し青緑色の光を発する光源を採用することもできる。また、例えば、直接発光の青色LEDと緑色LEDを備える構成としてもよい。
The
光源6から出射する出射光600と光源10から出射する出射光1000とは、光強度分布整形部材110を介して導光板811に入射する。導光板811に入射した出射光600および出射光1000は、導光板811の裏面(―Z軸側)に備えられる光拡散反射部812により+Z軸方向に向かう照明光810に変換される。照明光810は液晶表示素子1の背面1bに向けて放射される。すなわち、照明光810は赤色の出射光600と青緑色の出射光1000が混合した白色の面状の光である。つまり、導光板811は面発光導光板としての機能を有する。
The
この照明光810は、第2の光学シート32と第1の光学シート31とを透過して液晶表示素子1の背面1bに照射される。ここで、第1の光学シート31は、バックライト装置303から放射された光を液晶表示装置800の画面に対する法線方向に集光する作用を有するものである。また第2の光学シート32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。
The illumination light 810 passes through the second
光拡散反射部812の直下(−Z軸方向)には光反射シート15が配置されている。導光板811及び光拡散反射部812からその背面側(−Z軸方向)に放射された光は、光反射シート15で反射され、液晶表示素子1の背面1bを照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。
A
液晶表示素子1は、Z軸方向に垂直な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は矩形状をしている。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52は、制御部51から供給された制御信号(液晶表示素子制御信号55)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色の光、緑色の光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ている。液晶表示素子駆動部52は、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、バックライト装置303から入射した照明光を空間的に変調して画像光を生成する。そして、液晶表示素子1は、この画像光を表示面1aから出射することができる。なお、画像光とは、画像情報を有する光のことである。本実施の形態1によれば、例えば、制御部51により各光源駆動部53a,53bを個別に制御して、第1の光源6から出射する赤色の光の光量と、第2の光源10から出射する青緑色の光の光量との割合を調整することが可能である。このため、各映像信号54に対し必要となる各色光強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。
The liquid crystal display element 1 has a liquid crystal layer parallel to an XY plane perpendicular to the Z-axis direction. The
導光板811は透明材料から成る。また、導光板811は板状の部材である。透明材料とは、例えばアクリル樹脂(PMMA)などが採用できる。また、導光板811は例えば厚み3mmの板状部材とすることができる。
The
光拡散反射部812は導光板811の−Z軸方向面に接するように配置されている。光拡散反射部812は、導光板811に入射した線状の空間強度分布を有する光を面状の空間強度分布を有する光に変換する機能を持つ。そして、光拡散反射部812は、その面状の空間強度分布を有する光を液晶表示素子1に向けて放射する機能を持つ。線状の光とは、この線状の空間強度分布を有する光である。また、面状の光とは、この面状の空間強度分布を有する光である。
The light diffusing / reflecting
例えば、光拡散反射部812は、導光板811の裏面に拡散反射材812aをドット状に塗布する構成を採用できる。その際、ドット状に塗布される拡散反射材812aの密度は、光入射面811aの近傍においては疎であり、光入射面811aから離れるにつれ密である。拡散反射材812aの密度は、導光板811の+X軸方向の端面の近傍において最も密になる。このことにより、X−Y平面における照明光810の面内の空間強度分布は均一になる。照明光810は導光板811から放射される照明光である。
For example, the light diffuse
出射光600は、光源6から出射する際、点状の空間強度分布を有する。また、出射光1000は、光源10から出射する際、点状の空間強度分布を有する。光強度分布整形部材110は、点状の空間強度分布を有する出射光600,1000を線状の空間強度分布を有する光809に変換する。このとき生成される線状の光809のZ軸方向およびY軸方向の幅は、光強度分布整形部材110の光出射面110bのZ軸方向およびY軸方向の幅と同等の大きさを有する。
The emitted
本実施の形態1においては、出射光600と出射光1000とが混合される。このことにより、線状の光809は、線状の白色光となる。なお、出射光600は、光源6から出射される赤色の光である。また、出射光1000は、光源10から出射される青緑色の光である。線状の光809は、光強度分布整形部材110の光出射面110bから出射される光である。
In the first embodiment, the
さらに、光強度分布整形部材110は、出射光600,1000の角度強度分布を略近似させる機能を有する。ここで、角度強度分布とは角度毎の光強度の変化を表すものである。詳しくは、光源6および光源10が配置される平面と平行な平面(X−Y平面)において、光強度分布整形部材110は、光600の角度強度分布を、光1000の角度強度分布と近似する角度強度分布に広げる機能を有する。ここで、光源6から出射する際の光600の角度強度分布は狭い。また、光源10から出射する際の光1000の角度強度分布は広い。上述のように、光600は半値全角の小さいガウシアン分布形状を有する。また、光1000は半値全角の大きいランバート分布形状を有する。
Further, the light intensity
以下に、光強度分布整形部材110の詳細な構造について示す。
The detailed structure of the light intensity
光強度分布整形部材110は板状の部材で構成される。光強度分布整形部材110は、例えば、厚み2mmの板状の部材である。また、光強度分布整形部材110は、X−Y平面に平行でかつZ軸方向において導光板811と略同じ位置に配置される。つまり、光強度分布整形部材110は、光出射面110bと光入射面811aとが対向する位置に配置される。光強度分布整形部材110は、例えば、X軸方向の大きさは90mm、Y軸方向の大きさは255mmである。光強度分布整形部材110は、例えば、PMMAなどのアクリル樹脂の透明材料で作製されている。
The light intensity
図1および図2に示すように、光強度分布整形部材110の光入射面110aは第1の光源6および第2の光源10の発光部と対向している。ここで、発光部とは、光源6,10から出射光600,1000が出射する部分である。また、光強度分布整形部材110の光出射面110bは導光板811の光入射面810aと対向している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
第1の光源6は、例えば、レーザ素子をY軸方向に略等間隔に配置した光源装置である。第1の光源6は、自然数の倍数となる個数のレーザ素子を備える。ここで、自然数とは、1から始まり、1につぎつぎと1を加えて得られる数であり、ゼロは含まない。第2の光源10は、例えば、LED素子をY軸方向に略等間隔に配置した光源装置である。第2の光源10は、自然数の個数のLED素子を備える。
The first
本実施の形態1においては、第1の光源6は、Y軸方向に配置された6個のレーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fを有している。また、第2の光源10は、Y軸方向に配置された3個のLED素子10a,10b,10cを有している。図2の上側(図2中−Y軸方向)から順にレーザ素子6a、LED素子10a、レーザ素子6b,レーザ素子6c,LED素子10b、レーザ素子6d,レーザ素子6e,LED素子10c、レーザ素子6fと並ぶ。
In the first embodiment, the first
また、第1の光源6のレーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fは、Z軸を回転軸として−Z軸方向から見て時計回り、または反時計回りに回転した位置で配置されている。このため、出射光600は、X−Y平面上でX軸方向から所定の角度を持った方向に出射される。つまり、第1の光線600を出射する発光部は、Z軸を回転軸としてX軸方向から任意の角度回転した方向に向けて配置されている。
The
レーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fの内隣り合うものは、互いにX軸に対し同じ角度だけ逆向きに回転して配置されている。つまり、レーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fの内隣り合うものは、回転方向のみ正負が異なり、回転角度は全て同じである。図2で示すように、レーザ素子6aはZ軸を回転軸として所定の角度だけ反時計回りに回転して配置されている。一方、隣接するレーザ素子6bはZ軸を回転軸として同じ角度だけ時計回りに回転して配置されている。また、レーザ素子6bに隣接するレーザ素子6cは、Z軸を回転軸として同じの角度だけ反時計回りに回転して配置されている。第1の光源6の第1の光線600を出射する発光部は、光強度分布整形部材110の光入射面110aに対向して配置されている。
The
一方、LED素子10a,10b,10cは、X軸方向に出射光1000を出射するように配置されている。つまり、LED素子10a,10b,10cは、発光部をX軸方向に向けて配置されている。LED素子10a,10b,10cの発光部は、光強度分布整形部材110の光入射面110aに対向して配置されている。なお、LED素子10a,10b,10cの発光部は、第2の光線1000を出射する部分である。
On the other hand,
図4は光強度分布整形部材110と第1の光源6および第2の光源10との配置を示した構成図である。図4は光強度分布整形部材110の一部を拡大表示している。図4は光強度分布整形部材110のX−Y平面における形状を示している。図4は光強度分布整形部材110の形状を示している。
FIG. 4 is a configuration diagram showing the arrangement of the light intensity
光強度分布整形部材110の光入射面110aのうち、レーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fと対向する光入射面1106a,1106b,1106c,1106d,1106e,1106fは、交互にZ軸回りに回転した凹凸形状となっている。詳しくは、レーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fと対向する光入射面1106a,1106b,1106c,1106d,1106e,1106fは対応するレーザ素子から出射される第1の出射光600の主光線に対して垂直に配置されている。ここで、主光線とは角度強度分布において最大強度を有する角度方向に進行する光線を指す。
Of the
レーザ素子6aと対向する面は光入射面1106a(図示せず)である。レーザ素子6bと対向する面は光入射面1106bである。レーザ素子6cと対向する面は光入射面1106cである。レーザ素子6dと対向する面は光入射面1106dである。レーザ素子6eと対向する面は光入射面1106eである。レーザ素子6fと対向する面は光入射面1106f(図示せず)である。
A surface facing the
本実施の形態1においては、第1の光源6から出射する各第1の光線600の主光線の方向はZ軸を回転軸として+X軸方向から±20度回転した方向に向けられている。レーザ素子6a,6c,6eから各々出射される第1の光線600は、X−Y平面上で−Z軸方向から見て反時計回りに20度回転した方向に出射される。また、レーザ素子6b,6d,6fから各々出射される光線600は、X−Y平面上で−Z軸方向から見て時計回りに20度回転した方向に出射される。
In the first embodiment, the direction of the principal ray of each
また、光入射面1106a,1106c,1106eは、Z軸を回転軸として−Z軸方向から見て反時計回りに20度回転している。光入射面1106b,1106d,1106fは、Z軸を回転軸として−Z軸方向から見て時計回りに20度回転している。つまり、光入射面1106a,1106b,1106c,1106d,1106e,1106fは、Y−Z平面に対して傾いて形成されている。Y−Z平面は基準平面である。なお、図4には、レーザ素子6b,6c,6d,6eと光入射面1106b,1106c,1106d,1106eを示している。
Further, the light incident surfaces 1106a, 1106c, and 1106e rotate 20 degrees counterclockwise when viewed from the −Z-axis direction with the Z-axis as a rotation axis. The light incident surfaces 1106b, 1106d, and 1106f rotate 20 degrees clockwise as viewed from the −Z axis direction with the Z axis as the rotation axis. That is, the
光強度分布整形部材110の光入射面110aのうち、LED素子10a、10b、10cと対向する光入射面1110a,1110b,1110cは、対応するLED素子10a,10b,10cから出射される第2の光線1000の主光線に対して垂直に配置されている。LED素子10aと対向する面は光入射面1110a(図示せず)である。LED素子10bと対向する面は光入射面1110bである。LED素子10cと対向する面は光入射面1110c(図示せず)である。
Among the light incident surfaces 110a of the light intensity
本実施の形態1においては、第2の光源10a,10b,10cから出射する各第2の光線1000の主光線は+X軸方向に向けて出射する。また、対応する光入射面1110a,1110b,1110cはY−Z平面と平行に配置されている。なお、図4には、LED素子10bと光入射面1110bを示している。
In the first embodiment, the principal ray of each
すなわち、光強度分布整形部材110は、第1の光源6が有するレーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fの個数と第2の光源10が有するLED素子10a,10b,10cの個数との総和と同数の光入射面1106a,1106b,1106c,1106d,1106e,1106f,1110a,1110b,1110cを有する。
That is, the light intensity
光強度分布整形部材110は、光入射面110aのうち第1の光源6と対向する面に微細光学構造111を有している。本実施の形態1においては、レーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fと対向する光入射面1106a,1106b,1106c,1106d,1106eに微細光学構造111を有している。
The light intensity
微細光学構造111は、入射する光の進行方向を屈折により変化させる機能を有する。図4に示すように、例えば、微細光学構造111は、円柱の側面形状の凹形状がY軸方向に一定間隔で光入射面110a上に形成された構成をしている。ここで、円柱の中心軸はZ軸と平行である。図4で示した凹形状は、円柱の中心軸を通る平面で切断した側面形状である。微細光学構造111をX−Y平面で切断した断面は、第1の光源6側に凹形の円弧形状をしている。また、光入射面110aをZ−X平面で切断した断面は、Z軸方向に延びる直線形状をしている。
The fine
本実施の形態1に係る光強度分布整形部材110の微細光学構造111は、X−Y平面上で、半径40μmの凹形の円弧形状である。円弧形状の中心は、各光入射面1106a,1106b,1106c,1106d,1106eの平面上にある。凹形の深さは20μmである。円弧形状の間隔は、円弧の中心の間隔で80μmである。
The fine
光入射面110aに入射する第1の出射光600は、光入射面110aに入射する際に微細光学構造111により拡散する。したがって、光強度分布整形部材110に入射した第1の出射光600の角度強度分布の全角は、第1の光源6から出射した直後の角度強度分布の全角と比べて大きくなる。また、第1の出射光600は光強度分布整形部材110内においてランダムな方向に進む。ただし、図4においては、第1の光線600の光路を明確にするために、微細光学構造111による拡散作用を考慮していない。
The first
本実施の形態1においては、第1の光源6から出射する第1の出射光600は、X−Y平面上において、全角が35度の狭い角度強度分布を有する。出射光600の角度強度分布の形状は略ガウシアン分布をしている。レーザ素子6a,6b,6c,6d,6e,6fから出射した各々の出射光600a,600b,600c,600d,600e,600fは光強度分布整形部材110の中で足し合わされる。これにより、出射光600の光出射面110bにおける角度強度分布の全角は大きな角度となっている。
In the first embodiment, the first
具体的に説明すると、レーザ素子6a,6c,6eは、X軸方向に対してZ軸を中心に−Z軸方向から見て反時計回りに20度回転して配置されている。レーザ素子6b,6d,6fは、X軸方向に対してZ軸を中心に−Z軸方向から見て時計回りに20度回転して配置されている。その結果、出射光600a,600c,600eの光線の軸は、+X軸方向に対してZ軸を中心に−Z軸方向から見て反時計回りに20度傾いている。出射光600b,600d,600fの光線の軸は、+X軸方向に対してZ軸を中心に−Z軸方向から見て時計回りに20度傾いている。つまり、出射光600a,600c,600eの光線の軸と出射光600b,600d,600fの光線の軸とは、X軸に対し対称な方向を向いている。
More specifically, the
ここで光線の軸とは、任意の平面における光線の角度強度分布の加重平均となる角度方向の軸を指す。加重平均となる角度は、各角度に光の強度の重みづけをして平均することで求められる。光強度のピーク位置が角度強度分布の中心からずれている場合、光線の軸は光強度のピーク位置の角度とはならない。光線の軸は、角度強度分布の面積の中の重心位置の角度となる。 Here, the axis of the light beam refers to an axis in the angular direction that is a weighted average of the angular intensity distribution of the light beam in an arbitrary plane. The angle that becomes the weighted average is obtained by weighting the light intensity to each angle and averaging the angles. When the peak position of the light intensity is deviated from the center of the angular intensity distribution, the axis of the light beam does not become the angle of the peak position of the light intensity. The ray axis is the angle of the center of gravity position in the area of the angular intensity distribution.
これらの出射光600a,600c,600eと出射光600b,600d,600fの光線を足し合わせた光線の角度強度分布は、光線の軸が+X軸方向を向いている。また、これらの光線を足し合わせた光線の角度強度分布は、元の出射光600a,600c,600eおよび出射光600b,600d,600fの角度強度分布より広い全角を有する。 In the angular intensity distribution of the light beams obtained by adding the light beams of the emitted light beams 600a, 600c, and 600e and the emitted light beams 600b, 600d, and 600f, the light beam axis is in the + X-axis direction. Further, the angular intensity distribution of the light beams obtained by adding these light beams has a wider full angle than the angular intensity distributions of the original outgoing lights 600a, 600c, 600e and outgoing lights 600b, 600d, 600f.
図5、図6は、実施の形態1における出射光600および出射光1000のX−Y平面上における角度強度分布を示した特性図である。図5は、光強度分布整形部材110の光出射面110bにおける出射光600a,600c,600eの角度強度分布121aと光出射面110bにおける出射光600b,600d,600fの角度強度分布121bとを足し合わせた光線の角度強度分布122を示す図である。横軸は角度[deg]を示し、縦軸は光の強度(任意単位。図5中[a.u.]はarbitrary unitsの略。)を示している。ここで、角度は+X軸方向からZ軸を中心に回転した角度である。−Z軸方向から見て、時計回りをプラス側とし、反時計回りをマイナス側とする。
5 and 6 are characteristic diagrams showing angular intensity distributions on the XY plane of the emitted
図6は、3つの角度強度分布100,120,122を比較する図である。角度強度分布100は、第2の光源10から出射され光強度分布整形部材110を介し光出射面110bから出射される出射光1000の角度強度分布である。角度強度分布120は、第1の光源6から出射した直後の出射光1000の角度強度分布である。角度強度分布122は、第1の光源6から出射され光強度分布整形部材110を介し光出射面110bから出射される出射光600の角度強度分布である。横軸は角度[deg]を示し、縦軸は光の強度(任意単位。図6中[a.u.]はarbitrary unitsの略。)を示している。ここで、角度強度分布100,122については、角度は+X軸方向からZ軸を中心に回転した角度である。−Z軸方向から見て、時計回りをプラス側とし、反時計回りをマイナス側とする。角度強度分布120については、角度はその主光線の方向を0度としている。
FIG. 6 is a diagram comparing the three
図5に示すように、光強度分布整形部材110の光出射面110bにおける出射光600a,600c,600eは、略+20度回転した方向に最高強度を有する(角度強度分布121a)。これは、第1の光源6a,6c,6eがZ軸を中心に+20度回転して配置されることに起因する。また、光強度分布整形部材110の光出射面110bにおける出射光600a,600c,600eは、第1の光源6a,6c,6eから出射される出射光600a,600c,600eとは異なる角度強度分布を有する。第1の光源6a,6c,6eから出射した直後の出射光600a,600c,600eは全角35度の略ガウシアン分布である。この出射光600a,600c,600eが光強度分布整形部材110と同等の屈折率の部材に入射するとき、その角度強度分布は屈折により狭められ、全角は略24度となる。本実施の形態1の光強度分布整形部材110はその光入射面1106a,1106c,1106eに微細光学構造111を有している。出射光600a,600c,600eは微細光学構造111により拡散され、角度強度分布121aの全角は約40度に広げられる。また、角度強度分布121aは、緩やかに変化する形状となる。
As shown in FIG. 5, the outgoing lights 600a, 600c, and 600e on the light
光強度分布整形部材110の光出射面110bにおける出射光600b,600d,600fは、略−20度回転した方向に最高強度を有する(角度強度分布121b)。これは、第1の光源6b,6d,6fがZ軸を中心に−20度回転して配置されることに起因する。また、光強度分布整形部材110の光出射面110bにおける出射光600b,600d,600fは、第1の光源6b,6d,6fから出射される出射光600b,600d,600fとは異なる角度強度分布を有する。第1の光源6b,6d,6fから出射した直後の出射光600b,600d,600fは全角35度の略ガウシアン分布である。この出射光600b,600d,600fが光強度分布整形部材110と同等の屈折率の部材に入射するとき、その角度強度分布は屈折により狭められ、全角は略24度となる。しかしながら、本実施の形態1の光強度分布整形部材110はその光入射面1106b,1106d,1106fに微細光学構造111を有している。出射光600b,600d,600fは微細光学構造111により拡散され、角度強度分布121bの全角は約40度に広げられる。また、角度強度分布121bは、緩やかに変化する形状となる。
The outgoing lights 600b, 600d, and 600f on the light
以上より、光強度分布整形部材110の光出射面110bにおいて、2つの光線の角度強度分布121a,121bは、X軸(角度0度)を中心として対称な形状を有する。また、出射光600a,600c,600eと出射光600b,600d,600fとを足し合わせた光線の角度強度分布122の光線の軸は、X軸(角度0度)上にある。角度強度分布122の全角は、約80度である。
As described above, on the
図6に示すように、X−Y平面上において、第1の光源6から出射した出射光600の角度強度分布は、全角の狭い略ガウシアン分布形状である。光強度分布整形部材110を介すことにより、光出射面110bにおける出射光600の角度強度分布122は、全角の広い略ランバート分布形状となる。これにより、導光板811に入射した直後の出射光600は、導光板811に入射した直後の出射光1000と略近似した角度強度分布を有する。このように出射光600の角度強度分布を出射光1000の角度強度分布に略近似させる領域を光強度分布整形部材110の角度強度分布整形領域と呼ぶ。
As shown in FIG. 6, on the XY plane, the angular intensity distribution of the
光強度分布整形部材110に入射した出射光600および出射光1000は、光強度分布整形部材110の中を+X軸方向に向かって進行する。出射光600は、光強度分布整形部材110により、その角度強度分布を出射光1000と近似する形状に変換される。その後、出射光600および出射光1000は、自らの発散角により広がることで混ざり合い、線状の白色光となって光強度分布整形部材110の光出射面110bから導光板811の光入射面810aに向かって出射する。
The
以上のように、本実施の形態1によれば、バックライト装置に角度強度分布や配置される発光素子の数の異なる複数の種類の光源を備えた場合においても、光強度分布整形部材110により色むらの無い線状の白色光を生成することが可能である。
As described above, according to the first embodiment, even when the backlight device includes a plurality of types of light sources having different angular intensity distributions and the number of light emitting elements to be arranged, the light intensity
また、光強度分布整形部材110は異なる角度強度分布を有する光源を備える場合においても、それらの角度強度分布を近似する形状に変換する機能を有する。このため、光強度分布整形部材110の後方に備えられる導光板811から面状の光となって出射される際においても、液晶表示装置の表示面内における色むらの無い面状の白色光である照明光810を生成することができる。また、照明光810を構成する赤色の光と青緑色の光の角度強度分布が等しくなるため、液晶表示装置の表示面と成す角度の変化に対する色むらも抑制することができる。
Moreover, even when the light intensity
特に、幅が非常に狭く急峻に変化する形状の角度強度分布を有するレーザと幅が非常に広く緩やかに変化する形状の角度強度分布を有するLEDとを備える場合において、それらの角度強度分布を近似させることが困難であった。しかし、本実施の形態1においてはそれらの光源の角度強度分布を近似させることを実現している。従って、本実施の形態1の液晶表示装置800においては、色むらの無い高画質な画像を提供することが可能となる。
In particular, in the case of including a laser having an angular intensity distribution with a shape whose width is very narrow and abruptly changed and an LED having an angular intensity distribution with a shape whose width is very wide and gently changed, the angular intensity distribution is approximated. It was difficult to make. However, in the first embodiment, the angular intensity distribution of these light sources is approximated. Therefore, in the liquid
従来、液晶表示装置の光源に特性の異なる種類の光源を採用する場合、色むらを抑制するためには、各光源にその特性に適した導光板を備え、それらの導光板を積層していた。そのため、装置の薄型化が困難であった。しかしながら、本実施の形態1の液晶表示装置800においては、光強度分布整形部材110を備えることにより装置の薄型化を実現している。
Conventionally, when a light source of a different type is used as a light source of a liquid crystal display device, in order to suppress color unevenness, each light source is provided with a light guide plate suitable for the property, and the light guide plates are laminated. . Therefore, it has been difficult to reduce the thickness of the device. However, in the liquid
また、本実施の形態1の液晶表示装置800においては、光強度分布整形部材110を採用することによって、異なる特性を有する複数の光源に対して備える導光板を共通化し、かつそれらの光源の導光板厚み方向(Z軸方向)における光線の軸を一致させている。従って、より色むらを抑制することが可能となる。
Further, in the liquid
また、本実施の形態1においては、光源に単色性に優れたレーザを採用している。例えば、白色LEDと比較し波長帯域幅の狭い赤色の単色LEDの波長帯域幅は数十nm程度である。これに対し、赤色のレーザの波長帯域幅は数nm程度しかない。赤色は色差に対する人間の感度が高い色である。従って、赤色における単色LEDとレーザの波長帯域幅の差は、人間の視覚にはより顕著な差となって感じられる。ここで、波長帯域幅は色純度の差である。 In the first embodiment, a laser having excellent monochromaticity is employed as the light source. For example, the wavelength bandwidth of a red monochromatic LED having a narrower wavelength bandwidth than that of a white LED is about several tens of nanometers. On the other hand, the wavelength bandwidth of the red laser is only about a few nm. Red is a color with high human sensitivity to color differences. Therefore, the difference in wavelength bandwidth between the monochromatic LED and the laser in red is felt as a more prominent difference in human vision. Here, the wavelength bandwidth is a difference in color purity.
従って、3原色の色の中でも特に、赤色の光をレーザに置き換え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高い。これらの理由から、本実施の形態1の液晶表示装置800においては、赤色の光源に対しレーザを適用している。
Therefore, among the three primary colors, the effect of reducing power consumption and improving the color purity by replacing red light with a laser is high. For these reasons, in the liquid
また、従来、青色から赤色までの連続スペクトルを有する白色LEDや波長帯域幅の広い赤色の単色LEDを使用していた。この場合においては、赤色の光の一部がスペクトルの隣接する緑色のフィルタを透過することにより、緑色の色純度も低下させていた。しかしながら、本実施の形態1の液晶表示装置800においては、赤色の色純度が増すため、緑色フィルタを透過する赤色の光量が低減され、緑色の色純度を向上させることが可能となる。
Conventionally, a white LED having a continuous spectrum from blue to red and a red single-color LED having a wide wavelength bandwidth have been used. In this case, a part of the red light passes through the green filter adjacent to the spectrum, so that the green color purity is also lowered. However, in the liquid
また、液晶表示装置800においては、青色の光と緑色の光とは、青色の単色LEDと青色の光を吸収して緑色を発光する蛍光体とを備える青緑色LEDにより生成している。緑色については、緑色の光を発光する単色LEDや単色レーザの採用も考えられる。しかし、ディスプレイに適用可能な簡易で小型なものにおいて、これらの単色LEDや単色レーザは、蛍光体を使った多色LEDより低消費電力および高出力の点で劣る。そこで、本実施の形態1の液晶表示装置800は、装置の簡易化、小型化および低消費電力化のため、緑色の光は単色LEDや単色レーザなどの発光素子ではなく、蛍光体を用いる構成としている。
Further, in the liquid
本実施の形態1において、青色の光を発光し、かつ緑色蛍光体を励起する光源として、青色の単色LEDを採用している。より色再現範囲を広げるために、青色の単色LEDの代わりに青色のレーザを採用することも有効である。しかしながら、本実施の形態1の光源10のように、青色の発光素子によって蛍光体を励起し他色の光を得る構成とする場合、レーザよりLEDを採用する方が望ましい。
In the first embodiment, a blue monochromatic LED is employed as a light source that emits blue light and excites a green phosphor. In order to further expand the color reproduction range, it is also effective to employ a blue laser instead of a blue single color LED. However, like the
これは、以下の理由による。低電流駆動で低出力のLEDに対し、レーザは高電流駆動で高出力である。このため、駆動時のレーザからの発熱量が非常に大きい。また、LEDから出射される光は広い発散角を有するのに対し、レーザから出射される光は非常に狭い発散角を有する。このため、レーザの場合、蛍光体に入射する励起光の強度密度(蛍光体の単位体積あたりに入射する光の強度)が非常に高くなる。蛍光体に入射し吸収された光は、一部が他波長に変換され外部に放射され、その他の光は主に熱エネルギーとなる。一般に、蛍光体の内部変換効率(吸収される光量に対する他波長の光に変換される光量)は40%から80%程度である。すなわち同時に発生する熱エネルギーは入射した光エネルギーの20%から60%にも及ぶ。従って、高出力で光強度密度の高いレーザの光が入射した場合、蛍光体の発熱量は非常に大きくなる。 This is due to the following reason. In contrast to LEDs with low current drive and low output, the laser has high output with high current drive. For this reason, the amount of heat generated from the laser during driving is very large. In addition, light emitted from the LED has a wide divergence angle, whereas light emitted from the laser has a very narrow divergence angle. For this reason, in the case of a laser, the intensity density of excitation light incident on the phosphor (the intensity of light incident per unit volume of the phosphor) is very high. A part of the light incident on and absorbed by the phosphor is converted to another wavelength and emitted to the outside, and the other light mainly becomes thermal energy. Generally, the internal conversion efficiency (the amount of light converted into light of other wavelengths with respect to the amount of light absorbed) of the phosphor is about 40% to 80%. That is, the thermal energy generated at the same time ranges from 20% to 60% of the incident light energy. Accordingly, when a laser beam having a high output and a high light intensity density is incident, the calorific value of the phosphor becomes very large.
蛍光体を備えるレーザ自身の発熱量が増加すると、蛍光体の温度が上昇する。また、蛍光体自身の発熱量が増加しても、蛍光体の温度が上昇する。蛍光体の温度が上昇すると、蛍光体の内部変換効率が大幅に低下し、液晶表示装置の表示面における輝度の低下や消費電力の増加を引き起こす。従って、本実施の形態1における光源10は、青色のLEDと、この青色の光によって励起され緑色の光を発する蛍光体とを備えた青緑色LEDを採用している。
As the amount of heat generated by the laser itself including the phosphor increases, the temperature of the phosphor increases. Moreover, even if the calorific value of the phosphor itself increases, the temperature of the phosphor increases. When the temperature of the phosphor rises, the internal conversion efficiency of the phosphor greatly decreases, causing a decrease in luminance and an increase in power consumption on the display surface of the liquid crystal display device. Accordingly, the
上記のように、本実施の形態1の液晶表示装置800において、3原色のうち赤色のみにレーザを採用し、青色と緑色には青緑色LEDを採用している。青緑色LEDは、青色の単色LEDと、その青色の光を吸収し緑色の光を発光する蛍光体とを備えている。これにより、従来の白色LEDや、3原色の単色LEDや3原色の単色レーザを採用した液晶表示装置と比較して、簡易で安価な構成によって、低消費電力で広い色再現範囲を実現する液晶表示装置を提供することを可能にしている。
As described above, in the liquid
なお、本実施の形態1においては、バックライト装置800の光源に640nmにピーク波長を有する赤色レーザを採用した。しかし、本発明はこれに限るものではない。例えば、波長の異なる赤色レーザを採用してもよい。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の光源6として採用することも有効である。しかし、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狭いレーザを採用する方が色再現領域の広域化に対する効果が高い。なお、波長幅の狭いレーザとは、単色性に優れたレーザである。なお、本実施の形態1において、第2の光源10は、第1の光源として採用する単色の光源6に対し、白色を作り出すために必要な補色の光を放射する光源を採用する必要がある。
In the first embodiment, a red laser having a peak wavelength at 640 nm is used as the light source of the
本実施の形態1においては、第1の光源6を6個のレーザ素子から構成したが、本発明はこれに限るものではない。本発明においては、第1の光源6の角度強度分布を第2の光源10の角度強度分布と近似させるため、2つのレーザ素子の角度強度分布を足し合わせその分布形状を最適な形状に整形している。従って、第1の光源6は2の倍数の数のレーザ素子を備えればよい。このとき、複数のレーザ素子の配置間隔は、光強度分布整形部材110から放射される光の空間強度分布にむらが出来ないように規則的に配置されることが望ましい。
In the first embodiment, the first
本実施の形態1においては、第2の光源10を3個のLED素子から構成したが、本発明はこれに限るものではない。このとき、LED素子の配置間隔は、光強度分布整形部材110から放射される光の空間強度分布にむらが出来ないように規則的に配置されることが望ましい。
In the first embodiment, the second
本実施の形態1においては、光強度分布整形部材110は一体の部品としたが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図7に示す光強度分布整形部材210は、図2に示す光強度分布整形部材110を光源の配列方向(図2中Y軸方向)の任意の位置で分割している。図8に示すように、この光強度分布整形部材210をY軸方向に並べている。
In the first embodiment, the light intensity
これにより、導光板811のサイズが変化した場合でも、同じ部品を用いることができる。つまり、導光板811のサイズによって、並べる光強度分布整形部材210の数を変えれば良い。
Thereby, even when the size of the
図7の光強度分布整形部材210において、その側面210c,210dは光出射面210bと垂直に形成されている。また、その側面210c,210dで生じる光の反射は光強度分布整形部材210と空気層との屈折率差による正反射である。このため、その側面210c,210dによる出射光600および出射光1000の角度強度分布形状への影響は無い。
In the light intensity
また、光強度分布整形部材210の変わりに、例えば、図9の光強度分布整形部材310を採用することも可能である。光強度分布整形部材310の側面310c,310dは、曲率を有している。この点で光強度分布整形部材210の側面210c,210dと異なる。側面310c,310dの形状を設計することによって、第1の光源6から出射される出射光600の角度強度分布形状をきめ細かに調整することが可能となる。
Further, instead of the light intensity
実施の形態2.
図10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2000の構成を模式的に示す図である。実施の形態2の液晶表示装置2000は、実施の形態1の液晶表示装置800に対して、光強度分布整形部材110を光反射シート15の背面側(図1中−Z軸方向)に備える点が異なる。また、光強度分布整形部材110の出射面110bと導光板811の光入射面811aとの間に光進行方向変更部材としてのシリンドリカルミラー500が新たに加えられる点においても異なる。実施の形態1で示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a liquid
シリンドリカルミラー500の反射面500aは、光強度分布整形部材110の光出射面110bと対向して配置されている。反射面500aは導光板811の光入射面811aとも対向して配置されている。また、光強度分布整形部材110は、導光板811と略平行に配置されている。図10に示すように、反射面500aのX−Z平面で切断された断面は、光入射面811a側に凹形の円弧形状をしている。また、反射面500aのX−Y平面で切断された断面は、Y軸方向に延びる直線状である。なお、反射面500aは、シリンドリカルミラー500の反射面である。
The
第1の光源6および第2の光源10から放射される出射光600および出射光1000は、光強度分布整形部材110に入射しその内部を−X軸方向に進行する。その後、出射光600および出射光1000は、光出射面110bからシリンドリカルミラー500に向かって出射する。シリンドリカルミラー500は、光進行方向変更部材としての機能を有し、光出射面110bから−X軸方向に出射される出射光600および出射光1000を+X軸方向に向け導光板811の光入射面811aに向けて出射する。
実施の形態1においては、異なる特性を有する光源を採用した場合に発生する色むらの問題を解消するため、液晶表示装置800の表示面1aと平行な平面上に光強度分布整形部材110を配置して液晶表示装置800の薄型化を実現した。実施の形態2によると、光強度分布整形部材110を導光板811あるいは光反射シート15の背面側(−Z軸方向)に配置している。これにより、実施の形態1に対して液晶表示装置800のベゼルを狭くすることが可能となる。ここで、ベゼルとは液晶表示装置の表示画面周辺を取り囲む外枠の部材を指す。
In the first embodiment, the light intensity
本実施の形態2においては、光進行方向変更部材として、半円形状のシリンドリカルミラー500を採用したが、本発明はこれに限るものではない。例えば、図11のように、1/4円形状のシリンドリカルミラー510を採用してもよい。この場合、シリンドリカルミラー510は+Z軸方向に進行する光を+X軸方向に向ける機能を有する。このため、光強度分布整形部材の内部を−X軸方向に進行する光を+Z軸方向に向ける機能を付加した光強度分布整形部材1100を採用する必要がある。
In the second embodiment, the semicircular
例えば、光強度分布整形部材1100の光入射面1100aと対向する側の面にプリズム形状を追加する。これにより、−X軸方向に進む光を光強度分布整形部材1100と空気層との屈折率差を用いて反射し+Z軸方向に向けることができる。さらに、プリズム面に反射膜を蒸着させることにより、プリズム面で反射されず透過する光の発生を抑え、光損失を抑制することが可能となる。
For example, a prism shape is added to the surface of the light intensity
また、本実施の形態2においては、光強度分布整形部材110および光強度分布整形部材1100を導光板811あるいは光反射シート15と平行に配置したが、本発明はこれに限るものではない。図12のように、光強度分布整形部材1100を導光板811あるいは光反射シート15と任意の角度を成す構成としてもよい。これは、光強度分布整形部材110においても同様である。
In the second embodiment, the light intensity
このように、液晶表示装置2000の筐体における主平面(図12中X−Y平面)に対して光強度分布整形部材1100を傾けて配置する。これによって、出射光600および出射光1000の光線の軸の方向と、プリズム面の傾き角と、光進行方向変換部材としてのシリンドリカルミラー510と、導光板811との関係を最適化し易くなる利点がある。また、光源6および光源10が大きさを有するため、導光板811と光強度分布整形部材1100とを遠隔配置する場合においても、光強度分布整形部材1100を傾けることによって、液晶表示装置2000の端部(導光板811の光入射面近傍)の厚みを抑制することが可能となる。
In this way, the light intensity
上述の各実施の形態においては、「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場合がある。また、略正方形、略90度および略平行など「略」または「ほぼ」などの用語をつけた表現を用いている場合がある。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ことを表している。例えば、「略−Z軸方向」も、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを含む用語である。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。また、請求の範囲に「略」を記載した場合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ことを示している。 In each of the above-described embodiments, terms indicating the positional relationship between components or the shape of the components, such as “parallel” and “vertical”, may be used. Further, there are cases where expressions with terms such as “substantially” or “substantially” such as substantially square, approximately 90 degrees, and approximately parallel are used. These represent that a range that takes into account manufacturing tolerances and assembly variations is included. For example, “substantially −Z-axis direction” is also a term including manufacturing tolerances and assembly variations. For this reason, even if “abbreviation” is not described in the claims, it includes a range that takes into account manufacturing tolerances and assembly variations. In addition, when “substantially” is described in the claims, it indicates that a range in consideration of manufacturing tolerances, assembly variations, and the like is included.
1 液晶光学素子、 1a 表示面、 15 光反射シート、 110,210,310,1100 光強度分布整形部材、 110a,1100a 光入射面、 110b 光出射面、 1106a,1106b,1106c,1106d,1106e,1106f 光入射端面、 1110a,1110b,1110c 光入射面、 111 微細光学構造、 100,120,121a,121b,122 角度強度分布、 210b 光出射面、 210c,210d,310c,310d 側面、 31,32 光学シート、 303 バックライト装置、 51 制御部、 52 液晶表示素子駆動部、 53a,53b 光源駆動部、 55 液晶表示素子制御信号、 56a,56b 光源制御信号、 500,510 シリンドリカルミラー、 500a 反射面、 6 光源、 6a,6b,6c,6d,6e,6f レーザ素子、 600 出射光、 600a,600b,600c,600d,600e,600f 出射光、 809 線状の光、 810 照明光、 811 導光板、 811a 光入射面、 812 光拡散反射部、 812a 拡散反射材、 10 光源、 10a,10b,10c LED素子、 1000 出射光、 800,2000 液晶表示装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid crystal optical element, 1a Display surface, 15 Light reflection sheet, 110,210,310,1100 Light intensity distribution shaping member, 110a, 1100a Light incident surface, 110b Light output surface, 1106a, 1106b, 1106c, 1106d, 1106e, 1106f Light incident end face, 1110a, 1110b, 1110c light incident face, 111 fine optical structure, 100, 120, 121a, 121b, 122 angular intensity distribution, 210b light exit face, 210c, 210d, 310c, 310d side face, 31, 32 optical sheet , 303 backlight device, 51 control unit, 52 liquid crystal display element driving unit, 53a, 53b light source driving unit, 55 liquid crystal display element control signal, 56a, 56b light source control signal, 500, 510 cylindrical mirror, 50 a reflective surface, 6 light sources, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f laser element, 600 outgoing light, 600a, 600b, 600c, 600d, 600e, 600f outgoing light, 809 linear light, 810 illumination light, 811 Light guide plate, 811a light incident surface, 812 light diffuse reflection part, 812a diffuse reflection material, 10 light source, 10a, 10b, 10c LED element, 1000 emitted light, 800, 2000 liquid crystal display device.
Claims (5)
前記第1の光線より広い角度強度分布を有する第2の光線を出射する第2の光源と、
角度強度分布整形領域を有し、前記角度強度分布整形領域で前記第1の光線の角度強度分布を変え、前記第1の光線および前記第2の光線を光入射面から入射して混合し線状の光として出射する光強度分布整形部材とを備え
前記第1の光線は前記光強度分布整形部材の基準平面に対して傾斜して入射して前記角度強度分布整形領域で反射しながら伝播し、
前記第2の光線は前記光強度分布整形部材の基準平面に対して略垂直に入射する光混合ユニット。 A first light source that emits a first light beam;
A second light source that emits a second light beam having a wider angular intensity distribution than the first light beam;
An angular intensity distribution shaping region, the angular intensity distribution of the first light ray is changed in the angular intensity distribution shaping region, and the first light ray and the second light ray are incident from a light incident surface and mixed to form a line; A light intensity distribution shaping member that emits in the form of shaped light, and the first light ray is incident with an inclination relative to a reference plane of the light intensity distribution shaping member and propagates while being reflected by the angular intensity distribution shaping region. ,
The light mixing unit in which the second light beam is incident substantially perpendicular to a reference plane of the light intensity distribution shaping member.
前記光混合ユニットの出射する前記線状の光を入射し面状の光として出射する面発光導光板をさらに有する面光源装置。 The light mixing unit according to any one of claims 1 to 3,
A surface light source device further comprising a surface light-emitting light-guiding plate that receives the linear light emitted from the light mixing unit and emits the light as planar light.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011106315A JP2012238462A (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Light mixing unit, planar light source device and liquid crystal display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011106315A JP2012238462A (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Light mixing unit, planar light source device and liquid crystal display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012238462A true JP2012238462A (en) | 2012-12-06 |
Family
ID=47461200
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011106315A Withdrawn JP2012238462A (en) | 2011-05-11 | 2011-05-11 | Light mixing unit, planar light source device and liquid crystal display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012238462A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015216037A (en) * | 2014-05-12 | 2015-12-03 | 三菱電機株式会社 | Surface light source device and liquid crystal display device |
JP2016070975A (en) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 日亜化学工業株式会社 | Backlight unit for liquid crystal display device and liquid crystal display device using the same |
US9418601B2 (en) | 2014-03-19 | 2016-08-16 | Samsung Display Co., Ltd. | Display device with luminance boosting unit |
JP2016184564A (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-20 | 三菱電機株式会社 | Surface light source device and liquid crystal display unit |
-
2011
- 2011-05-11 JP JP2011106315A patent/JP2012238462A/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9418601B2 (en) | 2014-03-19 | 2016-08-16 | Samsung Display Co., Ltd. | Display device with luminance boosting unit |
JP2015216037A (en) * | 2014-05-12 | 2015-12-03 | 三菱電機株式会社 | Surface light source device and liquid crystal display device |
JP2016070975A (en) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 日亜化学工業株式会社 | Backlight unit for liquid crystal display device and liquid crystal display device using the same |
US9995870B2 (en) | 2014-09-26 | 2018-06-12 | Nichia Corporation | Backlight unit and liquid crystal display device |
US20180259703A1 (en) | 2014-09-26 | 2018-09-13 | Nichia Corporation | Backlight unit and liquid crystal display device |
US10281642B2 (en) | 2014-09-26 | 2019-05-07 | Nichia Corporation | Backlight unit and liquid crystal display device |
US10495808B2 (en) | 2014-09-26 | 2019-12-03 | Nichia Corporation | Backlight unit and method of lighiting backlight unit |
JP2016184564A (en) * | 2015-03-27 | 2016-10-20 | 三菱電機株式会社 | Surface light source device and liquid crystal display unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5460893B2 (en) | Angular intensity distribution shaping member and surface light source device | |
TWI489180B (en) | A planar light source device, and a liquid crystal display device | |
US8998474B2 (en) | Surface light source device and liquid crystal display apparatus | |
TWI474082B (en) | Backlight device and liquid crystal display device | |
US8120726B2 (en) | Surface light source device and display | |
JP5940157B2 (en) | Surface light source device and liquid crystal display device | |
TWI474085B (en) | Surface light source device and liquid crystal display device | |
TW201222098A (en) | Surface light source and LCD | |
JP2011517040A (en) | LIGHTING SYSTEM, BACKLIGHT SYSTEM, AND DISPLAY DEVICE | |
US9753213B2 (en) | Planar light source device and liquid crystal display apparatus | |
JP2012238462A (en) | Light mixing unit, planar light source device and liquid crystal display device | |
CN106066554B (en) | A backlight module and display device | |
TWI494662B (en) | Surface light source device and liquid crystal display device | |
JP2013025034A (en) | Illuminating device and image forming apparatus | |
KR101101792B1 (en) | LCD and lighting device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20140805 |