JP2010067552A - バックライト装置および液晶ディスプレイ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高効率で色純度の高い液晶ディスプレイ装置、および当該液晶ディスプレイ装置を実現する上で好適な液晶バックライト装置を提供する。
【解決手段】複数の赤、緑、青色レーザ光を発する光源部と、光源部より発せられたレーザ光を側面から入射し、対向する主面のうち光を出射面とは反対側の面に設けられた複数の反射部によって出射面側に光を反射して出射する複数の導光板と、を備え、複数の導光板は、出射面の法線方向が一致するように重ねて配置されるとともに、法線方向から見て各導光板の反射部が重ならないように配置され、出射するレーザ光は、液晶パネルの赤色用画素、緑色用画素、青色用画素にそれぞれ入射する、構成を採る。
【選択図】図1

Description

本発明は、レーザ光源を有するバックライト装置およびそれを用いた液晶ディスプレイ装置に関する。
近年の微細な光半導体製造技術の進展により、半導体レーザの性能が向上したため、半導体レーザを高効率な光源としてディスプレイ装置(特にバックライト装置)へ応用することが可能となってきた。
例えば、レーザ光を液晶ディスプレイ装置の光源として利用した場合、電気から光への変換効率が高いため、省電力の液晶ディスプレイ装置を実現することができる。
周知のように、一般的な液晶ディスプレイは、従来白色光源をひとつひとつの画素に設けたカラーフィルタによって3原色を取り出し、フルカラーの表示を実現している。ところが、カラーフィルタは、選択する色を透過し、残りの色の光については吸収する。すなわち、3原色が混ざった白色光をカラーフィルタに通すと、入手した光の1/3しか利用されず、残りの2/3は無駄に捨てられることになる。
また、カラーフィルタの遮断特性は完全ではないので、選択する色以外の色の光についても多少透過し、漏れこんでしまう。このため色純度の高いレーザ光源を用いても、3原色を混合し、再び液晶ディスプレイの画素ごとに設けられたカラーフィルタによって色を選択すると、漏れこんだ他の原色光によって色の純度が低下し、表現できる色の範囲が縮小してしまう。これらは、液晶ディスプレイの画素に混色した白色光を供給することによって起こる現象である。
そこで、それぞれの画素に対して、その画素が担当する原色の光だけが供給される光源手段が提案されている(例えば、特許文献1)。
図7は、そのような従来技術による液晶バックライト装置の構成の一例を示す模式図である。液晶パネル301において、光源からの光が入射する側に、赤、緑、青の3つの画素302の組に対応させレンチキュラレンズ303がある。レンチキュラレンズ303の焦点距離は、レンチキュラレンズ303から、液晶パネル301上の赤、緑、青の3つの画素302の位置に設定されている。
この構成において、レンチキュラレンズ303に平行光が入射すると、その傾角によって、焦点位置は移動する。例えば、図7のような傾角で入射した場合には、それぞれ赤、緑、青の3つの画素302のそれぞれにだけ到達することになる。
すなわち、赤、緑、青の原色の光源光が、ある一定の傾角をもった平行光であれば、液晶パネル301上の赤、緑、青の3つの画素302に対応させることができ、各画素で色を分離するカラーフィルタは不要となる。
また、図7のような傾角の異なる3原色の平行光を得る方法としては、図8に示すように、平行な白色光を色毎に角度を変えたダイクロイックミラー304によって反射する方法がある。
特開平4−60538号公報
しかし、上記の従来技術においては、次のような課題がある。
傾角の異なる3原色の平行光を得るために非常に装置が大掛かりになり、液晶ディスプレイ装置を薄型化することができない。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、高効率で色純度の高い液晶ディスプレイ装置、および当該液晶ディスプレイ装置を実現する上で好適な液晶バックライト装置、を提供することを目的とする。
本発明のバックライト装置は、液晶パネルの背面から光を照射するバックライト装置であって、
複数の赤色レーザ光を発する第1光源部と、
複数の緑色レーザ光を発する第2光源部と、
複数の青色レーザ光を発する第3光源部と、
第1光源部より発せられた赤色レーザ光を側面から入射し、対向する主面のうち光を出射する第1出射面とは反対側の面に設けられた複数の第1反射部によって前記第1出射面側に光を反射して出射する第1導光板と、
第2光源部より発せられた緑色レーザ光を側面から入射し、対向する主面のうち光を出射する第2出射面とは反対側の面に設けられた複数の第2反射部によって前記第2出射面側に光を反射して出射する第2導光板と、
第3光源部より発せられた青色レーザ光を側面から入射し、対向する主面のうち光を出射する第3出射面とは反対側の面に設けられた複数の第3反射部によって前記第3出射面側に光を反射して出射する第3導光板と、を備え、
前記第1、第2および第3導光板は、前記第1、第2および第3出射面の法線方向が一致するように重ねて配置されるとともに、前記法線方向から見て前記第1、第2および第3反射部が重ならないように配置され、
前記第1導光板より出射した赤色レーザ光、前記第2導光板より出射した緑色レーザ光および前記第3導光板より出射した青色レーザ光は、前記液晶パネルの赤色用画素、緑色用画素、青色用画素にそれぞれ入射する、構成を採る。
本発明の液晶ディスプレイ装置は、上記構成のバックライト装置と、前記バックライト装置からの光を背面から入射する液晶パネルと、を備える構成を採る。
本発明によれば、高効率で色純度の高い液晶ディスプレイ装置、および当該液晶ディスプレイ装置を実現する上で好適なバックライト装置、を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
<1.構成>
図1は、本発明の実施の形態に係るバックライト装置を有する液晶ディスプレイ装置の概略構成を示す斜視図である。図2(a)は、図1におけるバックライト装置100をz軸の正の方向側から見たときの正面図であり、図2(b)は、図1における液晶パネル200をz軸の正の方向側から見たときの正面図である。図3は、図1におけるバックライト装置100をx軸の正の方向側から見たときの部分断面図である。
図1に示す液晶ディスプレイ装置10は、大別してバックライト装置100と、液晶パネル200とで構成されている。
バックライト装置100は、赤色レーザ光源101と赤色用導光棒104からなる第1光源部と、緑色レーザ光源102と緑色用導光棒105からなる第2光源部と、青色レーザ光源103と青色用導光棒106からなる第3光源部と、を備えている。また、バックライト装置100は、第1光源部より発せられた複数の赤色レーザ光を側面(図1において、x軸の負の方向側の面)から入射して液晶パネル200側へ出射する第1導光板107と、第2光源部より発せられた複数の緑色レーザ光を側面(図1において、x軸の負の方向側の面)から入射して液晶パネル200側へ出射する第2導光板108と、第3光源部より発せられた複数の青色レーザ光を側面(図1において、x軸の負の方向側の面)から入射して液晶パネル200側へ出射する第3導光板109と、を備えている。
赤色レーザ光源101は、半導体レーザからなる。赤色レーザ光源101は、コリメートされた、すなわち、細くしかも発散角の小さい赤色レーザ光を赤色用導光棒104の端部へ向けて発する。
緑色レーザ光源102は、半導体レーザからなる。緑色レーザ光源102は、コリメートされた緑色レーザ光を緑色用導光棒105の端部へ向けて発する。なお、緑色レーザ光源102は、SHG(Second Harmonic Generator)レーザを用いてもよい。
青色レーザ光源103は、半導体レーザからなる。青色レーザ光源103は、コリメートされた青色レーザ光を青色用導光棒106の端部へ向けて発する。
赤色用導光棒104は、例えばPMMA(Polymethylmethacrylate)のような透明樹脂、あるいは光学ガラスからなる。赤色用導光棒104は、赤色レーザ光源101より発せられた赤色レーザ光を端部から入射する。そして赤色用導光棒104は、複数のプリズム400によって、入射した赤色レーザ光を複数に分けて、側面側(図1において、x軸の正の方向側)から出射する。プリズム400は、入射した赤色レーザ光の一部を赤色用導光棒104の長手方向(図1において、y軸の正の方向)と直角の方向(図1において、x軸の正の方向)に反射する。なお、プリズム400は、反射部の一例である。プリズム400においては、赤色用導光棒104の材質の屈折率と空気の屈折率の差によって起こる全反射を用いて赤色レーザ光を反射させたが、一般の金属反射膜や、赤色レーザ光の波長に対応した誘電体多層膜によっても同様の作用を得ることが可能である。
緑色用導光棒105は、例えばPMMAのような透明樹脂、あるいは光学ガラスからなる。緑色用導光棒105は、緑色レーザ光源102より発せられた緑色レーザ光を端部から入射する。そして緑色用導光棒105は、複数のプリズム500によって、入射した緑色レーザ光を複数に分けて、側面側(図1において、x軸の正の方向側)から出射する。プリズム500は、入射した緑色レーザ光の一部を緑色用導光棒105の長手方向(図1において、y軸の正の方向)と直角の方向(図1において、x軸の正の方向)に反射する。なお、プリズム500は、反射部の一例である。プリズム500においては、緑色用導光棒105の材質の屈折率と空気の屈折率の差によって起こる全反射を用いて緑色レーザ光を反射させたが、一般の金属反射膜や、緑色レーザ光の波長に対応した誘電体多層膜によっても同様の作用を得ることが可能である。
青色用導光棒106は、例えばPMMAのような透明樹脂、あるいは光学ガラスからなる。青色用導光棒106は、青色レーザ光源103より発せられた青色レーザ光を端部から入射する。そして青色用導光棒106は、複数のプリズム600によって、入射した青色レーザ光を複数に分けて、側面側(図1において、x軸の正の方向側)から出射する。プリズム600は、入射した青色レーザ光の一部を青色用導光棒106の長手方向(図1において、y軸の正の方向)と直角の方向(図1において、x軸の正の方向)に反射する。なお、プリズム600は、反射部の一例である。プリズム600においては、青色用導光棒106の材質の屈折率と空気の屈折率の差によって起こる全反射を用いて青色レーザ光を反射させたが、一般の金属反射膜や、青色レーザ光の波長に対応した誘電体多層膜によっても同様の作用を得ることが可能である。
ここで、図2(a)に示すように、プリズム400、プリズム500およびプリズム600は、互いにy軸方向にずれて配置されている。すなわち、プリズム400はプリズム500よりもy軸の正の方向に、プリズム500はプリズム600よりもy軸の正の方向にずれて配置されている。
第1導光板107、第2導光板108および第3導光板109は、例えばPMMAなどの透明樹脂からなる透明の板状構成を有する。第1導光板107、第2導光板108および第3導光板109は、内部を透過するレーザ光の指向性を低下させないよう、拡散機能は有していない。
第1導光板107は、対向する主面のうち背面側(図1において、z軸の負の方向側)に設けられた複数のプリズム700によって、背面と対向する出射面側(図1において、z軸の正の方向側)に赤色レーザ光を反射して出射する。なお、プリズム700は、第1反射部の一例である。プリズム700においては、第1の導光板107の材質の屈折率と空気の屈折率の差によって起こる全反射を用いて赤色レーザ光を反射させたが、一般の金属反射膜や、赤色レーザ光の波長に対応した誘電体多層膜によっても同様の作用を得ることが可能である。
第2導光板108は、対向する主面のうち背面側(図1において、z軸の負の方向側)に設けられた複数のプリズム800によって、背面と対向する出射面側(図1において、z軸の正の方向側)に緑色レーザ光を反射して出射する。なお、背面においてプリズム800の設けられていない部分は、平面となっている。また、プリズム800は、第2反射部の一例である。プリズム800においては、第2の導光板108の材質の屈折率と空気の屈折率の差によって起こる全反射を用いて緑色レーザ光を反射させたが、一般の金属反射膜や、緑色レーザ光の波長に対応した誘電体多層膜によっても同様の作用を得ることが可能である。
第3導光板109は、対向する主面のうち背面側(図1において、z軸の負の方向側)に設けられた複数のプリズム900によって、背面と対向する出射面側(図1において、z軸の正の方向側)に緑色レーザ光を反射して出射する。なお、背面においてプリズム900の設けられていない部分は、平面となっている。また、プリズム900は、第3反射部の一例である。プリズム900においては、第3の導光板109の材質の屈折率と空気の屈折率の差によって起こる全反射を用いて青色レーザ光を反射させたが、一般の金属反射膜や、青色レーザ光の波長に対応した誘電体多層膜によっても同様の作用を得ることが可能である。
以降、第1導光板の出射面、第2導光板の出射面および第3導光板の出射面を、それぞれ第1出射面、第2出射面および第3出射面と呼ぶ場合がある。
第1、第2および第3導光板は、上述のとおり、第1、第2および第3出射面がz軸の正の方向を向いている。言い換えると、第1、第2および第3出射面の法線方向が一致するように重ねて配置されている。
ここで、図2(a)または図3に示すように、プリズム700、プリズム800およびプリズム900は、互いにy軸方向にずれて配置されている。すなわち、プリズム700はプリズム800よりもy軸の正の方向に、プリズム800はプリズム900よりもy軸の正の方向にずれて配置されている。言い換えると、第1、第2および第3出射面の法線方向から見て第1、第2および第3反射部は重ならないように配置されている。
また、プリズム400とプリズム700のy軸方向の位置は略一致しており、プリズム500とプリズム800のy軸方向の位置は略一致しており、プリズム600とプリズム900のy軸方向の位置は略一致している。
液晶パネル200は、図2(b)に示すように、赤色用画素201、緑色用画素202、青色用画素203を複数備えている。液晶パネル200は、バックライト装置100から出射される赤色レーザ光、緑色レーザ光および青色レーザ光を、赤色用画素201、緑色用画素202、青色用画素203のそれぞれ対応する位置に背面から入射する。赤色用画素201、緑色用画素202、青色用画素203は、液晶層(図示せず)などから構成され、入射する各レーザ光の出射量を制御する。
以上、液晶ディスプレイ装置10の構成について説明した。
<2.動作>
次に、液晶ディスプレイ装置10の動作について、レーザ光の光路に基づいて説明する。
図4は、赤色レーザ光源101から出射した赤色レーザ光111、緑色レーザ光源102から出射した緑色レーザ光112、青色レーザ光源103から出射した青色レーザ光113の光路の一例を示すための分解斜視図である。
赤色レーザ光源101から出射した赤色レーザ光111(図4において、実線で示す)は、赤色用導光棒104内をy軸の正の方向に進み、プリズム400にて一部が側面側、すなわちx軸の正の方向側に反射される。赤色用導光棒104の側面を出射した赤色レーザ光111は、第1導光板107に側面から入射する。そして、赤色レーザ光111は、第1導光板107内をx軸の正の方向に進み、プリズム700にて一部が液晶パネル200側、すなわちz軸の正の方向側に反射され、第1出射面より出射する。第1導光板107の第1出射面を出射した赤色レーザ光111は、第2導光板、第3導光板を透過して、液晶パネル200の赤色用画素201に入射する。このようにして、液晶パネル200の赤色用画素201からは、赤色の光を出射することが可能となる。
次に、緑色レーザ光源102から出射した緑色レーザ光112(図4において、点線で示す)は、緑色用導光棒105内をy軸の正の方向に進み、プリズム500にて一部が側面側、すなわちx軸の正の方向側に反射される。緑色用導光棒105の側面を出射した緑色レーザ光112は、第2導光板108に側面から入射する。そして、緑色レーザ光112は、第2導光板108内をx軸の正の方向に進み、プリズム800にて一部が液晶パネル200側、すなわちz軸の正の方向側に反射され、第2出射面より出射する。第2導光板108の第2出射面を出射した緑色レーザ光112は、第3導光板を透過して、液晶パネル200の緑色用画素202に入射する。このようにして、液晶パネル200の緑色用画素202からは、緑色の光を出射することが可能となる。
次に、青色レーザ光源103から出射した青色レーザ光113(図4において、破線で示す)は、青色用導光棒106内をy軸の正の方向に進み、プリズム600にて一部が側面側、すなわちx軸の正の方向側に反射される。青色用導光棒106の側面を出射した青色レーザ光113は、第3導光板109に側面から入射する。そして、青色レーザ光113は、第3導光板109内をx軸の正の方向に進み、プリズム900にて一部が液晶パネル200側、すなわちz軸の正の方向側に反射され、第3出射面より出射する。第3導光板109の第3出射面を出射した青色レーザ光113は、液晶パネル200の青色用画素203に入射する。このようにして、液晶パネル200の青色用画素203からは、青色の光を出射することが可能となる。
ここで、青色レーザ光113を例にとって、第1〜第3の光源部と、第1〜第3の各導光板内でのレーザ光の行路とプリズムの作用について詳しく説明する。
図5は、第3光源部内でのレーザ光の行路を説明するための説明図である。
青色レーザ光源103から出射した青色レーザ光113は、青色用導光棒106内をy軸の正の方向に進み、最初のプリズム600にてその一部はx軸の正の方向側に反射される。そして、反射しなかった残りの青色レーザ光113は、青色用導光棒106内を更にy軸の正の方向に進み、次のプリズム600にてその一部はx軸の正の方向側に反射される。これを繰り返し、最後のプリズム600にまで青色レーザ光113が到達する。
このようにして、青色レーザ光源103から出射した単一の青色レーザ光113は、青色用導光棒106内でプリズムの数だけ分光されて、第3導光板109に入射することができる。
同様にして、赤色レーザ光111、緑色レーザ光112も各色用導光棒内でプリズムの数だけ分光することができる。
図6は、第3導光板109内での青色レーザ光113の行路を説明するための説明図である。
青色用導光棒106を出射した複数の青色レーザ光113は、第3導光板109内をx軸の正の方向に進み、最初のプリズム900にてその一部はz軸の正の方向側に反射される。そして、反射しなかった残りの青色レーザ光113は、第3導光板109内を更にx軸の正の方向に進み、次のプリズム900にてその一部はz軸の正の方向側に反射される。これを繰り返し、最後のプリズム900にまで青色レーザ光113が到達する。
このようにして、第3光源部から出射した複数の青色レーザ光113は、第3導光板106内でプリズムの数だけ分光されて、液晶パネル200に入射することができる。
同様にして、赤色レーザ光111、緑色レーザ光112も第1、第2導光板内でプリズムの数だけ分光することができる。
以上、液晶ディスプレイ装置10の動作について、レーザ光の光路に基づいて説明した。
本実施の形態における液晶ディスプレイ装置10は、上記の構成および動作の説明の通り、液晶パネル200の各色用の画素に対してそれぞれの色に応じたレーザ光を入射させることができる。レーザ光の発する光のスペクトルは色純度が高く、色鮮やかな画像を得ることができる。また、従来のように白色光をカラーフィルタを通して各色に分ける必要がないので、カラーフィルタを用いなくてもよい。これによって高効率化を図ることができる。
また、本実施の形態における液晶ディスプレイ装置10は、上記の構成および動作の説明の通り、赤、緑、青の各色のレーザ光はそれぞれ独立の経路を通って液晶パネルに到達する。よって、それぞれの経路にある、各色用導光棒や導光板は、各色に対してのみ効率よく光を伝達すればよい。すなわち、その材質や、レーザ光を取り出すプリズムの形状や位置をそれぞれの光の波長に対して最適化することができるので、更に高効率化を図ることができる。
また、レーザ光の波長は、短いほど導光棒や導光板への入射、通過で受ける損失が大きい。本実施の形態における液晶ディスプレイ装置10は、赤色用の第1導光板107の上に緑色用の第2導光板108が、さらにその上に青色用の第3導光板109が配置されている。よって、もっとも波長の短い青色レーザ光は他の色用の導光板を通過することなく液晶パネル200に到達し、逆にもっとも波長の長い赤色レーザ光は、緑色の第2導光板108、青色用の第3導光板109を通過して液晶パネルに到達する。このように構成することで、レーザ光の損失を抑えることができ、さらに高効率化を図ることができる。
なお、本実施の形態においては、理解を容易にするため各色用導光棒および第1〜第3導光板のプリズムが、3列の場合を示したが、これに限られるものではない。
また、各色用導光棒は、第1〜第3の導光板の横側の側面に位置している場合について説明したが、これに限られない。例えば、上側や下側の側面に位置していてもよい。この場合、第1〜第3の導光板のプリズムの位置や方向、また、液晶パネル200の各色用の画素の位置等は適宜修正すればよい。
また、第1〜第3光源部は、それぞれ1つの各色用レーザ光源と1つの導光棒からなる構成を示したが、これに限られない。例えば2つのレーザ光源を両側に設けて導光棒に入射したり、複数のレーザ光源と導光棒を組み合わせたりしてもよい。
本発明は、液晶ディスプレイ装置の高効率化および高画質化に有用である。
本発明の実施の形態に係るバックライト装置を有する液晶ディスプレイ装置の概略構成を示す斜視図 (a)バックライト装置をz軸の正の方向側から見たときの正面図、(b)液晶パネルをz軸の正の方向側から見たときの正面図 バックライト装置をx軸の正の方向側から見たときの部分断面図 レーザ光の光路の一例を示すための分解斜視図 第3光源部内でのレーザ光の行路を説明するための説明図 第3導光板内でのレーザ光の行路を説明するための説明図 従来技術による液晶バックライト装置の構成の一例を示す模式図 従来技術による液晶バックライト装置において傾角の異なる3原色の平行光を得る方法を説明するための説明図
符号の説明
10 液晶ディスプレイ装置
100 バックライト装置
101 赤色レーザ光源
102 緑色レーザ光源
103 青色レーザ光源
104 赤色用導光棒
105 緑色用導光棒
106 青色用導光棒
107 第1導光板
108 第2導光板
109 第3導光板
200 液晶パネル
201 赤色用画素
202 緑色用画素
203 青色用画素
301 液晶パネル
302 画素
303 レンチキュラレンズ
304 ダイクロイックミラー
400、500、600 プリズム
700、800、900 プリズム

Claims (4)

  1. 液晶パネルの背面から光を照射するバックライト装置であって、
    複数の赤色レーザ光を発する第1光源部と、
    複数の緑色レーザ光を発する第2光源部と、
    複数の青色レーザ光を発する第3光源部と、
    第1光源部より発せられた赤色レーザ光を側面から入射し、対向する主面のうち光を出射する第1出射面とは反対側の面に設けられた複数の第1反射部によって前記第1出射面側に光を反射して出射する第1導光板と、
    第2光源部より発せられた緑色レーザ光を側面から入射し、対向する主面のうち光を出射する第2出射面とは反対側の面に設けられた複数の第2反射部によって前記第2出射面側に光を反射して出射する第2導光板と、
    第3光源部より発せられた青色レーザ光を側面から入射し、対向する主面のうち光を出射する第3出射面とは反対側の面に設けられた複数の第3反射部によって前記第3出射面側に光を反射して出射する第3導光板と、を備え、
    前記第1、第2および第3導光板は、前記第1、第2および第3出射面の法線方向が一致するように重ねて配置されるとともに、前記法線方向から見て前記第1、第2および第3反射部が重ならないように配置され、
    前記第1導光板より出射した赤色レーザ光、前記第2導光板より出射した緑色レーザ光および前記第3導光板より出射した青色レーザ光は、前記液晶パネルの赤色用画素、緑色用画素、青色用画素にそれぞれ入射する、
    バックライト装置。
  2. 前記第1、第2および第3導光板のうち、前記第3導光板が前記液晶パネルに最も近くになるように重ねて配置される、
    請求項1記載のバックライト装置。
  3. 前記第1光源部は、
    コリメートされた赤色レーザ光を発する赤色レーザ光源と、
    前記赤色レーザ光源より発せられた赤色レーザ光を端部から入射し、複数の反射部によって側面側に複数の光を反射して出射する赤色用導光棒と、を有し、
    前記第2光源部は、
    コリメートされた緑色レーザ光を発する緑色レーザ光源と、
    前記緑色レーザ光源より発せられた緑色レーザ光を端部から入射し、複数の反射部によって側面側に複数の光を反射して出射する緑色用導光棒と、を有し、
    前記第3光源部は、
    コリメートされた青色レーザ光を発する青色レーザ光源と、
    前記赤色レーザ光源より発せられた青色レーザ光を端部から入射し、複数の反射部によって側面側に複数の光を反射して出射する青色用導光棒と、を有している、
    請求項1記載のバックライト装置。
  4. 請求項1乃至4いずれか記載のバックライト装置と、
    前記バックライト装置からの光を背面から入射する液晶パネルと、を備えた、
    液晶ディスプレイ装置。
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JP2016146296A (ja) * 2015-02-09 2016-08-12 三菱電機株式会社 面光源装置及び液晶表示装置

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