JP5602329B2 - 面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源にレーザーを備え、点状のレーザー光から光強度分布の均一な面状の光を生成する面光源装置および液晶表示装置に関するものである。

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面光源装置を備えている。液晶表示素子は、バックライト装置の発する光を入射して画像光を出射する。面光源装置の光源として、従来は、冷陰極蛍光ランプが主流であった。冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ）という。）は、ガラス管の内壁に蛍光体を塗布し、白色の光を得るランプである。しかし、近年では、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）という。）の性能が飛躍的に向上したことに伴い、ＬＥＤを光源に用いた面光源装置の需要が急速に高まっている。

しかしながら、ＣＣＦＬ又はＬＥＤから出射される光は色純度が低い。このため、これらの光源を採用した液晶表示装置では色再現範囲が狭いことが問題とされていた。なお、「色純度が低い」とは、光が複数の波長を有し、単色性に劣ることである。

そこで近年では、広い色再現範囲を有する液晶表示装置を提供することを目的として、その光源に色純度の高いレーザーを用いることが提案されている。レーザーから出射される光は非常に単色性に優れている。このため、レーザーを用いた面光源装置は、色鮮やかな画像を提供することを可能にする。尚、「単色」とは、波長幅の狭い、すなわち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。

しかしながら、一方で、点光源で高い指向性を有する光を出射するレーザーを面光源装置の光源として採用する場合には、均一性の高い空間光強度分布を有する面状の光を得ることは非常に難しい。「点光源」とは、一つの点より光が放射される光源である。ここで、「一つの点」とは、製品の性能を考慮すると光学的な計算では光源を点として扱って問題無い程度の面積を有することである。

特許文献１に記載されている面光源および液晶表示装置は、複数の光学素子から構成される光学系を有している。そして、レーザーから出射された光は、その光学系を介して所望の形状の光強度分布に整形される。そして、レーザーから出射された光は、均一性の高い面状の光として面発光装置から出射される。

特開２００８−６６１６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された面光源および液晶表示装置は、レーザーの光強度分布を整形するために複数の光学素子および空間伝播距離を必要とする。また、これらの光学素子および空間伝播距離を画像表示部の外側に設けるため、液晶表示装置の大型化が必要となる。近年、液晶表示装置は、小型化および構成の簡素化が求められている。特許文献１の構成を適用して、液晶表示装置の小型化および構成の簡素化を実現するのは困難である。

本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、簡素化された構成で均一性の高い空間光強度分布の面状の光を出射する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。

本発明の一の実施の形態に係る面光源装置は、指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、１つの底板部、前記底板部の各辺の位置に配置される側板部及び前記底板部と対向する開口部を有し、前記底板部及び前記側板部の内側の面は反射面である反射部材と、前記第１の光線よりも広い発散角を有する第２の光線を出射する第２の光源とを備え、前記底板部は、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有し、前記第１の光線は、前記底板部の短辺の位置に配置された前記側板部の内の第１の側板部の側から前記反射部材の内部に入射し、前記底板部の長辺の位置に配置された前記側板部である第２の側板部で反射しながら前記底板部の長辺の方向に進行して前記開口部から出射し、前記第２の側板部の前記反射面は、前記第１の光線を正反射する領域及び拡散反射する領域を有し、前記第２の光源は、前記第２の側板部の内側の面上又は前記底板部の内側の面上に、前記長辺の方向に並べて配置され、前記第２の光線は、前記反射部材の内部に向けて発せられて前記開口部から出射する。
また、本発明の他の実施の形態に係る面光源装置は、指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、１つの底板部、前記底板部と対向する開口部及び前記底板部と前記開口部との間の空間を柱体形状に区切る側板部を有し、前記底板部及び前記側板部の内側の面は反射面である反射部材と、前記第１の光線よりも広い発散角を有する第２の光線を出射する第２の光源とを備え、前記開口部は、前記側板部により形成される、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有し、前記第１の光線は、前記開口部の短辺の位置に配置された前記側板部の内の第１の側板部の側から前記反射部材の内部に入射し、前記開口部の長辺の位置に配置された前記側板部である第２の側板部で反射しながら前記長辺の方向に進行して前記開口部から出射し、前記第２の側板部の前記反射面は、前記第１の光線を正反射する領域及び拡散反射する領域を有し、前記第２の光源は、前記第２の側板部の内側の面上又は前記底板部の内側の面上に、前記長辺の方向に並べて配置され、前記第２の光線は、前記反射部材の内部に向けて発せられて前記開口部から出射する。
また、本発明の他の実施の形態に係る面光源装置は、指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、１つの底板部、前記底板部の各辺の位置に配置される側板部及び前記底板部と対向する開口部を有し、前記底板部及び前記側板部の内側の面は反射面である反射部材とを備え、前記第１の光源は前記第１の光線を出射するレーザー素子を有し、前記底板部は、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有し、前記第１の光線は、前記底板部の短辺の位置に配置された前記側板部の内の第１の側板部の側から前記反射部材の内部に入射し、前記底板部の長辺の位置に配置された前記側板部である２つの第２の側板部で交互に反射しながら前記底板部の長辺の方向に進行して前記開口部から出射し、前記第２の側板部の前記反射面は、前記第１の光線を正反射する領域及び拡散反射する領域を有する。
また、本発明の他の実施の形態に係る面光源装置は、指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、１つの底板部、前記底板部と対向する開口部及び前記底板部と前記開口部との間の空間を柱体形状に区切る側板部を有し、前記底板部及び前記側板部の内側の面は反射面である反射部材とを備え、前記第１の光源は前記第１の光線を出射するレーザー素子を有し、前記開口部は、前記側板部により形成される、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有し、前記第１の光線は、前記開口部の短辺の位置に配置された前記側板部の内の第１の側板部の側から前記反射部材の内部に入射し、前記開口部の長辺の位置に配置された前記側板部である２つの第２の側板部で交互に反射しながら前記長辺の方向に進行して前記開口部から出射し、前記第２の側板部の前記反射面は、前記第１の光線を正反射する領域及び拡散反射する領域を有する。

本発明は、簡素な構成で、色再現範囲が広く、均一性に優れた面内輝度分布の面状の光を提供することを可能にする。

本発明の実施の形態１における面光源装置の構成を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態１におけるユニットの構成を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態１における液晶表示装置の構成を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態１におけるユニットの側面を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態１における輝度分布変換装置を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態１における液晶表示素子および光源の駆動方法を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における輝度分布変換装置を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態１における輝度分布変換装置を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態１におけるユニットの構成を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態１における輝度分布変換装置を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態２におけるユニットの構成を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態２におけるユニットの構成を模式的に示す構成図である。 本発明の実施の形態２における液晶表示素子および光源の駆動方法を示すブロック図である。

以下に、本発明に係る面光源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。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の面光源装置２００の構成を模式的に示す構成図である。以下、図面の説明を容易にするために面光源装置の短辺方向を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軸方向とする。面光源装置から出射される光の出射方向を＋Ｚ軸方向とする。また、面光源装置を使用する際の上方向を＋Ｙ軸方向とする。面光源装置の光の出射面を＋Ｚ軸方向から見て、＋Ｙ軸方向を上方向としたときに左側を＋Ｘ軸方向とする。後述する第１の光源１０の光の出射方向は＋Ｘ軸方向である。

図１に示すように、面光源装置２００は、輝度分布変換装置３００を備えている。また、面光源装置２００は、拡散板４を備えることができる。また、面光源装置２００は、第２の光学シート３を備えることができる。また、面光源装置２００は、第１の光学シート２を備えることができる。これら構成要素２，３，４，３００は、Ｚ軸方向に配列されている。配列される順番は、＋Ｚ軸方向から−Ｚ軸方向に向けて、第１の光学シート２、第２の光学シート３、拡散板４および輝度分布変換装置３００の順である。

輝度分布変換装置３００は、複数のユニット３００ａを有している。図２は、ユニット３００ａの構成を模式的に示す構成図である。複数のユニット３００ａは、光源１０と反射部材３０とを有する。反射部材３０は、＋Ｚ軸方向に開口部３０ｆを有する箱形状をしている。反射部材３０の箱形状は、５枚の板状の部分で構成されている。なお、「板状」は、厚みの薄いシート状を含む。５枚の板状の部分は、側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ及び底板部３０ｅである。

反射部材３０は、１つの光源１０に対して１つある。反射部材３０は、＋Ｚ軸方向から見るとＸ軸方向に長い矩形形状をしている。反射部材３０は、−Ｚ軸方向にＸ−Ｙ平面に平行な底板部３０ｅを有する。また、反射部材３０は、＋Ｘ軸方向にＹ−Ｚ平面に平行な側板部３０ｂを有する。また、反射部材３０は、＋Ｙ軸方向にＺ−Ｘ平面に平行な側板部３０ｃを有する。また、反射部材３０は、−Ｙ軸方向にＺ−Ｘ平面に平行な側板部３０ｄを有する。また、反射部材３０は、−Ｘ軸方向にＹ−Ｚ平面に平行な側板部３０ａを有する。側板部３０ａには、光源１０からの出射光を通す穴３１が設けられている。

反射部材３０の側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅは、内側の面が反射面になっている。「内側の面」とは、反射部材３０の箱形状の内側の面である。つまり、反射面は、底板部３０ｅの＋Ｚ軸方向の面と、側板部３０ａの＋Ｘ軸方向の面と、側板部３０ｂの−Ｘ軸方向の面と、側板部３０ｃの−Ｙ軸方向の面と、側板部３０ｄの＋Ｙ軸方向の面とである。反射部材３０は、側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅにより光自由伝播空間となっている。「光自由伝播空間」とは、光が自由に伝播できる閉じられた空間を意味する。輝度分布変換装置３００は、複数のユニット３００ａをＸ−Ｙ平面と平行な面上に複数並べられている。各々のユニット３００ａは、隣接するユニット３００ａとＺ−Ｘ平面に平行な側板部３０ｃ，３０ｄで接するように配置されている。

なお、光源１０は第１の光源である。面光源装置２００は、光出射面２００ａを有する。実施の形態１では、図３に示すように、光出射面２００ａは、第１の光学シート２の＋Ｚ軸方向の面である。なお、第１の光学シート２、第２の光学シート３及び拡散板４を有しない場合には、光出射面２００ａは、反射部材３０の開口部３０ｆとなる。この場合には、光出射面２００ａは、開口部３０ｆの位置にある仮想面となる。光出射面２００ａは、Ｘ−Ｙ平面と平行な面である。Ｘ−Ｙ平面は、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸を含む面である。なお、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。また、光源１０はレーザー光源である。

図３は、本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置１００の構成を模式的に示す構成図である。本実施の形態１の液晶表示装置１００は、面光源装置２００と液晶表示素子１とがＺ軸方向に積層されている。面光源装置２００は、光出射面２００ａがＸ−Ｙ平面に平行となるように配置される。液晶表示素子１は、表示面１ａがＸ−Ｙ平面に平行となるように配置される。面光源装置２００の光出射面２００ａと液晶表示素子１の背面１ｂとは対向して配置される。光源１０は、液晶表示装置１００の表示面１ａ側から見て右側に配置されている。

面光源装置２００は、照明光１０ｂを液晶表示素子１の背面１ｂに向けて出射する。つまり、図１において、面光源装置２００は、照明光１０ｂを＋Ｚ軸方向に向けて出射する。照明光１０ｂは、図１のＸ−Ｙ平面において光強度分布が均一な面状の光である。図３において、照明光１０ｂは、太い矢印で示している。

本実施の形態１の光学シート３は、面光源装置２００から出射された照明光１０ｂを液晶表示装置１００の表示面１ａに対する法線方向に向ける作用を有するものである。図３において法線方向はＺ軸方向である。

図２は、輝度分布変換装置３００を構成する最小のユニット３００ａを−Ｚ軸方向から示した構成図である。ユニット３００ａは、光源１０と反射部材３０とを有する。反射部材３０は、Ｙ−Ｚ平面に平行な側板部３０ａ，３０ｂと、Ｚ−Ｘ平面に平行な側板部３０ｃ，３０ｄと、Ｘ−Ｙ平面に平行な底板部３０ｅとの５つの面で囲まれている。上述のように、反射部材３０は、５枚の板状の部分で構成されている。なお、「板状」は、厚みの薄いシート状を含む。５枚の板状の部分は、側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ及び底板部３０ｅである。なお、側板部３０ａと側板部３０ｂとは、対向する面である。また、側板部３０ｃと側板部３０ｄとは、対向する面である。側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅは、その内側の表面が反射面となっている。図３に示すように、底板部３０ｅと対向する＋Ｚ軸方向には開口部３０ｆを有する。

光源１０は、ユニット３００ａの側板部３０ａに近接して配置される。「近接」とは、すぐ近くにあることであり、接していることを要しない。図２では、光源１０の光を出射する部分は、穴３１からユニット３００ａの内部に入っている。また、光源１０の光を出射する部分が、側板部３０ａと同じ面上となるように光源１０を配置することができる。また、光源１０の光を出射する部分が、側板部３０ａの少し外側となるように光源１０を配置することができる。

光源１０から出射される光線１０ａは、ユニット３００ａの側板部３０ａに設けられた穴３１からユニット３００ａの内部に入射する。その後、光線１０ａは、＋Ｘ軸方向に進む。光線１０ａの光軸は、Ｘ軸に平行である。ユニット３００ａに入射した光線１０ａは、自らの発散角により広がりながら、ユニット３００ａ内の空間を伝播する。ここで、「光軸」とは、光の角度強度分布の重心となる角度方向を指す。「発散角」とは、光の広がる角度である。ユニット３００ａの中の空間を伝播する光線１０ａは、発散角を有する。そのため、光線１０ａの一部は、光線１０ａの光軸と平行な側板部３０ｃ，３０ｄで反射する。反射面である側板部３０ｃ，３０ｄは、光線１０ａの進行方向を変化させる。なお、側板部３０ａの近傍の底板部３０ｅから光源１０の発する光線１０ａを入射させて、反射面等で＋Ｘ軸方向に光線１０ａを向けることもできる。

実施の形態１のユニット３００ａは、輝度分布変換装置３００を構成する構成要素である。ユニット３００ａの底板部３０ｅは、拡散度の高い反射特性を有する。光線１０ａの中で、底板部３０ｅで反射した光線１０ａは、拡散する。そのため、底板部３０ｅで反射した光線１０ａは、その進行方向がランダムに変わる。ユニット３００ａの側板部３０ｃ，３０ｄは、一定の正反射成分が得られる反射特性を有する。光線１０ａの中で、側板部３０ｃ，３０ｄで反射した光線１０ａは、その一部が拡散する。残りの光線１０ａは正反射され＋Ｘ軸方向に進む。「正反射」とは、鏡などによる完全な光の反射であり、一方向からの光が別の一方向に反射されて出て行くことである。反射の法則により、光の入射角と反射角とは反射面に対して同じ角度となる。一方、「拡散反射」とは、平坦でないかざらざらした表面からの光の反射のことで、入射光が様々な角度で反射しているかのように見える。乱反射ともいう。

側板部３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅで拡散された光線１０ａは、進行方向を＋Ｚ軸方向に向けて、輝度分布変換装置３００の開口部３０ｆから出射される。その後、光線１０ａは、拡散板４、光学シート３および光学シート２を透過し、照明光１０ｂとして面光源装置２００から出射される。側板部３０ｃ，３０ｄで正反射された光は、Ｚ−Ｘ平面上における進行方向を変化させることなく＋Ｘ軸方向に進む。光線１０ａは、その進行方向（＋Ｘ軸方向）において上記反射を繰り返し、＋Ｘ軸方向に一定の距離を進む。光線１０ａが＋Ｘ軸方向に進むにつれて、一定の光量が＋Ｚ軸方向に出射される。すなわち、輝度分布変換装置３００を構成するユニット３００ａから出射される照明光１０ｂは、Ｘ軸方向において均一な輝度分布を有する。

また、側板部３０ｃ，３０ｄの拡散部分および底板部３０ｅで反射した光線１０ａは、拡散される。このため、光線１０ａの側板部３０ｃ，３０ｄの拡散部分および底板部３０ｅでの反射は、Ｙ軸方向の輝度分布の均一化にも有効に作用する。つまり、光線１０ａの一部の光線は、側板部３０ｃ，３０ｄで正反射しながら開口部３０ｆから出射される。また、光線１０ａの一部の光線は、側板部３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅで拡散されて開口部３０ｆから出射される。

底板部３０ｅ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表面に備えている。特に、この光反射シートは、光の拡散度を高めるため、基材の内部にある拡散構造の密度が高い。あるいは、この光反射シートは、シート表面にビーズのコーティングを施す等の処理がされている。

側板部３０ｃ，３０ｄ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表面に備えている。この光反射シートは、特に、一定の正反射特性を得るため、基材の内部にある拡散構造の密度が低い。あるいは、この光反射シートは、表面を平滑化するコーティングを施す等の処理がされている。側板部３０ｃ，３０ｄは、光反射シートの構造を変化させることにより、正反射成分と拡散反射成分の割合を調整することが可能である。側板部３０ｃ，３０ｄは、光反射シートの構造を変化させることにより、光の反射特性を変化させている。光反射シートの正反射成分と拡散反射成分との割合を調整することにより、ユニット３００ａから出射される光のＸ軸方向の輝度分布を調整することが可能である。

また、側板部３０ｃ，３０ｄは、正反射成分の高い反射特性を有するアルミニウム又は銀等を蒸着した基板に、光の拡散反射特性を有する顔料等を任意の面積で塗布しているものとしても良い。

図４は、ユニット３００ａの側板部３０ｄの内側の面を模式的に示す構成図である。例えば、図４のように、正反射基板の表面に、ドット形状の顔料を任意の密度で塗布しても良い。このとき、側板部３０ｃ，３０ｄにおける反射特性は、正反射成分と拡散反射成分との割合で決まる。つまり、反射特性は、正反射基板の表面積に占める顔料等の拡散反射材の面積の割合によって細かに調整することが可能となる。図４では、単位面積当たりのドット形状の顔料の数で調整している。図４で示す以外に、顔料の大きさを変えることもできる。

また、光線１０ａの進行方向で、輝度分布をきめ細かに調整するために、正反射基板の表面積に占める顔料等の拡散反射材の面積の割合をＺ−Ｘ平面上において変化させても良い。例えば、図４のように、正反射基板の表面積に占める顔料等の拡散反射材の面積の割合を＋Ｘ軸方向で変化させる。これにより、ユニット３００ａから出射される光のＸ軸方向の輝度分布を調整することが可能となる。なお、図４では、側板部３０ｄを例として示したが、側板部３０ｃも同様の構造である。

図４（Ａ）は、−Ｘ軸方向から光線１０ａを入射する場合の例である。図４（Ｂ）は、−Ｘ軸方向と＋Ｘ軸方向との両方から光線１０ａを入射する場合の例である。正反射基板の面で反射した光線１０ａは、Ｘ軸方向に進む。一方、拡散反射材の部分で反射した光線１０ａは、拡散してユニット３００ａの外に出射される。光入射面（側板部３０ａ）の近辺では、光線１０ａの光量が多いので、拡散反射材の占める面積の割合は小さい。光線１０ａがＸ軸方向に進行して、光線１０ａの一部が外部に出射した後の、光量が少なくなった部分では、拡散反射材の占める面積の割合は大きい。

本実施の形態１の拡散板４は、その内部に光を体積散乱する粒子を含む。すなわち、拡散板４を透過する光は拡散されて一部は透過し、一部は後方に反射される。「体積散乱」とは、自由空間から散乱物体に入射し、散乱物体の内部で散乱することである。ここで、拡散板４の基材は自由空間に相当し、光を拡散する粒子は散乱物体に相当する。

後方に反射された光は、側板部３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅにおいて拡散反射され、その一部が再び＋Ｚ軸方向に向かい、照明光１０ｂとなる。拡散板４は、体積散乱する粒子の密度により拡散度、光の透過率および後方に反射する光の割合を調整することが可能である。また、拡散板４は、板の厚みを変化させることにより拡散度、光の透過率および後方に反射する光の割合を調整することが可能である。

本実施の形態１の光学シート２は、反射型偏光性フィルムである。光学シート２は、任意の偏光を有する光は透過し、これと直交する方向の偏光を有する光は反射する。本実施の形態１において、光源１０はレーザーであるから光線１０ａは直線偏光を有する。しかし、光線１０ａは、側板部３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅで拡散反射されることにより、その偏光が乱され、ランダムな偏光を有する。ランダムな偏光を有する光線１０ａが光学シート２に入射すると、半分の光が透過し、残りの光が後方に反射される。後方に反射された光線１０ａは、側板部３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅにおいて拡散反射され、偏光が回転し、再び＋Ｚ軸方向に向かい、照明光１０ｂとなる。

上記のように、本実施の形態１は、拡散板４または光学シート２などを備えることにより、ユニット３００ａから出射される光線１０ａがたどる光路は複雑になる。このため、面光源装置２００から出射される照明光１０ｂのＸ−Ｙ平面における面内輝度分布をより均一化することが可能となる。なお、ユニット３００ａから出射される照明光１０ｂには、光源１０から直接出射される光線１０ａ及び側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅで拡散反射された後に出射される光線１０ａが含まれる。

本実施の形態１においては、側板部３０ｃ，３０ｄはＺ−Ｘ平面に平行とした。しかし、本発明はこれに限るものではない。側板部３０ｃ，３０ｄをＺ−Ｘ平面に対して傾斜させても構わない。この場合には、例えば、底板部３０ｅは台形の形状となる。ユニット３００ａを並べる場合には、隣り合う底板部３０ｅの台形の形状の上底と下底とが並ぶように、反射部材３０を配置することができる。また、側板部３０ｃ，３０ｄに曲率をもたせる構成としても構わない。これらの形状を側板部３０ｃ，３０ｄにもたせることにより、光出射面２００ａに平行な面上で光源１０の光軸方向に対して垂直な方向（図１中Ｙ軸方向）の面内輝度分布を調整することが可能である。「面内輝度分布」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輝度の高低を示す分布である。ここで、「面内」とは、液晶表示素子１の表示面１ａの範囲内ということである。

本発明の主な特徴は、レーザーの指向性と側板部３０ｃ，３０ｄの反射特性との最適化によって、面光源装置２００から出射される照明光１０ｂの面内輝度分布を均一化することである。反射特性は、正反射成分と拡散反射成分との割合を調整して得られる。

より詳しく説明すると、本発明の主な特徴は、レーザー光線１０ａの指向性を残しながら、進行方向において一定距離毎に一定量の光線１０ａをユニット３００ａから＋Ｚ軸方向に向けて出射させることである。つまり、本発明の主な特徴は、このレーザー光線１０ａの指向性を維持させる光量の割合と、ユニット３００ａから＋Ｚ軸方向に向けて出射させる光量の割合とを制御することで、照明光１０ｂの面内輝度分布を均一化することである。レーザー光線１０ａの指向性を維持するためには、側板部３０ｃ，３０ｄのうち、レーザー光線１０ａが入射する部分（側板部３０ａ）の近傍は、Ｚ−Ｘ平面に平行であることが望ましい。

本発明は、高い指向性を有するレーザーに対して有効な構成である。面光源装置２００は、レーザーの指向性を利用し、レーザーの指向性を維持させる光量の割合と、ユニット３００ａから＋Ｚ軸方向に向けて出射させる光量の割合とをきめ細かに制御することが可能となる。

本実施の形態１の輝度分布変換装置３００のユニット３００ａは、＋Ｚ軸方向から見ると、光源１０の光進行方向を長辺にした長方形の形状をしている。レーザーは１素子当りから出射される光量が大きい。例えば、ＬＥＤ素子と同じ輝度を得るために必要なレーザー素子の数を低減することが可能である。レーザー素子の数の低減は、レーザー素子の周辺部品の点数を削減することになる。レーザー素子の周辺部品とは、レーザー素子を駆動するための電子回路部品等も含まれる。レーザー素子の周辺部品の点数の削減により、面光源装置２００の構造の簡素化できる。また、面光源装置２００の構造の簡素化により、組立性を改善して生産性を向上できる。また、レーザー素子の周辺部品の点数の削減は、面光源装置２００の低コスト化に対して有効である。

本実施の形態１の輝度分布変換装置３００は、光源１０に高い指向性を有するレーザーを採用している。また、輝度分布変換装置３００は、側板部３０ｃ、３０ｄに任意の光量の光を拡散する面を備えている。これらにより、輝度分布変換装置３００は、光源１０の進行方向の長い距離に亘って光強度分布を均一化することが可能である。すなわち、１つのレーザー素子が照明する領域を長方形の形状にすることにより、照明する領域を大きくすることが可能である。高い指向性を有するレーザー光を用いることで、面光源装置の２００の大型化を容易に実現できる。また、液晶表示装置１００の大画面化を容易に実現できる。

また、ユニット３００ａは、次の寸法を変化させることにより、光出射面２００ａに平行な面上で光線１０ａの進行方向に対して垂直な方向（図１中Ｙ軸方向）の輝度分布を調整することが可能となる。第１に、底板部３０ｅから拡散板４までの厚み（図１中Ｚ軸方向の長さ）である。第２に、側板部３０ｃと側板部３０ｄとの間の距離である。第３に、光源１０から底板部３０ｅまでの距離または光源１０から拡散板４までの距離である。

実施の形態１における光源１０は、高い指向性を有する。また、直交する２軸方向において異なる発散角を有する。例えば、本実施の形態１の光源１０は、発散角の大きい速軸方向において半値全角が４０度である。また、光源１０は、速軸方向と直交し発散角の小さい遅軸方向において半値全角が５度である。「半値全角」とは、光強度が最高になる方向に対する、光強度が最高強度の５０％になる方向の角度（全角）である。

本実施の形態１においては、遅軸方向とユニット３００ａの厚み方向（底板部３０ｅと拡散板４とに垂直な方向、図１中Ｚ軸方向）とが平行となるように光源１０を配置している。遅軸方向は、発散角の小さな方向である。また、速軸方向とユニット３００ａの幅方向（側板部３０ｃ，３０ｄに垂直な方向、図１中Ｙ軸方向）とが平行となるように光源１０を配置している。速軸方向は、発散角の大きな方向である。これは、側板部３０ｃ，３０ｄで反射する光量をより多くするためである。すなわち、側板部３０ｃ，３０ｄで反射して進行方向を制御される光線１０ａの光量を多くするためである。

ただし、光源１０の配置方法は、光源１０の発散角、反射部材３０の厚み、反射部材３０の幅または反射部材３０の長さ等の形状によって、最適化されるべきである。このため、光源１０の配置方法は、本実施の形態１で示した配置方法に限られない。

本実施の形態１において、光源１０は、それぞれ赤色、緑色および青色の単色光を発する半導体レーザーを有するレーザー素子で構成されている。つまり、光源１０は、白色の光を発する。これらのレーザー素子は、図１中Ｙ軸方向またはＺ軸方向に近接して配置される。つまり、レーザー素子は、図１中Ｙ軸方向またはＺ軸方向に並べて配置される。または、これらのレーザー素子は、図１中Ｙ−Ｚ平面上に近接して配置される。つまり、レーザー素子は、図１中Ｙ−Ｚ平面上に並べて配置される。

例えば、赤色の半導体レーザーから出射される光の波長は６４０ｎｍである。緑色の半導体レーザーから出射される光の波長は５３０ｎｍである。青色の半導体レーザーから出射される光の波長は４５０ｎｍである。これら３色の光を混合することにより、白色の光を生成する。なお、各半導体レーザーから出射される光の波長はこれに限るものではなく、所望の色再現範囲に対し最適化される。また、光の色の数も３色に限るものではなく、所望の色再現範囲に対し最適化される。また、各色のレーザー素子が複数個ずつ備えられる構成であっても良い。

上記のようにして構成される複数のユニット３００ａを並列することにより、輝度分布変換装置３００を生成する。「並列」とは、並びつらねることである。ここでは、図５に示すように、複数のユニット３００ａの側板部３０ｃと側板部３０ｄとを接するように並べることである。図５は、輝度分布変換装置３００を模式的に示す構成図である。図５に示すように、本実施の形態１の輝度分布変換装置３００は、液晶表示装置１００の画面に対して上下の方向（図５中Ｙ軸方向）に８個のユニット３００ａを並列している。光源１０から出射される光線１０ａの光軸は、液晶表示装置１００の水平方向（図５中Ｘ軸方向）と平行である。光線１０ａは、図５中の−Ｘ軸方向から＋Ｘ軸方向に向けて進行する。

本実施の形態１の画像表示装置１００は、面光源装置２００の＋Ｚ軸方向に、液晶表示素子１を積層して配置している。液晶表示素子１は、液晶層を有する。液晶層は、Ｚ軸方向に垂直なＸ−Ｙ平面と平行に配置されている。液晶表示素子１の表示面１ａは矩形状をしている。この表示面１ａの互いに直交する２辺は、図３に示すように各々Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行である。

図６は、液晶表示素子１および光源１０の駆動方法を示すブロック図である。制御部５１は、映像信号５４を受け取る。制御部５１は、液晶表示素子駆動部５２に液晶表示素子制御信号５５を送る。また、制御部５１は、光源駆動部５３に光源制御信号５６を送る。図６に示すように、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いる。これらの副画素は、各々赤色の光、緑色の光または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。つまり、１つの画素は、赤色の光のみを透過させるカラーフィルタを備えた副画素、緑色の光のみを透過させるカラーフィルタを備えた副画素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た副画素を有している。

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、面光源装置２００から出射された照明光１０ｂ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の画像表示装置１００は、ユニット３００ａの光源１０毎に個別の光源駆動部５３を設けている。すなわち、面光源装置２００が備える光源１０を個別に制御することにより、複数のユニット３００ａを個別に点灯制御することが可能となる。また、光源１０を個別に制御することにより、複数のユニット３００ａを個別に輝度調整することが可能となる。光源１０を個別に制御することにより、入力信号である各映像信号５４に応じて各光源１０の発光量を調整することができる。つまり、入力される画像の位置毎の明るさの情報又は画像の位置毎の色の情報に応じて、各光源１０の発光量を調整する。これにより、入力画像に応じて、１つのユニット３００ａが照明する領域の光量を調整することができる。

光源１０を個別に制御することにより、画像表示装置１００は、低消費電力化を実現することが可能である。また、液晶表示素子１の液晶層の駆動に合わせて、ユニット３００ａの点灯位置を変化させることにより、液晶表示装置で問題とされる残像感を緩和することも可能である。つまり、点灯させるユニット３００ａを選択することで、残像感を緩和することも可能である。

本発明における面光源装置２００に採用される輝度分布変換装置は、図５に示す輝度分布変換装置３００の構成に限られない。図７は、輝度分布変換装置３０１を模式的に示す構成図である。例えば、図７に示す輝度分布変換装置３０１は、ユニット３００ａの光源１０が液晶表示装置１００の下側（−Ｙ軸方向側）に配置されている。つまり、光源１０は面光源装置２００の下端側に配置されている。光源１０は、光線１０ａを＋Ｙ軸方向に出射している。そして、複数のユニット３００ａは、液晶表示装置１００の表示面１ａの水平方向（Ｘ軸方向）に並列されている。「表示面１ａの水平方向」とは、液晶表示装置１００の左右方向である。この場合、光源１０から出射された光線１０ａは、液晶表示装置１００の表示面１ａの上下方向（図７中Ｙ軸方向）と平行な方向に進む。「表示面１ａの上下方向」とは、液晶表示装置１００の上下方向である。

輝度分布変換装置３０１のように、光源１０を液晶表示装置１００の下側（−Ｙ軸方向側）に配置する構成とすることにより、光源１０の熱的負担を緩和することができる。面光源装置２００は、電源基板、光源１０を駆動するための基板および液晶表示素子１を駆動するための基板等の多くの発熱体を備えている。また、光源１０自体も発熱体となる。これらの発熱体から放出された熱は、液晶表示装置１００の上部方向（＋Ｙ軸方向）へと移動する。このため、発熱体の上部側（＋Ｙ軸方向側）に備えられた光源１０の放熱能力は低下する。そのため、光源１０を液晶表示装置１００の下部側（−Ｙ軸方向側）に備えることにより、光源１０は、他の発熱体からの熱の影響を受けにくくなる。つまり、光源１０を電源基板、光源１０を駆動するための基板および液晶表示素子１を駆動するための基板等よりも下部方向に配置する。これにより、光源１０は、放熱能力の低下を回避することが可能となる。

また、図８に示す輝度分布変換装置３０３は、複数のユニット３００ａを液晶表示装置１００の表示面１ａと平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）上の上下方向（Ｙ軸方向）および水平方向（Ｘ軸方向）に並列している。図８は、輝度分布変換装置３０３を模式的に示す構成図である。このとき、ユニット３００ａの光源１０は、表示面１ａの水平方向（図８中Ｘ軸方向）において、反射部材３０の外側に配置される。つまり、＋Ｘ軸方向側の光源１０は、反射部材３０の＋Ｘ軸方向側に配置されている。また、−Ｘ軸方向側の光源１０は、反射部材３０の−Ｘ軸方向側に配置されている。

光源１０から出射される光線１０ａの光軸は、表示面１ａの水平方向（図８中Ｘ軸方向）と平行である。そして、光線１０ａは、輝度分布変換装置３０３の水平方向（図８中Ｘ軸方向）の中心に向かって進行する。つまり、光源１０は、液晶表示装置１００の右端（−Ｘ軸方向の端）及び左端（＋Ｘ軸方向の端）に上下方向に並べて配置されている。そして、右端に配置された光源１０は、左方向（＋Ｘ軸方向）に光を出射し、左端に配置された光源１０は、右方向（−Ｘ軸方向）に光を出射する。

また、本実施の形態１において、輝度分布変換装置３００を構成する１つのユニット３００ａは、１つの光源１０を備えている。そして、光線１０ａは、輝度分布変換装置３００の１つの側板部３０ａからのみ入射される。しかし、本発明はこれに限るものではない。

例えば、図９に示すユニット３００ｂは、ユニット３００ｂのＸ軸方向の両端の側板部３０ａ，３０ｂに光源１０を備えている。図９は、ユニット３００ｂの構成を模式的に示す構成図である。２つの光源１０は、互いに対向して配置されている。このとき、光源１０の構成に合わせて側板部３０ｃ，３０ｄの反射特性を最適化する必要がある。例えば、図４（Ｂ）のように、側板部３０ｃ，３０ｄは、正反射成分の高い基板に、拡散反射特性を有するドット形状の顔料が塗布されている。正反射成分の高い基板は、例えば、反射特性を有するアルミニウム又は銀等を蒸着している。拡散反射特性を有するドット形状の顔料の密度は、光線１０ａが光源１０から出射される部分で最も低い。そして、拡散反射特性を有するドット形状の顔料の密度は、光線１０ａの進行方向の中心部分で最も高い。このようにドット形状の顔料を塗布することにより、均一な照明光１０ｂを生成することが可能となる。

また、ユニット３００ｂの側板部３０ａ，３０ｂは、光線１０ａの光軸に対して傾斜している。側板部３０ａ，３０ｂの底板部３０ｅに対する傾斜角度は、鈍角である。つまり、側板部３０ａ，３０ｂの反射面は、開口部３０ｆ側を向いて傾斜している。光線１０ａの光軸は、Ｘ軸に平行である。また、ユニット３００ｂの側板部３０ａ，３０ｂは、曲率を持った面としても良い。

図９は、ユニット３００ｂを−Ｙ軸方向から見た構成図である。図９中上側がユニット３００ｂから光線１０ａが出射する方向（＋Ｚ軸方向）である。例えば、図９のように、側板部３０ａ，３０ｂは、反射面を＋Ｚ軸方向に向けてＸ−Ｙ平面に対して傾斜している。側板部３０ａ，３０ｂで反射された光線１０ａは、ユニット３００ｂからの出射方向（＋Ｚ軸方向）に向けて進む。ユニット３００ｂのＸ軸方向の両端部分は、ユニット３００ｂから出射する光量が少ない。このため、側板部３０ａ，３０ｂを傾斜させて、積極的に光線１０ａをユニット３００ｂからの出射方向に向けることで、ユニット３００ｂのＸ軸方向の両端部分の光量を増加させることができる。つまり、側板部３０ａ，３０ｂの傾斜を利用して、面内輝度分布を均一化させることが可能となる。

また、光源１０は、ユニット３００ａの出射面（開口部３０ｆ）に対して内側に配置できる。「ユニット３００ａの出射面」とは、底板部３０ｅと対向する面である。つまり、「ユニット３００ａの出射面」は、開口部３０ｆである。図９では、ユニット３００ｂの出射面（開口部３０ｆ）のＸ軸方向の長さより、２つの光源１０のＸ軸方向の配置間隔の方が短い。つまり、光線１０ａを出射面側（＋Ｚ軸方向側）から見ると、光源１０は、出射面（開口部３０ｆ）の裏側（−Ｚ軸方向側）に隠れるように配置されている。つまり、光源１０は、側板部３０ａ，３０ｂの裏側（−Ｚ軸方向側）に配置されている。この構成により、画像表示装置１００の狭額縁化を実現することができる。「額縁」とは、液晶パネルを囲う枠キャビネットの部分である。 「狭額縁」とは、表示面１ａ側から見て枠キャビネットの幅が狭いことをいう。なお、光源１０は、出射面の裏側（−Ｚ軸方向側）に一部が隠れるように配置されても良い。つまり、光源１０は、側板部３０ａ，３０ｂの裏側（−Ｚ軸方向側）に一部が隠れるように配置されても良い。

例えば、図９に示されたユニット３００ｂの構成を採用する場合には、図１０に示すように、液晶表示装置１００の画面の上下方向（Ｙ軸方向）に複数のユニット３００ｂを並べることで輝度分布変換装置３０２を構成することができる。図１０は、輝度分布変換装置３０２を模式的に示す構成図である。また、側板部３０ａ，３０ｂを傾斜させる構成は、輝度分布変換装置３００，３０１，３０３でも採用できる。

面光源装置２００は、光源１０及び反射部材３０を備えている。光源１０は、指向性を有する光線１０ａを出射する。反射部材３０は、１つの底板部３０ｅ、底板部３０ｅと接続する側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ及び底板部３０ｅと対向する開口部３０ｆを有する箱形状を有し、箱形状の内側の面は反射面である。底板部３０ｅは、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有している。光線１０ａは、底板部３０ｅの短辺に接続する側板部３０ａ側から反射部材３０の箱形状の内部に入射し、底板部３０ｅの長辺に接続する側板部３０ｃ，３０ｄで反射しながら底板部３０ｅの長辺の方向に進行して開口部３０ｆから出射する。底板部３０ｅの長辺に接続する側板部３０ｃ，３０ｄの反射面は、光線１０ａを正反射する領域及び拡散反射する領域を有する。なお、底板部３０ｅの四角形の形状は、例えば、四隅が曲線で形成されている形状を含む。また、例えば、４つの辺が円弧などの曲線で形成されている形状を含む。

底板部３０ｅの短辺に接続する側板部３０ａ，３０ｂの反射面は、開口部３０ｆ側を向いて傾斜している。

面光源装置２００は、反射部材３０を複数有している。複数の反射部材３０は、底板部３０ｅの長辺どうしが対向するように並べて配置されている。

液晶表示装置１００は、面光源装置２００及び液晶表示素子１を備える。液晶表示素子１は、面光源装置２００の発する光１０ｂを入射して画像光を出射する。光源１０は面光源装置２００の下端側に配置される。

実施の形態２．
図１１は、本発明に係る実施の形態２の面光源装置２１０が備える、ユニット３１０ａの構成を模式的に示す構成図である。本実施の形態２のユニット３１０ａは、光源１０の他に異なる種類の光源２０を備える点で実施の形態１のユニット３００ａと異なる。つまり、実施の形態１で示された、液晶表示素子１、第１の光学シート２、第２の光学シート３、拡散板４の構成は、実施の形態２でも同様に採用される。また、ユニット３１０ａが光源２０を備える点以外のユニット３００ａ，３００ｂの構成は、実施の形態２でも同様に採用される。つまり、本実施の形態２の面光源装置２１０は、ユニット３００ａの代わりにユニット３１０ａを備える点以外は、本実施の形態１の面光源装置２００と同じである。なお、ユニット３１０ａは、光源２０を備える点に特徴があるので、ユニット３００ｂに光源２０を備える構成としても構わない。また、面光源装置２１０の輝度分布変換装置は、ユニット３００ａ，３００ｂを用いた輝度分布変換装置３００，３０１，３０２，３０３と同様の構成を採用することもできる。

また、本実施の形態２の液晶表示装置１１０は、面光源装置２００の代わりに面光源装置２１０を備える点と、光源２０を駆動する光源駆動部５７とを新たに設ける以外は、本実施の形態１の液晶表示装置１００と同じである。光源駆動部５７は、制御部５１から光源制御信号５６を受けて光源２０を駆動する。液晶表示装置１１０は、液晶表示装置１００の有する制御部５１、液晶表示素子駆動部５２および光源駆動部５３を有する。

実施の形態１で説明した液晶表示装置１００の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。また、光源１０は第１の光源である。光源２０は第２の光源である。

本実施の形態２のユニット３１０ａは、光源１０と光源２０とを備える。光源１０は赤色の光線１０ａを発するレーザー素子を有する。この赤色の光は、例えば波長６４０ｎｍの光である。光源２０は青緑色の光線２０ａを発するＬＥＤ素子を有する。この青緑色の光は、例えば、４５０ｎｍと５３０ｎｍとにピークを有し、４２０ｎｍから５８０ｎｍまでの帯域に連続的なスペクトルを有する光である。以下に、光源２０の構成例を示す。

光源２０の有するＬＥＤ素子は、例えば、青色の光を出射する青色ＬＥＤチップを備えたパッケージに、緑色蛍光体を充填したものである。緑色蛍光体は、この青色の光を吸収して緑色の光を発する。

また、光源２０の有するＬＥＤ素子は、例えば、励起光源にＬＥＤ以外の光源を採用することができる。その励起光源は、青緑色の蛍光体を励起し青緑色の光を発するものである。

また、光源２０は、例えば、紫外領域の波長の光を出射する光源を備えたパッケージに、青緑色の光を発する蛍光体を充填したものである。この蛍光体は、紫外領域の波長の光を吸収して青色の光と緑色の光とを発する。

また、光源２０は、例えば、青色の光を発する青色ＬＥＤチップと緑色ＬＥＤチップとを備えることもできる。

ユニット３１０ａの反射部材３０は、Ｙ−Ｚ平面に平行な側板部３０ａ，３０ｂを有する。ユニット３１０ａは、Ｚ−Ｘ平面に平行な側板部３０ｃ，３０ｄを有する。ユニット３１０ａは、Ｘ−Ｙ平面に平行な底板部３０ｅを有する。ユニット３１０ａは、側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅの５つの面で囲まれている。なお、側板部３０ａと側板部３０ｂとは、対向する面である。また、側板部３０ｃと側板部３０ｄとは対向する面である。上述のように、反射部材３０は、５枚の板状の部分で構成されている。５枚の板状の部分は、側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ及び底板部３０ｅである。

側板部３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄおよび底板部３０ｅは、内側の表面が反射面となっている。「内側の面」とは、反射部材３０の箱形状の内側の面である。つまり、反射面は、底板部３０ｅの＋Ｚ軸方向の面と、側板部３０ａの＋Ｘ軸方向の面と、側板部３０ｂの−Ｘ軸方向の面と、側板部３０ｃの−Ｙ軸方向の面と、側板部３０ｄの＋Ｙ軸方向の面とである。光源１０は側板部３０ａ側に配置される。光源１０から出射される光線１０ａは、側板部３０ａに設けられた穴３１から反射部材３０の内部に入射する。光線１０ａは、側板部３０ａと対向する側板部３０ｂに向けて出射される。ユニット３１０ａの構成は、実施の形態１のユニット３００ａ，３００ｂの構成と光源２０を備える点以外で同じである。このため、光線１０ａの挙動は、実施の形態１のユニット３００ａ，３００ｂに関する記載と同様である。

本実施の形態２は、光源１０の他に光源２０を備える。光源２０はＬＥＤ素子を有する。光源２０から出射される光線２０ａは、ランバート分布の角度強度分布を有する。光線２０ａは、光線１０ａと比較して非常に大きな発散角を有する。「ランバート分布」とは発光面の輝度が見る方向によらず一定となる分布である。

光源２０は大きな発散角を有する光線２０ａを出射するため、光源１０と同様の構成によって、光源２０から均一な面状の光を生成することは困難である。なぜなら、光源２０の近傍（側板部３０ａの近傍）で、側板部３０ｃ，３０ｄで反射する光量が多い。このため、光線２０ａは、側板部３０ａの近傍において、開口部３０ｆからユニット３１０ａの外に出射されてしまう。このため、光源２０に対して、光源１０と同様の構成を採用しても、Ｘ軸方向の長い距離に亘り輝度分布を均一化することが困難である。従って、本実施の形態２のユニット３１０ａは、光源１０とは異なる光学系を光源２０に対して設けている。

図１１に示すように、本実施の形態２のユニット３１０ａは、光源２０を面光源装置２１０の底板部３０ｅの反射面上に２次元的に配列している。底板部３０ｅは、ユニット３１０ａの光出射面と対向する面である。「ユニット３１０ａの光出射面」とは、開口部３０ｆに設けた仮想の面である。

光源２０は、光の出射面に光線２０ａを拡散させるレンズ２１を備えている。光線２０ａのＸ−Ｙ平面における照度分布は、レンズ２１によりが均一化される。光線２０ａは、ユニット３１０ａの光出射面へ向けて（＋Ｚ軸方向へ向けて）出射される。光線２０ａは、隣り合って配置されている他の光源２０から出射される光線２０ａとＸ−Ｙ平面上において重畳される。重畳された光線２０ａは、輝度分布が均一な面状光となって、ユニット３１０ａから＋Ｚ軸方向に出射される。

本実施の形態２においては、赤色のみ単色性に優れたレーザー素子を採用している。これは、ディスプレイ用途に適した半導体レーザーにおいて、現状では赤色のレーザーが最も量産性に優れているためである。

また、特に緑色の半導体レーザーにおいては、未だ十分な出力が得られていないことも理由の一つである。なお、より効率良く緑色の光を得るためには、緑色の蛍光体を他の色の光により励起して緑色の光を得る方法が適している。

緑色の蛍光体を用いて緑色の光を得る方法が適している理由は下記の通りである。緑色の蛍光体を励起する光源として、近紫外領域の半導体レーザー、青色の半導体レーザーまたはＬＥＤが用いられる。これらの光源は、緑色の半導体レーザーよりも発光効率が高い。また、緑色の蛍光体は、近紫外光や青色の光に対して光吸収率が高く内部変換効率も高い。そのため、現状では緑色の半導体レーザーよりも蛍光体を利用した素子の方が高い発光効率が得られる。

また、本実施の形態２の光源２０は、蛍光体の励起光源を青色のＬＥＤ素子としている。これは、本実施の形態２の光源２０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には、青色の発光素子としてレーザーよりＬＥＤを採用する方が望ましいためである。ここでは、他色の光として、緑色の光で説明している。

これは、以下の理由による。ＬＥＤは、低い電流で駆動されて低い出力が得られる。これに対し、レーザーは、高い電流で駆動されて高い出力が得られる。高い電流で駆動されるため、駆動時のレーザーからの発熱量は非常に大きい。また、ＬＥＤから出射される光は広い発散角を有する。これに対し、レーザー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、レーザーの場合には、蛍光体に入射する励起光の強度密度が非常に高くなる。「強度密度」とは、蛍光体の単位体積あたりに入射する光の強度である。蛍光体に入射し吸収された光は、一部が他波長の光に変換され外部に出射され、その他の光は主に熱エネルギーとなる。ここでは、他の波長の光として、緑色の光で説明している。

一般に、蛍光体の内部変換効率は４０％から８０％程度である。内部変換効率は、吸収される光量に対する他の波長の光に変換される光量で求められる。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ー光が入射した場合には、蛍光体の発熱量は非常に大きくなる。

レーザー素子自身の発熱量が増加すると、光源にレーザー素子とともに備えられた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、輝度の低下および消費電力の増加を引き起こす。従って、本実施の形態２の光源２０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。

赤色は色差に対する人間の感度が高い色である。そのため、赤色における波長帯域幅の差は、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。従来のＣＣＦＬまたはＬＥＤで生成される白色の光は、特に赤色の光量が少なく、波長帯域幅が広いため色純度が低い。そのため、ＣＣＦＬまたはＬＥＤを光源として用いた液晶表示装置では、赤色の色再現範囲と消費電力とがトレードオフの関係となってしまう。つまり、白色のＣＣＦＬの光量またはＬＥＤの光量を上げて赤色の光量を多くして色再現範囲を確保するか、色再現範囲を狭めて省電力とするかのトレードオフである。

一方で、レーザーは波長帯域幅が狭く、光の損失を抑えて高い色純度の光が得られる。これらの理由により、３原色の色の中でも特に、赤色の光をレーザー光とすることで、低消費電力に対する効果を得ることができる。

なぜなら、レーザー光は非常に単色性が高く、赤色フィルタでの透過率が良い。このことから、光量を上げなくとも十分な赤色の光量を確保できる。そして、低消費電力の効果を得ることができる。また、単色性が高いため、色純度が向上し、色再現範囲を広くする効果も得られる。以上の理由から、本実施の形態２の液晶表示装置１１０は、赤色の光源に対してレーザーを採用している。

また、従来のＣＣＦＬまたはＬＥＤを光源として用いた液晶表示装置は、赤色の光の波長帯域幅が広い。また、赤色のフィルタと緑色のフィルタとの透過特性は、隣接する一部の波長が重なっている。このため、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。このことにより、従来のＣＣＦＬまたはＬＥＤを光源として用いた液晶表示装置は、赤色の光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２の液晶表示装置１１０は、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して、緑色の色純度を向上させることが可能となる。これにより、色再現範囲を広くする効果が得られる。

本実施の形態２においては、第１の光源１０を赤色の光を出射するレーザー素子とした。また、第２の光源２０を青緑色の光を出射するＬＥＤ素子とした。しかし、本発明はこれに限るものではない。

上記理由によれば、例えば、第１の光源１０を赤色の光を出射するレーザー素子と青色の光を出射するレーザー素子とにより構成し、第２の光源２０を緑色の光を出射するＬＥＤ素子により構成することも可能である。

また、例えば、第１の光源１０を青色の光を出射するレーザー素子により構成し、第２の光源２０を赤色の光を出射するＬＥＤ素子と緑色の光を出射するＬＥＤ素子とにより構成することも可能である。但し、青色のみレーザー光源を採用するよりも、赤色のみレーザー光源を採用する方が、上述のように、色差に対する人間の感度の違いから、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。

本実施の形態２の面光源装置２１０に適した構成は、第１の光源１０がレーザー素子を有し、第２の光源２０がＬＥＤ素子を有する構成である。

本実施の形態２の面光源装置２１０は、第２の光源をユニット３１０ａの底板部３０ｅに２次元的に配列する構成とした。しかし、本発明はこれに限るものではない。例えば、図１２に示すユニット３１０ｂは、側板部３０ｄに光源２０を備えている。図１２は、ユニット３１０ｂの構成を模式的に示す構成図である。ユニット３１０ｂは、光源１０の輝度分布を変換するために、長方形形状の反射部材３０を採用している。ユニット３１０ｂは、光源２０を光源１０が備えられる側板部（図１２中３０ａ）と垂直な側板部（図１２中３０ｄ）に備えている。光線２０ａの光軸は、ユニット３１０ｂの短辺方向（図１２中Ｙ軸方向）と平行である。このとき、光源２０は、側板部３０ｄにおいて１次元方向（図１２中Ｘ軸方向）に等間隔で配置される。また、光源１０の光線１０ａが光源２０に入射することを回避するため、光源２０は、Ｚ軸方向において光源１０と異なる位置に配置されている。なお、側板部３０ｄのＺ軸方向の長さが長い場合には、ユニット３１０ａの場合と同様に、光源２０を二次元的に配置することができる。

ユニット３１０ｂによると、光源２０から図１２中の＋Ｙ軸方向に出射された光線２０ａは、自らの発散角によりユニット３１０ｂ内を広がりながら伝播する。光線２０ａの一部は、ユニット３１０ｂの光出射面（開口部３０ｆ）から直接出射する。また、光線２０ａの一部は、底板部３０ｅで拡散反射された後に、ユニット３１０ｂの光出射面（開口部３０ｆ）から出射する。また、ユニット３１０ｂの光出射面から出射された光の一部は、ユニット３１０ｂの上部（＋Ｚ軸方向）に備えられる拡散板４または第１の光学シート２で反射して、−Ｚ軸方向に進行方向を変えられる。このように、光線２０ａがたどる光路は、複雑であるため、面光源装置２１０から出射する光線２０ｂの面内輝度分布は均一化される。

光線２０ａのように発散角の大きい光がユニット３１０ｂに入射した場合には、特に光源の近傍において、光源からユニット３１０ｂの光出射面に直接到達する光量が多くなる。この場合には、光の進行方向において短い距離に対してのみ輝度分布を均一化することが可能である。つまり、光源から離れた領域で輝度分布を均一化することは困難である。

本実施の形態２は、第１の光源である光源１０の特性を活かし、効率良く面内輝度分布を均一化するため、光線１０ａの光軸と反射部材３０の長方形状の長辺方向とが平行となるように配置している。これにより、長方形状の長辺方向において光線１０ａの面内輝度分布の均一化を実現している。

また、本実施の形態２は、第２の光源である光源２０の特性を活かし、効率良く面内輝度分布を均一化するため、光線２０ａの光軸と反射部材３０の長方形状の短辺方向とが平行となるように配置している。これにより、長方形状の短辺方向において光線２０ａの面内輝度分布の均一化を実現している。

図１３は、液晶表示素子１および光源１０，２０の駆動方法を示すブロック図である。制御部５１は、映像信号５４を受け取る。制御部５１は、液晶表示素子駆動部５２に液晶表示素子制御信号５５を送る。また、制御部５１は、光源駆動部５３に光源制御信号５６ａを送る。制御部５１は、光源駆動部５７に光源制御信号５６ｂを送る。図１３に示すように、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いる。これらの副画素は、各々赤色の光、緑色の光または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。つまり、１つの画素は、赤色の光のみを透過させるカラーフィルタを備えた副画素、緑色の光のみを透過させるカラーフィルタを備えた副画素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た副画素を有している。

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、面光源装置２１０から出射された照明光１０ｂ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２の画像表示装置１１０は、ユニット３１０ａ，３１０ｂの光源１０毎に個別の光源駆動部５３を設けている。また、画像表示装置１１０は、ユニット３１０ａ，３１０ｂの光源２０毎に個別の光源駆動部５７を設けている。なお、図１３では、光源駆動部５３，５７及び光源１０，２０は、各１個を記載している。すなわち、面光源装置２１０が備える光源１０，２０を個別に制御することにより、複数のユニット３１０ａ，３１０ｂを個別に点灯制御することが可能となる。また、光源１０，２０を個別に制御することにより、複数のユニット３１０ａ，３１０ｂを個別に輝度調整することが可能となる。光源１０，２０を個別に制御することにより、入力信号である各映像信号５４に応じて各光源１０，２０の発光量を調整することができる。つまり、入力される画像の位置毎の明るさの情報又は画像の位置毎の色の情報に応じて、各光源１０，２０の発光量を調整する。これにより、入力画像に応じて、１つのユニット３００ａ，３１０ｂが照明する領域の光量を調整することができる。

光源１０，２０を個別に制御することにより、画像表示装置１１０は、低消費電力化を実現することが可能である。また、液晶表示素子１の液晶層の駆動に合わせて、ユニット３１０ａ，３１０ｂの点灯位置を変化させることにより、液晶表示装置で問題とされる残像感を緩和することも可能である。つまり、点灯させるユニット３１０ａ，３１０ｂを選択することで、残像感を緩和することも可能である。

面光源装置２００は、光線１０ａよりも広い発散角を有する光線２０ａを出射する光源２０をさらに備える。光源２０は、底板部３０ｅの長辺に接続する側板部３０ｃ，３０ｄの内側の面上又は底板部３０ｅの内側の面上に、底板部３０ｅの長辺の方向に並べて配置されている。光線２０ａは、反射部材の箱形状の内部に向けて発せられて開口部３０ｆから出射する。

上述の各実施の形態においては、「平行」、「対向」または「等間隔」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。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示している。また、「半分の光」または「ランバート分布」なども、製造ばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。

なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

１００，１１０ 液晶表示装置、 ２００，２１０ 面光源装置、 ２００ａ 光出射面、 ３００，３０１，３０２，３０３ 輝度分布変換装置、 ３００ａ，３００ｂ，３１０ａ，３１０ｂ ユニット、 １ 液晶表示素子、 １ａ 表示面、 １ｂ 背面、 ２ 第１の光学シート、 ３ 第２の光学シート、 ４ 拡散板、 １０ 第１の光源、 １０ａ，２０ａ 光線、 １０ｂ 照明光、 ２０ 第２の光源、 ２１ レンズ、 ３０ 反射部材、 ３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 側板部、３０ｅ 底板部、 ３０ｆ 開口部、 ３１ 穴、 ５１ 制御部、 ５２ 液晶表示素子駆動部、 ５３，５７ 光源駆動部、 ５４ 映像信号、 ５５ 液晶表示素子制御信号、 ５６ 光源制御信号。

Claims (8)

1. 指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、
   １つの底板部、前記底板部の各辺の位置に配置される側板部及び前記底板部と対向する開口部を有し、前記底板部及び前記側板部の内側の面は反射面である反射部材と、
   前記第１の光線よりも広い発散角を有する第２の光線を出射する第２の光源と
   を備え、
   前記底板部は、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有し、
   前記第１の光線は、前記底板部の短辺の位置に配置された前記側板部の内の第１の側板部の側から前記反射部材の内部に入射し、前記底板部の長辺の位置に配置された前記側板部である第２の側板部で反射しながら前記底板部の長辺の方向に進行して前記開口部から出射し、
   前記第２の側板部の前記反射面は、前記第１の光線を正反射する領域及び拡散反射する領域を有し、
   前記第２の光源は、前記第２の側板部の内側の面上又は前記底板部の内側の面上に、前記長辺の方向に並べて配置され、
   前記第２の光線は、前記反射部材の内部に向けて発せられて前記開口部から出射する面光源装置。
2. 指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、
   １つの底板部、前記底板部と対向する開口部及び前記底板部と前記開口部との間の空間を柱体形状に区切る側板部を有し、前記底板部及び前記側板部の内側の面は反射面である反射部材と、
   前記第１の光線よりも広い発散角を有する第２の光線を出射する第２の光源と
   を備え、
   前記開口部は、前記側板部により形成される、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有し、
   前記第１の光線は、前記開口部の短辺の位置に配置された前記側板部の内の第１の側板部の側から前記反射部材の内部に入射し、前記開口部の長辺の位置に配置された前記側板部である第２の側板部で反射しながら前記長辺の方向に進行して前記開口部から出射し、
   前記第２の側板部の前記反射面は、前記第１の光線を正反射する領域及び拡散反射する領域を有し、
   前記第２の光源は、前記第２の側板部の内側の面上又は前記底板部の内側の面上に、前記長辺の方向に並べて配置され、
   前記第２の光線は、前記反射部材の内部に向けて発せられて前記開口部から出射する面光源装置。
3. 指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、
   １つの底板部、前記底板部の各辺の位置に配置される側板部及び前記底板部と対向する開口部を有し、前記底板部及び前記側板部の内側の面は反射面である反射部材と
   を備え、
   前記第１の光源は前記第１の光線を出射するレーザー素子を有し、
   前記底板部は、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有し、
   前記第１の光線は、前記底板部の短辺の位置に配置された前記側板部の内の第１の側板部の側から前記反射部材の内部に入射し、前記底板部の長辺の位置に配置された前記側板部である２つの第２の側板部で交互に反射しながら前記底板部の長辺の方向に進行して前記開口部から出射し、
   前記第２の側板部の前記反射面は、前記第１の光線を正反射する領域及び拡散反射する領域を有する面光源装置。
4. 指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、
   １つの底板部、前記底板部と対向する開口部及び前記底板部と前記開口部との間の空間を柱体形状に区切る側板部を有し、前記底板部及び前記側板部の内側の面は反射面である反射部材と
   を備え、
   前記第１の光源は前記第１の光線を出射するレーザー素子を有し、
   前記開口部は、前記側板部により形成される、対向する２つの短辺及び対向する２つの長辺の四角形の形状を有し、
   前記第１の光線は、前記開口部の短辺の位置に配置された前記側板部の内の第１の側板部の側から前記反射部材の内部に入射し、前記開口部の長辺の位置に配置された前記側板部である２つの第２の側板部で交互に反射しながら前記長辺の方向に進行して前記開口部から出射し、
   前記第２の側板部の前記反射面は、前記第１の光線を正反射する領域及び拡散反射する領域を有する面光源装置。
5. 前記第１の側板部の前記反射面は、前記開口部側を向いて傾斜している請求項１から４のいずれか１項に記載の面光源装置。
6. 前記反射部材を複数有し、
   複数の前記反射部材の内の隣り合う反射部材の前記第１の側板部が互いに隣り合うように、複数の前記反射部材は、前記短辺の方向に並べて配置される
   請求項１から５のいずれか１項に記載の面光源装置。
7. 前記第２の光源はＬＥＤ素子を有する請求項１又は２に記載の面光源装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の面光源装置と、
   前記面光源装置の発する光を入射して画像光を出射する液晶表示素子と
   を備え、
   前記第１の光源は前記面光源装置の下端側に配置される液晶表示装置。

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