KR101427503B1 - 면 형상 광원 장치 및 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

백라이트 장치(100)는, 제 1 광원(20a, 20b) 및 제 2 광원(10)을 구비한다. 제 1 광원(20a, 20b)은, 적색의 레이저광인 제 1 광선(22a, 22b)을 발한다. 제 2 광원(10)은, 상기 레이저광과 보색 관계의 청록색의 광인 제 2 광선(13)을 발한다. 제 2 광원(10)은, 청색의 광을 발하는 발광 다이오드 및 상기 청색의 광을 흡수하고 녹색의 광을 발하는 형광체를 갖는다.

Description

면 형상 광원 장치 및 액정 표시 장치{PLANAR LIGHT SOURCE DEVICE AND LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS}
본 발명은, 레이저 광원을 이용하여 액정 표시 소자의 배면으로부터 액정 표시 소자를 조명하는 백라이트 장치 및 상기 백라이트 장치를 구비한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치에 구비되는 액정 표시 소자는, 스스로 발광하지 않기 때문에, 액정 표시 소자를 조명하는 광원 장치로서, 액정 표시 소자의 배면에 백라이트 장치를 구비할 필요가 있다. 최근, 액정 표시 장치에 대한 박형화의 요구가 높아지고 있으며, 박판 형태의 도광판을 구비하고, 그 측면과 대향하도록 광원을 배치하고, 도광판의 측면으로부터 광을 입사시키는 것에 의해, 면 광원(planar light source)을 생성하는 사이드 라이트 방식(sidelight-type)의 백라이트 장치가 널리 이용되고 있다.
백라이트 장치의 광원으로서는, 종래에는, 유리관의 내벽에 형광체를 도포하여 백색의 광을 얻는 냉음극 형광 램프(CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp))가 주류였다. 그러나, 최근에는 발광 다이오드(LED(Light Emitting Diode))의 성능이 비약적으로 향상된 것에 따라, LED를 광원으로 이용한 백라이트 장치에 대한 수요가 급속히 높아지고 있다.
LED라고 불리는 요소는, 크게 나누어 두 종류가 있다. 한쪽의 종류의 LED는, LED의 직접 발광에 의해 적색, 녹색 또는 청색 등의 단색광을 얻는 단색 LED이다. 다른 쪽의 종류의 LED는, 단색 LED와 형광체를 구비하고, 단색 LED의 광으로 형광체를 여기하는 것에 의해 복수의 색을 얻는 다색 LED이다. 다색 LED에는, 예컨대, 청색의 단색 LED와, 청색의 광을 흡수하고 녹색으로부터 적색의 광을 발광하는 형광체를 구비하는 것이 있다. 다색 LED는, 청색으로부터 적색까지의 넓은 스펙트럼을 가진 백색광을 생성하는 백색 LED를 구성할 수 있다. 백색 LED는, 발광 효율이 높고 저소비 전력화에 유효하기 때문에, 백라이트 장치의 광원으로서 널리 이용되고 있다.
액정 표시 장치는, 그 액정 표시 소자의 내부에 컬러 필터를 구비하고 있다. 액정 표시 장치는, 이 컬러 필터에 의해 적색, 녹색 및 청색의 파장의 스펙트럼 범위만을 추출하여, 색 표현을 행하고 있다. 백색 LED와 같이 파장 대역폭이 넓은 연속 스펙트럼을 갖는 광원의 경우, 색 재현 범위를 넓히기 위해, 액정 표시 장치는, 컬러 필터를 투과하는 광의 파장 대역을 좁게 설정하여, 표시색의 색순도(chromatic purity)를 높일 필요가 있다. 하지만, 컬러 필터를 투과하는 광의 파장 대역을 좁게 설정하는 것에 의해, 불필요한 광의 양이 많아진다. 바꿔 말하면, 액정 표시 소자에 있어서, 광의 이용 효율이 매우 나빠진다. 이에 의해, 액정 표시 소자의 표시면의 휘도의 저하를 일으킨다. 또한, 휘도를 향상시키려고 하면, 액정 표시 장치의 소비 전력의 증대를 초래한다.
일반적으로 이용되는 CCFL이나 백색 LED는, 형광체의 특성으로부터, 적색 파장역(wavelength range)에서는, 615㎚ 정도의 파장(적색으로부터 오렌지색으로 시프트한 파장)에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 갖고 있다. 이 때문에, 특히 적색에 있어서 순적색(pure red)으로서 바람직한 630~640㎚의 파장 영역에서 색순도를 높이려고 하면, 투과 광량이 매우 감소되고, 휘도가 현저하게 저하된다. 또한, CCFL이나 백색 LED는, 특히 600㎚~700㎚대의 적색의 스펙트럼의 에너지양이 적고, 순적색으로서 바람직한 630~640㎚의 파장 영역에서 색순도를 높이려고 하면, 투과 광량이 매우 감소되고, 휘도가 현저하게 저하된다.
컬러 필터에 의한 광손실을 최소한으로 억제하면서도, 색 재현 범위를 넓히기 위해서는, 파장 대역폭이 좁은 광을 발하는 광원을 채용할 필요가 있다. 즉, 색 재현 범위를 넓히기 위해서는, 색순도가 높은 광을 발하는 광원을 채용할 필요가 있다. 그래서, 최근에는, 적색, 녹색 및 청색의 3원색의 광을 각각 발하는 단색 LED를 이용한 액정 표시 장치가 제안되고 있다. 혹은, 3원색의 광을 각각 발하는 단색의 레이저를 이용한 액정 표시 장치가 제안되고 있다. 이 액정 표시 장치에서는, 3원색의 광을 혼색하여 백색광을 생성한다.
다시 말해, 최근에는, 색 재현 범위를 넓히기 위해, 파장폭이 좁은 단색의 LED나 레이저를 광원으로 이용한 백라이트 유닛을 갖는 액정 표시 장치가 제안되고 있다. 「파장폭이 좁다」란, 색순도가 높다는 것이다. 특히 레이저는, 매우 우수한 단색성(monochromaticity)을 갖는다. 또한, 레이저는, 높은 발광 효율을 갖는다. 이 때문에, LED나 레이저의 사용은, 색 재현역(color reproduction range)이 넓고 고휘도의 화상의 제공을 가능하게 한다. 또한, LED나 레이저의 사용은, 소비 전력이 낮은 액정 표시 장치의 제공을 가능하게 한다. 특히 레이저는, 매우 우수한 단색성을 갖기 때문에, 색 재현 범위를 크게 넓히고, 액정 표시 장치의 화질을 대폭 향상시킬 수 있다.
그러나, 이러한 광원으로부터 출사되는 광을 혼색하여 백색광을 생성할 때, 각 색의 액정 표시 소자의 표시면상에서의 공간 휘도 분포의 차이가, 색 얼룩(color unevenness)이 되어 나타난다. 이 색 얼룩을 적게 하기 위해서는, 각 색의 면 내의 공간 휘도 분포의 균일성을 높일 것이 요구된다. 그러나, 발광 원리나 발광 소자의 재료 특성이 다른 광원으로부터 출사되는 광은, 발산각이나 발광 효율이 다르기 때문에, 광원의 배치 개수나 배치 방법이 다르다. 이러한 이유로부터, 각각의 광원에 대하여, 면 내의 공간 휘도 분포를 균일화하는 최적의 수단을 마련할 필요가 있다.
바꿔 말하면, LED나 레이저와 같은 점 광원을 사이드 라이트 방식의 백라이트 장치의 광원으로서 채용한 경우, 광원 근방의 휘도가 현저하게 높아진다. 그 결과, 광의 입사단 부근에 있어서 휘도 얼룩이 생긴다. 이러한 휘도 얼룩은, 예컨대, 다수의 점 광원을 좁은 간격으로 일렬로 배치하여 선 형상 광원(linear light source)과 비슷한 구성으로 하는 것에 의해 개선할 수 있다. 그러나, 면 내의 공간 휘도 분포의 높은 균일성이 요구되는 액정 표시 장치의 백라이트 장치에서는, 매우 다수의 광원이 필요하게 된다. 이 때문에, 소비 전력의 증가, 조립성의 저하나 비용의 증가 등이 생긴다.
또한, 다른 색의 광이 각각 다른 휘도 얼룩을 생기게 하는 경우에는, 색 얼룩이 생긴다. 액정 표시 장치에 있어서, 휘도 얼룩이나 색 얼룩은, 화질을 현저하게 저하시키기 때문에 바람직하지 않다. 그 때문에, 백라이트 장치에 있어서는, 각 색에 대하여 면 내의 공간 휘도 분포의 균일성이 높은 면 형상의 광(planar light)을 제공하는 것이 요구된다. 또, 면 내의 공간 휘도 분포란, 임의의 평면에 있어서, 2차원으로 표현되는 위치에 대한 휘도의 고저를 나타내는 분포이다.
그래서, LED 등의 점 광원을 이용한 경우에, 가능한 한 적은 광원의 수로, 면 내의 공간 휘도 분포를 균일하게 하는 기술이 보고되어 있다. 예컨대, 특허 문헌 1의 액정 표시 장치에서는, 굴절률이 다른 복수의 재료로 이루어지는 반구 형상의 투광성 재료로 발광 소자를 피복하는 기술이 개시되어 있다. 발광 소자로부터 출사된 광을 굴절 효과에 의해 확산시키고, 도광판의 입광부에 있어서의 광의 분포를, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)에 가깝게 하는 것이 가능하게 된다. 또, 선 형상 광원이란, 1차원 방향으로 대략 균일한 공간 휘도 분포를 갖는 광을 발하는 광원이다. 복수의 점 광원으로부터의 광을 겹쳐, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)을 생성할 수 있다.
또한, 예컨대, 특허 문헌 2의 면 광원 장치는, 도광판의 배면에 마련되는 광 확산면에 있어서, 점 광원으로부터의 광을, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)으로 변환하기 위한 광 확산면을 구비하고 있다. 또한, 면 광원 장치는, 백라이트 장치의 면 내의 공간 휘도 분포를 균일하게 하기 위한 광 확산면을 구비하고 있다. 점 광원으로부터의 광을, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)으로 변환하기 위한 확산면에 있어서는, 점 광원의 휘도가 높은 부분의 확산 물질의 피복률을 낮게 하고 있다. 한편, 점 광원의 휘도가 낮은 부분의 확산 물질의 피복률을 높게 하고 있다. 이에 의해, 점 광원으로부터의 광을, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)으로 변환하는 것이 가능하게 된다.
또한, 색 얼룩 억제를 위한, 특성이 다른 각 광원에 대하여 전용 도광판을 구비한 백라이트 유닛이 보고되고 있다. 예컨대, 특허 문헌 3에서는, 각 색의 광원에 대하여 전용 도광판을 구비한 평면 디스플레이 패널용 백라이트 유닛이 제안되고 있다. 이 평면 디스플레이 패널용 백라이트 유닛은, 색마다 다른 광원과, 각 색의 광원에 대하여 각각 대응하는 도광판을 구비하고, 그것들을 적층하는 구성을 채용하고 있다. 이 백라이트 유닛에서는, 각 도광판으로부터 출사되는 단색의 면 형상의 광을 합하는 것에 의해 백색의 조명광을 생성한다. 이 구성에 의하면, 각 도광판의 구조는, 그 도광판에 대응하는 1종류의 광원의 특성에 대하여 최적화할 수 있다. 따라서, 이 구성에 의하면, 색마다의 면 내의 공간 휘도 분포의 균일성을 높이고, 색 얼룩을 억제하는 것이 가능하게 된다. 또, 면 내의 공간 휘도 분포란, 임의의 평면에 있어서, 2차원으로 표현되는 위치에 대한 휘도의 고저를 나타내는 분포이다.
상기의 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 따른 기술에 의하면, 점 광원으로부터의 광을, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)으로 변환하는 광학 소자를 추가하고 있다. 그것에 의해, 1차원 방향으로 대략 균일한 공간 휘도 분포를 가진 광을 도광판의 측면으로부터 입사시킬 수 있다. 그래서, 면 내의 공간 휘도 분포의 균일성이 높은 면 광원을 얻는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 광학 소자는, 복잡한 구조를 요한다. 또한, 광원에 레이저와 같은 지향성이 높은 점 광원을 채용한 경우에는, 보다 확산성이 높은 복잡한 광학 소자가 필요하게 된다. 그리고, 이러한 광학 소자는, 점 광원으로부터의 광을, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)으로 변환하기 위해 필요한 광학 거리가 길어지기 때문에, 장치가 대형화한다. 이 때문에, 이러한 광학 소자는, 레이저 광원을 이용하는 경우에는 적합하지 않다.
또한, 특허 문헌 3에 따른 기술에 의한 백라이트 유닛은, 특성이 다른 복수의 광원마다 도광판을 구비하고 있다. 이에 의해, 색 얼룩이 억제되고 균일성이 높은 면 내의 공간 휘도 분포를 가진 면 광원을 얻는 것이 가능하게 된다. 그러나, 상기 구성에서는, 복수의 도광판을 적층할 필요가 있기 때문에, 특히 장치의 두께 방향에서 백라이트 유닛은 대형화한다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2006-269289호 공보
(특허 문헌 2) 일본 특허 제 2917866호 공보
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 평 6-138459호 공보
그러나, 상기의 특허 문헌 1 또는 2와 같이, 액정 표시 장치의 광원으로 백색 LED를 이용하면, 적색의 색역(color range)이 좁아진다고 하는 문제가 있다. 또한, 액정 표시 장치의 광원으로 단색의 적색 LED를 이용하는 경우도, 적색의 색역이 좁아진다고 하는 문제가 있다. 또한, 특허 문헌 3과 같이, 액정 표시 장치의 광원으로 CCFL을 이용하는 것도, 적색의 색역이 좁아진다고 하는 문제가 있다.
왜냐하면, 기존의 백라이트 장치에 널리 이용되고 있는 CCFL이나 백색 LED의 경우, 적색 파장역에서는, 615㎚ 정도의 오렌지색으로 시프트한 파장에 피크를 갖는 발광 스펙트럼을 갖고 있기 때문이다. 바꿔 말하면, 적색역(red color range)의 광의 에너지양이 적다. 특히, 적색역의 광 중 순적색으로서 바람직한 630~640㎚의 광의 비율은, 매우 적기 때문이다.
이 때문에, 특히 적색에 있어서 순적색으로서 바람직한 630~640㎚의 파장 영역에서 색순도를 높이려고 하면, 투과 광량이 매우 감소하여, 현저하게 휘도가 저하된다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 단색의 적색 LED에 있어서는, 파장 대역폭이 수십 ㎚로 넓기 때문에, 파장역이 좁은 필터를 이용하면, 휘도가 저하된다고 하는 문제가 있다.
한편, 3원색의 광원을 레이저로 하면, 색순도를 높일 수는 있지만, 형광체를 사용한 다색 LED에 비하여 저소비 전력이라고 하는 점에서 뒤떨어진다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 광의 이용 효율의 저하를 억제하면서, 색 재현 범위를 넓힌 백라이트 장치 및 액정 표시 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목표를 달성하기 위해, 본 발명의 백라이트 장치는, 적색의 레이저광인 제 1 광을 발하는 제 1 광원과, 상기 레이저광과 보색 관계의 청록색의 광인 제 2 광을 발하는 제 2 광원을 구비하고, 상기 제 2 광원은, 청색의 광을 발하는 발광 다이오드 및 상기 청색의 광을 흡수하고 녹색의 광을 발하는 형광체를 갖는다.
본 발명에 따른 백라이트 장치 및 액정 표시 장치에 의하면, 소비 전력의 상승을 억제하면서, 색 재현 범위를 넓힌 양호한 화질을 얻을 수 있다.
도 1은 실시의 형태 1의 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 실시의 형태 1의 액정 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 3(a), 도 3(b)는 실시의 형태 1의 제 1 백라이트 유닛을 구성하는 면 레이저 광원(planar laser light source)의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도광판 내를 전파하는 복수의 레이저광에 의해 형성된, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)의 Y축 방향에 있어서의 1차원의 공간 휘도 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 제 1 백라이트 유닛으로부터 방사되는 조명광의 X축 방향에 있어서의 1차원의 공간 휘도 분포의 시뮬레이션에 의한 계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제 1 백라이트 유닛으로부터 방사되는 조명광의 X축 방향에 있어서의 1차원의 공간 휘도 분포의 실측 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시의 형태 2의 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 실시의 형태 3의 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 광 전파부에 있어서의 레이저광의 광로를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 광 전파부 투과 후의 레이저광의 Y축 방향에 있어서의 1차원의 공간 휘도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은 실시의 형태 4의 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 실시의 형태 4의 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 실시의 형태 4의 액정 표시 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 14는 실시의 형태 4에 있어서의 도광 소자의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 15는 실시의 형태 4에 있어서의 도광판에 마련된 미세 광학 소자의 배치 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 16은 실시의 형태 4의 액정 표시 장치의 구성의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 17은 실시의 형태 5의 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 18은 실시의 형태 5에 있어서의 도광 소자의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 19는 실시의 형태 6의 액정 표시 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 20은 실시의 형태 6에 있어서의 도광판에 마련된 미세 광학 소자의 배치 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하에, 본 발명에 따른 실시의 형태의 액정 표시 장치 및 백라이트 장치를, 도면에 근거하여 상세하게 설명한다. 또, 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 백라이트 장치는, 이하의 실시의 형태로 한정되는 것은 아니다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명에 따른 실시의 형태 1의 투과형 표시 장치인 액정 표시 장치(100)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 실시의 형태 1의 백라이트 장치는, 제 1 백라이트 유닛(2)과 제 2 백라이트 유닛(3)을 갖고 있다. 이해를 용이하게 하기 위해, 액정 표시 소자(1)의 단변(短邊) 방향을 Y축 방향으로 하고, 액정 표시 소자(1)의 장변(長邊) 방향(Y축에 직교하는 방향)을 X축 방향으로 하고, X-Y 평면에 수직인 방향을 Z축 방향으로 한다. 또한, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)측을 +Z축 방향으로 하고, 액정 표시 장치의 위쪽 방향(액정 표시 장치(100)의 화면을 수평 방향을 향해 설치했을 때에 있어서의, 위쪽 방향)을 +Y축 방향으로 하고, 후술하는 제 1 광원(20a)의 광 출사 방향을 +X축 방향으로 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 액정 표시 장치(100)는, 투과형의 액정 표시 소자, 제 1 광학 시트(31), 제 2 광학 시트(32), 제 1 백라이트 유닛(2), 제 2 백라이트 유닛(3) 및 광 반사 시트(15)를 구비하고 있다. 이러한 구성 요소(1, 31, 32, 2, 3, 15)는, Z축 방향으로 겹쳐 배열되어 있다. 액정 표시 소자(1)는, X-Y 평면과 평행한 표시면(1a)을 갖는다.
액정 표시 장치(100)는, 입력 영상 신호에 따라 액정 표시 소자(1)를 구동하기 위한 구동부로서, 도 2에 나타내는 액정 표시 소자 구동부(52)를 갖고 있다. 또한, 액정 표시 장치(100)는, 제 1 백라이트 유닛(2)에 포함되는 제 1 광원(20)으로서, 광원(20a, 20b)과, 광원(20a, 20b)을 구동하기 위한 광원 구동부(53a)를 갖고 있다. 실시의 형태 1에 있어서는, 제 1 광원(20)은, 광원(20a) 및 광원(20b)을 결합한 표시이다. 또한, 액정 표시 장치(100)는, 제 2 백라이트 유닛(3)에 포함되는 제 2 광원으로서의 광원(10)과, 이 광원(10)을 구동하기 위한 광원 구동부(53b)를 갖고 있다. 액정 표시 소자 구동부(52)와 광원 구동부(53a, 53b)의 동작은, 제어부(51)에 의해 제어된다.
제어부(51)는, 도시하지 않는 신호원으로부터 공급된 영상 신호(54)에 화상 처리를 실시하여 제어 신호(예컨대, 액정 표시 소자 제어 신호(55) 및 광원 제어 신호(56a, 56b))를 생성하고, 이 제어 신호를 액정 표시 소자 구동부(52) 및 광원 구동부(53a, 53b)에 공급한다. 광원 구동부(53a, 53b)는, 각각, 제어부(51)로부터의 광원 제어 신호(56a, 56b)에 근거하여 광원(20a, 20b, 10)을 구동하여, 광원(20a, 20b, 10)으로부터 광을 출사시킨다. 제어부(51)는, 광원 구동부(53a)를 제어하여, 광원(20a, 20b)으로부터 출사되는 제 1 광인 광(22a, 22b)의 휘도와, 광원(10)으로부터 출사되는 제 2 광인 광(13)의 휘도의 비율을 조정할 수 있다.
제 1 백라이트 유닛(2)은, 광원(20a, 20b)으로부터 출사되는 적색의 광(22a, 22b)을 +Z축 방향으로 향하는 조명광(33a, 33b)으로 변환하여 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사한다. 이 조명광(33a, 33b)은, 제 2 광학 시트(32)와 제 1 광학 시트(31)를 투과하여 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)에 조사된다. 제 2 백라이트 유닛(3)은, 광원(10)으로부터 출사된 광(13)(이것은, 청색과 녹색에 피크 휘도를 갖는 청록색(시안)의 광이다)을, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)으로 향하는 조명광(14)으로 변환하여 방사한다. 이 조명광(14)은, 제 1 백라이트 유닛(2), 제 2 광학 시트(32) 및 제 1 광학 시트(31)를 투과하여, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)에 조사된다. 여기서, 제 1 광학 시트(31)는, 백라이트 유닛으로부터 방사된 광을 액정 표시 장치(100)의 화면에 대한 법선 방향으로 집광하는 작용을 갖는 시트이다. 또한, 제 2 광학 시트(32)란, 경미한 조명 얼룩 등의 광학적 영향을 억제하는 기능을 갖는 시트이다.
제 2 백라이트 유닛(3)의 직하(도 1에 있어서의, -Z축 방향이며, 액정 표시 장치(100)의 배면측이다)에는, 광 반사 시트(15)가 배치되어 있다. 제 1 백라이트 유닛(2) 및 제 2 백라이트 유닛(3)으로부터 그 배면측(-Z축 방향)으로 방사된 광은, 광 반사 시트(15)에서 반사되어, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 조사하는 조명광으로서 이용된다. 광 반사 시트(15)로서는, 예컨대, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지를 기재로 한 광 반사 시트나, 기판의 표면에 금속을 증착시킨 광 반사 시트를 사용할 수 있다.
액정 표시 소자(1)는, X-Y 평면에 평행한 액정층을 갖는다. 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)은, 직사각형 형상을 하고 있다. 도 1에 나타내는 X축 방향 및 Y축 방향은, 각각, 이 표시면(1a)의 서로 직교하는 2변을 따른 방향이다. 액정 표시 소자 구동부(52)는, 제어부(51)로부터 공급된 액정 표시 소자 제어 신호(55)에 따라 액정층의 광 투과율을 화소 단위로 변화시킨다. 각 화소는, 3개의 부화소로 구성되어 있으며, 이러한 부화소는, 각각, 적색의 광, 녹색의 광 및 청색의 광만을 투과시키는 컬러 필터를 구비하고 있다. 액정 표시 소자 구동부(52)는, 각 부화소의 투과율을 제어하는 것에 의해, 표시면에 컬러 화상을 표시시킨다. 이에 의해, 액정 표시 소자(1)는, 제 1 백라이트 유닛(2) 및 제 2 백라이트 유닛(3)으로부터 입사한 조명광을 공간적으로 변조하여 화상광을 생성한다. 그리고, 액정 표시 소자(1)는, 이 화상광을 표시면(1a)으로부터 출사한다. 또, 화상광이란, 화상 정보를 갖는 광이다. 실시의 형태 1에 의하면, 예컨대, 제어부(51)에 의해 각 광원 구동부(53a, 53b)를 개별적으로 제어하여, 제 1 백라이트 유닛(2)으로부터 방사되는 적색의 조명광(33a, 33b)의 휘도와, 제 2 백라이트 유닛(3)으로부터 방사되는 청록색의 조명광(14)의 휘도의 비율을 조정하는 것이 가능하다. 영상 신호(54)에 대하여 필요한 각 색휘도의 비율에 따라 각 광원의 발광량을 조정하는 것에 의해, 저소비 전력화를 실현하는 것도 가능하다.
제 1 백라이트 유닛(2)은, 제 1 면 레이저 광원부(200a)와 제 2 면 레이저 광원부(200b)로 구성된다. 제 1 면 레이저 광원부(200a)는, 광원(20a)과, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)에 대하여 평행하게 배치된 도광판(21a)으로 구성되어 있다. 제 2 면 레이저 광원부(200b)는, 광원(20b)과, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)에 대하여 평행하게 배치된 도광판(21b)으로 구성되어 있다. 도 3(a)에, 제 1 면 레이저 광원부(200a)를 +Z축 방향으로 본(도 1의 아래쪽에서 본) 개략도를 나타낸다. 도 3(b)에, 제 2 면 레이저 광원부(200b)를 +Z축 방향으로 본(도 1의 아래쪽에서 본) 개략도를 나타낸다.
제 1 면 레이저 광원부(200a)에 포함되는 광원(20a)은, 제 1 도광판인 도광판(21a)의 -X축 방향의 광 입사 단면인 단면(23a)에 대향하여 배치되어 있다. 예컨대, 광원(20a)은, 복수의 레이저 발광 소자를 Y축 방향으로 일정한 간격으로 배열한 것이다. 또한, 제 1 면 레이저 광원부(200a)에 포함되는 도광판(21a)은, 투명 재료로 이루어진다. 또한, 도광판(21a)은, 판 형상 부재이다. 도광판(21a)은, 그 액정 표시 소자(1)와 반대측의 면인 이면(24a)에 광학 소자부인 미세 광학 소자(25a)를 갖는다. 광원(20a)으로부터 방사된 광(출사광)(22a)은, 도광판(21a)의 단면(23a)으로부터 도광판(21a) 내에 입사하고, 도광판(21a) 내를 전반사되면서 전파한다. 마찬가지로, 제 2 면 레이저 광원부(200b)에 있어서, 광원(20b)은, 제 1 도광판인 도광판(21b)의 X축 방향의 광 입사 단면인 단면(23b)에 대향 배치되어 있다. 예컨대, 광원(20b)은, 복수의 레이저 발광 소자를 Y축 방향으로 일정한 간격으로 배열한 것이다. 또한, 제 2 면 레이저 광원부(200b)에 포함되는 도광판(21b)은, 투명 재료로 이루어진다. 또한, 도광판(21b)은, 판 형상 부재이다. 도광판(21b)은, 그 이면(24b)에 미세 광학 소자(25b)를 갖는다. 광원(20b)으로부터 방사된 광(출사광)(22b)은, 도광판(21b)의 단면(23b)으로부터 도광판(21b) 내에 입사하고, 도광판(21b) 내를 전반사되면서 전파한다.
제 1 면 레이저 광원부(200a)에 포함되는 광원(20a)과 제 2 면 레이저 광원부(200b)에 포함되는 광원(20b)은, 서로, 같은 특성을 갖는 레이저 발광 소자를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 레이저를 배치하는 간격이나 도광판(21a, 21b)의 단면(23a, 23b)에 대한 위치, 각도 등은, 서로 같은 것이 바람직하다. 또한, 제 1 면 레이저 광원부(200a)에 포함되는 도광판(21a)과 제 2 면 레이저 광원부(200b)에 포함되는 도광판(21b)은, 같은 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 면 레이저 광원부(200a)와 제 2 면 레이저 광원부(200b)는, 같은 특성을 갖고 있는 것이 바람직하다.
제 1 백라이트 유닛(2)은, 같은 특성을 갖는 제 1 면 레이저 광원부(200a)와 제 2 면 레이저 광원부(200b)를 갖고 있다. 제 1 면 레이저 광원부(200a)와 제 2 면 레이저 광원부(200b)는, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)에 대한 법선(도 1에 있어서의 Z축 방향의 선)을 중심축으로 하여 180도 회전한 위치 관계를 갖는다. 도광판(21a)과 도광판(21b)은, 도광판(21a)의 4개의 측면과 도광판(21b)의 4개의 측면이 서로 동일 평면상에 정렬되도록, 적층하여 배치된다. 즉, 제 1 면 레이저 광원부(200a)에 포함되는 광원(20a)과 제 2 면 레이저 광원부(200b)에 포함되는 광원(20b)은, 대향하는 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 광원(20a)은, +X축 방향을 향해 광을 출사한다. 한편, 광원(20b)은, -X축 방향을 향해 광을 출사한다. 이 때문에, 각각의 광원(20a, 20b)으로부터 출사되는 광(광(22a, 22b))의 진행 방향은, 반대 방향이 된다. 단, 제 1 면 레이저 광원부(200a)로부터 방사되는 조명광(33a)과 제 2 면 레이저 광원부(200b)로부터 방사되는 조명광(33b)은 모두, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사된다.
실시의 형태 1에 있어서의 제 1 백라이트 유닛(2)은, 상기와 같이, 2개의 면 레이저 광원부(200a, 200b)가, 조명광이 방사되는 방향(+Z축 방향)으로 적층 배치되는 구성을 취한다. 조명광(33a, 33b)은, 제 1 백라이트 유닛(2)에 포함되는 광원(20a, 20b)을 점등했을 때에 얻어지는 제 1 백라이트 유닛(2)으로부터 방사되는 조명광이다. 2개의 면 레이저 광원부(200a, 200b)로부터 방사되는 조명광(33a, 33b)은, 합쳐진다. 따라서, 제 1 백라이트 유닛(2)으로부터 방사되는 조명광의 X-Y 평면에 있어서의 공간 휘도 분포는, 2개의 면 레이저 광원부(200a, 200b)의 X-Y 평면에 있어서의 공간 휘도 분포를 합한 것이 된다.
도광판(21a, 21b)은, 아크릴 수지(PMMA) 등의 투명 부재로 형성되어 있다. 도광판(21a, 21b)은, 예컨대, 두께 2㎜의 판 형상 부재이다. 도광판(21a, 21b)의 단면(23a, 23b)으로부터 입사한 광(레이저광)(22a, 22b)은, 도광판(21a, 21b)과 공기층의 계면에 있어서의 전반사에 의해 도광판(21a, 21b) 내를, 반사를 반복하면서 X축 방향으로 진행한다. 도 1, 도 3에 나타내는 바와 같이, 도광판(21a, 21b)은, 광원(20a, 20b)으로부터 출사되는 광(22a, 22b)을 도광판(21a, 21b) 내에 가두어 전파하는 광 전파부(26a, 26b)를 갖는다. 광 전파부(26a, 26b)는, 점 형상(punctate)의 공간 휘도 분포를 선 형상(linear)의 공간 휘도 분포로 변환하는 기능을 갖는 제 1 공간 휘도 분포 변환부이다. 또한, 도광판(21a, 21b)은, 광 전파부(26a, 26b)를 경유하여 X축 방향으로 진행하는 광(22a, 22b)의 진행 방향을 Z축 방향으로 변환하는 광학 소자부(27a, 27b)를 갖는다.
도광판(21a, 21b)에 포함되는 광 전파부(26a, 26b)는, 단면(23a, 23b) 근방에 구비되어 있다. 광원(20a, 20b)으로부터 출사된 광(22a, 22b)은, 단면(23a, 23b)으로부터 도광판(21a, 21b) 내에 입사한다. 그 후, 광(22a, 22b)은, 광 전파부(26a, 26b)를 X축 방향으로 전파한다. 광 전파부(26a, 26b)에 있어서, 광(22a, 22b)이 입사하는 도광판(21a, 21b)의 표면(액정 표시 소자(1)측의 면) 및 이면(24a, 24b)(액정 표시 소자(1)와 반대측의 면)은, 특별히 돌기 등의 구조를 갖지 않고, 평면이다. 따라서, 이 광 전파부(26a, 26b)를 전파하는 광(22a, 22b)은, 스스로의 발산각과 진행 방향을 보존한 채로 전파한다. 광원(20a, 20b)으로부터 출사되는 광(22a, 22b)은, 광 전파부(26a, 26b)를 전파하는 것에 의해 스스로의 발산각에 의해 공간적으로 확산된다.
도광판(21a, 21b)은, 광 전파부(26a, 26b)와 다른 부분에 광학 소자부(27a, 27b)를 구비한다. 광학 소자부(27a, 27b)는, 선 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광을 면 형상(planar)의 공간 휘도 분포를 갖는 광으로 변환하는 기능을 갖는다. 또한, 광학 소자부(27a, 27b)는, 그 선 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광을 액정 표시 소자(1)를 향해 방사하는 기능을 갖는다. 광학 소자부(27a, 27b)는, 제 2 공간 휘도 분포 변환부이다. 광학 소자부(27a, 27b)는, 그 이면(24a, 24b)(액정 표시 소자(1)와 반대측의 면)에, 미세 광학 소자(25a, 25b)를 각각 갖고 있다. 미세 광학 소자(25a, 25b)는, 도광판(21a, 21b) 내를 전파하는 광(22a, 22b)을, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b) 방향(+Z축 방향)을 향해 방사하는 광(조명광(33a, 33b))으로 변환한다. 미세 광학 소자(25a, 25b)는, 반구형의 볼록한 형상(예컨대, 볼록 렌즈 형상)을 하고 있다. 광 전파부(26a, 26b)로부터 X축 방향으로 전파하는 광(22a, 22b)은, 광학 소자부(27a, 27b)에 있어서 미세 광학 소자(25a, 25b)에 입사하면, 그 곡면에 의해 굴절된다. 그리고, 도광판(21a, 21b) 내를 전파하는 광(22a, 22b) 중에는, 도광판(21a, 21b)의 표면(액정 표시 소자(1)측의 면)과 공기층의 계면에 있어서의 전반사 조건을 만족하지 않게 되는 광이 생긴다. 전반사 조건을 만족하지 않게 되는 광이, 도광판(21a)의 표면으로부터 방사되어 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 진행하고, 또한, 도광판(21b)의 표면으로부터 방사되어 도광판(21a)을 통과하여 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 진행한다.
도광판(21a, 21b)의 광학 소자부(27a, 27b)에 배치되는 미세 광학 소자(25a, 25b)는, 도광판(21a, 21b)상의 X-Y 평면 내의 위치에 대하여, 그 배치 밀도를 변화시키고 있다. 이에 의해, 도광판(21a, 21b)으로부터 액정 표시 소자(1)를 향해 방사되는 조명광(33a, 33b)의 면 내의 공간 휘도 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다. 배치 밀도란, 단위 면적당 미세 광학 소자(25a, 25b)가 차지하는 면적의 비율이다. 도 3(a), 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 배치 밀도는, 단위 면적당 미세 광학 소자(25a, 25b)의 개수를 바꾸는 것에 의해 조정 가능하다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 배치 밀도는, 단위 면적당 미세 광학 소자(25a, 25b)의 크기(1개의 미세 광학 소자의 면적)를 바꾸는 것에 의해 조정하는 것도 가능하다. 실시의 형태 1에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 레이저광(22a, 22b)의 진행 방향(도 3에 있어서의 ±X축 방향)의 위치에 대하여 미세 광학 소자(25a, 25b)의 배치 밀도가 변화하고 있다. 자세하게는, 도광판(21a, 21b)에 있어서의 단면(23a, 23b) 근방에서는, 미세 광학 소자(25a, 25b)를 갖지 않는다. 도광판(21a, 21b)의 X축 방향의 중심 위치의 근방으로부터 단면(23a, 23b)과 대향하는 측의 단면 위치까지의 영역에 있어서, 미세 광학 소자(25a, 25b)가 마련되어 있다. 그 배치 밀도가 중심 위치의 근방으로부터 도광판(21a, 21b)의 단면 방향을 향해 점점 높게 단계적 또는 연속적으로 변화하는 구성을 취한다.
미세 광학 소자(25a, 25b)로서는, 예컨대, 그 표면의 곡률이 약 0.15㎜, 최대 높이가 약 0.005㎜, 굴절률이 약 1.49인 볼록 렌즈 형상의 미세 광학 소자를 채용할 수 있다. 또, 도광판(21a, 21b)이나 미세 광학 소자(25a, 25b)의 재질은, 아크릴 수지로 할 수 있다. 그러나, 미세 광학 소자(25a, 25b)의 재질은, 아크릴 수지에 한정되는 것은 아니다. 미세 광학 소자(25a, 25b)의 재질은, 광 투과율이 좋고, 성형 가공성이 우수한 재질이면, 아크릴 수지 대신에 폴리카보네이트 수지 등의 다른 수지 재료, 또는 유리 재료를 사용하더라도 좋다.
또, 실시의 형태 1에 있어서는, 미세 광학 소자(25a, 25b)를 볼록 렌즈 형상으로 했지만, 미세 광학 소자(25a, 25b)의 형상은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 미세 광학 소자(25a, 25b)의 형상은, 도광판 내를 X축 방향으로 전파하는 레이저광을 굴절시켜 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사하는 구조를 갖고 있으면, 다른 형상이더라도 좋다. 미세 광학 소자(25a, 25b)의 형상은, 예컨대 프리즘 형상이나, 임의의 요철 패턴으로 이루어지는 형상이더라도 좋다.
또한, 실시의 형태 1에 있어서는, 도광판의 두께를 2㎜로 했지만, 도광판의 두께는 이것에 한정되는 것은 아니다. 액정 표시 장치의 박형화, 경량화, 또한, 다중 반사 횟수의 증가에 따른 광의 이용 효율 향상이라고 하는 점에 있어서는, 두께가 작은 도광판을 채용하는 것이 바람직하다. 레이저 광원은, 발광면의 면적이 작은 광원이고, 또한, 지향성이 높은 광원이기 때문에, 두께가 작은 도광판에 대해서도 높은 광 결합 효율을 얻는 것이 가능하다. 단, 이때, 도광판의 두께를 박형화하는 것에 따른 강성 저하의 문제 등도 고려할 필요가 있다.
광원(20a, 20b)은, 파장 640㎚를 피크로 하고, 파장폭이 반값 전폭(full-width-at-half-maximum)으로 1㎚인 매우 단색성이 높은 스펙트럼을 갖는 레이저광을 출사하는 광원을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 그 발산각은, 진상축(fast axis) 방향에 있어서는, 반값 전폭으로 40도이며, 지상축(slow axis) 방향에 있어서는, 반값 전폭으로 10도이다. 실시의 형태 1에 있어서는, 레이저 발광 소자는, 그 진상축 방향이 도광판의 측단면의 단변 방향과 평행이 되도록 구비된다. 이것은, 발산각이 큰 진상축 방향이, 도광판의 측단면에 있어서의 단변 방향, 즉, 도광판의 대향하는 면과 면의 간격이 가장 좁아지는 방향(도 1에 있어서의 Z축 방향)과 평행이 되도록 배치하고 있다. 이것에 의해, 레이저광의 도광판 내에서의 반사 횟수가 증대되고, 도광판(21a, 21b)에 마련되는 미세 광학 소자(25a, 25b)에 입사하는 광선이 많아진다. 이 때문에, 미세 광학 소자(25a, 25b)에 의한 광의 추출 효율 E를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 여기서, 광의 추출 효율 E는, 다음 식으로 정의된다.
E=(액정 표시 소자를 향해 방사되는 광량)/(도광판 내를 전파하는 광량)
실시의 형태 1에 의하면, 광원(20a, 20b)으로부터 출사되는 레이저광의 지름은, 단면(23a, 23b)의 Y축 방향의 크기에 대하여 매우 작은 점이며, 광원(20a, 20b)은 점 광원으로 간주할 수 있다. 그러나, 광(레이저광)(22a, 22b)은, 도광판(21a, 21b)의 광 입사 단면의 근방에 마련되는 광 전파부(26a, 26b)에 있어서, 충분한 광학 거리를, 전반사하면서 전파할 수 있다. 이 때문에, 광(22a, 22b)은, 스스로의 발산각에 의해 확산되고, 인접하는 다른 레이저 발광 소자로부터의 광(22a, 22b)끼리 서로 겹쳐지는 것에 의해, Y축 방향에 있어서의 공간 휘도 분포가 균일한 광, 즉, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 된다. 다시 말해, 광(22a, 22b)은, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 된다.
도 4는 인접하는 2개의 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저광이 일정한 광학 거리를 전파하는 것에 의해, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)을 이루는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 공간 휘도 분포(40)는, X축 방향의 임의의 위치에 있어서의, 단일 레이저 광원으로부터 출사되는 레이저광의 Y축 방향의 위치에 대응한 휘도 분포이다. 이 휘도 분포는, 레이저광이 원래 갖는 대략 가우시안 형상의 각도 휘도 분포를 하고 있다. 다시 말해, 각도 휘도 분포는, 중심 휘도가 높고, 중심으로부터 멀어짐에 따라 급격하게 휘도가 저하되는 형상을 갖는다. 그 때문에, 단일 레이저광이 미세 광학 구조(미세 광학 소자(25a, 25b))에 입사하면, 레이저광의 각도 휘도 분포가 도광판으로부터 방사되는 조명광의 면 내의 공간 휘도 분포에 반영되어 휘도 얼룩이 생겨 버린다. 그러나, Y축 방향에 근접하여 배치되는 레이저 광원으로부터 출사되는 복수의 레이저광을 공간적으로 겹치면, 그들의 분포가 평균화된다. 예컨대, 도 4에 있어서의 공간 휘도 분포(40)를 갖는 단일 레이저광과 공간 휘도 분포(41)를 갖는 단일 레이저광을 겹치면, 합계의 공간 휘도 분포는 평균화된 분포, 즉, 공간 휘도 분포(42)와 같은 균일한 공간 휘도 분포가 된다. 이와 같이, 광원의 배열 방향(Y축 방향)으로 균일한 공간 휘도 분포를 갖도록 레이저 발광 소자를 배열하는 것에 의해, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광을 생성할 수 있다. 따라서, 각각이 균일하지 않은 분포를 갖는 광이더라도, 복수의 광을 겹치는 것에 의해, 합계의 공간 휘도 분포를 평균화된 휘도 분포로 할 수 있다. 이 때문에, 광원의 배열 방향에 있어서 공간 휘도 분포가 균일한, 즉, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광을 생성하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 근접하는 레이저 발광 소자의 광을 겹치기 위해서는, 레이저광의 발산각과 레이저 광원의 배치 간격에 의해 정해지는 일정 이상의 광학 거리를, 레이저광이 전파할 필요가 있다. 그러나, 실시의 형태 1의 면 레이저 광원부(200a, 200b)에 포함되는 도광판(21a, 21b)은, 미세 광학 소자(25a, 25b)에 레이저광이 입사하기 전에, 광 전파부(26a, 26b)를 구비하고 있다. 광 전파부(26a, 26b)는, 레이저광이 스스로의 발산각으로 레이저 발광 소자의 배열 방향에 있어서 충분히 공간적으로 확산되기 위해 필요한 광학 전파 거리를 갖고 있다. 이 때문에, 레이저광은, 균일성이 높은 광, 즉, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 되고 나서 미세 광학 소자(25a, 25b)에 입사하는 것이 가능하게 된다.
또한, 실시의 형태 1에서는, 광원(20a, 20b)은, 같은 발산각과 각도 휘도 분포를 갖는 복수의 레이저 발광 소자를 일정한 간격으로 배치한 구성을 취한다. 이 때문에, 보다 공간 휘도 분포의 균일성이 높은 선 형상 레이저 광원을 얻을 수 있다.
상기와 같이 하여, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 되어 광학 소자부(27a, 27b)가 구비하는 미세 광학 소자(25a, 25b)에 입사한 광(광(22a, 22b))은, 광의 일부가 굴절되어, 조명광(33a, 33b)으로서 도광판(21a, 21b)의 표면으로부터 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사된다. 미세 광학 소자(25a, 25b)는, 도광판(21a, 21b)의 이면(24a, 24b)에 각각 형성되어 있다. 이때, 미세 광학 소자(25a, 25b)에 입사하는 광(광(22a, 22b))은, 레이저 광원(광원(20a, 20b))의 배열 방향(Y축 방향)에 있어서 균일한 공간 휘도 분포를 갖는 광, 즉, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이다. 이 때문에, 광원의 공간 휘도 분포의 차이에 따른 휘도 얼룩을 생기게 하지 않고, 균일한 조명광(33a, 33b)으로서, 액정 표시 소자(1)를 조명할 수 있다.
한편, 면 레이저 광원부(200a, 200b)는, 광 진행 방향(X축 방향)에 있어서, 각각, 조명광을 방사하지 않는 영역(광 전파부(26a, 26b))을 갖고 있다. 광 전파부(26a, 26b)는, 레이저 광원(점 광원)으로부터의 광을, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)으로 변환하기 위해 마련되어 있다. 그러나, 실시의 형태 1에 있어서는, 상기 면 레이저 광원부(200a, 200b)는, 서로가 조명광을 발광하지 않는 영역을 보충하도록 적층 배치되어 있다. 다시 말해, 면 레이저 광원부(200)가 발광하지 않는 영역과 면 레이저 광원부(200b)가 발광하는 영역(도 3에 있어서의 X축의 중심 위치 근방으로부터 -X축 방향으로 향하는 영역)이, Z축 방향으로 적층되도록 배치되어 있다. 또한, 면 레이저 광원부(200b)가 발광하지 않는 영역과 면 레이저 광원부(200)가 발광하는 영역(도 3에 있어서의 X축의 중심 위치 근방으로부터 +X축 방향으로 향하는 영역)이, Z축 방향으로 적층되도록 배치되어 있다. 이 때문에, 면 레이저 광원부(200a)와 면 레이저 광원부(200b)로 구성되는 제 1 백라이트 유닛(2)은, 면 전체로부터 조명광을 방사하는 것이 가능하게 된다.
또한, 실시의 형태 1에 있어서는, 면 레이저 광원부(200a)와 면 레이저 광원부(200b)의 X축 방향에 있어서의 공간 휘도 분포가 합쳐져 생기는 공간 휘도 분포가 균일하게 되도록, 각각의 공간 휘도 분포를 결정하는 미세 광학 소자(25a, 25b)의 X축 방향에 있어서의 배치 밀도를 최적화하고 있다.
도 5는 제 1 백라이트 유닛(2)으로부터 방사되는 조명광(33a, 33b)의 X축 방향에 있어서의 1차원의 공간 휘도 분포의 시뮬레이션에 의한 계산 결과를 나타내는 그래프이다. 공간 휘도 분포(43)는, 제 1 면 레이저 광원부(200a)의 X축 방향에 있어서의 1차원의 공간 휘도 분포이다. 공간 휘도 분포(44)는, 제 2 면 레이저 광원부(200b)의 X축 방향에 있어서의 1차원의 공간 휘도 분포이다. 공간 휘도 분포(45)는, 공간 휘도 분포(43)와 공간 휘도 분포(44)를 합쳐서 생기는 제 1 백라이트 유닛(2)의 X축 방향에 있어서의 1차원의 공간 휘도 분포이다.
도 5로부터 이해할 수 있듯이, 제 1 면 레이저 광원부(200a)로부터 방사되는 조명광(33a)의 1차원의 공간 휘도 분포(43)에서는, -X축 방향인 단면(23a)측으로부터 도광판(21a)의 X축 방향 중심 위치의 근방에 걸쳐서는, 광이 방사되지 않는다. 또한, 1차원의 공간 휘도 분포(43)에서는, 도광판(21a)의 X축 방향에 있어서의 중심 위치의 근방으로부터 +X축 방향을 향해 서서히 휘도가 높아져, +X축 방향인 단면(23a)과 대향하는 단면측의 근방 부근에서는, 일정한 휘도를 유지한다. 한편, 제 2 면 레이저 광원부(200b)로부터 방사되는 조명광(33b)의 1차원의 공간 휘도 분포(44)는, 제 1 면 레이저 광원부(200a)와 역전하는 공간 휘도 분포를 갖고 있다. 1차원의 공간 휘도 분포(44)에서는, +X축 방향인 단면(23b)측으로부터 도광판(21b)의 X축 방향 중심 위치의 근방에 걸쳐서는, 광이 방사되지 않는다. 또한, 1차원의 공간 휘도 분포(44)에서는, 도광판(21b)의 X축 방향에 있어서의 중심 위치의 근방으로부터 -X축 방향을 향해 서서히 휘도가 높아져, -X축 방향인 단면(23b)과 대향하는 단면측 근방의 부근에서는, 일정한 휘도를 유지한다.
제 1 백라이트 유닛(2)으로부터 방사되는 조명광의 면 내의 공간 휘도 분포(45)는, 제 1 면 레이저 광원부(200a)로부터 방사되는 조명광(33a)과 제 2 면 레이저 광원부(200b)로부터 방사되는 조명광(33b)을 합하여 생성된다. 이 때문에, 제 1 백라이트 유닛(2)으로부터 방사되는 조명광의 면 내의 공간 휘도 분포(45)는, X축 방향에 있어서 균일한 분포가 된다. 실시의 형태 1의 구성에 따라 시작(試作)한 제 1 백라이트 유닛(2)으로부터 방사되는 조명광의 면 내의 공간 휘도 분포를 실제로 계측한 결과를, 도 6에 나타낸다. 도 6으로부터 이해할 수 있듯이, 2개의 면 레이저 광원부(200a, 200b)를 Z축 방향으로 적층한 제 1 백라이트 유닛(2)에 있어서, 레이저광 진행 방향(X축 방향)에 있어서 균일성이 우수한 조명광을 얻을 수 있다.
실시의 형태 1에 있어서는, 복수의 점 광원인 레이저 광원으로부터의 광을, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)으로 변환하기 위해 필요한 광 전파부(26a, 26b)를, 유효 화상 표시 영역 내에 마련하고 있다. 그 때문에, 레이저광이 전파하는 충분한 광학 거리를 확보하면서도, 화상 표시 평면(X-Y 평면)에 있어서의 액정 표시 장치의 면적에 대한 백라이트 장치의 면적의 비율을 억제하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 화질이 양호한 화상을 제공하면서도, 멋진 외관(얇은 베젤의 액정 표시 소자(1))을 갖는 액정 표시 장치를 실현하는 것이 가능하게 된다. 또, 베젤이란, 액정 패널을 둘러싸는 프레임(캐비닛)이다.
제 2 백라이트 유닛(3)은, 광원(10)과 도광판(11)을 갖고 있다. 광원(10)은, 넓은 발산각을 갖고 Y축 방향에 있어서 선 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광원, 예컨대, LED를 이용한 광원이다. 도광판(11)은, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)에 대하여 평행하게 배치되어 있다. 도광판(11)의 이면(액정 표시 소자(1)와는, 반대측의 면)에 광 확산 반사부(12)를 갖고 있다. 광원(10)은, 도광판(11)의 X축 방향의 양 단면(광 입사 단면)에 대향 배치되고, 도광판 양 단면으로부터 중심 방향으로 향하는 광(입사광(13))이 입사된다. 그 입사광(13)은, 제 2 도광판인 도광판(11)의 내부를 전반사되면서 전파한다. 입사광(13)은, 확산 반사 구조부인 배면의 광 확산 반사부(12)에 의해 전파광의 일부가 확산 반사되어 조명광(14)으로서 도광판(11)의 전면(액정 표시 소자(1)측의 면)으로부터 방사된다. 제 2 백라이트 유닛(3)으로부터 방사되는 조명광(14)은, 제 1 백라이트 유닛(2), 제 2 광학 시트(32) 및 제 1 광학 시트(31)를 투과하여, 액정 표시 소자(1)를 조명한다.
앞에서도 기술한대로, 제 2 백라이트 유닛(3)의 위(+Z축 방향)로 적층되는 제 1 백라이트 유닛(2)의 도광판(21a, 21b)은, 투명 부재로 형성되어 있다. 또한, 도광판(21a, 21b)은, 판 형상 부재이다. 도광판(21a, 21b)은, 이면에 투명 부재로 형성되는 광학 미세 소자(25a, 25b)를 갖는 구조이다. 도광판(21a, 21b)은, 이들을 투과하는 조명광(14)에 대하여 흡수, 반사 등의 광학적 영향을 미치는 경우가 적다. 여기서, 조명광(14)은, 제 2 백라이트 유닛(3)으로부터 방사되는 조명광이다. 따라서, 조명광(14)은, 광의 손실을 내는 경우가 적고, 액정 표시 소자(1)를 조명하는 조명광으로서 효율적으로 이용될 수 있다.
광원(10)은, 예컨대, 녹색 및 청색의 입사광(13)을 출사하는 광원이다. 광원(10)으로부터 출사되는 광은, 제 1 백라이트 유닛(2)으로부터 방사되는 적색의 조명광(33a, 33b)과의 혼색에 의해, 백색광이 된다. 광원(10)은, 예컨대, 청색의 단색 LED를 구비한 패키지에, 이 청색의 광을 흡수하고 녹색의 광을 발광하는 녹색 형광체를 충전한 장치이다. 광원(10)은, 복수의 청록색 LED를, Y축 방향으로 조밀하게 배열한 것이다. 청록색 LED로 구성되는 광원(10)은, 450㎚ 부근과 530㎚ 부근에 피크를 갖고, 420㎚~580㎚의 대역에 연속적인 스펙트럼을 갖는 청록색의 광을 방사한다. 또한, 이러한 광원(10)으로서는, 예컨대, 여기 광원과 형광체의 조합에 의해 청색과 녹색을 발광하는 광원을 채용할 수 있다. 혹은, 광원(10)으로서는, 녹색의 형광체를 청색광으로 여기하여 청색광과 녹색광을 발광시키는 구성의 형광 램프나 LED 등을 채용하는 것도 가능하다.
도광판(11)은, 투명 부재로 형성된, 예컨대, 두께 4㎜의 판 형상 부재이다. 도광판(11)은, 그 이면에 광 확산 반사부(12)를 갖는다. 광 확산 반사부(12)는, 광원(10)으로부터 방사된 광을 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사하기 위한 확산 반사 구조부이다. 광 확산 반사부(12)는, 예컨대, 도광판(11)의 이면에 확산 반사재를 점 형상으로 도포하는 것에 의해 구성할 수 있다. 그때, 점 형상으로 도포되는 확산 반사재의 밀도를, 광원(10)으로부터의 광 입사단의 근방에 있어서는 낮게 하고, 광원(10)으로부터 멀어짐에 따라 높게 하고, 도광판(11)의 X축 방향의 중심에 있어서 가장 높아지는 분포로 한다. 이것에 의해, 도광판(11)으로부터 방사되는 조명광(14)의 X-Y 평면에 있어서의 면 내의 공간 휘도 분포를 균일하게 하는 것이 가능하게 된다.
레이저 광원은, 점 광원이고 또한 지향성이 높다. 이 때문에, 종래의 면 내의 휘도 얼룩이 문제가 되고 있었다. 이상에 설명한 바와 같이, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)에 의하면, 레이저 광원(광원(20a, 20b))을 채용한 경우에 있어서도, 면 내의 공간 휘도 분포가 균일한 조명광을 생성하는 것이 가능하게 된다. 왜냐하면, 레이저광이 스스로 갖는 발산각에 의해 근접하는 다른 레이저광과 공간적으로 겹쳐, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 되기 위해 필요한 광학 전파 거리를 충분히 마련했기 때문이다. 따라서, 휘도 얼룩을 억제한 양호한 화상을 표시 가능한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한, 실시의 형태 1에 있어서는, 상기의 구성을, 액정 표시 장치의 유효 화상 표시 영역을 유효하게 활용하여 간이한 구성으로 하고 있다. 이 때문에, 액정 표시 장치의 유효 화상 표시 영역에 대하여 백라이트 장치를 대형화하는 일 없이 실현하는 것을 가능하게 하고 있다.
실시의 형태 1에 있어서는, 제 1 백라이트 유닛(2)의 광원에 레이저 광원을 채용했지만, 이 광원은, 레이저 광원으로 한정되지 않고, 레이저 광원과 같이 발광 면적이 작고 발산각을 갖는 다른 광원에 대해서도 유효하다. 그와 같은 광원에 적용하는 것에 의해, 레이저 광원과 마찬가지로 면 내의 공간 휘도 분포의 균일성이 높은 면 광원을 만드는 것이 가능하게 된다. 예컨대, LED 광원에 대하여 적용하는 것에 의해서도, 높은 효과를 얻을 수 있다. 하지만, 레이저를 채용하는 쪽이 후술하는 효과를 얻을 수 있다.
실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)는, 적색의 레이저와 청록색 LED를 구비한다. 청록색 LED는, 청색의 단색 LED와 청색의 광을 흡수하고 녹색을 발광하는 녹색 형광체로 구성되어 있다. 백라이트 유닛(2)의 광원(20a, 20b)으로서 단색성이 우수한 레이저를 채용하는 것에 의해, 단색 LED나 다색 LED를 채용한 경우보다, 표시색의 색순도를 높일 수 있다. 따라서, 광원(20a, 20b)에 레이저를 채용한 액정 표시 장치(100)는, 다른 광원을 채용한 액정 표시 장치보다, 선명한 색채 표현이 가능하게 된다. 또한, 레이저는, 단색 LED와 비교하여, 고출력이고, 고전류 주입시의 전기-광 변환 효율이 높기 때문에, 소형, 고출력 및 저소비 전력을 실현하는 것이 가능하다.
실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)가 적색 레이저를 채용하고 있는 이유는 이하와 같다.
기존의 백라이트 장치에 널리 이용되고 있는 백색 LED의 경우에는, 적색역의 광의 에너지양이 적다. 특히, 적색역의 광 중 순적색으로서 바람직한, 파장 630~640㎚의 범위 내의 광의 비율은 매우 적다. 이 때문에, 이 파장 영역에서 색순도를 높이려고 하면, 투과 광량이 매우 떨어져, 현저하게 휘도가 저하된다고 하는 문제가 발생한다. 또한, 적색은, 색차에 대한 인간의 감도가 높은 색이다. 예컨대, 백색 LED와 비교하여 파장 대역폭이 좁은 적색의 단색 LED의 파장 대역폭은 수십 ㎚ 정도이다. 이에 비하여, 적색의 레이저의 파장 대역폭은 수 ㎚ 정도밖에 안 된다. 적색에 있어서의 이 파장 대역폭은, 인간의 시각에는, 보다 현저한 차이가 되어 느껴진다. 여기서, 파장 대역폭은, 색순도의 차이이다.
따라서, 3원색의 색 중에서도 특히, 적색의 광을 적색 레이저광으로 대체하는 것에 의한 저소비 전력화 및 색순도 향상에 대한 효과는 높다. 이러한 이유로부터, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)에 있어서는, 적색의 광원에 대하여 레이저를 적용하고 있다. 여기서, 적색의 레이저광은, 예컨대, 파장 630~650㎚의 파장 대역 내의 어떤 파장을 주파장으로 하는 광이며, 보다 바람직하게는, 파장 630~640㎚의 파장 대역 내의 어떤 파장을 주파장으로 하는 광이다.
또한, 종래, 청색으로부터 적색까지의 연속 스펙트럼을 갖는 백색 LED나 파장 대역폭이 넓은 적색의 단색 LED를 사용하고 있었다. 이 경우에 있어서는, 적색의 광의 일부가 스펙트럼이 인접하는 녹색의 필터를 투과하는 것에 의해, 녹색의 색순도도 저하시키고 있었다. 그러나, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)에 있어서는, 적색의 색순도가 증가하기 때문에, 녹색 필터를 투과하는 적색의 광량이 저감되어, 녹색의 색순도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 액정 표시 장치(100)에 있어서는, 청색의 광과 녹색의 광은, 청색의 단색 LED와 청색의 광을 흡수하고 녹색을 발광하는 형광체를 구비하는 청록색 LED에 의해 생성하고 있다. 녹색에 대해서는, 녹색의 광을 발광하는 단색 LED나 단색 레이저의 채용도 생각된다. 하지만, 디스플레이에 적용 가능한 간이하고 소형인 것에 있어서, 이러한 단색 LED나 단색 레이저는, 형광체를 사용한 다색 LED보다 저소비 전력 및 고출력의 관점에서 떨어진다. 그래서, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)는, 장치의 간이화, 소형화 및 저소비 전력화를 위해, 녹색의 광은, 단색 LED나 단색 레이저 등의 발광 소자가 아닌, 형광체를 이용하는 구성으로 하고 있다.
실시의 형태 1에 있어서, 청색의 광을 발광하고, 녹색 형광체를 여기하는 광원으로서, 청색의 단색 LED를 채용하고 있다. 보다 색 재현 범위를 넓히기 위해, 청색의 단색 LED 대신에 청색의 레이저를 채용하는 것도 유효하다. 그러나, 실시의 형태 1의 광원(10)과 같이, 청색의 발광 소자에 의해 형광체를 여기하고 다른 색의 광을 얻는 구성으로 하는 경우, 레이저보다 LED를 채용하는 쪽이 바람직하다.
이것은, 이하의 이유에 따른다. 저전류 구동이고 저출력의 LED에 비하여, 레이저는 고전류 구동이고 고출력이다. 이 때문에, 구동시의 레이저로부터의 발열량이 매우 크다. 또한, LED로부터 출사되는 광은, 넓은 발산각을 갖는 것에 비하여, 레이저로부터 출사되는 광은, 매우 좁은 발산각을 갖는다. 이 때문에, 레이저의 경우, 형광체에 입사하는 여기광의 강도 밀도(형광체의 단위 체적당 입사하는 광의 강도)가 매우 높아진다. 형광체에 입사하여 흡수된 광은, 일부가 다른 파장으로 변환되어 외부에 방사되고, 그 밖의 광은, 주로 열에너지가 된다. 일반적으로, 형광체의 내부 변환 효율(흡수되는 광량에 대한 다른 파장의 광으로 변환되는 광량)은, 40%~80% 정도이다. 즉, 동시에 발생하는 열에너지는, 입사한 빛에너지의 20%~60%에 이른다. 따라서, 고출력이고 광 강도 밀도가 높은 레이저의 광이 입사한 경우, 형광체의 발열량은 매우 커진다.
형광체를 구비하는 레이저 자신의 발열량이 증가하면, 형광체의 온도가 상승한다. 또한, 형광체 자신의 발열량이 증가하더라도, 형광체의 온도가 상승한다. 형광체의 온도가 상승하면, 형광체의 내부 변환 효율이 대폭 저하되고, 휘도의 저하나 소비 전력의 증가를 유발한다. 따라서, 실시의 형태 1에 있어서의 광원(10)은, 청색의 LED와, 이 청색의 광에 의해 여기되어 녹색의 광을 발하는 형광체를 구비하는 것에 의해 청록색의 광을 출사하는 청록색 LED를 채용하고 있다.
상기와 같이, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)에 있어서, 3원색 중 적색에만 레이저를 채용하고, 청색과 녹색에는 청록색 LED를 채용하고 있다. 청록색 LED는, 청색의 단색 LED와, 그 청색의 광을 흡수하고 녹색의 광을 발광하는 형광체를 구비하고 있다. 이에 의해, 종래의 백색 LED나, 3원색의 단색 LED나 3원색의 단색 레이저를 채용한 액정 표시 장치와 비교하여, 간이하고 저렴한 구성에 의해, 저소비 전력으로 넓은 색 재현 범위를 실현하는 액정 표시 장치를 제공하는 것을 가능하게 하고 있다.
또, 실시의 형태 1에 있어서는, 제 1 백라이트 유닛의 광원에 640㎚에 피크 파장을 갖는 적색 레이저 광원을 채용했지만, 제 1 백라이트 유닛의 광원은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제 1 백라이트 유닛의 광원으로서, 예컨대, 파장이 다른 적색 레이저를 채용하더라도 좋다. 또한, 예컨대, 비교적 단색성이 우수한 단색광을 발광하는 LED를, 제 1 백라이트 유닛(2)의 광원(20a, 20b)으로서 채용하는 것도 유효하다. 그러나, 보다 넓은 색 재현 영역을 얻기 위해서는, 가능한 한 파장폭이 좁은 레이저 광원을 채용하는 쪽이, 색 재현 영역의 광역화에 대한 효과가 높다. 또, 파장폭이 좁은 레이저 광원이란, 단색성이 우수한 레이저 광원이다. 또, 실시의 형태 1에 있어서, 제 2 백라이트 유닛(3)의 광원(10)은, 제 1 백라이트 유닛(2)의 광원으로서 채용하는 단색 광원(20a, 20b)에 대하여, 백색을 만들기 위해 필요한 보색의 광을 방사하는 광원을 채용할 필요가 있다.
백색 LED 등의 연속 스펙트럼을 갖는 광원을 채용하고, 액정 표시 소자가 갖는 컬러 필터의 투과 파장을 좁게 설정하여 색순도를 높이는 경우에는, 컬러 필터에 의한 광의 손실(광 로스)이 증가하여 화상의 휘도가 저하되어 버린다. 한편, 실시의 형태 1에서는, 광원의 단색성을 높여 색순도를 향상시키고 있다. 이 때문에, 광의 손실(광 로스)은 감소하고, 화상의 휘도의 저하를 적게 할 수 있다. 또한, 저소비 전력으로, 색순도를 높일 수 있다.
또한, 단색의 LED 광원에 비하여, 단색의 레이저 광원 쪽이, 단색성이 우수하여, 저소비 전력 구동이 가능하다. 또한, 단색의 레이저 광원 쪽이, 그 높은 지향성에 의해 도광판으로의 결합 효율을 향상시킨다고 하는 이점을 갖는다.
실시의 형태 1에 있어서의, 복수의 면 광원을 적층한 구성의 제 1 백라이트 유닛(2)은, 도광판(21a, 21b)이나, 그 도광판에 마련되는 미세 광학 소자(25a, 25b)가 모두 투명 부재로 형성되어 있다. 또한, 복수의 백라이트 유닛(2, 3)을 적층한 구성의 백라이트 장치(300)는, 그 +Z축측(상층)에 구비되는 도광판이나, 그 도광판에 마련되는 미세 광학 소자가 모두 투명 부재로 형성되어 있다. 그 때문에, -Z축측(하층)에 배치되는 백라이트 유닛으로부터 출사되는 광은, 광의 손실을 억제하여, 높은 광 이용 효율을 얻는 것이 가능하다. 왜냐하면, +Z축측(상층)에 구비되는 도광판이나 미세 광학 소자가 모두 투명 부재로 형성되어 있기 때문이다.
실시의 형태 1에 있어서는, 제 1 백라이트 유닛(2)에 포함되는 복수의 면 레이저 광원부(200a, 200b)에 같은 특성을 갖는 것을 채용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 상술한 바와 같이, 실시의 형태 1에서는, 복수의 면 레이저 광원부로부터 방사되는 조명광을 X-Y 평면 방향에 있어서 합친다. 이에 의해, 면 내의 공간 휘도 분포가 균일한 제 1 백라이트 유닛을 생성한다. 이 조명광을 X-Y 평면 방향에 있어서 합치는 구성이 발명의 요소의 하나이다. 이것을 달성하는 것이라면, 복수의 면 레이저 광원부로부터 방사되는 조명광의 면 내의 공간 휘도 분포가 다른 것이더라도 상관없다.
또한, 실시의 형태 1에 있어서는, 광원(20a, 20b)을 구비하는 2매(2매 1조)의 면 레이저 광원부(200a, 200b)를 적층하는 구성을 채용하고 있지만, 다른 구성을 채용할 수도 있다. 상기 이유와 마찬가지로, 각 면 레이저 광원부가 방사하는 조명광을 X-Y 평면에서 합치는 것에 의해, 액정 표시 소자 전체를 균일하게 조명하는 조명광이 생성되는 구성이라면, 1매의 면 레이저 광원부로 이루어지는 구성, 또는, 3매 이상의 면 레이저 광원부를 적층한 구성으로 하더라도 좋다.
상기와 같이, 복수의 면 레이저 광원부로부터 방사되는 조명광을 X-Y 평면 방향에 있어서 합친다. 이에 의해 면 내의 공간 휘도 분포가 균일한 제 1 백라이트 유닛을 생성한다. 이 구성이라면, 각 면 레이저 광원부의 면 내의 공간 휘도 분포가 어떠한 것이더라도 좋다. 또한, 면 레이저 광원부를 몇 매 적층하는 구성으로 하더라도 좋다. 그러나, 그때에 각 면 레이저 광원부에 포함되는 도광판은, 레이저 광원의 입사단의 근방에 광 전파부가 마련되는 것이 바람직하다. 광 전파부는, 레이저 발광 소자로부터 출사된 광이 인접하는 다른 레이저 발광 소자로부터 출사된 광과 공간적으로 겹쳐, 레이저 발광 소자의 배열 방향의 공간 휘도 분포를 균일하게 하기 위해 필요한 광학 전파 거리를 갖는다. 그리고, 광 전파부는, 미세 광학 소자를 갖지 않는다. 광 전파부를 마련하는 것에 의해, 광학 소자부에 입사하는 레이저광은, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)으로 되고 있다. 이에 의해, 미세 광학 소자에 의해 굴절되어, 도광판 전면으로부터 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사되는 조명광은, 휘도 분포 얼룩을 갖지 않는다. 따라서 표시 얼룩(휘도 얼룩 및 색 얼룩)을 억제한 고화질 액정 표시 장치(100)를 제공하는 것이 가능하게 된다.
상기 구성을 달성할 수 있다면, 레이저 광원의 배치 간격, 레이저 광원의 도광판의 입사 단면에 대한 배치 방향 및 각도 등의 레이저 광원의 배치 방법에 제한은 없다. 또한, 레이저 광원을 도광판의 4변 중 하나의 단면에 대향하여 배치하는 구성으로 하더라도 좋다. 이때, 레이저 광원의 입사 단면을, 액정 표시 장치의 단변측 단면으로 하는 것에 의해, 레이저광의 광학 전파 거리를 효율적으로 길게 하는 것이 가능하게 된다. 이 때문에, 보다 면 내의 공간 휘도 분포의 균일성이 우수한 조명광을 얻는 것이 가능하게 된다.
또한, 실시의 형태 1에 의하면, 우선, 레이저 광선은, 도광판 내의 충분히 긴 광학 전파 거리를 다중 반사하면서 전파하고 있다. 다음으로, 복수의 레이저광을 공간적으로 겹치고 있다. 이에 의해, 종래, 간섭성이 높은 레이저 광원을 이용한 화상 표시 장치에서 문제가 되는 스펙클 노이즈가 저감된다고 하는 효과도 얻을 수 있다.
실시의 형태 2.
도 7은 본 발명에 따른 실시의 형태 2의 액정 표시 장치(투과형 액정 표시 장치)(600)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 실시의 형태 2의 백라이트 장치는, 제 1 백라이트 유닛(2)과 제 2 백라이트 유닛(4)을 갖고 있다. 실시의 형태 2의 액정 표시 장치(600)는, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)의 제 2 백라이트 유닛(3) 대신에, 다른 구성을 갖는 제 2 백라이트 유닛(4)을 구비하는 점에 있어서, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)와 상이하다. 이 점을 제외하고, 실시의 형태 2의 액정 표시 장치(600)는, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)와 기본적으로 같다. 도 7에 있어서, 실시의 형태 1(도 1)에서 설명한 액정 표시 장치(100)의 구성 요소와 동일하거나 또는 대응하는 구성 요소에는 같은 부호를 붙인다.
제 2 백라이트 유닛(4)은, 실시의 형태 1의 제 2 백라이트 유닛(3)에 탑재한 광원(10)과 마찬가지로, 발산각이 넓은, 청록색의 광을 출사하는 광원을 복수 탑재하고 있다. 복수의 광원(10)은, 제 1 백라이트 유닛(2)의 직하(-Z축 방향)의 X-Y 평면상에, 2차원적으로 배열된다. 제 2 백라이트 유닛(4)은, 광원 직하형의 백라이트 유닛이다. 여기서, 발산각이 넓은 청록색의 광을 출사하는 광원이란, 예컨대, 청록색 LED이다. 광원(10)으로부터 출사된 광은, 확산판(60)에서 확산된 후, 제 1 백라이트 유닛(2), 제 1 광학 시트(32) 및 제 2 광학 시트(31)를 투과하여, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 조명한다.
확산판(60)은, 제 2 백라이트 유닛(4)의 2차원 배열된 광원(10)으로부터 출사되는 광을, 확산 투과시키기 위해 마련되어 있다. 확산판(60)은, 광원(10)으로부터의 조명광(14)으로부터, 면 내 균일성이 높은 광을 생성하기 위해, 광을 확산시키는 능력(확산도)이 높은 재료로 이루어진다.
제 2 백라이트 유닛(4)은, 큰 발광량이 요구되는 경우에 있어서 효과적이다. 큰 발광량이 요구되는 경우란, 예컨대, 액정 표시 장치(600)가 대화면화되는 경우나, 액정 표시 소자(1)의 컬러 필터의 청색이나 녹색의 투과 대역을 좁혀 색 재현 범위를 넓히는 경우 등이다. 이러한 경우에도, 광원 직하형의 제 2 백라이트 유닛(4)을 사용하는 것에 의해, 충분한 밝기를 확보하는 것이 가능하게 된다.
실시의 형태 3.
도 8은 본 발명에 따른 실시의 형태 3의 액정 표시 장치(투과형 액정 표시 장치)(700)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 실시의 형태 3의 백라이트 장치는, 제 1 백라이트 유닛(7)과 제 2 백라이트 유닛(3)을 갖고 있다. 실시의 형태 3의 액정 표시 장치(700)는, 실시의 형태 1의 액정 표시 장치(100)보다 적합한 형태이다. 실시의 형태 3의 액정 표시 장치(700)에서는, 광 전파부의 조건을 보다 상세하게 검토하고, 개량하고 있다. 또, 도 8에 있어서, 실시의 형태 1(도 1)에 있어서 사용되는 구성 요소와 같거나 또는 대응하는 기능을 갖는 구성 요소에는, 동일 부호를 붙이고 있다. 단, 실시의 형태 3에서 상세하게 설명하는 구성 요소에 대해서는, 새로운 부호를 붙이고, 실시의 형태 1의 구성 요소와 구별하여 설명한다.
실시의 형태 3의 액정 표시 장치(700)에 있어서, 제 1 백라이트 유닛(7)은, 제 1 광원으로서의 광원(70a, 70b)으로부터 출사된, 제 1 광으로서의 적색의 광(출사광)(72a, 72b)을, +Z축 방향으로 향하는 조명광(37a, 37b)으로 변환하여, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사한다. 이 조명광(37a, 37b)은, 제 2 광학 시트(32)와 제 1 광학 시트(31)를 투과하여 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)에 조사된다.
제 1 백라이트 유닛(7)은, 제 1 면 레이저 광원부(77a)와 제 2 면 레이저 광원부(77b)를 갖고 있다. 제 1 면 레이저 광원부(77a)는, 광원(70a)과 도광판(71a)을 갖고 있다. 도광판(71a)은, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)에 대하여 평행하게 배치되어 있는 것이 바람직하다. 제 2 면 레이저 광원부(77b)는, 광원(70b)과 도광판(71b)을 갖고 있다. 도광판(71b)은, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)에 대하여 평행하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.
제 1 면 레이저 광원부(77a)에 포함되는 광원(70a)은, 도광판(71a)의 -X축 방향의 단면(73a)에 대향하여 배치되어 있다. 도광판(71a)은, 제 1 도광판이다. 또한, 단면(73a)은, 광 입사 단면이다. 예컨대, 광원(70a)은, 복수의 레이저 발광 소자를 Y축 방향으로 일정한 간격으로 배열한 것이다. 또한, 제 1 면 레이저 광원부(77a)에 포함되는 도광판(71a)은, 투명 재료로 이루어진다. 그리고, 도광판(71a)은, 판 형상 부재이다. 도광판(71a)의 이면(74a)에는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 광학 소자부인 미세 광학 소자(75a)가 구비되어 있다. 이면(74a)이란, 도광판(71a)에 있어서의, 액정 표시 소자(1)와 반대측(-Z축 방향측)의 면이다. 광원(70a)으로부터 방사된 광은, 도광판(71a)의 단면(73a)으로부터 도광판(71a) 내에 입사하고, 도광판(71a) 내를 전반사되면서 전파한다.
마찬가지로, 제 2 면 레이저 광원부(77b)에 포함되는 광원(70b)은, 도광판(71b)의 X축 방향의 단면(73b)에 대향하여 배치되어 있다. 도광판(71b)은, 제 1 도광판이다. 또한, 단면(73b)은, 광 입사 단면이다. 예컨대, 광원(70b)은, 복수의 레이저 발광 소자를 Y축 방향으로 일정한 간격으로 배열한 것이다. 또한, 제 2 면 레이저 광원부(77b)에 포함되는 도광판(71b)은, 투명 재료로 이루어진다. 그리고, 도광판(71b)은, 판 형상 부재이다. 도광판(71b)의 이면(74b)에는, 광학 소자부인 미세 광학 소자(75b)가 구비되어 있다. 이면(74b)이란, 도광판(71b)에 있어서의, 액정 표시 소자(1)와 반대측(-Z축 방향측)의 면이다. 광원(70b)으로부터 방사된 광은, 도광판(71b)의 단면(73b)으로부터 도광판(71b) 내에 입사하고, 도광판(71b) 내를 전반사되면서 전파한다.
제 1 면 레이저 광원부(77a)에 포함되는 광원(70a)과 제 2 면 레이저 광원부(77b)에 포함되는 광원(70b)은, 서로 같은 특성을 갖는 레이저 발광 소자를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 광원(70a)에 있어서의 레이저 발광 소자의 배치 간격과 광원(70b)에 있어서의 레이저 발광 소자의 배치 간격은 같게 하고, 레이저 발광 소자와 도광판(71a)의 단면(73a)의 위치 관계(거리나 각도 등)와 레이저 발광 소자와 도광판(71b)의 단면(73b)의 위치 관계(거리나 각도 등)는, 같게 하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 면 레이저 광원부(77a)와 제 2 면 레이저 광원부(77b)에 포함되는 도광판(71a, 71b)은, 같은 구조를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 면 레이저 광원부(77a)와 제 2 면 레이저 광원부(77b)는, 같은 특성을 갖는 것이 바람직하다.
제 1 백라이트 유닛(7)에 있어서는, 서로 같은 특성을 갖는 제 1 면 레이저 광원부(77a)와 제 2 면 레이저 광원부(77b)는, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)의 중심 위치에 있어서의, 표시면(1a)에 대한 법선(도 8에 있어서의 Z축 방향의 법선)을 중심축으로 하여, 서로 180도 회전한 위치 관계에 있다. 또한, 도광판(71a)과 도광판(71b)은, 도광판(71a)의 측면(단면)과 도광판(71b)의 측면(단면)이 서로 동일 평면상에 정렬되도록, 적층하여 배치되어 있다. 즉, 광원(70a)과 광원(70b)은, 대향하는 방향으로 배치되어 있다. 여기서, 광원(70a)은, 제 1 면 레이저 광원부(77a)에 포함되는 광원이다. 또한, 광원(70b)은, 제 2 면 레이저 광원부(77b)에 포함되는 광원이다. 광원(70a)은, +X축 방향을 향해 광(출사광)(72a)을 출사한다. 한편, 광원(70b)은, -X축 방향을 향해 광(출사광)(72b)을 출사한다. 이 때문에, 각각의 광원(70a, 70b)으로부터 출사되는 광(72a, 72b)의 진행 방향은. 반대 방향이 된다. 단, 면 레이저 광원부(77a, 77b)로부터 방사되는 조명광(37a, 37b)은, 모두, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사된다.
실시의 형태 3에 있어서의 제 1 백라이트 유닛(7)은, 상기와 같이, 2개의 면 레이저 광원부(77a, 77b)가, 조명광이 방사되는 방향(+Z축 방향)으로 적층하여 배치되는 구성을 취한다. 이 때문에, 제 1 백라이트 유닛(7)으로부터 방사되는 조명광은 2개의 면 레이저 광원부(77a, 77b)로부터 방사되는 조명광(37a, 37b)이 합쳐진 것이 된다. 제 1 백라이트 유닛(7)으로부터 방사되는 조명광(37a, 37b)이란, 제 1 백라이트 유닛(7)에 포함되는 광원(70a, 70b)을 점등했을 때에 얻어지는 조명광이다. 따라서, 제 1 백라이트 유닛(7)으로부터 방사되는 조명광의 X-Y 평면에 있어서의 공간 휘도 분포는, 2개의 면 레이저 광원부(77a, 77b)의 X-Y 평면에 있어서의 공간 휘도 분포를 합친 것이 된다.
도광판(71a, 71b)은, 아크릴 수지(PMMA) 등의 투명 부재로 형성되어 있다. 도광판(71a, 71b)은, 예컨대, 두께 2㎜의 판 형상 부재이다. 도광판(71a, 71b)의 단면(73a, 73b)으로부터 입사한 광(레이저광)(72a, 72b)은, 도광판(71a, 71b)과 공기층의 계면에 있어서의 전반사에 의해 도광판(71a, 71b) 내를, 반사를 반복하면서 X축 방향으로 진행한다. 도광판(71a, 71b)은, 제 1 공간 휘도 분포 변환부인 광 전파부(76a, 76b)와 제 2 공간 휘도 분포 변환부인 광학 소자부(78a, 78b)를 갖는다. 광 전파부(76a, 76b)는, 광원(70a, 70b)으로부터 출사되는 광(72a, 72b)을 도광판(71a, 71b) 내에 가두어 전파시키는 부분이다. 미세 광학 소자(75a, 75b)는, 광 전파부(76a, 76b)를 경유하여 X축 방향으로 진행하는 광(72a, 72b)의 진행 방향을, 주로 Z축 방향(액정 표시 소자(1)를 향하는 방향)으로 변환한다.
도광판(71a, 71b)에 포함되는 광 전파부(76a, 76b)는, 단면(73a, 73b) 근방에 구비되어 있다. 광원(70a, 70b)으로부터 출사된 광(72a, 72b)은, 단면(73a, 73b)으로부터 도광판(71a, 71b) 내에 입사한다. 그 후, 광(72a, 72b)은, 광 전파부(76a, 76b)를 X축 방향으로 전파한다. 광 전파부(76a, 76b)에 있어서는, 도광판(71a, 71b)의 표면(액정 표시 소자(1)측의 면) 및 이면(액정 표시 소자(1)와 반대측의 면)은, 특히 돌기 등의 구조를 갖지 않고 평면이다. 도광판(71a)에는, 광(72a)이 입사한다. 도광판(71b)에는, 광(72b)이 입사한다. 따라서, 이 광 전파부(76a, 76b)를 전파하는 광(72a, 72b)은, 스스로의 발산각과 진행 방향을 유지한 채로 전파한다. 광원(70a, 70b)으로부터 출사되는 광(72a, 72b)은, 광 전파부(76a, 76b)를 전파하는 것에 의해 스스로의 발산각에 의해 공간적으로 확산된다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 실시의 형태 3의 제 1 도광판(71a, 71b)이 구비하는 광 전파부(76a, 76b)는, 특히, 레이저광(80p, 81p)을 합쳐서 생기는 Y축 방향의 1차원의 공간 휘도 분포를, 보다 균일하게 한다. 레이저광(80p, 81p)은, 인접하는 레이저 발광 소자(80, 81)로부터 출사된다. 이 때문에, 광 전파부(76a, 76b)는, X축 방향으로 일정한 광학 거리 X를 필요로 한다.
도광판(71a, 71b)에 포함되는 광학 소자부(78a, 78b)는, 도광판(71a, 71b)의 이면(74a, 74b)(액정 표시 소자(1)와 반대측의 면)에 반구형의 볼록한 형상(이후, 볼록 렌즈 형상이라고 부른다)의 미세 광학 소자(75a, 75b)를 구비하고 있다. 이 볼록 렌즈 형상(미세 광학 소자(75a, 75b))은, 도광판(71a, 71b) 내를 X축 방향을 향해 전파하는 광(72a, 72b)을 액정 표시 소자(1)의 배면(1b) 방향(+Z축 방향)을 향해 방사하는 광(조명광(37a, 37b))으로 변환한다. 광(72a, 72b)은, 단면(73a, 73b)으로부터 도광판(71a, 71b) 내에 입사한다. 광(72a, 72b)은, 광 전파부(76a, 76b)를 전파한 후, 진행 방향을 X축 방향으로 한 채로 미세 광학 소자(75a, 75b)에 입사한다. 미세 광학 소자(75a, 75b)에 입사한 광(72a, 72b)은, 볼록 렌즈 형상의 곡면에 의해 굴절되어, 도광판(71a, 71b)의 표면(액정 표시 소자(1)측의 면)과 공기층의 계면에 있어서 전반사 조건을 만족하지 않게 되는 광이 생긴다. 그 전반사 조건을 만족하지 않게 되는 광이, 도광판(71a, 71b)의 표면으로부터 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사된다.
점 광원인 광원(70a, 70b)으로부터 출사된 광(72a, 72b)은, 광 전파부(76a, 76b)를 전파하는 것에 의해 스스로의 발산각으로 확산된다. 이 스스로의 발산각으로 확산된 광(광(72a, 72b))은, 근접하는 다른 레이저광(광(72a, 72b))과 공간적으로 겹쳐 레이저 발광 소자(80, 81)의 배열 방향(Y축 방향)의 공간 휘도 분포가 균일한 광, 즉, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 된다. 이 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광은, 미세 광학 소자(75a, 75b)에 입사하고, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 방사되는 균일한 조명광(37a, 37b)이 된다.
이하에, 광원(70a)에 포함되는 레이저 발광 소자(80)와, 그것과 Y축 방향으로 인접하는 레이저 발광 소자(81)를 예로 들어, 실시의 형태 3의 제 1 도광판(71a, 71b)에 구비되는 광 전파부(76a, 76b)에 대하여 자세히 설명한다.
도 9는 레이저광(80p, 81p)의 광로를 개념적으로 나타내는 도면이다. 레이저광(80p, 81p)은, 레이저 발광 소자(80, 81)로부터 출사되어, 단면(73a)으로부터 도광판(71a) 내에 입사한다. 도 10은 1차원의 공간 휘도 분포(80q, 81q) 및 그들을 합쳐서 생성되는, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광의 1차원의 공간 휘도 분포(82q)를 나타내는 그래프이다. 1차원의 공간 휘도 분포(80q, 81q)는, X축 방향의 광학 거리를 X로 한 광 전파부(76a)를 전파한 레이저광(80p, 81p)의 Y축 방향의 공간 휘도 분포이다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 레이저 발광 소자(80, 81)는, Y축 방향으로 거리 d를 두고 인접한다. 레이저 발광 소자(80, 81)는, 각각 도광판(71a)의 단면(73a)에 대향하여 배치되어 있다. 레이저 발광 소자(80, 81)의 발광면과 단면(73a)의 간격은, 거리 f로 설정되어 있다. 레이저 발광 소자(80, 81)는, 같은 특성을 갖고 있다. 레이저 발광 소자(80, 81)로부터 출사되는 레이저광(80p, 81p)의 X-Y 평면에 있어서의 반값 반폭(half-width-at-half-maximum) α의 가우시안 형상의 각도 휘도 분포는, 대략 같은 형상을 갖고 있다. 또, 반값 반폭이란, 각도 휘도 분포에 있어서 가장 휘도가 높은 각도를 중심(0도)으로 하고, 그 가장 높은 휘도의 절반의 휘도가 되는 각도를 가리킨다.
레이저 발광 소자(80, 81)로부터 출사된 레이저광(80p, 81p)은, 단면(73a)으로부터 도광판(70a) 내에 입사하고, 광 전파부(76a)를 전파한다. 이때, 광 전파부(76a)가 갖는 X축 방향의 광학 거리 X는, 식 (1)로 정의된다. 여기서, d는, 레이저 발광 소자(80, 81)의 발광점 사이의 거리이다. f는, 레이저 발광 소자(80, 81)의 출사면과 단면(73a)의 거리이다. α는, 레이저 발광 소자(80, 81)로부터 출사되는 광의 X-Y 평면에 있어서의 발산각의 반값 반폭이다. β는, 도광판(71a) 내를 전파하는 레이저광(80p, 81p)의 X-Y 평면에 있어서의 발산각의 반값 반폭이다.
[수학식 1]
Figure 112012083082693-pct00001
단, 도광판(71a) 내의 반값 반폭 β는, 식 (2)로 정의된다. 여기서, 레이저 발광 소자(80, 81)로부터 출사된 레이저광(80p, 81p)이 도광판(71) 내에 입사하기 전에 전파하는 층의 굴절률을 n1로 한다. 도광판(71a)의 굴절률을 n2로 한다.
[수학식 2]
Figure 112012083082693-pct00002
여기서, 레이저 발광 소자(80, 81)의 발광 면적은, 레이저 발광 소자(80, 81)의 발광점 사이의 거리 d에 비하여 충분히 작기 때문에, 그 크기를 무시하고 있다.
상기 식 (1) 및 식 (2)는, 레이저광(80p)과 레이저광(81p)이, Y축 방향의 공간 휘도 분포에 있어서, 각각의 광축상에 존재하는 피크 휘도의 절반의 휘도를 갖는 위치에서 교점을 갖기 위해 필요한 광학 거리 X를 정하는 것이다.
레이저광(80p, 81p)은, 같은 각도 휘도 분포를 갖고, 각각 자신의 광축에 대칭인 각도 휘도 분포를 갖는다. 이 때문에, 레이저광(80p, 81p)이 식 (1) 및 식 (2)로 결정되는 광학 거리 X를 전파하면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 레이저광(80p, 81p)은, 각각이 피크 휘도 L을 갖는 점(Y=y0, y1)의 중간점(Y=y2)에 있어서, 휘도 L/2를 갖는다. 그 레이저광(80p, 81p)이 겹치는 것에 의해, 중간점(Y=y2)의 휘도는, L이 된다. 종래에는, 레이저광(80p, 81p)의 광축상에 존재하는 밝은 부분인 명부(明部)에 대하여 그들의 사이에 어두운 부분인 암부(暗部)가 존재하는 것에 의해 휘도 얼룩이 발생하고 있었다. 그러나, 식 (1) 및 식 (2)로 정의되는 광학 거리 X를 마련하는 것에 의해, 레이저광(80p, 81p)에 의한 명부(Y=y0, y1)의 사이에, 그들과 같은 휘도를 갖는 명부(Y=y2)를 보간할 수 있다. 또한, 동시에, 그 명부(Y=y0, y1) 사이의 공간 휘도 분포가 평균화되기 때문에, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(휘도 분포에 높은 균일성을 갖는 선 형상 광원으로부터의 광과 같은 광)을 생성하는 것이 가능하게 된다.
상기와 같이, 레이저광(80p, 81p)이, 식 (1) 및 식 (2)로 정의되는 광학 거리 X를 갖는 광 전파부(76a)를 전파한다. 이에 의해, 광 전파부(76a)의 크기를 최소한으로 억제하면서도, Y축 방향의 공간 휘도 분포가 균일한, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광을 생성하는 것이 가능하게 된다.
미세 광학 소자(75a)는, 광 전파부(76a)의 +X축 방향의 단부로부터 도광판(71a)의 +X축 방향의 단부까지의 영역에 마련되어 있다. 그 배치 밀도는, +X축 방향을 향해 점점 높게 연속적으로 변화하도록 배치되어 있다. 미세 광학 소자(75a)의 구조 및 특성에 대해서는, 실시의 형태 1에 나타낸 것과 같다.
광(72a)(레이저광)은, 광원(70a)으로부터 출사되어, X축 방향의 길이를 광학 거리 X로 한 광 전파부(76a)를 전파한다. 이 레이저광(72a)은, 광원(70a)의 배열 방향(Y축 방향)에 균일한 공간 휘도 분포를 갖는 광, 즉, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 된 후, 광학 소자부(75a) 내에 입사하고, 면 내의 공간 휘도 분포의 균일한 면 광원이 되어 액정 표시 소자(1)를 조명한다.
여기에서는, 제 1 면 레이저 광원부(77a)에 관하여 기술했지만, 제 2 면 레이저 광원부(77b)도 마찬가지로, 식 (1) 및 식 (2)를 만족하는 광 전파부(76b)를 구비하고 있다. 광(72b)(레이저광)은, 높은 균일성을 갖는 광, 즉, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 되어 미세 광학 소자(75b)에 입사하고, 면 내의 공간 휘도 분포의 균일한 면 광원이 되어 액정 표시 소자(1)를 조명한다.
이러한 제 1 면 레이저 광원부(77a)와 제 2 면 레이저 광원부(77b)가 합쳐져, 제 1 백라이트 유닛(7)은, 균일성이 높은 면 내 분포의 면 광원이 된다. 조명광은, 면 내의 공간 휘도 분포 얼룩이 억제되어 있다. 따라서, 표시 얼룩을 억제한 고화질 액정 표시 장치(700)를 제공하는 것이 가능하게 된다.
실시의 형태 3에 있어서는, 광 전파부(76a, 76b)의 X축 방향의 길이를, 식 (1) 및 식 (2)로 정의되는 광학 거리 X로 한다. 이것에 의해, 높은 균일성을 갖는 면 레이저 광원부(77a, 77b)를 형성하는 것이 가능하다. 또, 이 광학 거리를, 식 (1) 및 식 (2)로 정의되는 X보다 길게 하는 것에 의해, 면 레이저 광원부(77a, 77b)의 면 내의 공간 휘도 분포의 균일성을, 더 향상시키는 것도 가능하다.
실시의 형태 4.
도 11은 본 발명에 따른 실시의 형태 4의 투과형 표시 장치인 액정 표시 장치(800)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 이해를 용이하게 하기 위해, 액정 표시 소자(1)의 단변 방향을 Y축 방향으로 하고, 액정 표시 소자(1)의 장변 방향(Y축에 직교하는 방향)을 X축 방향으로 하고, X-Y 평면에 수직인 방향을 Z축 방향으로 한다. 또한, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)측을 +Z축 방향으로 하고, 액정 표시 장치의 위쪽 방향(액정 표시 장치(800)의 화면을 수평 방향을 향해 설치했을 때에 있어서의, 위쪽 방향)을 +Y축 방향으로 하고, 후술하는 제 2 광원(10)의 광의 출사 방향을, +X축 방향으로 한다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 액정 표시 장치(800)는, 투과형의 액정 표시 소자(1), 광학 시트(31), 광학 시트(32), 백라이트 장치(303) 및 광 반사 시트(15)를 구비하고 있다. 이러한 구성 요소(1, 31, 32, 303, 15)는, Z축 방향으로 겹쳐 배열되어 있다. 액정 표시 소자(1)는, X축 및 Y축을 포함하는 X-Y 평면과 평행한 표시면(1a)을 갖는다. 또한, 광학 시트(31)는, 제 1 광학 시트이다. 광학 시트(32)는, 제 2 광학 시트이다.
도 12는 도 11에 나타내는 액정 표시 장치(800)를 -Z축 방향으로 본 경우를 나타내는 도면이다. 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 백라이트 장치(303)는, 도광판(811), 광 확산 반사부(812), 도광 소자(5), 광원(6) 및 광원(10)을 구비하고 있다. 또, 광원(6)은, 제 1 광원이며, 광원(10)은, 제 2 광원이다.
도광판(811)과 광 확산 반사부(812)는, 선 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광을 면 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광으로 변환하고, 그 면 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광을 액정 표시 소자(1)를 향해 방사하는 제 2 공간 휘도 분포 변환부를 구성한다. 광 확산 반사부(812)는, 도광판(811)의 -Z축 방향의 면에 접하도록 배치되어 있다. 도광 소자(5)는, 점 형상의 공간 휘도 분포를 선 형상의 공간 휘도 분포로 변환하는 기능을 갖고 있다. 도광 소자(5)는, 제 1 공간 휘도 분포 변환부를 구성한다. 도광 소자(5)는, 대략 사각기둥의 형상을 하고 있으며, 장변을 한 변에 갖는 길이 방향의 한 측면이 도광판(811)의 측면과 대향하도록 배치되어 있다. 다시 말해, 도광 소자(5)의 하나의 장변이 Y축 방향을 향하도록 배치되고, 도광 소자(5)의 두 단변이 각각 X축 방향 및 Z축 방향을 향하도록 배치되어 있다. 도광 소자(5)의 하나의 단변은 X축과 평행하고, 도광 소자(5)의 다른 하나의 단변은 Z축과 평행하다. 도광 소자(5)의 도광판(811)의 측면과 대향하는 측면이, 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)이다. 도광판(811)의 도광 소자(5)의 측면과 대향하는 측면이, 도광판(811)의 광 입사면(811a)이다. 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)은, Z축 방향의 두께에 있어서, 광 입사면(811a)보다 작아지도록 구성되어 있다. 또한, 도광 소자(5)의 두께 방향(Z축 방향)에 있어서의 중심 위치와, 도광판(811)의 두께 방향(Z축 방향)에 있어서의 중심 위치는, 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)에는, 예컨대, X-Z 단면에 있어서만 곡률을 갖는 오목한 형상의 미세 광학 소자(850)가 형성되어 있다. 미세 광학 소자(850)는, Y축 방향으로 중심축을 갖는 원통면이고, X-Z 단면에는 곡률을 갖지만(곡선이지만), 그것과 직교하는 방향(Y축)으로는 곡률을 갖지 않는(직선인) 면이다. 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)에는, 복수의 미세 광학 소자(850)가 Z축 방향으로 배열되어 있다. 이 미세 광학 소자(850)에 의해, 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)으로부터 도광판(811)을 향해 출사하는 광선(61)의 X-Z 평면상에서의 발산각을 크게 할 수 있다.
광원(6)은, 적색의 광선(61)을 출사한다. 광선(61)은, 도광 소자(5)의 단변으로 만들어지는 광 입사면(5a)으로부터 입사하고, 도광 소자(5)의 안을 +Y축 방향으로 전파한다. 광원(10)으로부터 출사되는 광선(871)은, +X축 방향으로 출사하여, 도광 소자(5)의 광 입사면(5b)으로부터 도광 소자(5) 내에 입사한다. 광 입사면(5b)은, 도광 소자(5)의 도광판(811)과 대향하는 광 출사면(5c)과 대향하는 면이다. 광원(10)은, 광 입사면(5b)과 대향하여 복수의 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d)를 Y축 방향으로 배치한 구성을 갖고 있다. 또, 광원(6)은, 예컨대, 레이저 광원과 같이 발산각이 작고 지향성이 높은 발광 소자이다. 또한, 광원(10)은, 발산각이 큰 복수의 발광 소자로 구성된다. 바꿔 말하면, 광원(6)은, 예컨대, 실시의 형태 1의 광원(20a, 20b)과 같은 레이저 광원이다. 또한, 광원(10)은, 예컨대, 실시의 형태 1의 광원(10)과 같은 복수의 발광 소자로서의 LED 광원이다. 또한, 광 입사면(5a)은 제 1 광 입사면이며, 광 입사면(5b)은 제 2 광 입사면이다. 광선(61)은 제 1 광이며, 광선(871)은 제 2 광이다.
실시의 형태 1과 마찬가지로, 액정 표시 장치(800)는, 제어부(51), 액정 표시 소자 구동부(52) 및 광원 구동부(53a, 53b)를 갖는다. 도 13은 액정 표시 장치(800)의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다. 도 13을 이용하여 액정 표시 장치(800)의 동작을 설명한다. 액정 표시 장치(800)는, 액정 표시 소자(1)를 구동하는 액정 표시 소자 구동부(52), 광원(6)을 구동하는 광원 구동부(53a) 및 복수의 광원(10)을 구동하는 광원 구동부(53b)를 갖고 있다. 액정 표시 소자 구동부(52)와 광원 구동부(53a, 53b)의 동작은 제어부(51)에 의해 제어된다.
제어부(51)는, 도시하지 않는 신호원으로부터 공급된 영상 신호(54)에 화상 처리를 실시하여 제어 신호를 생성하고, 이 제어 신호를 액정 표시 소자 구동부(52) 및 광원 구동부(53a, 53b)에 공급한다. 액정 표시 소자 제어 신호(55)는, 제어부(51)로부터 액정 표시 소자 구동부(52)에 보내지는 제어 신호이다. 광원 제어 신호(56a)는, 제어부(51)로부터 광원 구동부(53a)에 보내지는 제어 신호이다. 광원 제어 신호(56b)는, 제어부(51)로부터 광원 구동부(53b)에 보내지는 제어 신호이다. 광원 구동부(53a, 53b)는, 각각, 제어부(51)로부터의 광원 제어 신호(56a, 56b)에 따라 광원(6, 10)을 구동하여, 이러한 광원(6, 10)으로부터 광선을 출사시킨다.
도 14는 실시의 형태 4의 도광 소자(5)의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 14는 도광 소자(5)를 -X축 방향으로 본 도면이다. 바꿔 말하면, 도 14는 도광 소자(5)의 광 입사면(5b)측을 본 도면이다. 도광 소자(5)의 광 입사면(5b)은, 도광판(811)과 대향하는 광 출사면(5c)의 반대측의 면이다. 실시의 형태 4에 있어서, 도광 소자(5)는, 투명 재료로 이루어지며, 사각기둥의 봉 형상 부재이다. 실시의 형태 4에 있어서, 도광 소자(5)는, 광 입사면(5b)에 광학 소자인 미세 광학 소자(17)를 복수 갖는다. 광원(6)으로부터 출사된 광선(61)은, 도광 소자(5)의 광 입사면(5a)으로부터 도광 소자(5) 내에 입사하고, 도광 소자(5) 내를 전반사하면서 전파한다. 광원(10)을 구성하는 복수의 발광 소자(예컨대 10a~10d)로부터 출사된 광선(871)은, 광 입사면(5b)으로부터 도광 소자(5) 내에 입사한다. 광선(871)은, 미세 광학 소자(17)를 투과할 때에 산란한다. 광선(871)은, 도광 소자(5) 내에 있어서, 광원(6)으로부터 입사한 광선(61)과 섞인다. 그 후, 광선(871)은, 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)으로부터 도광판(811)을 향해 출사된다.
상술한 바와 같이, 광원(6)은, 레이저 광원과 같이 발산각이 작고 지향성이 높은 광원이다. 이 지향성이 높은 광원으로부터 선 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광을 생성하기 위해, 레이저광인 광선(61)을 단면적이 작은 광 입사면(5a)으로부터 도광 소자(5) 내에 입사시킨다. 광 입사면(5a)은, 광선(61)의 광의 진행 방향(도 12에 있어서의 Y축 방향)에 대하여 수직인 면(도 12에 있어서의 X-Z 평면에 평행한 면)이다. 따라서, 지향성이 높고, 발산각이 작은 레이저광이더라도, 도광 소자(5) 내에서의 반사 횟수를 늘릴 수 있다. 이 반사광을 미세 광학 소자(17)에 의해 일정량씩 추출하고, 광 출사면(5c)으로부터 출사시키면, 용이하게 선 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광(즉, 광 전파 방향에 직교하는 단면에서 선 형상(linear shape)을 갖는 광)을 생성할 수 있다. 이 경우, 광선(61)이 최초로 미세 광학 소자(17)에 입사하기까지의 광학 거리가 짧기 때문에, 도광 소자(5)는, 불필요한 공간을 최소한으로 억제할 수 있다. 그 결과, 백라이트 장치(303)를 소형화할 수 있다.
도광판(811)은, 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)에 대하여 평행하게 배치되어 있다. 도광판(811)은, 이면에 광 확산 반사부(812)를 갖는다. 도광판(811)의 이면은, 도광판(811)의 액정 표시 소자(1)와는 반대측이고 -Z축 방향측의 면이다. 도광 소자(5)는, 광 입사면(811a)에 대향하여 배치된다. 광 입사면(811a)은, 도광판(811)의 -X축 방향의 단면이다. 도광 소자(5)로부터 출사되는 광선(809)은, 도광판(811)의 광 입사면(811a)으로부터 도광판(811)의 중심 방향을 향해 진행한다. 또, 광선(809)은, 조명광(62)과 광선(871)이 혼합된 광이다.
도광 소자(5)로부터 출사된 광선(809)은, 도광판(811)의 내부를 전반사하면서 전파한다. 그리고, 광선(809)은, 배면측에 배치된 광 확산 반사부(812)에 의해 그 일부가 산란하여 반사한다. 배면측이란, -Z축 방향측이다. 그 산란광은, 조명광(810)으로서 도광판(811)의 전면으로부터 출사된다. 도광판(811)의 전면은, 도광판(811)의 액정 표시 소자(1)측이며, +Z축 방향측의 면이다. 도광판(811)으로부터 출사된 조명광(810)은, 광학 시트(32) 및 광학 시트(31)를 투과하여, 액정 표시 소자(1)를 조명한다.
광학 시트(31)는, 백라이트 장치(303)로부터 출사된 조명광(810)을 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)의 법선 방향으로 향하게 하는 작용을 갖는다. 또한, 광학 시트(32)는, 아주 작은 조명 얼룩 등의 광학적 영향을 억제하는 기능을 갖는다.
백라이트 장치(303)의 -Z축 방향으로는, 광 반사 시트(15)가 배치되어 있다. 백라이트 장치(303)로부터 배면측으로 출사된 광선은, 광 반사 시트(15)에서 반사되고, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 조명하는 조명광으로서 이용된다. 배면측이란, -Z축 방향측이다. 광 반사 시트(15)로서는, 예컨대, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지를 기재로 한 광 반사 시트를 사용할 수 있다. 또한, 광 반사 시트(15)로서, 예컨대, 기판의 표면에 금속을 증착시킨 광 반사 시트 등과 같은, 다른 광 반사 시트를 사용하더라도 좋다.
액정 표시 소자(1)는, Z축 방향에 직교하는 X-Y 평면과 평행한 액정층을 갖는다. 액정 표시 소자(1)의 표시면(1a)은, 직사각형 형상이다. 도 11에 나타내는 X축 방향 및 Y축 방향은, 각각, 이 표시면(1a)의 서로 직교하는 두 변을 따른 방향이다. 액정 표시 소자 구동부(52)는, 제어부(51)로부터 공급된 액정 표시 소자 제어 신호(55)에 따라 액정층의 광 투과율을 화소 단위로 변화시킨다. 각 화소는, 3개의 부화소로 구성되어 있으며, 부화소는, 각각 적색, 녹색 및 청색의 광만을 투과시키는 컬러 필터를 구비하고 있다. 액정 표시 소자 구동부(52)는, 각 부화소의 투과율을 제어하는 것에 의해 컬러 화상을 생성한다. 이에 의해, 액정 표시 소자(1)는, 백라이트 장치(303)로부터 입사한 조명광을 공간적으로 변조하여 화상광을 생성한다. 액정 표시 소자(1)는, 이 화상광을 표시면(1a)으로부터 출사시킬 수 있다. 또, 액정 표시 소자(1)의 컬러 필터는, 광의 3원색인 적색, 녹색 및 청색으로 나타내고 있지만, 색 재현 범위를 넓히기 위해, 광의 3원색 이외의 색을 추가할 수 있다.
다음으로, 실시의 형태 4의 각 구성 요소에 대하여, 자세히 설명을 한다. 광원(6)은, 예컨대, 640㎚를 피크로 하고, 파장폭이 반값 전폭으로 1㎚의 매우 단색성이 높은 스펙트럼을 갖는 레이저 광원이다. 또한, 광원(6)으로부터의 광의 발산각은, 진상축 방향에 있어서는, 반값 전폭으로 40도이며, 지상축 방향에 있어서는, 반값 전폭으로 10도이다. 실시의 형태 4에 있어서는, 광원(6)이 갖는 레이저 발광 소자는, 반값 전폭이 큰 진상축 방향이 도광 소자(5)의 광 입사 단면(5b)과 광 출사 단면(5c)에 있어서 반사하도록 배치된다. 즉, 레이저 발광 소자의 진상축 방향이, 도 11에 있어서의 X축 방향이 되고 있다. 광 입사면(811a)의 단변은, Z축과 평행한 변이다. 광원(6)은, 제 1 광원이다.
바꿔 말하면, 레이저 발광 소자의 광선(61) 중, 발산각이 큰 진상축 방향의 광선이, 도광 소자(5)의 광 입사면(5b)과 광 출사면(5c)의 사이에서 반사하도록 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 레이저광의 도광 소자(5) 내에서의 반사 횟수가 증가하고, 도광 소자(5)에 마련되는 미세 광학 소자(17)에 입사하는 광선(61)이 많아진다. 결과적으로, 이 구성은, 미세 광학 소자(17)에 의한 광의 추출 효율 F를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 여기서,
F=(도광판을 향해 도광 소자로부터 출사되는 광량)/(도광 소자 내를 전파하는 광량)
이다.
도광 소자(5)는, 아크릴 수지(PMMA) 등의 투명 부재로 형성된, 예컨대, 두께 2㎜×2㎜의 봉 형상 부재이다. 도 12 및 도 14에 나타내는 바와 같이, 그 광 입사면(5b)(도광판(811)과 반대측의 면)에는, 도광 소자(5) 내를 전파하는 광선(61)을, 광 출사면(5c)의 방향(+X축 방향)을 향해 출사하기 위한 반구형의 볼록한 형상(이후, 볼록 렌즈 형상이라고 부른다)의 미세 광학 소자(17)가 형성되어 있다.
도광 소자(5)의 광 입사면(5a)으로부터 입사한 광선(61)은, 도광 소자(5)와 공기층의 계면에 있어서의 전반사에 의해 도광 소자(5) 내를, 반사를 반복하면서 Y축 방향으로 진행한다. 광선(61)이 미세 광학 소자(17)에 입사하면, 그 곡면에 의해 광선(61)의 진행 방향이 변화하고, 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)(도광판(811)측의 면)과 공기층의 계면에 있어서의 전반사 조건을 만족하지 않게 되는 경우가 생긴다. 이 전반사 조건을 만족하지 않게 된 광선(61)은, 조명광(62)으로서, 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)으로부터 도광판(811)의 광 입사면(811a)을 향해 출사된다.
배치 밀도란, 단위 면적당 미세 광학 소자(17)가 차지하는 면적의 비율이다. 배치 밀도는, 단위 면적당 미세 광학 소자(17)의 수를 바꾸는 것에 의해 조정 가능하다. 또한, 배치 밀도는, 단위 면적당 미세 광학 소자(17)의 크기(1개의 미세 광학 소자의 면적)를 바꾸는 것에 의해 조정하는 것도 가능하다. 이에 의해, 도광 소자(5)로부터 출사되는 조명광(62)의 Y축 방향에 있어서의 공간 휘도 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다.
미세 광학 소자(17)의 구체적인 예로서는, 예컨대, 그 표면의 곡률이 약 0.15㎜, 최대 높이가 약 0.005㎜, 굴절률이 약 1.49인 볼록 렌즈 형상의 미세 광학 소자(17)를 채용할 수 있다. 또, 도광 소자(5)나 미세 광학 소자(17)의 재질은, 아크릴 수지로 할 수 있다. 그러나, 도광 소자(5)나 미세 광학 소자(17)의 재질은, 아크릴 수지에 한정되는 것은 아니다. 도광 소자(5)나 미세 광학 소자(17)의 재질은, 광의 투과율이 좋고, 성형 가공성이 우수한 재질이라면, 아크릴 수지 대신에 폴리카보네이트 수지 등의 다른 수지 재료를 사용하더라도 좋다. 혹은, 도광 소자(5)나 미세 광학 소자(17)의 재질은, 아크릴 수지 대신에 유리 재료를 사용하더라도 좋다.
도광 소자(5)는, 광선(61)의 진행 방향(도 12에 있어서의 +Y축 방향)의 위치에 대하여 미세 광학 소자(17)의 배치 밀도가 변화하는 구조를 갖고 있다. 미세 광학 소자(17)는, 도광 소자(5)의 광 입사면(5b)의 위에 마련되어 있다. 광 입사면(5b)의 위란, 도광 소자(5)에 있어서의 광 입사면(5a)의 근방으로부터 광 입사면(5a)과 대향하는 측의 단면 위치까지의 영역이다. 미세 광학 소자(17)의 배치 밀도는, 광 입사면(5a)으로부터 점점 높게 연속적으로 변화하는 구성을 취한다. 다시 말해, 미세 광학 소자(17)의 배치 밀도는, 광 입사면(5a)으로부터 광 입사면(5a)과 대향하는 측의 단면 방향을 향해 점점 높게 서서히, 또는, 연속적으로 변화하는 구성을 취한다.
광 입사면(5a)으로부터 도광 소자(5) 내에 입사한 광선(61)은, 미세 광학 소자(17)에 의해 서서히 도광판(811)의 방향으로 출사된다. 이 때문에, 광선(61)이 Y축 방향으로 진행함에 따라, 도광 소자(5) 내의 광량은 감소한다. 그러나, 도 14에 나타내는 바와 같이, 미세 광학 소자(17)의 배치 밀도는, Y축 방향으로 진행함에 따라 높아지게 된다. 이 때문에, 도광 소자(5) 내를 전파하는 광선(61)의 광량에 대하여 미세 광학 소자(17)에 입사하는 광량의 비율이 늘어난다. 결과적으로, 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)으로부터 도광판(811)을 향해 출사되는 조명광(62)은, Y축 방향에 있어서의 공간 휘도 분포가 균일한, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 된다. 광 출사면(5c)은, 도광판(811)과 대향하는 면이다.
미세 광학 소자(17)로부터 출사되는 조명광(62)의 지상축 방향의 발산각은 작다. 지상축 방향은, Z축 방향의 축이다. 이것은, 광원(6)으로부터 출사된 발산각이 작은 광선(61)이 도광 소자(5) 내를 반사하면서 진행하기 때문에, 광원(6)으로부터 출사되었을 때의 발산각이 유지되기 때문이다. 또한, 미세 광학 소자(17)에 입사한 광은, 진행 방향을 변경하지만, 그 발산각은 거의 변화하지 않기 때문이다. 이와 같이, 발산각이 작은 조명광(62)이 도광판(811) 내에 입사하면, 도광판(811)의 이면에 마련된 광 확산 반사부(812)에 입사하는 광의 비율이 적어진다. 이 때문에, 조명광(62)에 대한 도광판(811)의 광 추출 효율이 저하된다. 또한, 조명광(62)이 광 확산 반사부(812)에 입사하는 위치가 공간적으로 불균일하게 된다. 이 때문에, 도광판(811)으로부터 출사되는 광의 X-Y 평면에 있어서의 공간 휘도 분포가 불균일하게 된다고 하는 문제가 생긴다. 또한, 실시의 형태 4에 있어서는, 복수의 광원(6, 10)이 도광판(811)을 공용하는 구성이다. 이 때문에, 도광판(811) 내에 입사하는 광의 특성이 거의 동등하게 되는 것에 의해, 색 얼룩을 억제하는 것이 가능하게 된다. 다시 말해, 조명광(62)의 발산각은, 넓은 것이 바람직하다.
실시의 형태 4에 있어서는, 도광 소자(5)로부터 출사되는 조명광(62)은, 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)에 마련되는 미세 광학 소자(850)를 투과한다. 이에 의해, 조명광(62)의 도광판(811)의 두께 방향(지상축 방향)의 발산각은 넓어진다. 발산각이 넓어진 조명광(62)은, 광 출사면(5c)으로부터 도광판(811)의 광 입사면(811a)을 향해 출사된다. 미세 광학 소자(850)는, X-Z 평면에 있어서 곡률을 갖고 있으며, 조명광(62)의 X-Z 평면상의 발산각을 크게 한다. 이에 의해, 조명광(62)에 대한 도광판(811)의 광 추출 효율이 향상된다. 그리고, 이에 의해, 백라이트 장치(303)의 고휘도화의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 저소비 전력화라고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 도광판(811)으로부터 액정 표시 소자(1)를 향해 출사되는 조명광(810)의 면 내의 공간 휘도 분포의 균일화의 문제도 해소된다. 또한, 광원(6)의 광과 광원(10)의 광의 혼색에 의한 색 얼룩의 문제도 해소된다.
실시의 형태 4에 있어서는, 미세 광학 소자(850)는, X-Z 평면에 있어서만 곡률을 갖고, Z축 방향으로 복수 배열하는 구조로 했다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 다음 두 가지 요건을 모두 만족하면, 미세 광학 소자(850)의 구조로서, 다른 구조를 채용하더라도 좋다. 제 1 요건은, 미세 광학 소자(17)로부터 출사되는 광의 발산각이 커진다고 하는 요건이다. 제 1 요건은, 도광판(811)에 입사하는 광의 입사 각도가 커지는 것과 동등하다. 제 2 요건은, 도광판(811) 내를 전파하는 조명광(62)의 광 진행 방향(X축 방향)에 대하여, 광선이 도광판(811)의 두께 방향(Z축 방향)에 대칭인 각도 휘도 분포로 변환된다고 하는 요건이다. 예컨대, 도광 소자(5)의 X-Z 단면에 있어서, 사면부(斜面部)를 갖는 삼각형의 프리즘이 Z축 방향으로 복수 배열되는 구조이더라도 좋다. 또한, 1차원 방향(Z축 방향)으로만 미세 광학 소자(예컨대, 미세 광학 소자(850))를 배열하는 구조에 한정되지 않고, 2차원 방향(Z축 방향 및 Y축 방향)으로 미세 광학 소자를 배열하는 구조를 갖는 구성으로 하더라도 좋다. 단, 조명광(62)에 있어서 도광판(811)의 두께 방향으로 광을 확산하는 것에 의한 효과가 지배적이기 때문에, 1차원 방향(Z축 방향)으로만 미세 광학 소자를 배열하는 구조를 갖게 하는 쪽이 간이한 구조로 효율적으로 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시의 형태 4에 있어서는, 미세 광학 소자(850)를 광 출사면(5c)에 구비하고 있다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 미세 광학 소자(850)는, 광원(6)으로부터 출사되는 광선(61)의 발산각을 확대하는 것이 목적이기 때문에, 광선(61) 또는 조명광(62)이 도광판(811) 내에 입사하기까지 투과하는 다른 면에 구비하더라도 좋다. 실시의 형태 4에 있어서, 예컨대, 도광 소자(5)의 광 입사면(5a)이나 도광판(811)의 광 입사면(811a)에 미세 광학 소자(850)를 구비하는 구성을 채용하더라도 좋다.
한편, 광원(10)은, 광원(6)으로부터 출사되는 적색의 조명광(62)과의 혼색에 의해 백색을 만들기 위해, 녹색과 청색(이하, 청록색으로 표현한다)의 광선(871)을 출사한다. 자세하게는, 광원(10)을 구성하는 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d)는, 청색의 단색 LED를 구비한 패키지에, 이 청색의 광을 흡수하고 녹색의 광을 발광하는 녹색 형광체를 충전한 것이다. 광원(10)은, 이러한 복수의 청록색 LED를, Y축 방향으로 조밀하게 배열한 것이다. 청록색 LED로 이루어지는 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d)는, 450㎚ 부근과 530㎚ 부근에 피크를 갖는다. 그리고, 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d)는, 420㎚~580㎚의 대역에 연속적인 스펙트럼을 갖는 청록색의 광선(871)을 출사한다. 다시 말해, 광원(10)을 구성하는 발광 소자로서는, 예컨대, 여기 광원과 형광체의 조합에 의해 청록색의 광을 발광하는 광원을 채용할 수 있다. 광원(10)을 구성하는 발광 소자에 있어서는, 상술한 녹색의 형광체를 청색광으로 여기하여 청록색의 광을 발광시키는 구성 외에, 청색과 녹색의 형광체를 자외선으로 여기하여 청록색의 광을 발광시키는 구성도 채용할 수 있다. 또한, 광원(10)을 구성하는 발광 소자에 있어서는, 상술한 LED 이외에, 형광 램프를 채용하는 것도 가능하다. 또, 광원(6)은 제 1 광원이며, 광원(10)은 제 2 광원이다.
실시의 형태 4의 광원(10)에 이용하는 LED 광원은, 넓은 발산각을 갖는다. 그 때문에, 실시의 형태 4의 광원(10)과 같이, 1차원(Y축 방향)으로 배열된 복수의 광원으로부터 출사된 광선(871)은, 도광 소자(5)를 투과할 때에 자신의 발산각에 의해 근접하는 광원으로부터 출사되는 광선(871)과 공간으로 겹친다. 또한, 도광 소자(5)에 마련되는 미세 광학 소자(17)는, 곡률을 갖기 때문에, 미세 광학 소자(17)에 입사하는 광선(871)은, 광 확산 작용에 의해 공간적으로 균일화되는 효과도 얻을 수 있다.
근접하여 배치되는 광원으로부터 출사되는 복수의 광선을 공간적으로 겹치면, 그 분포가 평균화되어, 광원의 배열 방향으로 균일한 공간 휘도 분포가 된다. 따라서, 각각이 균일하지 않은 공간 휘도 분포를 갖는 광선이더라도, 복수의 광을 겹치는 것에 의해 그 분포를 평균화하고, 광원의 배열 방향에 있어서 공간 휘도 분포가 균일한, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)을 만드는 것이 가능하게 된다.
도광 소자(5)는, 도광판(811)의 광 입사면(811a)에 대향하여 배치되어 있다. 광원(6)으로부터 출사된 적색의 조명광(62) 및 광원(10)으로부터 출사된 청록색의 광선(871)은, 각각 도광 소자(5)의 광 출사면(5c)으로부터, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 되어 도광판(811)을 향해 출사된다. 따라서, 제어부(51)에 의해 각 광원 구동부(53a, 53b)를 개별적으로 제어(광원 제어 신호(56a, 56b))하여, 광원(6)으로부터 출사되는 적색의 조명광(62)의 휘도와, 광원(10)으로부터 출사되는 청록색의 광선(871)의 휘도의 비율을 조정한다. 이에 의해, 도광 소자(5)는, 백색의 선 형상 광원으로서 기능한다. 광 입사면(811a)은, 도광판(811)의 X축 방향의 면이다.
실시의 형태 4에 있어서는, 도광 소자(5)를, 단면의 두 변의 길이가 2㎜×2㎜의 사각형으로 한, 봉 형상 부재로 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 도광 소자(5)의 Z축 방향의 두께는, 도광판(811)과의 광 결합 효율의 관점에서, 적어도 도광판(811)의 두께보다 얇은 것이 요구된다. 또한, 액정 표시 장치의 박형화나 경량화, 또한, 다중 반사 횟수의 증가에 의한 광(광선(61))의 이용 효율 향상이라고 하는 관점에 있어서, X축 방향의 두께가 작은 도광 소자(5)를 채용하는 것이 바람직하다. 특히 레이저 광원은, 발광면의 면적이 작고 지향성이 높은 광원이기 때문에, 두께가 작은 도광 소자(5)에 대해서도 높은 광 결합 효율을 얻는 것이 가능하다. 단, 이때, 도광 소자(5)의 두께를 박형화하는 것에 의한 강성 저하의 문제 등도 고려할 필요가 있다.
도광판(811)은, 예컨대, 투명 부재로 형성되어 있다. 또한, 도광판(811)은, 예컨대, 두께 4㎜의 판 형상 부재이다. 도광판(811)은, 이면에 도광 소자(5)로부터 출사된 조명광(62) 및 광선(871)을 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 출사하기 위한 광 확산 반사부(812)를 갖는다. 광 확산 반사부(812)는, 예컨대, 도광판(811)의 이면에 백색 잉크 등의 광 확산 반사재를 점 모양으로 인쇄하는 것에 의해 구성할 수 있다. 그때, 점 모양으로 인쇄되는 광 확산 반사재의 밀도를, 도광 소자(5)의 광 입사면(811a) 근방에 있어서는 낮게 하고, 도광 소자(5)로부터 멀어짐에 따라 높아지는 분포로 한다. 이에 의해, 도광판(811)으로부터 출사되는 조명광(810)의 X-Y 평면에 있어서의 공간 휘도 분포를 균일하게 하는 것이 가능하게 된다.
또, 도광판(811)으로부터 액정 표시 소자(1)를 향해 출사된 조명광(810)이, 그 뒤의 광학 시트(31, 32) 등에서 -Z축 방향으로 반사되는 경우가 있다. 고휘도화 및 저소비 전력화를 실현하기 위해서는, 그 광을, 다시, 액정 표시 소자(1)의 조명광으로서 이용할 필요가 있다. 이 때문에, 백라이트 장치(303)는, -Z축 방향측으로 광 반사 시트(15)를 구비한다.
또한, 실시의 형태 4의 도광판(811)의 광 확산 반사부(812)에 대해서는, 상술한 바와 같은 광선을 반사하는 점 모양의 인쇄를 구체적 예로서 나타냈다. 그러나, 확산형의 반사 구조에 한정되지 않고, 예컨대, 렌즈 형상의 요철 형상이나 파형 형상에 의한 굴절형의 반사 구조에서도 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 때문에, 광 확산 반사부(812)는, 확산형의 반사 구조뿐만 아니라, 굴절형의 반사 구조도 포함하는 것이다.
또한, 실시의 형태 4에 있어서는, 광원(6)에 레이저 광원을 채용했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 레이저 광원과 같이 발광 면적이 작고, 발산각을 갖고, 단위 발광 면적당 출력되는 광량이 큰 모든 광원에 대해서 유효하다. 예컨대, 광원(6)에 단위 면적당 출력되는 광량이 큰 단색의 LED 광원에 대하여 적용하는 것에 의해서도, 소형의 구성으로 균일한 공간 휘도 분포를 갖는, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)을 얻을 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다. 한편, 광원(10)은, 발산각이 넓고, 단위 면적당 출력되는 광량이 광원(6)에 비하여 작은 광원이다. 실시의 형태 4를 적용하는 것에 의해, 상기 다른 특성을 갖는 광원(6)과 광원(10)을 병용하더라도 색 얼룩이 없는 면 광원을 만드는 것이 가능하게 된다.
실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)는, 적색의 레이저와 청록색 LED를 구비한다. 청록색 LED는, 청색의 단색 LED와 청색의 광을 흡수하고 녹색을 발광하는 녹색 형광체로 구성된다. 백라이트 장치의 광원으로서 단색성이 우수한 레이저를 채용하는 것에 의해, 단색 LED나 다색 LED를 채용한 경우보다, 표시색의 색순도를 높일 수 있다. 따라서, 광원에 레이저를 채용한 액정 표시 장치(800)는, 다른 광원을 채용한 액정 표시 장치보다, 선명한 색채 표현이 가능하게 된다. 또한, 레이저는, 단색 LED와 비교하여 고출력이다. 또한, 레이저는, 고전류를 흘렸을 때의 전기-광 변환 효율이 높다. 이 때문에, 액정 표시 장치(800)는, 소형, 고출력 및 저소비 전력을 실현하는 것이 가능하다.
특히, 실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)는, 적색에 레이저를 채용하고 있다. 이것은, 이하의 이유 때문이다.
첫 번째 이유는, 기존의 백라이트 장치에 널리 이용되고 있는 백색 LED의 경우에는, 적색역의 광의 에너지양이 적다고 하는 이유이다. 특히, 적색역의 광 중 순적색으로서 바람직한 630~640㎚의 광의 비율은 매우 적다. 이 때문에, 이 파장 영역에서 색순도를 높이려고 하면, 필터의 투과 광량이 매우 떨어져, 현저하게 휘도가 저하된다고 하는 문제가 발생한다. 왜냐하면, 색순도를 높이기 위해, 액정 표시 소자(1)가 갖는 필터의 파장폭을 좁히기 때문이다. 다시 말해, 필터를 투과하는 광의 파장폭은 좁아지고, 광량이 줄어들기 때문이다.
두 번째 이유는, 적색은 색차에 대한 인간의 감도가 높은 색이라고 하는 이유이다. 예컨대, 백색 LED와 비교하여 파장 대역폭이 좁은 적색의 단색 LED의 파장 대역폭은, 수십 ㎚ 정도이다. 이에 비하여, 적색의 레이저의 파장 대역폭은, 수 ㎚ 정도밖에 안 된다. 적색에 있어서의 이 파장 대역폭의 차이는, 인간의 시각에는, 보다 현저한 차이가 되어 느껴진다. 파장 대역폭의 차이는, 색순도의 차이이다.
따라서, 3원색의 색 중에서도 특히, 적색의 광을 레이저로 대체하는 것에 의한 저소비 전력화에 대한 효과는 높고, 또한, 색순도 향상에 대한 효과는 높다. 이러한 이유에서, 실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)에 있어서는, 적색의 광원에 대하여 레이저를 적용하고 있다.
또한, 종래, 백색 LED나 파장 대역폭이 넓은 적색의 단색 LED를 사용한 경우에 있어서는, 적색의 광의 일부가 스펙트럼이 인접하는 녹색의 필터를 투과하는 것에 의해, 녹색의 색순도도 저하시키고 있었다. 여기서, 백색 LED란, 청색에서 적색까지의 연속 스펙트럼을 갖는 LED이다. 그러나, 실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)에 있어서는, 적색의 색순도가 증가하기 때문에, 녹색 필터를 투과하는 적색의 광량이 감소한다. 이 때문에, 액정 표시 장치(800)는, 녹색의 색순도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 액정 표시 장치(800)에 있어서는, 청색의 광과 녹색의 광은, 청색의 단색 LED와 청색의 광을 흡수하고 녹색을 발광하는 형광체를 구비하는 청록색 LED에 의해 생성하고 있다. 녹색에 대해서는, 녹색의 광을 발광하는 단색 LED나 단색 레이저의 채용도 생각된다. 그러나, 이러한 LED나 레이저는, 디스플레이에 적용 가능한 간이하고 소형인 것에 있어서, 형광체를 사용한 다색 LED와 비교하여 저소비 전력이나 고출력화의 관점에서 떨어진다. 그래서, 실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)는, 장치의 간이화, 소형화 및 저소비 전력화를 위해, 녹색의 광은, LED나 레이저 등의 발광 소자가 아니라, 형광체를 이용하는 구성으로 하고 있다.
실시의 형태 4에 있어서, 청색의 단색 LED는, 청색의 광을 발광하고, 또한, 녹색 형광체를 여기하고 있다. 보다 색 재현 범위를 넓히기 위해, 청색의 단색 LED 대신에 청색의 레이저를 채용하는 것도 유효하다. 그러나, 실시의 형태 4의 광원(10)과 같이, 청색의 발광 소자에 의해 형광체를 여기하고 다른 색의 광을 얻는 구성으로 하고 있다. 이러한 구성에서는, 청색의 발광 소자로서 레이저보다 LED를 채용하는 것이 바람직하다. 이하에 이유를 말한다.
LED는 저전류 구동이고 저출력인 것에 비하여, 레이저는 고전류 구동이고 고출력이다. 이 때문에, 구동시의 레이저로부터의 발열량은 매우 크다. 또한, LED로부터 출사되는 광은, 넓은 발산각을 갖는 것에 비하여, 레이저로부터 출사되는 광은, 매우 좁은 발산각을 갖는다. 이 때문에, 레이저의 경우, 형광체에 입사하는 여기광의 강도 밀도(형광체의 단위 체적당 입사하는 광의 강도)는, 매우 높아진다. 형광체에 입사하여 흡수된 광은, 일부가 다른 파장으로 변환되어 외부로 방사된다. 그리고, 그 밖의 광은, 주로 열에너지가 된다. 일반적으로, 형광체의 내부 변환 효율(흡수되는 광량에 대한 다른 파장의 광으로 변환되는 광량)은, 40%~80% 정도이다. 즉 동시에 발생하는 열에너지는, 입사한 빛에너지의 20%~60%에 이른다. 따라서, 고출력이고 광 강도 밀도가 높은 레이저의 광이 입사한 형광체의 발열량은 매우 커진다.
형광체를 구비하는 레이저의 발열량이 증가하면, 형광체의 온도가 상승한다. 또한, 청색의 광을 흡수하는 형광체 자신의 발열량이 증가하면, 형광체의 온도가 상승한다. 형광체의 온도가 상승하면, 형광체의 내부 변환 효율이 대폭 저하된다. 이 때문에, 휘도의 저하나 소비 전력의 증가라고 하는 문제가 발생한다. 따라서, 실시의 형태 4에 있어서의 광원(10)은, 청색의 LED와, 이 청색의 광에 의해 여기되어 녹색의 광을 발하는 형광체를 구비한 청록색 LED를 채용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)는, 저소비 전력으로 색 재현 범위를 효율적으로 확대하는 구성을 하고 있다. 다시 말해, 3원색의 광원 중, 적색에만 레이저를 채용하고 있다. 청색과 녹색에는, 청록색 LED를 채용하고 있다. 청록색 LED는, 청색의 단색 LED와 그 청색의 광을 흡수하고 녹색의 광을 발광하는 형광체를 구비하고 있다. 이에 의해, 종래의 액정 표시 장치와 비교하여, 간이하고 저렴한 구성으로, 저소비 전력으로 넓은 색 재현 범위를 실현하는 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하다. 종래의 액정 표시 장치란, 백색 LED를 채용한 액정 표시 장치, 3원색의 단색 LED를 채용한 액정 표시 장치 및 3원색의 단색 레이저를 채용한 액정 표시 장치 등이다.
실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)와 같이, 백라이트 유닛의 광원으로서 단색성이 우수한 레이저 광원을 채용하는 것에 의해, 표시색의 색순도를 높일 수 있다. 결과적으로, 종래 널리 이용되고 있는 형광 램프나 LED를 광원으로 채용한 경우보다 선명한 색채 표현이 가능한 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.
실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)에 있어서는, 광원(6)에 단색의 적색 레이저 광원을 적용하고, 광원(10)에 청색과 녹색이 혼색된 광을 발광하는 광원을 적용한 구성으로 하고 있다. 상술한 바와 같이, 황색 형광체를 이용한 백색 LED에서는, 특히 적색역의 발광 스펙트럼의 에너지양이 적다. 또한, 적색은, 색차에 대한 인간의 감도가 높은 색이다.
또, 실시의 형태 4에 있어서는, 광원(6)에 640㎚에 피크 파장을 갖는 적색 레이저 광원을 채용했다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 파장이 다른 적색의 광선을 출사하는 레이저 광원을 채용하더라도 좋다. 혹은, 청색이나 녹색의 광선을 출사하는 가시 단색광의 레이저 광원을 채용하더라도 좋다. 예컨대, 비교적 단색성이 우수한 단색광을 발광하는 LED를 광원(6)으로서 채용하는 것도 유효하다. 그러나, 보다 넓은 색 재현 영역을 얻기 위해서는, 가능한 한 파장폭이 짧은 레이저 광원을 채용하는 쪽이 색 재현 영역의 광역화에 대한 효과가 높아 바람직하다. 파장폭이 짧은 레이저 광원이란, 단색성이 우수한 레이저 광원이다. 또, 실시의 형태 4에 있어서는, 단색 광원으로서 채용한 광원(6)에 대하여, 보색의 광을 출사하는 광원(10)을 채용하고 있다. 다시 말해, 광원(6)과 광원(10)에 의해, 백색의 광을 만들어낸다. 여기서, 광원(6)은 제 1 광원이다. 그리고, 광원(10)은 제 2 광원이다.
일반적으로, 광원(6)에는, 형광 램프나 LED를 이용할 수 있다. 그러나, 액정 표시 소자(1)가 갖는 컬러 필터의 투과 파장역을 좁게 설정하고 색순도를 높이는 경우에는, 컬러 필터에 의한 광의 손실이 증가하여 화상의 휘도가 저하되어 버린다. 한편, 실시의 형태 4에서는, 광원(6)의 단색성을 높여 색순도를 향상시키고 있으므로, 컬러 필터에 있어서의 광의 손실은 감소한다. 다시 말해, 화상의 밝기의 저하를 억제할 수 있다. 그리고, 액정 표시 장치(800)는, 저소비 전력을 실현할 수 있다. 또한, 화상의 색순도를 높일 수 있다.
또한, 광원(6)으로서 적색의 단색 LED를 채용하는 것도 생각된다. 하지만, 단색의 LED 광원에 비하여, 레이저 광원 쪽이, 단색성이 우수하다. 이 때문에, 표시 장치(800)는, 보다 선명한 영상을 제공할 수 있다. 또한, 레이저 광원은, 저소비 전력 구동도 가능하다. 그리고, 그 높은 지향성에 의해 도광 소자(5)에 대한 결합 효율을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 액정 표시 장치(800)는, 저소비 전력화를 실현할 수 있다고 하는 이점을 갖는다. 또한, 액정 표시 장치(800)는, 고휘도화를 실현할 수 있다고 하는 이점을 갖는다.
또한, 실시의 형태 4에 의하면, 예컨대, 제어부(51)는, 각 광원 구동부(53a, 53b)를 개별적으로 제어하여, 제 1 광원(6)으로부터 출사되는 적색의 조명광(62)의 휘도와, 광원(10)으로부터 출사되는 청록색의 광선(871)의 휘도의 비율을 조정하는 것이 가능하다. 이 때문에, 제어부(51)는, 각 영상 신호(54)가 필요로 하는 각 색의 휘도의 비율에 따라 각 광원의 발광량을 조정할 수 있다. 이에 의해, 액정 표시 장치(800)는 저소비 전력화를 실현할 수 있다.
실시의 형태 4에 따른 백라이트 장치(303)는, 발산각이나 발광량이 다른 복수의 종류의 광원을 구비하고 있다. 이러한 경우에도, 도광 소자(5)를 도광판(811)의 측면에 구비하는 간이하고 소형인 구성에 의해, 각 광원으로부터 출사되는 광의 휘도 분포를 균일화하여, 효율적으로 복수의 종류의 광을 혼합할 수 있다. 따라서, 복수의 종류의 광원이 서로 다른 색의 광을 출사하는 경우에도, 색 얼룩을 억제한 양호한 화상을 표시할 수 있는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한, 실시의 형태 4에 의하면, 광원에 레이저 등의 단색 광원을 채용하는 것이 가능하게 되기 때문에, 색 재현 범위가 넓은 선명한 영상을 표시할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
실시의 형태 4에 있어서는, 도광 소자(5)는, Y축 방향인 도광판(811)의 장변 방향으로 배치하는 구성으로 설명했다. 그러나, 이것에 한정되는 것은 아니다. 도광판(811)의 이면에 배치하는 광 확산 반사부(812)를 설계하는 것에 의해, 도광판(811)의 단변측에 배치하더라도 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시의 형태 4에 있어서, 광원(6)은, 광 입사면(5a)으로부터 Y축 방향으로 광선(61)을 출사하도록 배치되어 있다. 광 입사면(5a)은, 도광 소자(5)의 단변으로 이루어지는 단면이다. 그러나, 도 16에 나타내는 바와 같이, 광원(6)을 광원(10)과 Y축 방향으로 나란히 설치할 수 있다. 광원(6)으로부터 +X 방향으로 출사된 광선(61)은, 프리즘(851) 등의 광을 굴절시키는 효과를 갖는 광학 소자를 이용하여 도광 소자(5)의 광 입사면(5a)에 유도되고 있다. 또한, 도광 소자(5)의 단면을 가공하여 반사면 등을 형성하고, 광원(6)으로부터 출사된 광선(61)의 진행 방향을 Y축 방향으로 변경하는 구성으로 하더라도 좋다.
또한, 실시의 형태 4에 있어서는, 미세 광학 소자(17)를 볼록 렌즈 형상으로 했다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 도광 소자(5) 내를 Y축 방향으로 진행하는 광선(61)을, X축 방향으로 굴절시키고, 도광판(811)의 광 입사면(811a)을 향해 출사하는 구조를 갖고 있으면, 다른 형상이더라도 좋다. 예컨대, 프리즘 형상으로 이루어지는 미세 광학 소자를 채용하더라도 좋다. 또한, 임의의 요철 패턴으로 이루어지는 미세 광학 소자를 채용하더라도 좋다.
단, 볼록 렌즈 형상은, 투명한 구조이고 광선을 굴절시키는 것이 가능하다. 또한, 프리즘 등의 구조에 비하여 간이한 형상이다. 이 때문에, 볼록 렌즈 형상은, 제작이 용이하다고 하는 이점이 있다. 또한, 볼록 렌즈 형상은, 도광 소자(5)가 길어진 경우에도, 인쇄에 의한 제작이 가능하기 때문에, 용이하게 대응할 수 있다. 또한, 샌드블래스팅(sandblasting) 등에 의한 임의의 요철 형상으로도 광선을 Z축 방향으로 굴절시킬 수는 있다. 그러나, 볼록 렌즈 형상의 경우는, 볼록 형상의 설계가 가능하다. 이 때문에, 선 형상 광원으로서의 균일한 공간 휘도 분포의 설계가 용이하다고 하는 이점이 있다.
또한, 실시의 형태 4에 의하면, 레이저 광선(광선(61))이 도광 소자(5) 내 및 도광판(811) 내를 다중 반사하면서 전파한다. 이에 의해, 종래, 간섭성이 높은 레이저 광원을 이용한 화상 표시 장치에서 문제가 되는 스펙클 노이즈가 저감된다고 하는 효과도 얻을 수 있다.
실시의 형태 5.
도 17은 본 발명에 따른 실시의 형태 5의 액정 표시 장치(투과형 액정 표시 장치)(801)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 실시의 형태 5의 액정 표시 장치(801)는, 제 1 광원인 광원(6)이 2개 있고, 도광 소자(85)의 단변으로 이루어지는 2개의 단면에 대향하도록 배치되어 있는 점에 있어서, 실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)와 상이하다. 또, 도광판(811)은, 액정 표시 소자(1)의 -Z축 방향으로 배치되어 있다. 상기 차이점을 제외하고, 실시의 형태 5의 액정 표시 장치(801)는, 기본적으로 실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)와 같다. 도 17에 있어서, 실시의 형태 4에서 설명한 액정 표시 장치(800)의 구성 요소와 동일하거나 또는 대응하는 구성 요소에는, 같은 부호를 붙인다.
도 18은 본 발명에 따른 실시의 형태 5의 도광 소자(85)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이며, 도광 소자(85)의 광 입사면(85b)측을 본 도면이다. 광 입사면(85b)은, 광원(10)으로부터의 광선(871)이 입사하는 측의 제 2 광 입사면이다. 도광 소자(85)는, 실시의 형태 4에 나타낸 도광 소자(5)와 마찬가지로 투명 재료로 이루어진다. 또한, 도광 소자(85)는, 실시의 형태 4에 나타낸 도광 소자(5)와 마찬가지로 봉 형상 부재이다. 광 입사면(85b)에는, 광학 소자인 미세 광학 소자(17)를 갖는다. 광 입사면(85b)은, 도광판(811)과 대향하는 광 출사면(85c)의 반대측의 면이다. 광 입사면(85b)은, 제 2 광 입사면이다.
도광 소자(85)의 광 입사면(85a, 85d)은, 미세 광학 소자(85e)를 갖는다. 미세 광학 소자(85e)는, Y-Z 단면에 있어서 삼각형 모양의 복수의 프리즘이 Z축 방향으로 배열되는 구조를 하고 있다. 광원(6a, 6b)으로부터 출사된 광선(61)은, 미세 광학 소자(85e)를 투과한다. 그때, 광선(61)의 발산각의 각도 중심에 집중되어 있던 광이, 발산각의 각도 중심에 대하여 넓은 각도를 갖는 광으로 변환된다. 광선(61)은, 미세 광학 소자(85e)를 투과하는 것에 의해 Y-Z 평면상에서 넓은 각도 휘도 분포를 갖는다. 넓은 각도 휘도 분포의 광선(61)이, 광학 소자(15)를 통해 조명광(62)으로서 도광판(811) 내에 입사한다. 조명광(62)은, 도광판(811)의 두께 방향으로 넓은 발산각을 갖는다. 이 때문에, 조명광(62)에 대한 도광판(811)의 광 추출 효율이 향상된다. 액정 표시 장치(801) 및 액정 표시 장치(801)에 구비되어 백라이트 유닛의 고휘도화라고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 액정 표시 장치(801) 및 액정 표시 장치(801)가 구비하는 백라이트 유닛의 저소비 전력화라고 하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 조명광(62)이 도광판(811)을 통과하는 것에 의해 생성되는 면 형상의 광의 면 내의 공간 휘도 분포가 균일화된다. 이에 의해, 조명광(62)과 광원(10)으로부터 출사되는 광선(871)을, 얼룩 없이 혼색하는 것도 가능하다. 이 때문에, 액정 표시 장치(801)는, 색 얼룩을 억제하고, 양호한 화질을 제공할 수 있다. 이 미세 광학 소자(85e)는, 실시의 형태 4의 도 12 및 도 16에 나타내는 도광 소자(5)에 채용할 수 있다.
미세 광학 소자(17)의 배치 밀도는, 광원(6a, 6b)으로부터 출사된 광선(61)의 진행 방향(도 17 및 도 18에 있어서의 Y축 방향)의 위치에 대하여 변화하고 있다. 자세하게는, 도광 소자(85)에 있어서의 광 입사면(85a) 및 광 입사면(85d)의 근방으로부터, 도광 소자(85)의 Y축 방향의 중심 위치를 향해 점점 높게 연속적으로 변화하고 있다. 광원(6a, 6b)은, 제 1 광원이다. 광 입사면(85a)은, 제 1 광 입사면이다. 광 입사면(85d)은, 제 3 광 입사면이다.
광원(6a, 6b)으로부터 출사된 적색의 광선(61)은, 각각 도광 소자(85) 내를 전반사하면서 전파한다. 복수의 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d)로부터 방사된 청록색의 광선(871)은, 도광 소자(85)의 광 입사면(85b)으로부터 도광 소자(85) 내에 입사한다. 광선(871)은, 미세 광학 소자(17)를 투과할 때에 산란한다. 그리고, 광선(871)은, 광원(6a, 6b)으로부터 출사된 적색의 조명광(62)과 섞인다. 그 후, 조명광(62) 및 광선(871)은, 도광 소자(85)의 광 출사면(85c)으로부터 도광판(811)을 향해 출사된다.
광 입사면(85a, 85d)으로부터 도광 소자(85) 내에 입사한 광선(61)은, 미세 광학 소자(17)에 의해 서서히 도광판(811)을 향하는 방향으로 출사된다. 이 때문에, 도광 소자(85) 내의 광량은, Y축 방향의 중심 위치에 접근함에 따라 감소한다. 그러나, 미세 광학 소자(17)의 배치 밀도는, 도광 소자(85)의 Y축 방향의 중심 위치에 접근함에 따라 높아진다. 이 때문에, 도광 소자(85) 내를 전파하는 광선(61)의 광량에 대하여 미세 광학 소자(17)에 입사하는 광량의 비율이 늘어난다. 결과적으로, 도광 소자(85)의 광 출사면(85c)으로부터 도광판(811)을 향해 출사되는 적색의 조명광(62)은, Y축 방향에 있어서의 공간 휘도 분포가 균일한, 즉, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 된다.
한편, 청록색의 광선(871)을 출사하는 광원(10)은, 실시의 형태 4의 광원(10)과 같은 구성이다. 이 때문에, 광원(10)을 구성하는 발광 소자는, 광원(6a, 6b)과 달리 발산각이 큰 발광 소자이다. 다시 말해, 광선(871)은, 도광 소자(85)를 투과하는 것만으로도, 광원(6a, 6b)으로부터 출사된 적색의 광선(61)(조명광(62))과 마찬가지로, Y축 방향에 있어서의 공간 휘도 분포가 균일한, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 된다.
도광 소자(85)는, 도광판(811)의 광 입사면(811a)에 대향하여 배치되어 있다. 조명광(62) 및 광선(871)은, 각각 도광 소자(85)의 광 출사면(85c)으로부터, 광 전파 방향에 수직인 단면 형상이 선 형상인 광(선 형상 광원으로부터 출사된 광과 같은 광)이 되어 도광판(811)에 출사된다. 여기서, 조명광(62)은, 광원(6a, 6b)으로부터 출사된 적색의 광(광선(61))이다. 또한, 광선(871)은, 광원(10)으로부터 출사된 청록색의 광(광선(871))이다. 제어부(51)는, 각 광원 구동부(53a, 53b)를 개별적으로 제어하여, 광원(6)으로부터 출사되는 적색의 광선(61)의 휘도와, 광원(10)으로부터 출사되는 청록색의 광선(871)의 휘도의 비율을 조정한다. 도광 소자(85)는, 백색의 선 형상 광원으로서 기능한다. 광 입사면(811a)은, 도광판(811)의 -X축 방향의 단면이다. 또한, 광 출사면(85c)은, 도광판(811)과 대향하는 면이다.
또, 실시의 형태 5의 액정 표시 장치(801)에 있어서의 그 밖의 구성은, 실시의 형태 4의 액정 표시 장치(800)에 있어서의 그것과 같다. 그 밖의 구성은, 액정 표시 소자(1), 제 1 광학 시트(31), 제 2 광학 시트(32), 도광판(811) 및 광 반사 시트(15)를 포함한다. 또한, 실시의 형태 5에 있어서, 실시의 형태 4의 도 16에서 나타낸 프리즘(851) 등의 광을 굴절시키는 효과를 갖는 광학 소자를 채용할 수 있다.
일반적으로는, 액정 표시 장치의 화면 사이즈가 커짐에 따라, 백라이트 유닛은 보다 많은 광량의 조명광을 출사하는 것이 요구된다. 화이트 밸런스를 유지하면서, 백라이트 유닛으로부터 출사되는 조명광의 광량을 늘리기 위해서는, 일반적으로는, 각각의 광원의 발광 강도를 증가시키거나, 광원의 수를 늘리는 것이 필요하게 된다. 그러나, 사각기둥 형상의 도광 소자의 동일한 광 입사면(85a)에 광원을 나란히 배열하여 광선을 입사시키는 것은 어렵다. 왜냐하면, 도광 소자의 X축 방향의 변의 길이는, 지향성이 높은 광선(61)을 짧은 광학 거리에서 반사시키기 위해, 짧게 할 필요가 있기 때문이다. 또한, Z축 방향의 변의 길이는, 광 효율을 높이기 위해, 도광판(811)의 두께보다 얇게 할 필요가 있으며, 길게 할 수는 없기 때문이다. 이 때문에, 광원의 수를 늘리는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.
실시의 형태 5에 의하면, 도광 소자(85)의 양단의 광 입사면(85a, 85d)에 광원(6a, 6b)을 배치할 수 있다. 이와 같이, 실시의 형태 5에 의하면, 하나의 도광 소자(85)에 2개의 광원(6a, 6b)을 설치하는 것이 가능하게 되므로, 액정의 사이즈가 커진 경우에도 화이트 밸런스를 확보하면서, 백라이트 유닛으로서 충분한 광량을 얻는 것이 가능하게 된다.
실시의 형태 6.
도 19는 본 발명에 따른 실시의 형태 6의 액정 표시 장치(투과형 액정 표시 장치)(802)의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 실시의 형태 6의 액정 표시 장치(802)는 두 개의 도광 소자(85)가, 제 1 광원인 광원(6a, 6b) 또는 광원(6c, 6d)과, 제 2 광원인 광학 소자(광원)(10a, 10b, 10c, 10d) 및 광학 소자(광원)(10e, 10f, 10g, 10h)를 동반하여, 액정 표시 소자(1)를 사이에 두고, 대향하여 배치되어 있는 점에 있어서, 실시의 형태 5의 액정 표시 장치(801)와 상이하다. 이 점을 제외하고, 실시의 형태 6의 액정 표시 장치(802)는, 기본적으로는 실시의 형태 5의 액정 표시 장치(801)와 같다. 도 19에 있어서, 실시의 형태 5에서 설명한 액정 표시 장치(801)의 구성 요소와 같거나 또는 대응하는 구성 요소에는, 같은 부호를 붙인다.
도 19에 나타내는 바와 같이, 두 개의 도광 소자(85)는, 도광판(811)을 X축 방향의 양측으로부터 사이에 두도록 배치되어 있다. 또, 도광판(811)은, 액정 표시 소자(1)의 -Z축 방향으로 배치되어 있다. 광원(6a, 6c)은, 다른 도광 소자(85)의 광 입사면(85a)과 대향하도록 하나의 광 입사면(85a)에 1개 배치되어 있다. 광원(6b, 6d)은, 다른 도광 소자(85)의 광 입사면(85d)과 대향하도록, 하나의 광 입사면(85d)에 1개 배치되어 있다. 바꿔 말하면, 4개의 광원(6a, 6b, 6c, 6d)은, 광 입사면(85a, 85d)과 대향하도록, 하나의 광 입사면(85a, 85d)에 각각 1개씩 배치되어 있다. 광 입사면(85a, 85d)은, 도광 소자(85)의 단변으로 형성되어 있다.
도광판(811)의 -X축 방향으로 배치된 도광 소자(85)의 -X축 방향으로는, 광 입사면(85b)과 대향하여 복수의 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d)가 배치되어 있다. 또한, 도광판(811)의 +X축 방향으로 배치된 도광 소자(85)의 +X축 방향으로는, 광 입사면(85b)과 대향하여 복수의 발광 소자(10e, 10f, 10g, 10h)가 배치되어 있다.
광원(6a, 6b, 6c, 6d)으로부터 출사된 광선(61)은, 도광 소자(85)의 안을 전파한다. 미세 광학 소자(17)에 입사한 광선(61)은, 도광판(811)의 방향으로 굴절되어 광 출사면(85c)으로부터 도광판(811)을 향해 조명광(62)으로서 출사된다. 한편, 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h)로부터 출사된 광선(871)은, 도광 소자(85)의 광 입사면(85b)으로부터 입사되고, 광 출사면(85c)으로부터 도광판(811)을 향해 출사된다.
실시의 형태 6에 의하면 4개의 광원(6a, 6b, 6c, 6d)을 배치할 수 있기 때문에, 실시의 형태 4에 비하여 4배의 광원을 배치할 수 있다. 또한, 실시의 형태 6에 의하면, 실시의 형태 5에 비해서는, 2배의 광원을 배치할 수 있다. 이 때문에, 실시의 형태 6은, 액정 표시 장치(802) 및 액정 표시 장치(802)가 구비하는 백라이트 유닛의 고휘도화에 대하여 유효하다.
실시의 형태 6에 있어서의 도광판(811)은, 투명 부재로 형성되어 있다. 또한, 도광판(811)은, 예컨대, 두께 4㎜의 판 형상 부재이다. 도광판(811)은, 그 이면에 배치된 광원(6a, 6b, 6c, 6d) 및 발광 소자(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h)로부터 출사된 광선(61, 871)을, 액정 표시 소자(1)의 배면(1b)을 향해 출사하기 위한 광 확산 반사부(812)를 갖는다. 도 20에 나타내는 바와 같이, 광 확산 반사부(812)는, 예컨대, 도광판(811)의 이면에, 확산 반사재를 점 모양으로 인쇄하는 것에 의해 구성할 수 있다. 그때, 점 모양으로 인쇄되는 확산 반사재의 밀도를, 광 입사면(811a)의 근방에 있어서는 낮게 하고, 두 개의 도광 소자(85)로부터 멀어져, 도광판(811)의 X축 방향의 중심에 가까워짐에 따라 높아지는 분포로 한다. 광 입사면(811a)은, 두 개의 도광 소자(85)로부터 출사되는 조명광(62) 및 광선(871)이 입사하는 단면이다. 이에 의해, 도광판(811)으로부터 출사되는 조명광(810)의 X-Y 평면에 있어서의 면 내의 공간 휘도 분포를, 균일하게 하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 조명광(810)은, 조명광(62) 및 광선(871)이 혼합되어 생기는 광선(809)으로부터 생기는 조명광이다.
또, 실시의 형태 6에 있어서, 그 밖의 구성은, 실시의 형태 5에 나타내는 액정 표시 장치(801)와 같다. 그 밖의 구성은, 액정 표시 소자(1), 제 1 광학 시트(31), 제 2 광학 시트(32), 도광판(811) 및 광 반사 시트(15)를 포함한다. 또한, 실시의 형태 6에 있어서, 실시의 형태 4의 도 16에서 나타낸 프리즘(851) 등의 광을 굴절시키는 효과를 갖는 광학 소자를 채용할 수 있다.
실시의 형태 6에 따른 백라이트 유닛은, 레이저 광원을 포함하는, 보다 많은 광원을 구비할 수 있다. 또한, 실시의 형태 6에 따른 백라이트 유닛은, 액정 표시 소자(1)의 사이즈가 커진 경우에도, 화이트 밸런스를 확보할 수 있다. 또한, 실시의 형태 6에 따른 백라이트 유닛은, 충분한 광량을 얻는 것이 가능하다. 이 때문에, 실시의 형태 6에 따른 백라이트 유닛은, 액정 표시 장치(802)의 화상 표시면의 고휘도화에 유효하다. 또한, 실시의 형태 6에 따른 백라이트 유닛은, 백라이트 유닛의 광 출사면의 고휘도화에 유효하다.
또, 특별히 도면을 나타내어 설명은 행하지 않지만, 도광 소자(85)를, 도광판의 4변 모두에 대향하도록 4개 배치할 수 있다. 예컨대, 도광판(811)의 이면에 도포하는 확산 반사재의 밀도를, 도광판(811)의 각 변으로부터 중심을 향함에 따라, 점점 높아지는 분포로 한다. 이에 의해, 화이트 밸런스를 유지하면서, 보다 많은 광량을 방사 가능한 백라이트 유닛을 얻을 수 있다.
또, 상술한 각 실시의 형태에 있어서는, "평행"이나 "수직" 등의 부품 사이의 위치 관계 또는 부품의 형상을 나타내는 용어를 이용하고 있는 경우가 있다. 또한, 상술한 각 실시의 형태에 있어서는, 대략 정사각형, 대략 90도 및 대략 평행 등 "대략" 또는 "거의" 등의 용어를 붙인 표현을 이용하고 있는 경우가 있다. 이들은, 제조상의 공차나 조립상의 격차 등을 고려한 범위를 포함하는 것을 나타내고 있다. 이 때문에, 특허청구범위에 비록 "대략"을 기재하지 않는 경우에도, 제조상의 공차나 조립상의 격차 등을 고려한 범위를 포함하는 것이다. 또한, 특허청구범위에 "대략"을 기재한 경우는, 제조상의 공차나 조립상의 격차 등을 고려한 범위를 포함하는 것을 나타내고 있다.
(산업상이용가능성)
이상과 같이, 본 발명은, 면 내의 공간 휘도 분포가 균일한 액정 표시 장치 및 백라이트 유닛에 대하여 유용하며, 고화질, 멋진 액정 표시 장치를 실현한다.
1 : 액정 표시 소자 1a : 표시면
1b : 배면 15 : 광 반사 시트
2, 7 : 제 1 백라이트 유닛 3, 4 : 제 2 백라이트 유닛
31, 32 : 광학 시트 5, 85 : 도광 소자
5a, 5b, 85a, 85b, 85d, 811a : 광 입사면
5c, 85c : 광 출사면
100, 600, 700, 800, 801, 802 : 액정 표시 장치
200a, 200b, 77a, 77b : 면 레이저 광원부
300, 301, 302, 303 : 백라이트 장치
6, 6a, 6b, 6c, 6d, 10, 20a, 20b, 70a, 70b : 광원(발광 소자)
12, 812 : 광 확산 반사부 13 : 입사광
14, 33a, 33b, 37a, 37b, 810, 62 : 조명광
21a, 21b, 11, 71a, 71b, 811 : 도광판
22a, 22b, 72a, 72b : 광(출사광) 61, 809, 871 : 광선
23a, 23b, 73a, 73b : 단면 24a, 24b, 74a, 74b : 이면
25a, 25b, 75a, 75b, 85e, 850, 17 : 미세 광학 소자
851 : 프리즘
26a, 26b, 76a, 76b : 광 전파부
27a, 27b, 78a, 78b : 광학 소자부
51 : 제어부 52 : 액정 표시 소자 구동부
53a, 53b : 광원 구동부 54 : 영상 신호
55 : 액정 표시 소자 제어 신호 56a, 56b : 광원 제어 신호
80p, 81p : 레이저광 80, 81 : 레이저 발광 소자
40, 41, 42, 43, 44, 45, 80q, 81q, 82q : 휘도 분포

Claims (12)

  1. 출사할 때에 점 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 제 1 광을 발하는 제 1 광원과,
    제 2 광을 발하는 제 2 광원과,
    상기 제 1 광이 입사되고, 상기 제 1 광을, 상기 점 형상의 공간 휘도 분포로부터 선 형상의 공간 휘도 분포로 바꾸어 출사하는 제 1 공간 휘도 분포 변환부와,
    상기 선 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 상기 제 1 광과, 상기 제 2 광이 입사되고, 입사된 상기 제 1 광의 공간 휘도 분포 및 입사된 상기 제 2 광의 공간 휘도 분포를, 면 형상의 공간 휘도 분포로 바꾸어, 상기 제 1 광 및 상기 제 2 광을 출사하는 제 2 공간 휘도 분포 변환부와,
    상기 제 1 광원의 광 출사면으로부터 상기 제 1 광이 입사하는 상기 제 2 공간 휘도 분포 변환부의 광 입사면까지의 광로상에 마련되고, 상기 제 1 광의 지상축(slow axis) 방향의 상기 제 1 광의 발산각을 상기 광로상에 있어서 넓게 하는 광학 소자
    를 구비하고,
    상기 제 1 광은, 레이저광이며,
    상기 제 2 광은, 상기 제 1 광원으로부터 출사될 때의 상기 제 1 광의 발산각보다 큰 발산각을 갖고,
    상기 제 2 공간 휘도 분포 변환부에 입사하는 상기 제 1 광의 지상축 방향이, 상기 면 형상의 광의 출사 방향과 평행이며,
    상기 제 1 공간 휘도 분포 변환부는, 상기 제 2 광을 투과시키는
    면 형상 광원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공간 휘도 분포 변환부는, 사각기둥 형상의 도광 소자이며,
    상기 제 2 공간 휘도 분포 변환부는, 판 형상의 도광판이며,
    상기 도광 소자는, 상기 도광판과 동일한 평면상에 배치되고,
    상기 도광 소자의 상기 광 출사면은, 상기 도광판의 상기 광 입사면과 대향하고,
    상기 제 1 광원은, 상기 도광 소자의 양단에 형성된, 상기 도광 소자의 단변(短邊)으로 이루어지는 2개의 면 중 적어도 1개에 대향하여 배치되고,
    상기 제 2 광원은, 상기 도광 소자의 장변(長邊)과 단변으로 이루어지는 측면 중 적어도 1개와 대향하여 배치되는
    면 형상 광원 장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 도광 소자에 입사하는 상기 제 1 광의 지상축 방향은, 상기 면 형상의 공간 휘도 분포를 갖는 광의 출사 방향과 평행인 면 형상 광원 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광은, 630㎚~650㎚의 파장 대역 내의 어느 한 파장을 주 파장으로 하는 면 형상 광원 장치.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 면 형상 광원 장치를 백라이트 장치로서 구비하는 액정 표시 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
KR1020127026765A 2010-04-15 2011-04-14 면 형상 광원 장치 및 액정 표시 장치 KR101427503B1 (ko)

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