CN101346580A - 面状照明装置和液晶显示装置 - Google Patents

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CN101346580A CNA2006800491399A CN200680049139A CN101346580A CN 101346580 A CN101346580 A CN 101346580A CN A2006800491399 A CNA2006800491399 A CN A2006800491399A CN 200680049139 A CN200680049139 A CN 200680049139A CN 101346580 A CN101346580 A CN 101346580A
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Abstract

提供一种照射高亮度且单色性良好的光的面状照明装置和使用该面状照明装置的液晶显示装置。面状照明装置(11)具有射出红色、绿色和蓝色激光的激光光源(12)；与激光光源光学连接，传播从激光光源射出的激光且平面状配置的至少一个光波导机构(14)；设于光波导机构的表面侧，使在光波导机构内传播的激光扩散后，从一方的主面(21)射出的面状的导光板(15)；和设于导光板的另一方的主面侧，将在光波导机构内传播的激光引导至导光板的多个光取出机构(19)。

Description

面状照明装置和液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种使用激光的面状照明装置和使用上述面状照明装置的液晶显示装置。
背景技术
液晶显示装置一般具有使用放电管、发光二极管(LED)等的光源的面状照明装置作为显示器面板等的背光灯照明。在将该面状照明装置用于大型显示器的情况下，寻求高亮度且单色性强的光和使来自光源的光均匀地照射的方法。
在专利文献1中，公开了为了获得高亮度且单色性强的光，使用红色光的半导体激光器来代替红色光的LED的例子。
另外，作为使来自光源的光均匀地照射的面状照明装置，在专利文献2公开了一种纤维光学背光面板。该纤维光学背光面板具有光纤层和由形成于其上的气泡状的形成物构成的层。在光纤层内传播的光从光纤上打开的多个孔到达其上的气泡状的层后，通过气泡被散射，扩散。由此，纤维光学背光面板均匀地照明键盘的多个键区。
进而，专利文献3～专利文献5公开了作为使来自光源的光均匀地照射的面状照明装置，通过改进光学系统，使来自光源的光在光学系统中均匀地扩散，均匀地照射液晶显示面板的例子。专利文献3利用导光板，专利文献4利用多个棱镜，专利文献5利用多个反射镜。
专利文献1：特开2005-64163号公报
专利文献2：特开平5-210017号公报
专利文献3：特开2005-38643号公报
专利文献4：特开2005-43717号公报
专利文献5：特开2005-258052号公报
专利文献1明示了对于红色光使用亮度高且单色性强的红色半导体激光器，而对于绿色光和蓝色光使用高亮度的光源则未明示。因此，若将专利文献1的面状照明装置应用于大型显示器或高亮度显示器，则光源的亮度和单色性还不充分。另外，专利文献2～5，由于在外部光散射，光量的浪费多，所以不能效率良好地利用光源的光，均匀地进行照射。
发明内容
本发明就是为了解决上述现有的问题，目的在于提供一种可以输出高亮度且单色性强的光，并效率良好地利用上述光，均匀地照射光的面状照明装置和使用该面状照明装置的液晶显示装置。
本发明的面状照明装置具有：激光光源，射出红色、绿色和蓝色的激光；平面状配置的至少一个光波导机构，与激光光源光学连接，传播从激光光源射出的激光；面状的导光板，设于光波导机构的表面侧，使在光波导机构内传播的激光扩散后，从一方的主面射出；和多个光取出机构，设于导光板的另一方的主面侧，将在光波导机构内传播的激光引导至导光板。通过使用激光光源，可以射出高亮度且单色性良好的红色光、绿色光和蓝色光。由此，可以实现色彩再现性良好的面状照明装置。另外，由光取出机构将在光波导机构内传播的激光引导至导光板，可以防止光在外部散射。由此，可以效率较高地利用光源的光。进而，通过设置多个光取出机构，对于面状的导光板，可以将从光波导机构取出的激光以均匀的亮度导入。
多个光取出机构按照和光波导机构接触的方式，在与光波导机构对应的位置二维地分布配置，是形成于导光板的另一方的主面的导光部，导光部从和光波导机构的接触部分取出激光即可。导光部也可以被设置成随着由光波导机构传播来自激光光源的激光的距离增加，光波导机构与导光部的接触部分的数量增加。导光部也可以被设置成随着由光波导机构传播来自激光光源的激光的距离增加，光波导机构与导光部的接触部分的面积增大。也可以随着由光波导机构传播来自激光光源的激光的距离增加，通过增强光波导机构与导光部的接触部分的推力，加大接触部分的面积，并且，通过增强推力，使接触部分的光波导机构的变形量增大以使折射率变化增大。也可以随着由光波导机构传播来自激光光源的激光的距离增加，通过加大导光部的与光波导机构的接触部分的形状，以使接触部分的面积增大。通过这样的构成，变得即使与激光的入射侧的距离变远也可以取出与入射侧相同的亮度的激光，可以使从另一方的主面射出的激光的亮度分布均匀。
多个光取出机构也可以是通过反射从光波导机构的端面射出的激光，照射导光板的反射镜。在这种情况下，也可以导光板具有被分割成矩阵状的多个区域，光波导机构的端面在区域内露出，各反射镜设于每个的多个领域。通过这样的构成，可以在整个较大的面积以均匀的亮度照明。
光取出机构也可以是按照将在光波导机构内传播的激光照射到导光板的方式，通过斜着切断加工光波导机构的端面形成的镜面。在这种情况下，导光板也可以具有被分割成矩阵状的多个区域，镜面设于每个的多个区域。通过这样的构成，可以在整个较大的面积以均匀的亮度照明。另外，可以简化面状照明装置的构成。
优选光波导机构保持激光的偏振面。通过这样的构成，从激光光源射出的激光保持偏振面地在光波导机构内传播，从导光板的一方的面射出。由此，若液晶显示装置的背光灯照明装置具有该面状照明装置，则可以省去激光的入射侧的偏振板。因此，光利用效率变高。
光波导机构也可以是光纤。
光纤也可以被配置成与导光板的一边平行且在导光板的两端折回。这时，若将光波导机构构成为1根的连续的光纤，则可以简化制造工序。
也可以导光板被分割成多个区域，光纤分别配置于多个区域。根据这样的构成，可以从多个光纤同时照射。另外，也可以在每个多个光纤配置激光光源。由此，可以实现和大画面的液晶显示装置等充分对应的面状照明装置。另外，对于多个光纤，也可以导入分别不同的激光，可以实现更多样的照明。
光纤也可以是多个线状的光纤。若是多个线状的光纤，则由于不需要将光纤弯折180°，所以使平面状配置光纤时的整体形状小型化。
为了在光纤的长度短的情况下也可以使激光充分地漏光(leak)，也可以在光纤内部设置散射体，也可以将光纤以蛇腹状折叠。另外，也可以将光纤的终端作为反射镜，改善纤维的输入端和终端的亮度分布的斑。也可以在激光光源和光纤之间设置偏振光束分光器(PBS)和1/4波长板，防止激光返回激光光源。
光波导机构也可以是形成于面状的光波导板的、传播来自激光光源的激光的线状的多个光波导路。
面状照明装置也可以还具有切换在光波导机构入射的激光的光路切换开关。将具有开光路切换开关的面状照明装置作为背光灯照明装置，若液晶显示装置使用，则可以实施以场序方式的变形方式即滚动方式进行的显示。
本发明的液晶显示装置具有液晶显示面板和从背面侧照明液晶显示面板的上述面状照明装置。通过这样的构成，可以实现色彩再现范围较广、高亮度且高画质的液晶显示装置。另外，由于激光光源发光效率较高，所以也可以实现低消耗功率化。
也可以面状照明装置还具有切换在光波导机构入射的激光的光路切换开关，液晶显示装置在光路切换开关同步来驱动液晶显示面板的像素。通过对应照射激光的区域来驱动液晶显示面板的像素，可以实现过去所没有的多样的液晶显示装置。例如，若将1个画面分割成多个区域，依次转换红色光、绿色光和蓝色光的激光的同时进行多个区域的照明，则可以实施以场序方式的变形方式即滚动方式来进行图像显示。通过这样的构成，可以不使用滤色器来进行彩色的图像显示，可以大幅改善光利用效率。
在液晶显示装置和面状照明装置之间也可以还具有扩散板。通过这样的构成，可以实现即使是大画面也可以具有更加均匀的亮度的液晶显示装置。
本发明的其他的构成的面状照明装置也可以具有射出红色、绿色和蓝色的激光的激光光源；与激光光源光学连接，传播从激光光源射出的激光的、平面状配置的至少一个光波导机构；设于所述光波导机构的表面侧，取出在光波导机构内传播的激光，将其从主面射出的导光板，光波导机构保持激光的偏振面。通过使用激光光源，可以射出高亮度且单色性良好的红色光、绿色光和蓝色光。由此，可以实现色彩再现性良好的面状照明装置。另外，由于光波导机构保持激光的偏振面，从激光光源射出的激光原样保持着偏振面而在光波导机构内传播，从导光板的主面射出。由此，若液晶显示装置的背光灯照明装置具有该面状照明装置，则可以省去激光的入射侧的偏振板。因此，光利用效率变高。
根据本发明的面状照明装置和具有该面状照明装置的液晶显示装置，具有可以输出高亮度且单色性强的光，并且可以有效地利用上述光，来均匀地照射光的效果。
附图说明
图1(a)是表示本发明的实施方式1的面状照明装置的示意性结构的概要的平面图，(b)是从(a)的箭头A方向观察的面状照明装置的示意性侧视图。
图2(a)是具有本发明的实施方式1的面状照明装置的液晶显示装置的构成的示意性剖视图，(b)是将(a)的液晶显示装置从背面观察的示意性结构图。
图3(a)是使导光部与光纤的接触部分的推力变化时的面状照明装置的侧视图，(b)是使与光纤的接触部分的导光部的形状变化时的面状照明装置的侧视图。
图4(a)是表示本发明的实施方式2的面状照明装置的结构的概要的示意性平面图，(b)是从(a)的箭头A方向观察的面状照明装置的示意性侧视图。
图5(a)是表示本发明的实施方式3的面状照明装置的结构的概要的示意性平面图，(b)是从(a)的箭头A方向观察的面状照明装置的示意性侧视图。
图6是具有本发明的实施方式3的面状照明装置的液晶显示装置的构成的示意性剖视图。
图7(a)是表示具有本发明的实施方式4的面状照明装置的光波导板的结构的概要的示意性平面图，(b)是沿(a)的线C-C′切断的概略的剖视图。
图8(a)是表示本发明的实施方式4的面状照明装置的结构的概要的示意性平面图，(b)是从(a)的箭头A方向观察的面状照明装置的示意性侧视图。
图9(a)是表示本发明的实施方式5的面状照明装置的结构的概要的示意性平面图，(b)是从(a)的箭头A方向观察的面状照明装置的示意性侧视图。
图10(a)是表示本发明的实施方式6的面状照明装置的结构的概要的示意性平面图，(b)是从(a)的箭头A方向观察的面状照明装置的示意性侧视图。
图11(a)是表示在本发明的实施方式7中，斜着切断光纤的端面的例子的侧视图，(b)是表示在本发明的实施方式7中，斜着切断加工光波导路的端面的例子的侧视图。
符号的说明
11、34、39、48、50、56-面状照明装置，12-激光光源，12a-红色光源，12b-绿色光源，12c-蓝色光源，13、14、36、36a、36b、36c、36d、36e、36f、37a、37b、37c、40、40a、40b、40c、42、42a、42b、42c、51、51a、51b、51c、51d、51e、51f-光纤，15、52-导光板，16-下边、17-上边，18-接触部分、19-导光部、20、30、55、60、62-激光，21-射出面，22a、22b、22c、22d-间隔，23a、23b、23c、23d-推力(pressingpressure)，24a、24b、24c-接触面，25、26-玻璃基板，27-液晶，28-电极，29-偏振板，31-液晶板，32、43-液晶显示装置，33-液晶显示面板，38-光路切换开关，44、58-光波导板，45-基板，46、46a、46b、46c、57、57a、57b、57c、57d、57e、57f-光波导路，47-金属包层(clad layer)，49、59-光连接部，53-反射镜，54、61-镜面，64-滤色器
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
[面状照明装置的结构]
在图1(a)(b)表示本发明的实施方式1的面状照明装置。图1(a)是示意性地表示本实施方式的面状照明装置11的结构的概要的平面图，图1(b)是从图1(a)的箭头A方向观察的面状照明装置的示意性侧视图。
如图1(a)所示，本实施方式的面状照明装置11具有：激光光源12；连接于激光光源12的连接用光纤13；通过连接用光纤13与激光光源12的一方的端面光学连接，传播来自激光光源12的光的光纤14；从光纤14取出激光，并从一方的主面射出的导光板15。在图1(a)中，为了明示光纤14的配置，省略导光板15的详细的构造。
激光光源12由红色光源(R光源)12a、绿色光源(G光源)12b和蓝色光源(B光源)12c的3个光源构成，发出3原色的激光。红色光源12a、绿色光源12b和蓝色光源12c分别与连接用光纤13连接，该连接用光纤13结合成一根而与光纤14连接。
光纤14在导光板15的背面侧平面状地配置。在本实施方式中，光纤14是1根的光纤，其被配置成与导光板的一边平行且在导光板15的两端折回，并且从导光板15的下边16朝向上边17。
光纤14和连接用光纤13是偏振面保存光纤(polarization preservingfiber)。从激光光源12射出的偏振面对齐的激光在偏振面被保存的状态下在光纤13、14中传播。
如图1(b)所示，导光板15为了从光纤14取出激光，具有在与光纤14对应的位置二维分布配置的多个导光部19和将从导光部19取出的激光扩散并射出的面状的射出面21。在导光板15的一方的主面配置有导光部19，在另一方的主面设有射出面21。
在本实施方式中，导光部19具有三角形状，多个导光部19的三角形状顶端分别在接触部分18接触到光纤14。光纤14在接触部分18中，在未被覆盖的状态下，金属包层接触到导光部19。由此，导光部19与光纤14光学结合。导光部19从导光部19与光纤14的接触部分18取出在光纤14中传播的激光的一部分。从矩阵状的接触部分18取出的激光20在导光板15内均匀地扩散。偏振面对齐的相同光强度的激光从射出面21射出。
在光纤14中传播的激光的光强度越远离激光光源12变得越小。即在导光板15的面上，相对于离激光光源12较近的左边6，越靠近离激光光源12较远的右边7侧，以及相对于离激光光源12较近的下边16，越靠近离激光光源12较远的上边17侧，光强度变得越小。因此，在接触部分18从光纤14到导光部19例如，若以相等间隔取出激光20，则从每单位长度的光纤14取出的光输出强度不固定。因此，在本实施方式中，为了使从每单位长度的光纤14取出的光输出强度固定，接触部分18顺着离开激光光源12的方向，按照相邻的接触部分18的间隔依次变短的方式来配置导光部19。在设接触部分18的间隔22a为α的情况下，在离开激光光源12的位置的任意间隔22b、22c和22d分别为α-Δα、α-2Δα和α-3Δα。这时的Δα/α设定为例如1/10000以下，但具体的设定值根据光纤14与导光部19的接触部分18的整体的数量适宜地决定。
[液晶显示装置的结构]
在图2(a)、(b)表示了将图1所示的面状照明装置11作为液晶显示面板33的背光灯照明用的液晶显示装置32的结构。图2(a)是液晶显示装置32的剖视图，图2(b)是从液晶显示装置32的背面侧观察的情况的结构图。
液晶显示装置32具有面状照明装置11、和利用从面状照明装置11射出的激光20来进行图像显示的液晶显示面板33。液晶显示面板33包括设于面状照明装置11的导光板15的表面侧的液晶板31、和设于液晶板31的表面侧的偏振板29。
从激光光源12射出的激光入射到光纤14，在其中传播，从与光纤14接触的接触部分18引导至导光部19，入射到导光板15，由导光板15扩散而入射到液晶板31。激光光源12射出偏振面对齐的激光20，偏振面保存光纤即光纤14由于将来自激光光源12的光原样地传播，因此偏振面对齐的激光20入射到导光板15，从导光板15向液晶板31射出。
液晶板31具有玻璃基板25、26、设于玻璃基板25、26之间的液晶27、电极28和滤色器64。电极28安装于液晶27的表面侧，进而，在电极28的表面侧，设有由红色、绿色、蓝色的各滤色镜64R、64G、64B构成的滤色器64。从面状照明装置11射出的激光20穿过玻璃基板25、液晶27和电极28后，通过滤色器64。
液晶板31包括多个像素(pixel)。一个像素由R、G、B的子像素构成。R子像素、G子像素和B子像素由按照与各滤色镜64R、64G、64B对应的方式设置的电极28形成。例如，通过驱动电极28，穿过滤色器64的滤色镜64R的激光成为红色，形成R子像素。穿过滤色器64的RGB的激光30穿过玻璃基板26和偏振板29，显示图像。在本实施方式中，液晶显示面板33是透射性或半透射性结构，是TFT有源矩阵型的液晶显示面板。用于驱动电极28的TFT(未图示)在玻璃基板25、26的任意一方形成。
[作用效果]
本实施方式的面状照明装置11由于具有发出红色光、蓝色光、绿色光的激光光源12，所以可以输出高亮度且单色性良好的光。由此，本实施方式的面状照明装置11可以应用于大型显示器或高亮度显示器。另外，构成激光光源12的红色光源12a、绿色光源12b和蓝色光源12c的发光波长色纯度非常好，所以可以大幅地放大色彩再现的范围。本实施方式的面状照明装置11与现有的冷阴极管或使用LED光源的方式相比，可以获得高画质的图像显示。另外，由于激光光源比起LED光源发光效率较好，所以，可以实现低消耗功率化。作为背光灯照明装置，具有本实施方式的面状照明装置11的液晶显示装置32具有上述效果。
使多个导光部19与光纤24的位置对应设置，从导光部19直接取出激光。由此，可以防止光在外部散射，可以效率良好地利用光源的光。另外，本实施方式的面状照明装置11使光纤14以平面状，配置于面状的导光板15的背面侧，并且，由于将多个导光部19设于导光板15的一面，所以可以以均匀的亮度照明较大的面积。因此，本实施方式的面状照明装置11可以效率良好地利用光源的光，以均匀的亮度照明较大的面积。
进而，本实施方式的面状照明装置11中，光纤14与导光部19的接触部分18的间隔随着远离光源12变得狭窄。由此，通过接触部分18，从在光纤14传播的激光依次取出固定的比例的输出强度的激光时，即使激光传播距离增加，而传播的激光的输出强度减小，也可以随着远离激光光源12而接触部分18的数量增加，由此补偿激光的输出强度。由此，从每单位长度的光纤14取出的光输出强度变得固定，可以在整个面状的导光板15将激光以更均匀的亮度射出。因此，具有本实施方式的面状照明装置11的液晶显示装置32具有大面积且均匀的高亮度。
另外，面状照明装置11的光纤14和连接用光纤13由于使用偏振面保存纤维，所以从激光光源12射出的偏振面对齐的激光20在偏振面被保存的状态下在光纤14中传播，向导光板14入射，从导光板15向液晶板31射出。因此，在现有的液晶显示面板中，具有使正交的偏振方向的光穿过的2片偏振板将液晶板夹于其间的结构，但本实施方式的液晶显示装置32可以省去一片液晶板31的入射侧的偏振板。由于不需要偏振板，从而可以大幅地改善光利用效率，可以实现液晶显示装置32的低消耗功率化。
另外，通过将从激光光源12的红色光源12a、绿色光源12b和蓝色光源12c入射到光纤14入射的RGB的激光在时间上切换，可以实施由场序(field sequential)方式进行的显示。
在本实施方式中，为了使从每单位长度的光纤14取出的光输出强度固定，使接触部分18的间隔随着远离激光光源12变得狭窄，但是用于使从每单位长度的光纤14取出的光输出强度固定的方法并不限于本实施方式。例如，如图3(a)或图3(b)所示，也可以使接触部分18的面积随着远离激光光源12而增加。对此，对于下面的实施方式也是一样。图3(a)和(b)是在图1(a)中，从箭头A的方向观察的侧视图，(a)是通过使接触部分18的推力变化，从而使接触部分18的面积变化时的侧视图，(b)是使通过使接触部分18的导光部19的形状变化，而使接触部分18的面积变化时的侧视图。
在图3(a)中，为了使从每单位长度的光纤14取出的光输出强度固定，按照随着接触部分18从激光光源12离开，接触部分18的推力由23a～23d依次变强的方式来设定。例如，设推力23a为β的情况下，则在从激光光源12离开的位置的接触部分18的推力23b、23c和23d分别为β+Δβ、β+2Δβ和β+3Δβ。这时的Δβ/β例如设定为1/10000以下，但具体的设定值根据光纤14与导光部19的接触部分18的全体的数量决定。通过增强推力，光纤14与导光板15的接触部分18的面积增大，并且，通过接触部分18的光纤14的变形量增大，光纤14的折射率变化增大，所以可以使光学结合变得紧密。因此，从接触部分18可以取出更多的激光。由此，即使激光传播的距离增加，传播的激光的输出强度减小，也可以通过接触部分18的增大的面积和增大的折射率变化，补偿减小的部分的输出强度，可以从导光部19的接触部分18取出固定的光输出强度的激光。因此，在整个面状的导光板15，可以射出均匀亮度的激光。
另外，如图3(b)所示，为了使从每单位长度的光纤14取出的光输出强度固定，使接触部分18的导光部19的形状按照随着光纤14离开激光光源12，依次变大的方式形成。例如，设接触部分18的接触面24a的面积为γ的情况下，在离开激光光源12的位置的接触部分18的接触面24b和24c的面积分别为γ+Δγ和γ+2Δγ。这时的Δγ/γ设定为例如1/10000以下，但具体的设定值根据光纤14与导光板15之间的接触部分18的全体的数量决定。为了使从每单位长度的光纤14取出的光输出强度固定，通过按照光纤14与导光板15的接触部分8的面积增大的方式，改变导光部19的接触部分18的形状，可以从面积较大的接触部分18取出更多的激光。由此，即使激光传播的距离增加，传播的激光的输出强度减小，也可以通过接触部分18的增大的面积来弥补减小部分的输出强度，可以从导光板19的接触部分18取出固定的光输出强度的激光。因此，在整个面状的导光板15，可以射出均匀亮度的激光。
另外，在本实施方式中，虽然导光部19从图1(a)的箭头A的方向观察时为三角形状，但导光部19的形状并不限定于三角形状。只要是与光纤14接触可以从接触部分18取出激光的形状即可。
另外，本实施方式的导光板15由透明且光学特性和可成形性良好的树脂材料构成。特别优选使用由双折射较少的丙烯酸树脂或聚烯烃系树脂。另外，也可以将导光板15作成空洞。另外，形成导光部19的材料，为了避免由与光纤14的反射等引起的光量的损失，优选使用折射率与光纤14大致相同的材料。
也可以在导光板15与液晶板31之间插入扩散板。由此期待亮度的均匀化和斑点噪声的抑制效果。另外，扩散板的材料，可以使用与导光板15的相同材料的树脂材料。特别优选双折射较少的丙稀树脂或聚烯烃系树脂。另外，也可以使扩散板成为空洞。另外，也可以使导光板15具有如扩散板的使光扩散的扩散效果。
进而，也可以在导光板15或扩散板的树脂材料中，通过使具有与这些的树脂材料不同的折射率的树脂小球分散，形成扩散激光的扩散区域。由此，从本实施方式的面状照明装置11和液晶显示装置32射出的激光的亮度进一步均匀化，并且通过扩散激光可以抑制斑点噪声(speckle noise)。
另外，为了增进上述的激光的扩散效果，也可以在导光板15的导光部19的侧面等设置微小的凹凸。
另外，为了提高光输出强度，也可以在光纤14的芯内使如小球的散射体分散。由此，在光纤14较短的情况下也可以使激光充分地漏光，取出激光变得容易。这时，为了使从每单位长度的光纤14取出的光输出强度固定，也可以按照随着远离光源12，使散射体的密度变密的方式来分散散射体。另外，为了在光纤14较短的情况下也能使激光充分地漏光，也可以将光纤14以蛇腹状弯曲加工。由于在光纤14的弯曲的部分光较易漏光，所以可以提高光输出强度。
进而，也可以在光纤的外周的一部分(例如外周的一半)实施反射涂敷。通过反射涂敷，反射从光纤14的芯漏出的光，并且在一个方向上射出光，从而可以有效地进行照射。
另外，也可以将图1(a)的光纤14的终端101作为反射镜，在终端101部分将激光返回给光纤14内。由此，可以改善在输入激光侧的光纤14的输入端和终端101的亮度分布不均。
另外，也可以设置用于防止激光返回激光光源12的机构。例如，将偏振光束分光器(PBS)和1/4波长板设于激光光源12与光纤14之间。
(实施方式2)
图4表示本发明的实施方式2的面状照明装置34的结构。图4(a)是本实施方式的面状照明装置34的概略的平面图，图4(b)是从图4(a)的箭头A方向观察时的侧视图。但是，在图4(a)中，为了明示光纤36a～36f的配置，对于导光板15的详细结构，省略图示。
在本实施方式的面状照明装置34中，导光板15具有多个区域35a～35f，多个光纤36a～36f分别与多个区域35a～35f对应设置。光纤36a～36f平面状地配置，在各个区域35a～35f内，具有与实施方式1相同的在导光板15的两端折回的结构。
如图4(a)所示，光纤36a～36f分别在各区域35a～35f内，与实施方式1同样地与导光板15的导光部19在接触部分18接触。导光板15将从接触部分18取出的激光20从射出面21射出。
光纤36a～36f的一方的端面与3根连接用光纤37a、37b和37c中的任意一根连接。在图4(a)中，光纤36a和36d与连接用光纤37a连接，光纤36b和36e与连接用光纤37b连接，光纤36c和36f与连接用光纤37c连接。由此，光纤36a～36f通过连接用光纤37a、37b和37c的任意一根，一方的端面与激光光源12光学连接。
在本实施方式中，连接用光纤37a～37c和光纤36a～36f是偏振面保存光纤。
本实施方式的面状照明装置34还具有对来自红色光源12a、绿色光源12b和蓝色光源12c的激光进行切换并输出到连接用光纤37a、37b和37c的光路切换开关38。例如，光路切换开关38按照红、绿、篮的激光分别同时入射到连接用光纤37a～37c的任意一根，随着时间的经过在3根连接用光纤37a～37c入射的光的颜色以RGB的顺序滚动(scroll)的方式，切换各光源12a～12c和连接用光纤37a～37c之间的连接。
通过以上构成，本实施方式的面状照明装置34具有与实施方式1相同的效果。另外，在使用本实施方式的面状照明装置34的液晶显示装置的构成的情况下，可以获得与实施方式1相同的效果。即色彩再现范围扩大，具有大面积且均匀的高亮度，并且，由于不需要偏振板，可以大幅改善光利用效率。
进而，本实施方式的面状照明装置34由于在导光板的区域35a～35f分别设有光纤36a～36f，所以通过由光路切换开关38对入射到光纤36a～36f的激光进行切换，可以以不同颜色的激光在同一时间照明不同的多个区域，使该激光滚动。因此，若液晶显示装置具有本实施方式的面状照明装置34，则可以使从导光板15的各区域35a～35f射出的RGB激光同步，通过驱动图2(a)所示的电极28，可以驱动液晶显示面板33的像素。由此，可以省略图2(a)所示的滤色器64。与光路切换开关38同步的液晶显示面板33的像素的驱动例如，若按照使光路切换开关38与驱动电极28的驱动电路同步的方式来控制驱动电路，则可较容易实施。本实施方式的面状照明装置34适用于不使用滤色器64的场序类型液晶显示装置。若构成不使用滤色器64的液晶显示装置，则可以提高光利用效率，进一步提高亮度，并且，可以使液晶显示装置薄型化。另外，可以大幅简化像素的结构。因此，具有本实施方式的面状照明装置34的液晶显示装置可以大幅扩大色彩再现范围，进而可以获得高亮度·高画质的图像显示，还可以实现低消耗功率化。另外，也可以将光路切换开关38用于实施方式1的面状照明装置11。
另外，对于本实施方式的光纤36a～36f与导光部19的接触部分18而言，为了从接触部分18取出固定的光输出强度的激光，与实施方式1一样，按照使接触部分18的间隔随着远离激光光源12而变狭窄的方式来设置，但是如图3(a)、(b)所示，也可以使接触部分18的光纤36a～36f的折射率变化或接触部分18的面积随着远离激光光源12而增大。
另外，虽然本实施方式的面状照明装置34使用了1个面状的导光板15，但也可以使用与图4(a)的在各区域35a～35f对应的多个导光板。
(实施方式3)
图5表示本发明的实施方式3的面状照明装置39的结构。图5(a)是本实施方式的面状照明装置39的概略的平面图，图5(b)是从图5(a)的箭头A方向观察的侧视图。但是，图5(a)中，为了明示光纤40的配置，省略对于导光板15的详细构造。
在本实施方式的面状照明装置39中，多个线状的光纤40在导光板15的背面侧以平面状配置。多个线状的光纤40各自一方的端面和连接用光纤42a～42c的任意的端面连接。连接用光纤42a～42c的另一方的端面与光路切换开关38连接。光纤40和连接用光纤42a～42c是偏振面保存光纤。在本实施方式中，除了光纤40为线状以外，其他与实施方式1相同，如图5(b)所示，光纤40在接触部分18与导光板15的导光部19接触。导光板15从接触部分18取出激光20，将激光20从射出面21射出。通过该结构，本实施方式的面状照明装置39具有与实施方式1相同的效果。
图6表示本实施方式的液晶显示装置43。图6是从图5(a)的箭头B的方向观察时的液晶显示装置43的侧视图。本实施方式的液晶显示装置43以图5所示的面状照明装置39作为背光灯照明装置。液晶显示装置43具有利用从面状照明装置39射出的激光20来进行图像显示的液晶显示面板33。关于液晶显示面板33，与图2相同。
另外，本实施方式的面状照明装置39由于具有与实施方式2相同的光路切换开关38，所以，可以使入射到连接用光纤42a、42b、42c的激光的颜色以RGB的顺序滚动地进行切换。例如，对于离上边17最近的光纤40到离下边16最近的光纤40，可以使RGB的顺序和时间一起滚动。由此，可以省略液晶显示装置43的滤色器64。因此，可以提高光利用效率，使亮度进一步加大。另外，可以大幅地简化像素的结构。
另外，对于本实施方式的多个线状光纤40与导光部19的接触部分18而言，为了从接触部分18取出固定的光输出强度的激光，与实施方式1相同，使接触部分18的间隔随着远离激光光源12而变狭窄，但是，也可以如图3(a)、(b)所示，使接触部分18的光纤40的折射率变化或接触部分18的面积随着远离激光光源12而增大。希望将一根光纤40的接触部分18中的间隔的比值α/Δα，推力的比值β/Δβ，或面积的比值γ/Δγ设定为例如从1/10到1/100以下。
(实施方式4)
在本实施方式中，对使用光波导板来代替光纤的例子进行说明。图7表示传播激光的光波导板44。图7(a)是本实施方式的光波导板44的概略的平面图，图7(b)是沿图7(a)的C-C′线切断的情况下的概略的剖视图。
光波导板44在基板45上具有传播激光的多个线状的光波导路46。具有多个光波导路46的光波导板44可以以各种材料和方法制造。在本实施方式中，使用树脂材料通过押模(stamper)法制作。具体地，首先，通过押模法，使由树脂材料构成的基板45上成型矩形状的空洞的沟。接着，通过将该矩形状的空洞的沟以比基板45的树脂材料折射率高的材料填充，形成成为传播激光的芯部的光波导路46。在本实施方式中，光波导路46以宽度5微米、厚度1微米的形状形成，通过该形状，可以保存偏振面进行传播。进而，在光波导路46上以折射率比光波导路46的材料低且与基板45的材料大致相同的树脂材料形成约1微米厚度的金属包层47。通过该结构，本实施方式的光波导路46可以在保存偏振面的状态下传播激光。
图8表示具有本实施方式的光波导板44的面状照明装置48。图8(a)是表示本实施方式的面状照明装置48的结构的概要的平面图，图8(b)是从图8(a)的箭头A的方向观察的侧面的示意图。但是，在图8(a)中，为了明示光波导路46的配置，省略对于光波导板44和导光板15的详细的构造。
本实施方式的面状照明装置48将光波导板44设于面状的导光板15的背面侧。设于光波导板44的光波导路46通过光连接部49，与连接用光纤42a、42b、42c的一端的任意一个连接，被入射激光。导光板15的导光部19在接触部分18接触到光波导板44的金属包层47，从与接触部分18对应的光波导路46的位置取出激光。
在本实施方式中，除了将具有线状的光波导路46的光波导板44设于导光板15的背面侧来代替图5的线状的光纤40以外，其他与实施方式3的结构相同，本实施方式的面状照明装置48和具有本实施方式面状照明装置48的液晶显示装置具有与实施方式3相同的效果。
另外，本实施方式的光波导路46由于按照波导构造保存偏振面的方式来制作，所以若液晶显示装置具有本实施方式的面状照明装置48，则可以与偏振面保存纤维时相同，省去入射侧的偏振板。
另外，对于本实施方式的多个线状的光波导路46与导光部19的接触部分18而言，为了从接触部分18取出固定的光输出强度的激光，与实施方式1同样，使接触部分18的间隔随着远离激光光源12而变得狭窄，但也可以如图3(a)、(b)所示，使接触部分18的光波导路46的折射率变化或接触部分18的面积随着远离激光光源12而增大。
(实施方式5)
图9表示本实施方式的面状照明装置50，图9(a)是本实施方式的面状照明装置50的平面图，图9(b)是从图9(a)的箭头A方向观察的侧视图。但是，在图9(a)中，为了明示光纤51的配置，省略对于导光板52的详细的构造。
如图9(a)所示，本实施方式的面状照明装置50具备具有矩阵状配置的多个分割区域70的导光板52。在图9(a)中，分割区域70的数量为18个(＝3×6)。在多个分割区域70，设有各自反射激光的反射镜53。多个线状的光纤51以平面状配置，设于导光板52的背面侧。另外，各光纤51一方的端面在分割区域70露出，另一方的端面与连接用光纤42a、42b、42c的任意一根连接。反射镜53和光纤51的露出侧的端面配置于各分割区域70内的大致中央。连接用光纤42a、42b、42c和多个光纤51是偏振面保存光纤。对于连接用光纤42a、42b、42c通过光路切换开关38和激光光源12光学连接的构成，和实施方式3和4相同。
如图9(b)所示，从激光光源12射出的激光在光纤51的一方的端面入射，从在分割区域70露出的另一方的端面射出，通过反射镜53的镜面54反射，在面状的导光板52入射。导光板52将激光扩散并射出。
从光纤51射出的激光由于从光纤51的直径1微米左右的芯射出，所以通过衍射作用，在扩散的同时用反射镜53的镜面54反射。因此，由反射镜53反射的激光55进一步扩散的同时，被导入导光板52。因此，导光板52可以射出偏振面对齐的均匀的亮度的激光。
本实施方式的面状照明装置50通过使将反射镜53与多个分割区域70对应设置多个，可以在导光板52均匀地照射从光纤51取出的激光。另外，通过反射镜53对导光板52进行全反射，可以防止光在外部散射。由此，可以有效地将激光引导至导光板52。另外，本实施方式的面状照明装置50与实施方式1～实施方式4相同，具有激光光源12，并且作为连接用光纤42a、42b、42c和多个光纤51采用偏振面保存光纤，可以通过光路切换开关38进行向连接用光纤42a、42b、42c的激光的切换，所以，可以获得与上述实施方式相同的效果。因此，将本实施方式的面状照明装置56作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置可以大幅放大色彩再现范围，实现高亮度·高画质的图像显示。另外，也可以实现低消耗功率化。
(实施方式6)
图10表示本实施方式的面状照明装置56的构成。图10(a)表示本实施方式的面状照明装置56的平面图，图10(b)表示从图10(a)的箭头A的方向观察的侧视图。但是，在图10(a)中，为了明示光波导路57的配置，省略对于导光板52的详细的构造。本实施方式的面状照明装置56，在导光板52的背面侧，具备具有线状光波导路57的光波导板58来代替图9的线状的光纤51。对于除此以外的结构，本实施方式与实施方式5相同。
如图10(a)所示，设于光波导板58的多个光波导路57一方的端面在分割区域70露出，另一方的端面通过光连接部59与连接用光纤42a、42b、42c的任意一根连接。光波导路57的露出侧的端面和反射镜53配置于各分割区域70的大致中央。在光波导板58形成光波导路57的方法与实施方式4相同，光波导路57保持传播的激光的偏振面。
如图10(b)所示，从激光光源12射出的激光在光波导路57的一方的端面入射，从在分割区域70露出的光波导路57的另一方的端面射出，通过反射镜53的镜面54反射，被导入导光板52。
由于从光波导路57射出的激光从光波导路57的直径1微米左右的芯射出，通过衍射作用扩散的同时，被反射镜53的镜面54反射，反射的激光55进一步被扩散的同时被导入到导光板52。因此，导光板52可以射出偏振面对齐的均匀亮度的激光。
本实施方式的面状照明装置56具有与实施方式5相同的效果。
(实施方式7)
在本实施方式中，说明了将光纤51或光波导路57的射出激光侧的端面斜着切断，通过其切断面将激光照射在导光板52来代替图9和图10表示的使用反射镜53的结构。在图11(a)中，表示将光纤51的端面斜着切断的情况下的面状照明装置的侧视图，图11(b)表示将光波导路57斜着切断加工后的情况下的面状照明装置的侧视图。
在本实施方式中，具有激光射出一侧的光纤51的端面和光波导路57的光波导板58的端面被45度切断，在切断面形成对激光进行全反射的镜面61。镜面61例如通过蒸镀金属薄膜，或蒸镀电介质多层膜而形成。在光纤51或光波导路57中传播的激光60被镜面61反射，入射到导光板52。导光板52进一步扩散激光并射出。
根据本实施方式，由于可以省去图9和图10所示的反射镜53，所以可以简化面状照明装置的结构。
产业上的可利用性
本发明的面状照明装置，具有可以实现高亮度、较宽的色彩再现范围、均匀的亮度和光利用效率的改善的效果，在大型显示器或高亮度显示器等的液晶显示装置上有用。

Claims (22)

1.一种面状照明装置，具有：
激光光源，射出红色、绿色和蓝色的激光；
平面状配置的至少一个光波导机构，与所述激光光源光学连接，传播从所述激光光源射出的激光；
面状的导光板，设于所述光波导机构的表面侧，使在所述光波导机构内传播的激光扩散后，从一方的主面射出；和
多个光取出机构，设于所述导光板的另一方的主面侧，将在所述光波导机构内传播的激光引导至所述导光板。
2.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
所述多个光取出机构是按照和所述光波导机构接触的方式，在和所述光波导机构对应的位置二维的分布配置的，形成于所述导光板的另一方的主面的导光部，所述导光部从与所述光波导机构的接触部分取出激光。
3.根据权利要求2所述的面状照明装置，其特征在于，
所述导光部被设置成随着由所述光波导机构传播来自所述激光光源的激光的距离增加，所述光波导机构与所述导光部的接触部分的数量增加。
4.根据权利要求2所述的面状照明装置，其特征在于，
所述导光部被设置成随着由所述光波导机构传播来自所述激光光源的激光的距离增加，所述光波导机构与所述导光部的接触部分的面积增大。
5.根据权利要求4所述的面状照明装置，其特征在于，
随着由所述光波导机构传播来自所述激光光源的激光的距离增加，通过增强所述光波导机构与所述导光部的接触部分的推力，加大所述接触部分的面积，并且，通过增强推力，使接触部分的所述光波导机构的变形量增大以使折射率变化增大。
6.根据权利要求4所述的面状照明装置，其特征在于，
随着由所述光波导机构传播来自所述激光光源的激光的距离增加，通过加大所述导光部的与所述光波导机构的接触部分的形状，以使所述接触部分的面积增大。
7.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
所述多个光取出机构是通过反射从所述光波导机构的端面射出的激光来照射所述导光板的多个反射镜；
所述导光板具有被分割成矩阵状的多个区域；
所述光波导机构的端面在所述区域内露出；
各反射镜设于每个所述多个区域。
8.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光取出机构是通过按照使在所述光波导机构内传播的激光照射所述导光板的方式，将所述光波导机构的端面斜着切断加工而形成的镜面；
所述导光板具有被分割成矩阵状的多个区域；
所述镜面设于每个所述多个区域。
9.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光波导机构保持所述激光的偏振面。
10.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光波导机构是光纤。
11.根据权利要求10所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光纤被配置成与所述导光板平行且在所述导光板的两端折回。
12.根据权利要求11所述的面状照明装置，其特征在于，
所述导光板被分割成多个区域；
所述光纤分别配置于所述多个区域。
13.根据权利要求10所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光纤是多个线状的光纤。
14.根据权利要求10所述的面状照明装置，其特征在于，
在所述光纤内设置散射体。
15.根据权利要求10所述的面状照明装置，其特征在于，
将所述光纤以蛇腹状弯曲。
16.根据权利要求10所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光纤的终端为反射镜。
17.根据权利要求16所述的面状照明装置，其特征在于，
在所述激光光源和所述光纤之间，设置PBS和1/4波长板。
18.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
所述光波导机构是形成于面状的光波导板的、传播来自所述激光光源的激光的线状的多个光波导路。
19.根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于，
还具有切换在所述光波导机构入射的激光的光路切换开关。
20.一种液晶显示装置，具有：
液晶显示面板；和
从背面侧照明所述液晶显示面板的如权利要求1所述的面状照明装置。
21.根据权利要求20所述的液晶显示装置，其特征在于，
所述面状照明装置还具有切换在所述光波导机构入射的激光的光路切换开关；
所述液晶显示装置在所述光路切换开关同步来驱动所述液晶显示面板的像素。
22.根据权利要求20所述的液晶显示装置，其特征在于，
在所述液晶显示面板与所述面状照明装置之间设置还具有的扩散板。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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