CN101360948B - 面状照明装置和使用其的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种面状照明装置及使用其的液晶显示装置，使用激光光源，在大面积上具有均匀的亮度，色再现范围宽，且可抑制斑点噪声。本发明的面状照明装置具备：激光光源，其射出激光；光束扫描部，其对激光进行偏转扫描；平板状的第一导光路，其将由光束扫描部偏转扫描后的激光从端面部射入，并从第一主面射出。此外，本发明的液晶显示装置具有液晶显示面板和上述面状照明装置，该面状照明装置在本液晶显示装置中作为从背面侧对液晶显示面板进行照明的背光灯照明装置使用。

Description

面状照明装置和使用其的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及使用激光作为光源的面状照明装置及使用其的液晶显示装置。
背景技术
以往，在使用液晶显示面板的液晶显示装置中，使用冷阴极荧光管作为光源的面状照明装置作为背光灯照明广泛使用。其中使用的冷阴极荧光管利用荧光体的发光，可显示的色再现范围受到制约。因此，为更鲜明且自然的再现色调，进行各种探讨。其中，使用了红色光(R光)、绿色光(G光)以及蓝色光(B光)的三色的发光二极管(LED元件)的背光灯用的面状照明装置受到关注。使用了R光、G光、B光的三色或更多色的LED元件的光源与冷阴荧光管相比，色的再现区域变宽，能够得到高画质。或者，也可以进行场序制方式的图像显示。因此，有力地推进开发。
例如，作为使用R光、G光、B光的三色LED元件的液晶显示装置的显示用光源，公开了光源被分组化为多个组，且具备有按各组控制显示用光源的一起点亮和一起熄灭的机构的结构(例如，参照专利文献1)。根据该结构，不仅场序制方式，对于滤色器方式的液晶显示装置也可高亮度的显示和低消耗电力化。
进而，也公开了如下结构，即：将R光、G光、B光的三色LED元件配置在光导的三边缘部，并从各自的边缘部引导这些光，并使各个光射出到与液晶显示装置的各色的像素对应的区域上的结构(例如，参照专利文献2)。在该结构中，也可不需要滤色器。
此外，也公开了如下机构，即：作为三色发光元件中至少任一色的发光元件，通过使用亮度比LED元件高的适于高输出化的半导体激光器元件，抑制驱动电流的增大导致的发热，并使特性的变动减少的结构。而且，在该例子中，具体地公开了使用红色半导体激光器(例如，参照专利文献3)。
如专利文献3中记载的例子，在将激光器作为光源使用的情况下，重要的是在大面积上实现均匀的亮度。如果有亮度的不均，则即使色再现范围变宽，显示图像也非常劣化。但是，将激光光源用作背光灯照明的例子几乎没有，即使在专利文献3中，对于实现均匀的亮度也没有公开任何记载。
进而，为得到良好的图像，也要求抑制斑点噪声。因为从激光器输出的激光结合(可干涉性)极高，因此由于相互干涉而产生任意的强度变化，由此形成斑点噪声。如果产生斑点噪声，则导致显示图像的像质降低。但是，作为背光灯用的照明装置将激光器作为光源的情况下，对于防止斑点噪声的方法在上述专利文献1至3中也未公开。
而且，对于激光显示面板或激光曝光装置等，进行各种关于防止斑点噪声的方法。例如，公开了在使用积分透镜(integrator lens)来防止斑点噪声的产生，并将激光的强度分布均匀化的方法中，使积分透镜在规定的范围内往复移动(例如，参照专利文献4)。
专利文献1：特开2004-333583号公报
专利文献2：特开2003-035904号公报
专利文献3：特开2005-064163号公报
专利文献4：特开平01-179908号公报
专利文献1及专利文献2的例子是使用发光二极管的结构，对于将激光作为光源使用而在整个大面积内进行亮度均匀的照明的结构和方法没有任何公开或启示。
进而，在专利文献3的例子中，作为具体的例子记载有使用红色的半导体激光器，但即使在该例子中，对于为使用激光器得到均匀的面状的照明光的具体的方法完全没有记载。
此外，在专利文献4的例子中，通过使积分透镜往复移动，防止斑点噪声的产生，但以其公开的结构不能作为液晶显示装置的背光灯的照明装置使用。此外，在该方法中，对于使用R光、G光、B光的三色激光光源，也没有启示和公开。
此外，在以往的大画面液晶显示器中，其光源的各个光源要素的亮度小，因此为得到足够的亮度，需要并列地使用多个光源。在使用多个光源的情况下，因为各个初始的亮度不均或经时变化导致的特性变化分别不同，因此存在在其显示面上产生亮度不均的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题，目的在于提供一种使用激光光源，在大面积上具有均匀的亮度，色再现范围宽，且可抑制斑点噪声的面状照明装置和使用其的液晶显示装置。
为解决上述问题，本发明的面状照明装置具有如下结构，即，具备：激光光源，其射出激光；光束扫描部，其对所述激光进行偏转扫描；平板状的第一导光路(第一导光板)，其将由所述光束扫描部偏转扫描后的激光从端面部射入，并从第一主面射出。
通过形成此种结构，即使使用激光光源也能够得到面内的光强度分布均匀的面状照明装置。而且，激光一边被光束扫描部扫描，一边导向第一导光路，因此只要在第一导光路上设置漫射板即能够防止斑点噪声。
此外，在上述结构中，还具备：光路变换部，其接受从光束扫描部射出的激光，并变换激光的光路而射出，第一导光路将射出光路变换部的激光从端面部射入，并从第一主面射出。
通过形成此种结构，能够减小偏转扫描角度或往复运动的距离，能够将光束扫描部形成为简单的构造。进而，能够更容易地进行面内光强度的均匀化。
此外，在上述结构中，可以还具备：平板状的第二导光路(第二导光板)，其接受从光束扫描部射出的激光，并将激光向光路变换部导光，第二导光路在与第一导光路的第一主面不同的第二主面上层叠地设置，光束扫描部及光路变换部配置在第二导光路的端面部附近，光束扫描部将偏转扫描后的激光射入第二导光路的端面部，光路变换部接受从第二导光路的端面部射出的激光。
通过形成此种结构，能够将从激光光源产生的激光不产生光泄露地从光束扫描部传递到光路变换部。此外，即使附着杂物，也不遮断激光，能够实现可靠性优良的面状照明装置。
此外，在上述结构中，也可在第一导光路的第一主面中包含使激光的行进方向偏转的偏转用片。在该情况下，该偏转用片可以是漫射板、透镜片及棱镜片。
通过形成此种结构，能够在一方的主面的整面上得到具有非常均匀的亮度的面状照明装置。进而由于漫射板、透镜片或棱镜片，激光的角度发生变化，因此也能够防止斑点噪声。
此外，在上述结构中，光束扫描部也可包括：反射激光的反射镜；使反射镜的角度变化的角度调整机构，角度调整机构使反射镜的角度变化，从而使激光偏转扫描。
通过形成此种结构，能够使用微小的反射镜进行偏转扫描，因此能够将光束扫描部小型化。此外，也能够使从第一导光路的一方的主面射出的激光亮度更均匀。进而，也能够容易地设计使用了全息光学元件或半透镜等的结构。
此外，在上述结构中，光束扫描部也可包括：柱面透镜(cylindrical lens)及双凸透镜(lenticular lens)的至少任一个；和在与第一导光路的端面部平行方向上使柱面透镜及双凸透镜的至少任一个往复移动的往复运动机构，偏转扫描利用往复运动机构的往复运动来执行。在该情况下，光束扫描部也可进一步设置将激光整形为与第一导光路的主面平行方向扩展的光束的光学元件。
通过形成此种结构，能够减小光束扫描部的柱面透镜或双凸透镜的往复移动距离，能够将光束扫描部的构造更简单化。此外，在将激光形成扁平光束后，通过由光束扫描部往复运动，也能够抑制斑点噪声。而且，整形为扁平光束的光学元件也可是配置在柱面透镜或双凸透镜之前的透镜。
进而，光束扫描部还包括：垂直角度振动机构，其使激光的射出角度在相对于第一导光路的第一主面垂直的方向上振动，偏转扫描利用基于垂直角度振动机构的射出角度的振动来执行。
通过形成此种结构，在垂直方向上也使激光的射出角度振动扫描，由此能够抑制斑点噪声。
此外，在上述结构中，光路变换部还包括：将射入的激光的行进方向大致平行化的光学元件。
通过形成此种结构，能够将大致全部射入第一导光路的激光变为平行光，因此容易地进行全息光学元件、半透镜或漫射板等的设计。
此外，在上述结构中，第一导光路还包括以设定的间距排列的多个全息光学元件，全息光学元件基于激光波长，将射入到第一导光路的激光衍射，由此进行激光的色分离。在该情况下，全息光学元件构成在相对于第一导光路内的激光的传播方向垂直的方向上延伸的多个列，且沿第一导光路内的激光的传播方向，全息光学元件的列的衍射效率以设定的比率按列变化的方式而分别不同。
通过形成此种结构，能够从一方的主面分别分离取出规定的发光波长的光。此外，通过使全息光学元件阶段性地变化，能够在一方的主面的整面上得到均匀的亮度。
此外，在上述结构中，激光光源包括至少射出红色激光、绿色激光、及蓝色激光的光源，激光光源将红色激光、绿色激光、及蓝色激光合波，并向光束扫描部射出。
通过形成此种结构，能够将光束扫描部形成为一个。而且，在该情况下，只要使各个颜色的激光的发光的时间不同，从第一导光路的一方的主面不仅能够取出红色、绿色及蓝色，也能够取出具有各种颜色的照明光。
此外，在上述结构中，激光光源包括射出具有至少包含红色激光、绿色激光、及蓝色激光的相互不同波长的激光的光源，光束扫描部对各个具有相互不同的波长的激光单独地进行偏转扫描。
通过形成此种结构，对于各个颜色的光源设置各自的光束扫描部，因此能够自由地选择从第一导光路射出的颜色。
此外，在上述结构中，光束扫描部对具有不同的波长的激光进行偏转扫描，且偏转扫描后的不同波长的激光在同一时刻，在第一导光路内的相互不同的区域传播。
通过形成此种结构，能够按场所选择从第一导光路的一方的主面射出的颜色。
此外，在上述结构中，第一导光路包括与包含在至少具有相互不同波长的激光中的波长的种类相同数量的多个副导光路，多个副导光路包括以设定的间距排列的多个半透镜，多个副导光路分别仅传播具有相同的波长的激光，半透镜将射入到第一导光路的激光的一部分反射，并从第一导光路的第一主面射出。在该情况下，半透镜构成在相对于第一导光路内的激光的传播方向垂直的方向上延伸的多个列，并沿第一导光路内的激光的传播方向，半透镜的列的反射率按列阶段性变化。
通过形成此种结构，能够从一方的主面分别列状地分离取出规定的颜色的激光。此外，通过使半透镜的反射率阶段性变化，能够在一方的主面的整面上得到均匀的亮度。该反射率可以根据半透镜的配置个数而分别设计。
进而，本发明的液晶显示装置具有液晶显示面板、和从背面侧对液晶显示面板进行照明的背光灯照明装置，其中，背光灯照明装置具备：激光光源，其射出激光；光束扫描部，其对激光进行偏转扫描；平板状的第一导光路，其将由光束扫描部偏转扫描后的激光从端面部射入，并从第一主面射出，并且背光灯照明装置的第一导光路的第一主面与液晶显示面板紧贴地配置，从第一主面射出的所述激光对液晶显示面板进行照明。
通过形成此种结构，得到具备使用激光光源并在大面积上具有均匀的亮度的背光灯照明装置的液晶显示装置。进而因为激光光源的波长的色纯度好，因此可显示的色再现范围宽，能够再现更鲜明且自然的色调。此外，因为激光光源用于发光的效率高，因此可降低消耗电能。
进而，在上述结构中，背光灯照明装置还具备：光路变换部，其接受从光束扫描部射出的激光，并变换激光的光路而射出，第一导光路将射出光路变换部的激光从端面部射入，并从第一主面射出。
通过形成此种结构，即使在液晶显示面板具有大画面的显示面的情况下，能够将背光灯照明装置小型化。
进而，在上述结构中，背光灯照明装置还具备：平板状的第二导光路，其接受从光束扫描部射出的激光，并将激光向光路变换部导光，第二导光路在与第一导光路的第一主面不同的第二主面上层叠地设置，光束扫描部及光路变换部配置在第二导光路的端面部附近，光束扫描部将偏转扫描后的激光射入第二导光路的端面部，光路变换部接受从第二导光路的端面部射出的激光。
通过形成此种结构，激光不会被杂物遮断，因此能够稳定地维持均匀的亮度。
进而，在上述结构中，在第一导光路的第一主面中包含使激光的行进方向偏转的偏转用片。在该情况下，偏转用片至少包括漫射板、透镜片及棱镜片的任一个。
通过形成此种结构，因为扫描并射入漫射板等的激光的光路以各种角度变化，因此能够降低斑点噪声。
进而，在上述结构中，光路变换部还包括：将射入的激光的行进方向大致平行化的光学元件。
通过形成此种结构，能够将几乎所有射入第一导光路的激光变为平行光，因此容易进行全息光学元件、半透镜或漫射板等的设计，能够使均匀亮度的激光从背光灯照明装置射出。
进而，在上述结构中，背光灯照明装置的第一导光路的第二主面包括反射面，该反射面具有将激光反射，并使激光从第一主面射出的凹凸。
通过形成此种结构，能够改善激光的利用效率。
进而，在上述结构中，光束扫描部包括：反射激光的反射镜；使反射镜的角度变化的角度调整机构，角度调整机构使反射镜的角度变化，从而使激光偏转扫描。
通过形成此种结构，反射镜可以使用例如微机电系统技术(MEMS)以非常微小的形状制作，从而能够将光束扫描部的结构形成为小型且简单。
进而，在上述结构中，光束扫描部还包括：垂直角度振动机构，其使激光的射出角度在相对于第一导光路的第一主面垂直的方向上振动，偏转扫描利用基于垂直角度振动机构的射出角度的振动来执行。
通过形成此种结构，能够进行斑点噪声的抑制。
进而，在上述结构中，光束扫描部包括：柱面透镜及双凸透镜的至少任一个；和往复运动机构，其在与第一导光路的端面部平行方向上使柱面透镜及双凸透镜的至少任一个往复移动，偏转扫描利用往复运动机构的往复运动来执行。
通过形成此种结构，能够使亮度均匀化并降低斑点噪声。
进而，在上述结构中，液晶显示面板具备像素，像素为了形成彩色图像，包括在每个像素显示不同颜色的多个亚像素，第一导光路包括从第一主面使与亚像素显示的颜色对应的激光向亚像素射出的射出元件(launching element)。在此情况下，作为射出元件的结构，进而第一导光路包含以与在液晶显示面板中包含的像素的列对应的间距排列的多个全息光学元件，液晶显示面板的像素包括显示红色的红色像素部、显示绿色的绿色像素部、及显示蓝色的蓝色像素部，全息光学元件基于激光的波长使射入到第一导光路的激光衍射，进行激光的色分离，并使具有不同的波长的激光分别射入红色像素部、绿色像素部及蓝色像素部。进而，全息光学元件构成在相对于第一导光路内的激光的传播方向垂直的方向上延伸的多个列，并沿第一导光路内的激光的传输方向，全息光学元件的列的衍射效率以设定的比率按列变化的方式而分别不同。
通过形成此种结构，能够向构成液晶显示面板的像素列的红色像素部、绿色像素部及蓝色像素部分别照射R光、G光及B光，因此能够取消滤色器。通过去除滤色器能够得到更明亮的显示。
进而，在上述结构中，激光光源包括至少射出红色激光、绿色激光、及蓝色激光的光源，激光光源将红色激光、绿色激光、及蓝色激光合波，并向光束扫描部射出。或者激光光源包括射出具有至少包含红色激光、绿色激光、及蓝色激光的相互不同波长的激光的光源，光束扫描部对各个具有相互不同的波长的激光单独地进行偏转扫描。
通过形成此种结构，能够实现色再现性良好的液晶显示装置。
进而，在上述结构中，光束扫描部对具有不同的波长的激光进行偏转扫描，且偏转扫描后的不同波长的激光在同一时刻，在第一导光路内的相互不同的区域传播。在此情况下，液晶显示面板包含多个像素，像素在第一时刻射入包含在具有不同波长的激光中的具有第一波长的激光，并在第二时刻射入包含在具有不同波长的激光中的具有第二波长的激光，从而一个像素显示多个颜色。
通过形成此种结构，例如通过连续地滚动照明红色、绿色及蓝色，能够无滤色器地显示色再现良好的图像。
进而，在上述结构中，第一导光路包括与包含在至少具有相互不同波长的激光中的波长的种类相同数量的多个副导光路，液晶显示面板的像素包括显示红色的红色像素部、显示绿色的绿色像素部、及显示蓝色的蓝色像素部，多个副导光路包括以设定的间距排列的多个半透镜，多个副导光路分别仅传播具有相同的波长的激光，半透镜将射入到第一导光路的激光的一部分反射，并从第一导光路的第一主面射出，且从第一主面射出的激光射入像素的红色像素部、绿色像素部及蓝色像素部的结构也可。在该情况下，半透镜构成在相对于第一导光路内的激光的传播方向垂直的方向上延伸的多个列，并沿第一导光路内的激光的传播方向，半透镜的列的反射率按列阶段性变化。
通过形成此种结构，能够向构成液晶显示面板的像素列的红色像素部、绿色像素部及蓝色像素部分别照射R光、G光及B光，因此，能够去除滤色器。通过去除滤色器，能够得到更明亮的显示。
进而，在上述结构中，液晶显示面板包含像素，并在激光的行进方向上，在所述像素的下游至少包括漫射板、透镜片及棱镜片的任一个。
通过形成此种结构，使被扫描并射入的激光的角度变化而辨识，因此能够降低斑点噪声，得到良好的画质。
此外，本发明涉及的面状照明装置具备：激光光源，其射出激光；光束扫描部，其对所述激光进行偏转扫描；平板状的第一导光路(第一导光板)，其将由所述光束扫描部偏转扫描后的激光从端面部射入，并从第一主面射出，第一导光路包括以设定的间距排列的多个全息光学元件，全息光学元件基于激光波长，将射入到第一导光路的激光衍射，由此进行激光的色分离。在该情况下，全息光学元件构成在相对于第一导光路内的激光的传播方向垂直的方向上延伸的多个列，且沿第一导光路内的激光的传播方向，全息光学元件的列的衍射效率以设定的比率按列变化的方式而分别不同。
此外，本发明涉及的面状照明装置的第一导光路包括与包含在至少具有相互不同波长的激光中的波长的种类相同数量的多个副导光路，多个副导光路包括以设定的间距排列的多个半透镜，多个副导光路分别仅传播具有相同的波长的激光，半透镜将射入到第一导光路的激光的一部分反射，并从第一导光路的第一主面射出。在该情况下，半透镜构成在相对于第一导光路内的激光的传播方向垂直的方向上延伸的多个列，并沿第一导光路内的激光的传播方向，半透镜的列的反射率按列阶段性变化。
进而，在上述结构中，也可使用将激光大致平行化而射入第一导光路的光学元件。通过将激光大致平行化，能够有效地进行色分离。
本发明的液晶显示装置具有液晶显示面板、和从背面侧对液晶显示面板进行照明的背光灯照明装置，其中，背光灯照明装置具备：激光光源，其射出激光；光束扫描部，其对激光进行偏转扫描；平板状的第一导光路，其将由光束扫描部偏转扫描后的激光从端面部射入，并从第一主面射出，并且背光灯照明装置的第一导光路的第一主面与液晶显示面板紧贴地配置，从第一主面射出的所述激光对液晶显示面板进行照明。液晶显示面板具备像素，像素为了形成彩色图像，包括在每个像素显示不同颜色的多个亚像素，第一导光路包括从第一主面使与亚像素显示的颜色对应的激光向亚像素射出的射出元件。在此情况下，作为射出元件的结构，进而第一导光路包含以与在液晶显示面板中包含的像素的列对应的间距排列的多个全息光学元件，液晶显示面板的像素包括显示红色的红色像素部、显示绿色的绿色像素部、及显示蓝色的蓝色像素部，全息光学元件基于激光的波长使射入到第一导光路的激光衍射，进行激光的色分离，并使具有不同的波长的激光分别射入红色像素部、绿色像素部及蓝色像素部。进而，全息光学元件构成在相对于第一导光路内的激光的传播方向垂直的方向上延伸的多个列，并沿第一导光路内的激光的传输方向，全息光学元件的列的衍射效率以设定的比率按列变化的方式而分别不同。
进而，在上述结构中，第一导光路包括与包含在至少具有相互不同波长的激光中的波长的种类相同数量的多个副导光路，液晶显示面板的像素包括显示红色的红色像素部、显示绿色的绿色像素部、及显示蓝色的蓝色像素部，多个副导光路包括以设定的间距排列的多个半透镜，多个副导光路分别仅传播具有相同的波长的激光，半透镜将射入到第一导光路的激光的一部分反射，并从第一导光路的第一主面射出，且从第一主面射出的激光射入像素的红色像素部、绿色像素部及蓝色像素部的结构也可。在该情况下，半透镜构成在相对于第一导光路内的激光的传播方向垂直的方向上延伸的多个列，并沿第一导光路内的激光的传播方向，半透镜的列的反射率按列阶段性变化。
进而，在上述结构中，也可使用将激光大致平行化而射入第一导光路的光学元件。通过将激光大致平行化，能够有效地进行色分离。
发明效果
根据本发明的面状照明装置及使用其的液晶显示装置，因为将激光偏转扫描至设定的偏转扫描角度，因此在大面积上具有均匀的亮度，且能够降低斑点噪声。进而，因为激光光源的色纯度好，能够实现色的再现性良好且高画质的液晶显示装置。进而因为激光的发光效率高，所以作为整体可低消耗电能化，达到能够实现液晶显示装置的更高画质和低消耗电能化的效果。
此外，实现大画面显示的本发明的面状照明装置及液晶显示装置即使光源劣化，也能够在面内保持均匀的亮度，且具备将各个光射出到与液晶显示装置的各色的像素对应的区域的色分离机构，从而实现消耗电能的省电化。
附图说明
图1A是表示本发明的第一实施方式涉及的面状照明装置的俯视图。
图1B是沿图1A的A-A线剖开的剖面的概略图。
图2是在本发明涉及的第一实施方式的面状照明装置中，说明使用透镜片的情况的激光的角度变化的图。
图3A是表示将第一实施方式涉及的面状照明装置作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的结构的剖面概略图。
图3B是图3A的局部放大剖面概略图。
图4A是表示本发明的第二实施方式涉及的面状照明装置的结构的概要的俯视图。
图4B是沿图4A的B-B线剖开的剖面的概略图。
图5是表示本发明的第三实施方式涉及的面状照明装置的结构的概略俯视图。
图6是表示本发明的第四实施方式涉及的面状照明装置的结构的概略俯视图。
图7A是表示本发明的第四实施方式的变形例涉及的面状照明装置的结构的概略俯视图。
图7B是表示本发明的第四实施方式的另一变形例涉及的面状照明装置的结构的概略俯视图。
图8是表示本发明的第五实施方式涉及的面状照明装置的结构的概略俯视图。
图9是表示本发明的第五实施方式涉及的面状照明装置的结构的概略俯视图。
图10是使用本发明的第六实施方式的面状照明装置，说明对于R光、G光及B光分别进行激光的光束扫描，各色光在相同时间从第一导光板的主面的不同的区域射出的状态的图。
图11A是示意地表示将第七实施方式涉及的面状照明装置作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的结构的俯视图。
图11B是沿图11A的C-C线剖开的剖面的概略图。
图12A是本发明的第七实施方式涉及的液晶显示装置中的局部剖面图。
图12B是本发明的第七实施方式涉及的液晶显示装置的变形例中的局部剖面图。
图13A是表示将第八实施方式涉及的面状照明装置作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的概略结构的俯视图。
图13B是沿图13A的D-D线剖开的剖面的概略图。
图14是本发明的第八实施方式涉及的液晶显示装置中的局部剖面图。
图中，1、2、3、4、5、6、7、50、70-面状照明装置(背光灯照明装置)；12、72-激光光源；12a-R光源；12b-G光源；12c-B光源；14-分色镜；16、38、40、42、48、52、74-光束扫描部；16a、38a、40a、42a、48a、48b、48c、52a、74a、74b、74c-反射镜；16b-柱面透镜；16c、38c-往复运动机构；40b、42b、48d、52b、74d-角度调整机构；18、76-收容部；20、54、78-第二导光板；20a、24d、36c、54a、58d、78d、82d-一方的端面部；20b、54b、78e-另一方的端面部；22、56、80、80a、80b、80c-光路变换部；24、36、46、58、82-第一导光板；24a-反射层；24c、36b-漫射板；26、44、60、86-框体；28-透镜片；30、32-激光；34、62、90-液晶显示面板；34a、34c、62a、62c-玻璃基板34b、62b-液晶；34d、62d、90d-像素；36a、84a、84b、84c-半透镜；36b、58c、82e-一方的主面；38b-双凸透镜；58a-全息光学元件；58b、82f-另一方的主面；64-微小透镜；78a、78b、78c、82a、82b、82c-副导光板。
具体实施方式
本发明是使用激光光源作为光源，在大面积的显示面上具有均匀的亮度，色再现范围宽，且可抑制斑点噪声的面状照明装置，进而提供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使用具有非常大的亮度的激光光源作为光源。因此，激光光源包含极少数的光源。
因此，即使激光光源经时劣化，也能够在显示面内保持均匀的亮度。
此外，在使用激光作为光源的情况下产生的斑点噪声等问题利用后述的光束扫描部、以及第一导光路的至少任一个的作用，通过对激光给予足够的相位差(光路的变化)而解决。
以下，对本发明的实施方式参照附图进行说明。而且，有时对相同的要素标注相同的标记，并省略说明。此外，附图为便于理解，放大面状照明装置地表示，对液晶显示面板和面状照明装置的尺寸等并不一定是正确的显示。
(第一实施方式)
图1A及图1B是表示本发明的第一实施方式涉及的面状照明装置的图。图1A是表示结构的概要的俯视图，图1B是沿图1A的A-A线切开后的剖面的概略图。
如图1A所示，第一实施方式的面状照明装置1由以下结构构成。面状光源装置1具有激光光源12a、12b以及12c。激光光源12具有发出红色光(R光)源12a、绿色光(G光)源12b以及蓝色光(B光)源12c的三原色的光的三个光源。
此外，参照图1B，面状照明装置1具备从一方的端面部24d射入从该激光光源12a～c射出的激光，并从一方的主面射出的平板状的第一导光板(第一导光路)24。在此参照图1A，在与第一导光板24平行的方向，且通过预先设定的往复运动而偏转扫描激光的光束扫描部16。光束扫描部16可以具备具有规定的NA的柱面透镜16b。
进而，参照图1A，面状照明装置1具备对从光束扫描部16射出的激光的光路进行变换的光路变换部22、和将由光束扫描部16偏转扫描的激光导光至光路变换部22的第二导光板(第二导光路)20。该第二导光板20期望在第一导光板24的另一方的主面上层叠地设置。光束扫描部16期望配置在第二导光板20的一方的端面部20a侧附近，且在与一方的端面部20a相对的另一方的端面部20b处配置光路变换部22。
此外，在第一导光板24的一方的主面上配置有漫射板24c，该漫射板24c作为使激光的行进方向偏转的偏转用片。进而，在第一实施方式中，为将射入的激光均匀地漫射、反射而射入一方的主面，在第一导光板24的另一方的主面上设置例如形成有微小的点图案(凹凸形状)的反射层24a。
进而，在导光板的另一方的主面上优选设置棱柱图案或散射面。使从一方的主面的均匀的射出变为可能，并且与一方的主面的偏转面协同，将漫射图案变为更加任意，进而降低斑点噪声。
光路变换部22例如能够使用反射镜或三角棱镜等。进而，该光路变换部22为无泄露地使激光射入第一导光板24，且得到更均匀的面状照明光，也可在其内侧表面设置微小的凹凸形状，以根据光束扫描部16扫描的射入角度来调整角度，或散射地射入。通过实施这样的加工，将射入第一导光板24的激光形成为大致平行光，且可进行均匀的照明。
在第一实施方式中，为将射入第一导光板24的激光变为大致平行光，将具有与光束扫描部16的柱面透镜的NA相同的NA的柱面透镜面设置于光路变换部22。此外，为了均匀化和降低斑点噪声，在光路变换部22的其他的面上设置由微小的凹凸图案构成的散射面。
来自由R光源12a、G光源12b以及B光源12c构成的激光光源12的激光被校准，例如利用分色镜14合波后，射入光束扫描部16。而且，在第一实施方式中，在光束扫描部16中进一步设置有将从激光光源12射出的激光整形为扁平光束的光学元件(未图示)，射入柱面透镜16b的激光被扁平光束化。
此外，光束扫描部16具有反射镜16a、柱面透镜16b、以及使柱面透镜16b在与第一导光板24的一方的端面部24d平行的方向上往复运动的往复运动机构16c。使用该往复运动机构16c，使柱面透镜16b往复运动，能够以均匀的光强度使激光射入到第一导光板24中。进而，利用该往复运动也能够抑制斑点噪声。因为这样的往复运动是简单的动作，因此只要使用压电元件等即可容易地实现。此外，也可使用如音圈的通常的结构。
而且，在第一实施方式中，激光光源12、分色镜14以及光束扫描部16统统收容于收容部18，但也可不特别设置收容部18。此外，激光光源12和第一导光板24等收容于框体26，但在图1A中分别切掉框体26的表面以及收容部18的表面来进行表示。
由此，激光以均匀的光强度射入到光路变换部22的长度方向的整体。此外，利用柱面透镜16b使激光漫射并往复运动，由此也能够抑制斑点噪声。其结果，在第一导光板24的一方的主面内具有均匀的光强度，且能够得到抑制了斑点噪声的面状照明装置1。
而且，第一导光板24及第二导光板20能够使用透明且光学特性和成形性优良的树脂材料。尤其优选使用双折射少的丙烯酸树脂或聚烯烃系树脂，此外，即可形成为薄的薄膜状，或者也可形成为空洞(空气)。进而，在第一导光板24的一方的主面侧设置的漫射板24c为从第一导光板24的一方的主面侧射出更均匀的面状照明光而设置。此外，在漫射板24c的表面上也可进一步设置棱镜片或透镜片。此外，也可在此种棱镜片或透镜片的面上进一步设置其他的漫射板。
通过使用这些漫射板或透镜片，能够进行均匀的亮度的照明，并且被偏转扫描的激光是相对于各自的扫描位置(角度)带有不同的角度分布的光束，且能够作为具有不同的相位分布的光束从面状照明装置1的照明方向射出。
下面，对在漫射板24c的表面上设置有透镜片28的情况的激光的角度变化进行说明。图2是说明上述内容的图。如图2所示，例如射入激光30一边被扫描一边射入透镜片28。对于射入激光30，射出激光32相对于扫描位置(角度)具有不同的角度(相位)。从而，除了照明的亮度的均匀化外，也可抑制斑点噪声。
而且，漫射板24c和透镜片28的材料也能够使用透明且光学特性和成形性优良的树脂材料。尤其是优选使用双折射少的丙烯酸树脂或聚烯烃系树脂。
而且，这些漫射板24c和透镜片28优选直接设置在第一导光板24的表面。由此，促进大致平行化后的激光的从第一导光板24的主面的射出，并能够以接近与主面垂直的角度使激光直接射出。
而且，不设置漫射板24c，或者除漫射板24c以外，也可在第一导光板24中包含的塑料树脂材料中，分散有具有与该塑料树脂材料不同的折射率的树脂珠，由此形成将激光漫射的漫射区域。该漫射区域使激光的一部分透过，使一部分漫射。因此，能够从第一导光板24的一方的主面得到均匀的面状照明光。
通过形成此种结构，防止在使用激光光源的情况下存在问题的斑点噪声的产生，且没有干涉光强度不均，能够实现在面内具有均匀的光强度分布的面状照明装置。
图3A及图3B是表示将第一实施方式涉及的面状照明装置1作为背光灯照明用装置使用的液晶显示装置的结构的图。图3A是液晶显示装置的剖面概略图，图3B是将图3A的一部分放大地表示的剖面概略图。
第一实施方式的液晶显示装置具备液晶显示面板34、和从背面侧对该液晶显示面板34进行照明的背光灯照明装置，该背光灯照明装置包括上述的面状照明装置1。面状照明装置1的第一导光板24的一方的主面与液晶显示面板34可以紧贴地配置。在该第一实施方式中，在第一导光板24的一方的主面与液晶显示面板34之间配置漫射板24c。
液晶显示面板34是透过型或半透过型结构，例如为TFT有源矩阵型的液晶显示面板。在该显示区域中，如图3B所示，设有多个包含红色像素部(R亚像素(subpixel))、绿色像素部(G亚像素)以及蓝色像素部(B亚像素)的像素34d，并利用TFT驱动。并且，在两片玻璃基板34a及34c之间设置液晶34b，驱动该液晶34b的TFT(未图示)形成于玻璃基板34a及34c的一方。液晶显示面板34可以使用从以往使用的液晶显示面板，因此省略详细的说明。
在第一实施方式的液晶显示装置中，作为背光灯照明装置使用本发明涉及的面状照明装置1。因此，即使液晶显示装置的显示画面是大面积，也具有均匀的亮度，进而也抑制斑点噪声。此外，由得到构成激光光源12的R光源12a、G光源12b及B光源12c的发光波长是色纯度非常好的发光波长，能够大幅地扩大液晶显示装置的色再现范围。其结果，与采用使用以往的荧光显示管或LED光源的方式的液晶显示装置相比，能够得到更高画质的显示图像。此外，激光光源与LED光源相比发光效率良好，因此也可实现低消耗电力化。
而且，在第一实施方式中，对使用了柱面透镜16b的光束扫描部16的结构进行了说明。但是，本发明并不限定于此。例如，代替柱面透镜16b也可使用双凸透镜。
而且，在第一实施方式中，将激光在与第一导光板24平行的方向上扩展的扁平光束化的光学元件(未图示)设置于光束扫描部16的射入侧的结构，也可设置于射出侧。在哪种情况下也能够辅助激光强度分布的均匀化。
在本发明中，扫描大亮度的激光，并实现大画面的均匀面状照明装置。因此，只要仅管理扫描的激光的强度，则能够应对照明装置的亮度的经时变化。此外，即使在扫描来自多个激光光源的光的情况下，只要仅管理将多个激光光源合波后的激光的强度，即能够良好地保持亮度。因此，利用本发明涉及的使用了激光的面状照明装置，能够解决使用多个光源的问题即各个光源要素的亮度的个体差，及经时的亮度的变化的问题。
(第二实施方式)
图4A及图4B是表示本发明的第二实施方式的面状照明装置2的图。图4A是表示结构的概要的俯视图，图4B是沿图4A的B-B线剖开的剖面的概略图。
第一实施方式的面状照明装置2的第一导光板36的结构与第一实施方式的面状照明装置1的第一导光板24不同。即，在第二实施方式中，第一导光板36在其内部以一定的间距排列多个半透镜36a。并且，这些半透镜36a将射入到第一导光板36的激光的一部分向第一导光板36的一方的主面(具有漫射板36)方向反射。而且，半透镜36a从第一导光板36的射入面即从一方的端面部36c侧沿激光的传送方向，以设定的比率使半透镜36a的反射率不同。因而，能够使以各个半透镜36a反射并向一方的主面射出的激光的亮度均匀。
在第一导光板36的一方的主面侧设置漫射板36b。由于漫射板36b，激光的角度发生变化，能够抑制斑点噪声。除此以外，与第一实施方式的面状照明装置1相同，且对于作为液晶显示装置使用的结构，与图3A及图3B所示的结构相同，因此省略说明。
(第三实施方式)
图5是表示本发明涉及的第三实施方式的面状照明装置3的结构的概略俯视图。在图示该面状照明装置3的情况下，分别去掉框体26及收容部16的表面，便于理解地表示内部结构。
第三实施方式的面状照明装置3的光束扫描部38与第一实施方式的光束扫描部16的结构不同。即，在第一实施方式的面状照明装置1的光束扫描部16中，使用了柱面透镜16b，但在第三实施方式的面状照明装置3中，代替柱面透镜16b使用双凸透镜38b。激光被光束扫描部38的反射镜38a反射后，射入到双凸透镜38b。射入到双凸透镜38b的激光被一维扩展，并射入到光路变换部22。在此情况下，通过由往复运动机构38c使双凸透镜38b在一定的距离往复运动，能够将射入到光路变换部22的激光的强度分布均匀化，且能进行斑点噪声的抑制。
在第三实施方式的情况下，期望在射入到双凸透镜38b之前，将激光形成为扁平光束。因此，期望在反射镜38a与双凸透镜38b之间插入将激光扁平光束化的光学元件(未图示)。或者也可在分色镜14与反射镜38a之间插入将激光扁平光束化的光学元件(未图示)。这样，在第三实施方式中，通过使用双凸透镜38b，能够以更均匀的状态扩展射出双凸透镜38b的激光。而且，作为往复运动机构38c，例如能够使用压电元件。
对于其他的结构，与第一实施方式的面状照明装置1相同，对于作为液晶显示装置使用的结构也与图3A及图3B所示的结构相同，因此省略说明。而且，也能够形成如第二实施方式的面状照明装置2的结构。
(第四实施方式)
图6是表示本发明涉及的第四实施方式的面状照明装置4的结构的概略俯视图。在图示该面状照明装置4的情况下，也分别去掉框体26及收容部16的表面，便于理解地表示内部结构。
第四实施方式的面状照明装置4的光束扫描部40的结构与第一实施方式的面状照明装置1的光束扫描部16不同。即，在第四实施方式的面状照明装置4中，光束扫描部40具备包含：反射镜40a、和用于使该反射镜40a的角度变化的角度调整机构40b的结构。并且，使用该角度调整机构40b使反射镜40a的角度变化，使激光向设定的偏转扫描角度进行偏转扫描。由此，如图6所示，反射镜40a为使激光照射光路变换部22的长度方向的整面而以偏转扫描角度θ偏转扫描。如图6所示，偏转扫描角度θ是被反射镜40a偏转地传播的激光的两端在反射镜40a上所成的角度。
由此，因为激光能够射入到光路变换部22的长度方向的整体，所以能够从光路变换部22使激光均匀地射入第一导光板24的整面。同时也能够抑制斑点噪声。
对于其他的结构，与第一实施方式的面状照明装置1相同，所以省略说明。而且，第四实施方式的面状照明装置4的情况下，将第一导光板24中的激光形成为大致平行光的、光路变换部22的各个位置中的角度的设定也能够容易地设计。
在光路变换部22中，形成以反射镜40a为焦点的柱面菲涅尔透镜面，如此一来，射入到第一导光板24的激光大致变为平行光。此外，为激光的光强度的均匀化和去除斑点，在激光向第一导光板24射入前，例如，优选与第一实施方式同样地在光路变换部22的面上设置散射面。
在面状照明装置4的情况下，能够仅由反射镜40a和角度调整机构40b构成光束扫描部40。该反射镜40a可以使用如上所述的硅基板并利用微型机电系统(MEMS)技术形成。也可以是使用同样的MEMS技术，将例如利用压电元件产生偏转扫描角度及激光的振动的角度调整机构40b与反射镜40a一体化的结构。如果形成这样的结构，则也能够将光束扫描部40的形状大幅地小型化。
此外，作为反射镜40a及角度调整机构40b也可以使用多面反射镜和旋转调整机构。
将该面状照明装置4作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的结构与图3A及图3B所示的液晶显示装置相同，因此省略说明。
在面状照明装置4中，角度调整机构40b也可进一步添加与反射镜40a的角度的变化重叠，在相对于偏转扫描的方向垂直的方向上使激光的射出角度振动的垂直角度振动机构。通过由垂直角度振动机构使由反射镜40a反射的激光的垂直方向的角度微振动，在与至此为止的角度变化的方向垂直的方向上，角度变化的图案重叠。由此，能够进一步抑制斑点噪声。此外，垂直角度振动机构也可添加到图1的面状照明装置1。
图7A是表示第四实施方式的第一变形例即面状照明装置5的结构概略的俯视图。在该第一变形例中，分别去掉框体26及收容部18的表面，容易理解地表示内部结构。
基于第一变形例的面状照明装置5设有两组具有图6所示的R光源12a、G光源12b及B光源12c的激光光源12、反射镜40a、角度调节机构40b、一体地收容他们的收容部18。通过形成这样的结构，即使在大画面的液晶显示装置的情况下，也能够得到具有均匀的亮度的面状照明装置5。对于除此以外的结构，与第四实施方式的面状照明装置4相同，因此省略说明。
通过设置两组激光光源12及光束扫描部40，能够缩短必须由一个光束扫描部40使激光扩展地射入的第一导光板24的端面的长度。从而，能够缩短扩展激光所需要的光束扫描部40和第一导光板24的端面之间的距离。
对于将第一变形例的面状照明装置5作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的结构，能够形成为与图3A及图3B所示的液晶显示装置相同，因此省略说明。
而且，在第一变形例的面状照明装置5中，形成设置有两组激光光源12、光束扫描部40及收容部18的结构，但也可设置三组以上。此外，偏转扫描的速度并不需要为恒定的速度，也可为得到照明的均匀性而适当变化。
图7B是表示作为第四实施方式的第二变形例的面状照明装置100的结构概略的俯视图。第二变形例设有两组RGB的激光光源及光束扫描部、以及收容他们的收容部18，使激光从第一导光板24的两个相互不同的端面部射入。面状照明装置100从两个相互不同的端面射入激光，因此具有两个光路变换部22。通过形成这样的结构，与具有一组激光光源及光束扫描部的情况相比，能够将从第一导光板24的主面射出的激光的放射强度分布均匀化，并能够使斑点噪声降低。
而且，在该第二变形例中，使用了两组RGB激光光源和光束扫描部的组，但也可形成为如一个RGB光源和将该RGB的激光分配给两个光束扫描部的结构。此外，也可形成为设置四个扫描部，使激光从第一导光板24的四个端面射入的结构。
(第五实施方式)
图8是表示本发明的第五实施方式的面状照明装置6的结构概略的俯视图。在图示该面状照明装置6的情况下，也去掉框体44的表面，易于理解地表示内部结构。此外，收容激光光源12和光束扫描部42的收容部未图示。此外，光束扫描部42包含反射镜42a和角度调整机构42b而构成。
第五实施方式的面状照明装置6将光束扫描部42的反射镜42a配置在第一导光板46的角部，并以偏转扫描角度θ偏转扫描激光。激光在与第一导光板46平行的方向上被偏转扫描。进而，第一导光板46形成为与第一实施方式的面状照明装置1同样地使用形成有点图案的反射层24a的结构。反射层24a期望例如配置在以反射镜42a为中心的同心圆上。在第五实施方式的面状照明装置6中，期望使反射镜42a偏转扫描的速度(例如其角速度)不恒定。期望以在第一导光板46内的激光的光路长的方向，即图8所示的面状照明装置6的情况的对角线方向上，偏转扫描的角速度变为最小的方式被扫描。
通过形成此种结构，从激光光源12射出的激光利用反射镜42a而被偏转扫描，并射入到第一导光板46，在第一导光板46中被反射层24a反射，并从第一导光板46的一方的主面射出。利用激光的反射方向使反射镜42a的偏转扫描的角速度发生变化，以及利用反射层24a的配置图案能够使从第一导光板46的一方的主面射出的激光的亮度分布均匀。由此，不需要使用光路变换部或第二导光板等。因此，能够使面状照明装置6的结构简单化，并可低成本化。
将第五实施方式的面状照明装置6作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的结构可以形成为与图3A及图3B所示的液晶显示装置相同，因此省略说明。
(第六实施方式)
图9是表示本发明的第六实施方式的面状照明装置7的结构的概略的俯视图。在图示该面状照明装置7的情况下，也分别去掉框体26及收容部18的表面，易于理解地表示内部结构。
面状照明装置7具有与构成激光光源12的R光源12a、G光源12b及B光源12c分别对应的反射镜48a、48b及48c。这些反射镜48a、48b及48c能够以预先设定的偏转扫描角度进行偏转扫描，以使与其分别对应的激光射入到光路变换部22的长度整体。此外，在该面状照明装置7的情况下，不设置第二导光板，直接使激光射入光路变换部22，且激光从光路变换部22射入第一导光板24。对于除此以外的结构，与第一实施方式的面状照明装置1的基本结构相同，因此省略说明。
在面状照明装置7的情况下，相对于构成激光光源12的各个R光源12a、G光源12b及B光源12c，设置各自的反射镜48a、48b、48c。通过这些反射镜48a、48b、48c，角度调整机构48d基于设定的偏转角度来扫描激光。光束扫描部48包括激光光源12a、12b及12c，反射镜48a、48b、48c，以及角度调整机构48d。而且，反射镜48a、48b、48c也可如上所述地使用硅基板并利用MEMS技术进行镜形成而形成。进而，例如利用压电体元件使角度调整的机构也可形成与反射镜一体化的结构。由图9可知，R光源12a和反射镜48a、G光源12b和反射镜48b、以及B光源12c和反射镜48c分别配置在相同的面上。
通过以上的结构，通过使R光源12a、G光源12b及B光源12c同时发光并扫描，能够使混合后的照明光从第一导光板24射出。进而也可对R光源12a、G光源12b及B光源12c的发光设置时间差，使他们分别发光。
图10是表示使用第六实施方式的面状照明装置7，进行相对于包含在激光中的R光、G光及B光的光束扫描，以对于各个R光、G光及B光，在同一时刻下从第一导光板24的一方的主面的不同的区域射出的状态的图。此时，光束扫描部48还具有控制回路(未图示)，该控制回路对于从激光光源12射出的多个颜色，以各个颜色的激光在同一时刻下从第一导光板24的一方的主面的不同的区域射出的方式来控制角度调整机构48d。如果添加此种控制回路，则对于各个R光、G光及B光，在同一时刻下，能够从第一导光板24的不同的区域同时射出。由此，不需要如以往以R亚像素、G亚像素及B亚像素构成液晶显示面板的各像素，通过以相同的像素依次在不同的时刻显示不同的颜色，能够以一个像素显示多个颜色。从而，在将该面状照明装置7作为背光灯照明装置使用的情况下，不仅如图3A及图3B所示的结构的液晶显示装置，使用不设置(R、G及B用的)亚像素的液晶显示面板也能够显示彩色图像。此时，需要使液晶显示面板的各像素的驱动与从R光源12a、G光源12b及B光源12c射出的各自的激光的扫描同步进行。此种驱动只要控制使上述的控制回路和液晶显示面板的回路同步，即可容易地实施。
这样，在同一时刻，如果以对第一导光板24的不同区域进行照明的方式进行扫描，则能够以滚动方式实现场序型的液晶显示装置。在该例子(滚动方式)中，在同一时刻使第一导光板24中的发出R光、G光及B光的区域不同，并使这些时间性推移，从而实现场序型的液晶显示装置。而且，滚动方式并不是禁止将R光、G光及B光的发光时刻在时间上错开而依次使他们发光。在该滚动方式中，也不需要对一个像素设置R用、G用、B用的亚像素，能够将像素的结构大幅地简单化。此外，因为也不需要滤色器，因此也能增大亮度。特别是如本发明，如果在相同的时刻使R光、G光及B光的三色在各自的区域上依次扫描，则与单色依次点亮的场序方式不同，在画面上同时显示三色，因此能够缓和色断裂的产生。
而且，将从第一实施方式至第六实施方式的面状照明装置作为液晶显示装置的背光灯照明装置使用的情况下，进而也可采用各种方式的结构。例如，通过使R光源12a、G光源12b及B光源12c同时发光并扫描，不仅能够使混合后的照明光从第一导光板射出，而且也能够依次照明R光源12a、G光源12b及B光源12c。如果进行此种照明，则场序方式的液晶显示装置变为可能，并能够大幅地简化其结构。此外，因为也不需要滤色器，因此也能够增大亮度。
而且，在从第一实施方式至第六实施方式中，作为激光光源12，对使用R光源12a、G光源12b及B光源12c的三色的情况进行了说明，但本发明并不限定于此。取代R光源12a、G光源12b及B光源12c，或者进而增加与他们不同的波长的光源也可。
(第七实施方式)
图11A及图11B是表示将基于本发明涉及的第七实施方式的面状照明装置50作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的结构的图。基于第七实施方式及后述的第八实施方式的面状照明装置以及使用其的液晶显示装置是实现大画面显示的面状照明装置及液晶显示装置，即使光源劣化，也能够在面内保持均匀的亮度，且具备在与液晶显示装置的各色的像素对应的区域使各个光射出的色分离机构，从而达到消耗电力的省电化的面状照明装置及液晶显示装置。图11A是表示液晶显示装置的概略的俯视图，图11B是沿图11A的C-C线剖开的剖面的概略剖面图。此外图12A是放大地表示液晶显示装置的结构的一部分的放大剖面图。而且，在图11A中，分别去掉背光灯照明装置的框体60及收容激光光源12和光束扫描部52等的收容部18的表面，易于理解地表示内部结构。此外，在第七实施方式中，以液晶显示装置的结构为主进行说明。因此，以下有时将本发明涉及的面状照明装置50称为背光灯照明装置50进行说明。
第七实施方式的液晶显示装置具备液晶显示面板62、从背面侧对液晶显示面板62进行照明的背光灯照明装置50。背光灯照明装置50具备：激光光源12；以预先设定的偏转扫描角度对从激光光源12射出的激光进行偏转扫描的光束扫描部52；变换从光束扫描部52射出的激光的光路的光路变换部56；将利用光路变换部56变换光路后的激光从其端面部58d射入，并从一方的主面58c射出的平板状的第一导光板58。
进而，该背光灯照明装置50也可具备将由光束扫描部52偏转扫描后的激光导光至光路变换部56的第二导光板54。并且，该第二导光板54也可与第一导光板58的另一方的主面58b层叠地设置。此外，光束扫描部52配置在第二导光板54的一方的端面部54a侧，在与一方的端面部54a相对的另一方的端面部54b配置光路变换部56。
背光灯照明装置50的第一导光板58包含以与液晶显示面板62的像素列对应的间距排列的多个全息光学元件58a，且形成如下结构，即：利用全息光学元件58a将射入到第一导光板58的激光色分离并衍射，并将衍射得到的红色光、绿色光及蓝色光分别射出到构成液晶显示面板62的像素62d的列的R亚像素、G亚像素及B亚像素。
进而，在第七实施方式中，背光灯照明装置50的全息光学元件58a也可从第一导光板58的射入面侧、即一方的端面部58d沿激光的传输方向，使全息光学元件58a的衍射效率阶段性变化地配置。
液晶显示面板62可以是透过型或半透过型，例如可以是TFT有源矩阵型。第七实施方式的液晶显示面板62优选使用构成像素62d的R亚像素、G亚像素及B亚像素在液晶显示面板62的宽度方向或长度方向上直线排列的液晶显示面板。只要是此种像素配置结构，能够容易地进行一起制作并配置与像素列对应配置的全息光学元件。此外，在第七实施方式的液晶显示装置中，液晶显示面板62不需要滤色器，但在图11A及图11B以及图12A及图12B中，对设有滤色器的结构进行说明。
如图11A及图11B所示，第七实施方式的液晶显示装置的背光灯照明装置50的激光光源12及光束扫描部52等的基本的结构与第三实施方式的面状照明装置3相同。
在激光光源12中也可配置将射出的激光校准的透镜(未图示)。并且，例如利用分色镜14对来自由R光源12a、G光源12b及B光源12c构成的激光光源12的激光进行合波。光束扫描部52包括例如在第一实施方式中说明的利用MEMS等技术制作的反射镜52a和角度调整机构52b。利用该角度调整机构52b，在规定的偏转扫描角度内对反射镜52a进行偏转扫描。由此，能够使激光射入到遍及光路变换部56的长度方向整体。而且，为抑制斑点噪声，优选在第一导光板58的一方的主面58c侧配置漫射板。进而也可利用角度调整机构52b，在相对于偏转扫描方向垂直的方向上也以微小的角度施以振动。由此能够进一步抑制斑点噪声。
从光束扫描部52射出的激光从第二导光板54的一方的端面部54a侧射入，并射入到设置于另一方的端面部54b附近的光路变换部56。第二导光板54的原材料可以使用在第一实施方式的第二导光板20中说明的材料。而且，该第二导光板54并不一定设置。即，也可使从光束扫描部52射出的激光在空气中传播，并射入光路变换部56。但是，如果在框体60内部存在废物，则有可能遮断激光而产生局部性的亮度的降低。通过设置该第二导光板54能够防止此种麻烦。
光路变换部56具有凹面及凸面的形状，以使偏转扫描后的激光的行进方向平行化。利用光路变换部56变为大致平行化的光束而在第一导光板58中传播。通过大致平行化，在全息光学元件58a的色分离中，能够抑制各色的光束混合。此外，能够容易地进行称为全息光学元件58a的射出(立ち上げ)元件的设计。
如图12A所示，在第一导光板58的激光光路中设置的全息光学元件58a以与像素列对应的间距排列。这些全息光学元件58a将在第一导光板58中传输的激光的一部分色分离且衍射，并作为R光、G光及B光从第一导光板58的一方的主面58c射出。并且，激光的剩余部分透过全息光学元件58a，射入到下面的全息光学元件58a。在激光接下来射入的全息光学元件58a中，射入激光与上述同样地将激光的一部分衍射并色分离，由此分离为从第一导光板58的一方的主面58c射出的激光、和透过全息光学元件58a的激光。如此，一部分从最接近光路变换部56的全息光学元件依次地通过色分离和衍射，从第一导光板58的一方的主面58c射出，其余的部分透过并射入下面的全息光学元件。因此，从第一导光板58的射入面侧、即一方的端面部58d沿激光的传播方向，使全息光学元件58a的衍射效率阶段性变化地配置。由此，能够在第一导光板58的整个面上得到具有均匀的亮度的R光、G光及B光。
全息光学元件58a例如通过使用激光的干涉曝光而形成，能够使用形成有与由R亚像素、G亚像素及B亚像素构成的像素列对应的图案的相位型体积全息光学元件等。而且，全息光学元件58a也可不具备形成为列状的图案。也可是具有与像素的列状图案对应的图案的相位型全息光学元件。
此外，第一导光板58和液晶显示面板62对位地配置，以使上述的R光、G光及B光相对于构成液晶显示面板62的像素62d的R亚像素、G亚像素及B亚像素分别对应地射入。
另一方面，第七实施方式的液晶显示面板62在两片玻璃基板62a、62c之间设有液晶62b，用于驱动该液晶62b的TFT形成在玻璃基板62a、62c的一方，但未图示。该液晶显示面板62期望具有列状地配置构成像素62d的R亚像素、G亚像素及B亚像素的结构。对于其他的没有特别限定，可以使用以往的结构的液晶显示面板。
在第一导光板58中传送来的激光利用全息光学元件58a衍射，与像素62d的列对应地分别色分离为R光、G光及B光。此时，期望使R光、G光及B光在与构成液晶显示面板62的像素62d的列的R亚像素、G亚像素及B亚像素的列对应的各个列向上衍射。此处，“列”是与图面垂直的方向。向不同的三方向衍射的R光、G光及B光透过设在第一导光板58的一方的主面58c和液晶显示面板62的玻璃基板62a之间的例如微小透镜64，从而变为大致平行光，并射入液晶显示面板62的分别对应的R亚像素、G亚像素及B亚像素。
而且，透过微小透镜64的激光并不一定需要正确的平行光，也可具有某种程度的角度分布。进而，在设有滤色器的情况下，也可不特别设置微小透镜64。该微小透镜64利用棱镜片或透镜片构成即可。
利用上述的结构，各全息光学元件58a作为射出元件起作用，将激光导向一方的主面58c。在阶段性地使衍射效率变化地配置的全息光学元件58a中，被衍射从而被色分离为R光、G光及B光的激光以均匀的亮度从第一主面照明液晶显示面板62的显示面整体。从而，面状照明装置50能够以均匀的亮度照明液晶显示面板62。进而，按R亚像素、G亚像素及B亚像素而被色分离后的激光射入将该面状照明装置50作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的液晶显示面板62。因此，能够实现色纯度好，且色再现范围宽的高画质的液晶显示装置。而且，因为能够去除滤色器，因此也能够进一步增大亮度。
而且，在第七实施方式中，对光束扫描部52使用反射镜52a的结构进行了说明。但是，光束扫描部52也可使用柱面透镜或双凸透镜等。
图12B是表示基于第七实施方式的变形例的液晶显示面板的图。图12B所示的液晶显示面板与图12A所示的液晶显示面板62，在液晶面板的像素62d的观赏者侧设有漫射板62e这点上不同。在使用本发明涉及的背光灯照明装置的情况下，如果射入到像素62d的激光具有某一定角度以上的发散角，则激光射入与该激光不同色的亚像素，构成损失。因此，在射入像素62d的时刻，期望激光被大致平行化，从而射入像素62d。但是，在透过像素62d后的时刻，激光还是大致平行光，则存在液晶显示装置的视角变窄的问题。因此，在本发明涉及的液晶显示面板中，期望具备用于扩大视角的结构。在图12B所示的液晶显示面板变形例中，形成在像素62d的观赏者侧设置漫射板、透镜片、或棱镜片的结构。尤其是，优选在构成液晶显示面板的液晶层与射出侧偏振板62f之间设置漫射板62e(或透镜片、或者棱镜片)。如果漫射板62e(或透镜片、或者棱镜片)位于像素62d的观赏者侧，则扩展外部光，存在亮处对比度恶化的问题。但是，进而在漫射板62e的观赏者侧配置射出侧偏振板62f，由此遮蔽外部光，能够改善亮处对比度。
(第八实施方式)
图13A及图13B是表示将基于本发明涉及的第八实施方式的面状照明装置70作为背光灯照明装置使用的液晶显示装置的概略结构的图。图13A是俯视图，图13B是沿图13A的D-D线的剖面图。此外图14是放大地表示其结构的一部分的放大剖面图。而且，在图13A中，分别去掉背光灯照明装置的框体86及收容激光光源72和光束扫描部74等的收容部76的表面，易于理解地表示内部结构。此外，在第八实施方式中，以液晶显示装置的结构为主进行说明。因此，以下有时将本发明涉及的面状照明装置70称为背光灯照明装置70进行说明。
第八实施方式的液晶显示装置与第七实施方式同样，具备液晶显示面板90、从背面侧对液晶显示面板90进行照明的背光灯照明装置70。背光灯照明装置70具备：激光光源72；以预先设定的偏转扫描角度对从激光光源72射出的激光进行偏转扫描的光束扫描部74；变换从光束扫描部74射出的激光的光路的光路变换部80；将利用光路变换部80变换光路后的激光从一方的端面部82d射入，并从一方的主面82e射出的平板状的第一导光板82。
此外，背光灯照明装置70还具备将由光束扫描部74偏转扫描后的激光导光至光路变换部80的第二导光板78。第二导光板78与第一导光板82的另一方的主面82f层叠地设置。并且，光束扫描部74配置在第二导光板78的一方的端面部78d侧附近，在与一方的端面部78d相对的另一方的端面部78e附近配置光路变换部80。
进而，背光灯照明装置70的光束扫描部74具有反射镜74a、74b及74c，并具备用于分别使反射镜74a、74b及74c变化，从而以设定的偏转扫描角度对激光进行偏转扫描的角度调整机构74d。
此外，背光灯照明装置70的第一导光板82具备配置有与激光光源的各个发光波长不同的光源的数量对应的个数的多个副导光板(副导光路)82a、82b及82c。这些副导光板82a、82b及82c中以与液晶显示面板90的像素90d(参照图14)的列对应的间距排列有多个半透镜84a、84b及84c。并且，这些半透镜84a、84b及84c将射入第一导光板82的激光的一部分向第一导光板82的一方的主面82e方向反射。在此情况下，形成与构成液晶显示面板90的像素90d的R亚像素、G亚像素及B亚像素对应地分别射出各个颜色的激光的结构。
而且，半透镜84a、84b及84c从第一导光板82的射入面、即从一方的端面部82d侧沿激光的传输方向，以设定的比率使半透镜84a、84b及84c的反射率不同。
液晶显示面板90可以是透过型或半透过型，例如可以是TFT有源矩阵型。但是，第八实施方式的液晶显示面板90优选构成像素90d的R亚像素、G亚像素及B亚像素在液晶显示面板90的宽度方向或长度方向上直线地排列。此外，在第八实施方式的液晶显示装置中，液晶显示面板90也可不设置滤色器，但在图13A及图13B以及图14中，对设有滤色器的结构进行说明。
在第八实施方式中，构成R光源、G光源及B光源的激光光源72不合波各个激光，各激光分别经由不同的反射镜74a、74b及74c射入第二导光板78。激光光源72和反射镜74a、74b及74c可以与第六实施方式的面状照明装置7的基本机构相同。但是，在第八实施方式中，第二导光板78以第二导光板78的副导光板78a、78b及78c与反射镜74a、74b及74c对应的方式，在第一导光板82的厚度方向叠层地配置。激光光源72由R光源、G光源及B光源构成，与这些R光源、G光源及B光源对应地配置各个反射镜74a、74b及74c。进而，设置驱动反射镜74a、74b及74c的角度调整机构74d。由此构成光束扫描部74。这些基本结构与如上所述的面状照明装置7相同，因此省略进一步的说明。
从由R光源、G光源及B光源构成的激光光源72射出的激光利用光束扫描部74被偏转扫描到设定的偏转角度，并射入第二导光板78的各个副导光板78a、78b及78c。
射入各个副导光板78a、78b及78c的激光在分离为R光、G光及B光的状态(不合波)下射入光路变换部80。各激光在光路变换部80中偏转180度，射入第一导光板82的副导光板82a、82b及82c。即，射入第二导光板78的副导光板78a的R光利用光路变换部80a偏转，射入第一导光板82的副导光板82a。此外，射入第二导光板78的副导光板78b的G光利用光路变换部80b偏转，射入第一导光板82的副导光板82b。同样地，射入第二导光板78的副导光板78c的B光利用光路变换部80c偏转，射入第一导光板82的副导光板82c。
在第一导光板82的副导光板82a、82b及82c中，与构成液晶显示面板90的像素90d的R亚像素、G亚像素及B亚像素对应地，分别列状地设有半透镜84a、84b及84c。
该半透镜84a、84b及84c将在第一导光板82的副导光板82a、82b及82c中分别传播来的R光、G光及B光的一部分反射，并使剩余的部分透过。透过的激光射入下面的半透镜，同样地反射一部分，并使剩余的部分透过。反射的R光、G光及B光从第一导光板82的一方的主面82e射入液晶显示面板90。
以与构成液晶显示面板90的像素90d的R亚像素、G亚像素及B亚像素分别对应的间距，列状地排列半透镜84a、84b及84c。从而，利用这些半透镜84a、84b及84c反射的R光、G光及B光分别射入对应的R亚像素、G亚像素及B亚像素。由此，色纯度和色再现范围良好，能够实现高画质的液晶显示装置。
而且，在第八实施方式的情况下，也可不设置用于形成R亚像素、G亚像素及B亚像素的滤色器。但是，通过设置滤色器，能够分别遮断在相邻的亚像素间泄漏的光，因此能够进一步改善色纯度。
此外，也可在液晶显示面板90的观赏者侧或第一导光板82的一方的主面82e侧的任一个面上配置漫射板。如果这样配置漫射板，则也能够抑制斑点噪声。
而且，半透镜84a、84b及84c能够通过在第一导光板82的副导光板82a、82b及82c中设置的约45度的倾斜面上设置例如层叠有电介体膜材料的多层膜进行制作。具体地，例如能够如下地制作。首先，使用丙烯酸等透明树脂，形成剖面具有与液晶显示面板90的各个亚像素对应的长度的直角等腰三角形的三角柱。接下来，在该三角柱的长边部的表面上形成上述多层膜。然后，利用由丙烯酸等相同的材料构成的粘结剂，将该形成有多层膜的多层膜形成三角柱、和与该多层膜形成三角柱相同形状的三角柱的长边部之间接合。如果重复其，则在与亚像素对应的位置上能够得到配置有半透镜的平板状的第一导光板82。但是，上述的制作方法只是一例，也可由其它的方法制作。
通过形成上述的结构，将激光光源作为光源使用，能够防止斑点噪声的产生。从而，能够没有干涉强度不均地使R光、G光及B光分别射入R亚像素、G亚像素及B亚像素，并形成图像。从而，能够实现光利用效率高，色纯度好，且色再现范围宽的高画质的液晶显示装置。而且，也能够去除滤色器，因此也能够进一步增大亮度。
而且，在第八实施方式中，对光束扫描部52使用反射镜74a、74b及74c的情况进行了说明，但也能够使用柱面透镜或双凸透镜。
而且，在第七及第八实施方式中，作为激光光源12，对使用R光源12a、G光源12b及B光源12c的三色的情况进行了说明，但本发明并不限定于此。也可进一步添加与他们不同的波长的光源。
而且，在第七及第八实施方式中，作为对于亚像素引导各色的激光从主面射出的射出元件，以使用了全息光学元件及副导光板和半透镜的结构进行了说明，但也可采用其它的结构。
例如，也能够使用副导光板和在各个导光板上形成的棱镜面等。
此外，本发明并不限定于第一实施方式至第八实施方式的结构，能够进而采用各种结构。
例如，在第一导光板的另一方的主面侧也可设置具有使激光向一方的主面射出的凹凸的反射层。通过设置此种反射层，能够将从一方的主面射出的激光的亮度分布更均匀。
工业上的可利用性
本发明涉及的面状照明装置及使用其的液晶显示装置通过以设定的偏转扫描角度，时间性地对激光进行偏转扫描，由此防止斑点噪声的产生，且能够实现在面内具有均匀的亮度的面状照明装置。如果使用其，则能够实现高亮度且高画质的液晶显示装置。从而，本发明在显示器领域有用。

Claims (16)

1.一种面状照明装置，其中，具备：
激光光源，其射出激光；
光束扫描部，其对所述激光进行偏转扫描；
平板状的第一导光路，其将由所述光束扫描部偏转扫描后的激光从端面部射入，并从第一主面射出，
所述光束扫描部包括：柱面透镜及双凸透镜的至少任一个；和在与所述第一导光路的所述端面部平行方向上使所述柱面透镜及双凸透镜的至少任一个往复移动的往复运动机构，
所述偏转扫描利用由所述往复运动机构形成的所述柱面透镜及双凸透镜的至少任一个的往复运动来执行，
所述柱面透镜及双凸透镜的至少任一个利用所述往复运动使所述激光的强度分布均匀化，并抑制斑点噪声。
2.根据权利要求1所述的面状照明装置，其中，
还具备：光路变换部，其无泄漏地接受从所述光束扫描部射出的所述激光，变换所述激光的光路，并将接受到的所述激光无泄漏地向所述第一导光路射出，
所述第一导光路将射出所述光路变换部的所述激光从所述端面部射入，并从所述第一主面射出。
3.根据权利要求2所述的面状照明装置，其中，
还具备：平板状的第二导光路，其无泄漏地接受从所述光束扫描部射出的所述激光，并将接受到的所述激光无泄漏地向所述光路变换部导光，
所述第二导光路在与所述第一导光路的所述第一主面不同的第二主面上层叠地设置，
所述光束扫描部及所述光路变换部配置在所述第二导光路的端面部附近，
所述光束扫描部将偏转扫描后的激光射入所述第二导光路的端面部，
所述光路变换部无泄漏地接受从所述第二导光路的端面部射出的所述激光。
4.根据权利要求1所述的面状照明装置，其中，
所述光束扫描部还包括：将所述激光在与所述导光路的所述第一主面平行方向扩展的光学元件。
5.根据权利要求1所述的面状照明装置，其中，
所述光束扫描部还包括：垂直角度振动机构，其使所述激光的射出角度在相对于所述第一导光路的所述第一主面垂直的方向上振动，
所述偏转扫描利用基于所述垂直角度振动机构的射出角度的振动来执行。
6.根据权利要求2所述的面状照明装置，其中，
所述光路变换部还包括：将射入的所述激光的行进方向大致平行化的光学元件。
7.根据权利要求1所述的面状照明装置，其中，
所述激光光源包括至少射出红色激光、绿色激光、及蓝色激光的光源，
所述激光光源将红色激光、绿色激光、及蓝色激光合波，并向所述光束扫描部射出。
8.一种液晶显示装置，其具有液晶显示面板、和从背面侧对所述液晶显示面板进行照明的背光灯照明装置，其中，
所述背光灯照明装置具备：
激光光源，其射出激光；
光束扫描部，其对所述激光进行偏转扫描；
平板状的第一导光路，其将由所述光束扫描部偏转扫描后的激光从端面部射入，并从第一主面射出，
所述光束扫描部包括：柱面透镜及双凸透镜的至少任一个；和往复运动机构，其在与所述第一导光路的所述端面部平行方向上使所述柱面透镜及双凸透镜的至少任一个往复移动，
所述偏转扫描利用由所述往复运动机构形成的所述柱面透镜及双凸透镜的至少任一个的往复运动来执行，
所述柱面透镜及双凸透镜的至少任一个利用所述往复运动使所述激光的强度分布均匀化，并抑制斑点噪声，
所述背光灯照明装置的所述第一导光路的所述第一主面与所述液晶显示面板紧贴地配置，
从所述第一主面射出的所述激光对所述液晶显示面板进行照明。
9.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其中，
所述背光灯照明装置还具备：光路变换部，其无泄漏地接受从所述光束扫描部射出的所述激光，变换所述激光的光路，并将接受到的所述激光无泄漏地向所述第一导光路射出，
所述第一导光路将射出所述光路变换部的所述激光从所述端面部射入，并从所述第一主面射出。
10.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，
所述背光灯照明装置还具备：平板状的第二导光路，其无泄漏地接受从所述光束扫描部射出的所述激光，并将接受到的所述激光无泄漏地向所述光路变换部导光，
所述第二导光路在与所述第一导光路的所述第一主面不同的第二主面上层叠地设置，
所述光束扫描部及所述光路变换部配置在所述第二导光路的端面部附近，
所述光束扫描部将偏转扫描后的激光射入所述第二导光路的端面部，
所述光路变换部无泄漏地接受从所述第二导光路的端面部射出的所述激光。
11.根据权利要求9所述的液晶显示装置，其中，
所述光路变换部还包括：将射入的所述激光的行进方向大致平行化的光学元件。
12.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其中，
所述背光灯照明装置的所述第一导光路的第二主面包括反射面，该反射面具有将所述激光反射，并使所述激光从所述第一主面射出的凹凸。
13.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其中，
所述光束扫描部还包括：垂直角度振动机构，其使所述激光的射出角度在相对于所述第一导光路的所述第一主面垂直的方向上振动，
所述偏转扫描利用基于所述垂直角度振动机构的射出角度的振动来执行。
14.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其中，
所述液晶显示面板具备像素，
所述像素为了形成彩色图像，包括在所述每个像素显示不同颜色的多个亚像素，
所述第一导光路包括从所述第一主面使与所述亚像素显示的颜色对应的激光向所述亚像素射出的射出元件。
15.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其中，
所述激光光源包括至少射出红色激光、绿色激光、及蓝色激光的光源，
所述激光光源将红色激光、绿色激光、及蓝色激光合波，并向所述光束扫描部射出。
16.根据权利要求8所述的液晶显示装置，其中，
所述液晶显示面板包含像素，并在所述激光的行进方向上，在所述像素的下游至少包括漫射板、透镜片及棱镜片的任一个。
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