CN101523110A - 面状照明装置及使用此装置的液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种面状照明装置及使用了此装置的液晶显示装置。从光源(30)射出的激光通过一维扩散元件(5)在与导光板(9)的主表面平行的方向上扩散。该被扩散的激光在通过第1柱面透镜6转换为平行光之后，通过第2柱面透镜(7)收敛在导光板(9)的厚度方向上。该被收敛的激光通过镜子(8)以直角反射两次，并被引导到导光板9的侧表面。

Description

面状照明装置及使用此装置的液晶显示装置
技术领域
本发明涉及一种将激光元件用在光源中的薄型面状照明装置，及使用了该面状照明装置的液晶显示装置。
背景技术
一直以来，利用了冷阴极荧光管的后照光照明被广泛运用到使用了液晶显示屏的液晶显示装置中。此外，近年来，为了再现更鲜明且自然的色调，还在研制使用了红色光、绿色光及蓝色光这3种颜色的发光二极管(LED元件)的后照光照明。
尤其是对于较小型且不需要太高亮度的后照光照明，通常使用一般被称为边缘照明方式的侧方光源型面状照明装置，该侧方光源型面状照明装置是从导光板的侧表面(入射面)入射来自光源的光，并从导光板的一个主表面(射出面)射出光，来进行照明的。此外，对于大型且需要较高亮度的后照光照明，使用将阴极荧光管或LED元件排列成平面状的直下型照明装置。
可以认为将来对液晶显示装置实现挂壁式电视机等薄型且大画面化的要求会越来越高。然而，在直下型照明装置存在有这样的课题，即与边缘照明方式相比其薄型化较难，而在边缘照明方式中存在有若实现大画面化则不能确保足够的亮度这一课题。
于是，开始研讨将亮度较高的LED元件用在光源中的边缘照明方式的面状照明装置作为实现薄型且大画面的液晶显示装置的方法。例如，已经提出了记载在专利文献1中的方法。
当将LED元件用作边缘照明方式的光源时，若将多个LED元件在导光板侧面排列成线状，则会增加耗电量，或增加热的发生。因此，如图18所示，在专利文献1中采用了使棒状导光体400靠近导光板500的侧表面设置，并在棒状导光体400的两端设置两个LED元件300的结构。通过该构成，在使来自两个LED元件300的光在棒状导光体400内部重叠反射来获得均匀的光量分布之后，将其从棒状导光体400的侧表面入射到导光板500的侧表面。
专利文献1：日本专利文献特开平11-271767号公报
发明内容
作为能获得比LED元件更高亮度的元件，存在有激光元件。因此，虽然想到了在上述专利文献1的结构中将激光元件用在光源中，来代替LED元件，但会出现以下新的课题。
首先，与为从1个地方射出光的点光源的LED元件的情况不同，在使用为射出平行光的平行光源的激光元件的情况下，因为在棒状导光体内部的光线的反射较少，因此不能获得均匀的线状光源。此外，即使是像半导体激光器那样的发散光源时，由于详细来看光的放出角度与LED元件的情况不同，并对活动层具有各向异性，所以仅将半导体激光器设置在棒状导光体端部不能获得均匀的线状光源。
故而，本发明的目的在于：提供一种将激光元件用在光源中的薄型且大面积的面状照明装置，及使用了该面状照明装置的液晶显示装置。
本发明是利用了激光的面状照明装置。为了达到上述目的，本发明的面状照明装置包括：激光光源，射出偏振光面朝向相同(equally oriented)的激光；一维扩散元件，使从激光光源射出的激光在一维方向上以角度θ扩散；柱面透镜单元，将已由一维扩散元件扩散的激光转换为平行光；以及导光板，为具有两个主表面和4个侧表面的长方体，在一维方向与该主表面成为平行的状态下从任1个侧表面入射经由柱面透镜单元转换为平行光的激光，并从一主表面射出。
这里，最好利用柱面透镜单元，来进一步使已由一维扩散元件扩散的激光收敛在导光板的厚度方向上，或者利用一维扩散元件，来进一步使从激光光源射出的激光收敛在与所扩散的一维方向正交的方向上。
此外，也可以还包括镜子，该镜子反射从柱面透镜单元射出的激光，并入射到导光板的1个侧表面。此时，在与一主表面对着的另一主表面上安装有激光光源、一维扩散元件及柱面透镜单元。
通过一维扩散元件而扩散的角度θ，在导光板的主表面尺寸是长边为W且短边为H的情况下，当从柱面透镜单元射出的激光从邻接在长边W的侧表面入射时，是用“θ>tan-1(W/2H)×2”给出的，而当从柱面透镜单元射出的激光从邻接在短边H的侧表面入射时，是用“θ>tan-1(H/2W)×2”给出的。一维扩散元件一般是微柱面透镜阵列(microcylindrical lens array)。此外，也可以还包括振动单元，该振动单元是使一维扩散元件微小振动的，若使振动单元的振动频率为可听频率之外，振动单元的振动振幅为斑点噪声的辉亮的间隔，则更有效。
此外，从激光光源射出的激光的偏振光面最好相对于导光板的主表面平行或垂直。尤其是，当激光光源是多发射极半导体激光器时，多发射极的配置平面最好与导光板的主表面呈光学平行。此外，激光光源也可以由将波长互不相同的激光射出的多个光源构成，此时，最好将从各个光源射出的多个波长的光以导光板的厚度以下的宽度入射到一维扩散元件。
此外，上述激光光源也可以还包括：多个光源，射出波长互不相同的激光；光纤，传输从光源射出的多个激光；以及偏光分离单元，使从光纤射出的激光的偏振光面朝向相同。此时，能够想到这样的情况：偏光分离单元使激光分离成P偏光和S偏光，将P偏光或S偏光中的任意一条作为第1输出光输出，使另一条与该第1输出光的偏振光面朝向相同后作为第2输出光输出。
此外，上述各个面状照明装置能够通过组合用从面状照明装置射出的激光照射的液晶面板、以及驱动该液晶面板的图像显示电路，来构成液晶显示装置。
(发明的效果)
根据本发明，能够实现将激光元件用在光源中的薄型且大面积的面状照明装置及液晶显示装置。此外，由于从激光元件放射的激光色彩纯度较高且发光效率较高，所以能够实现较广的色彩再现性，均匀的亮度及低耗电。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。
图2是表示光源30的结构例的图。
图3是表示光源30的其它结构例的图。
图4是表示多发射极半导体激光器50的详细结构例的图。
图5是表示一维扩散元件5的结构例的图。
图6是用以说明使一维扩散元件5振动的驱动单元的图。
图7是用以说明面状照明装置的具体设计例的图。
图8是用以说明面状照明装置的具体设计例的图。
图9是表示本发明的第二实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。
图10是表示光源1的结构例的图。
图11是表示偏光分离单元3的结构例的图。
图12是表示本发明的第三实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。
图13是表示一维扩散元件40的结构例的图。
图14是表示本发明的第四实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。
图15是表示本发明的第五实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。
图16是表示使用了面状照明装置的液晶显示装置的实施例的图。
图17是表示监视器单元42的详细结构例的图。
图18是表示以往的面状照明装置的结构的斜视图。
(附图标记说明)
1、12～14、30～33、50、300 光源
2 光纤
3 偏光分离单元
4a、4b、8、15、16、34、35、80 镜子
5、5a、5b、40 一维扩散元件
6、6a、6b、7、7a、7b、24、41、55 柱面透镜
9、500 导光板
10 反射板
17、18 透镜
19 偏光光束分离器
20 棱镜
21 半波长板(half wavelength plate)
26、28 线性执行机构
27、29 导向器
42 监视器单元
43 连接电缆
44 控制箱
45 面状照明装置
46 液晶面板
47 图像显示电路
48 布线
53 激光芯片
54 安装部
400 棒状导光体
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。图1所示的第一实施方式所涉及的面状照明装置包括光源30、一维扩散元件5、第1柱面透镜6、第2柱面透镜7、镜子8、导光板9及反射板10。
反射板10被粘在导光板9的一个主表面。在该反射板10上安装有光源30、一维扩散元件5、第1柱面透镜6及第2柱面透镜7。构成为：从光源30射出的光通过一维扩散元件5、第1柱面透镜6及第2柱面透镜7，在镜子8以180度折回后，被引导到导光板9。以下，对第一实施方式所涉及的面状照明装置的各个结构依次进行说明。
光源30是射出3个原色的激光的激光光源，例如，构成为图2那样。在图2中，光源30由红色激光光源31、绿色激光光源32、蓝色激光光源33和镜子34及35构成。从绿色激光光源32射出的绿色激光被直接输入到一维扩散元件5。从红色激光光源31射出的红色激光在镜子34被反射，在与绿色激光靠近且并行的状态下被输入到一维扩散元件5。从蓝色激光光源33射出的蓝色激光在镜子35被反射，在与绿色激光靠近且并行的状态下被输入到一维扩散元件5。从该红色激光光源31、绿色激光光源32及蓝色激光光源33射出的各个激光的偏振光面预先被调整为在输入到一维扩散元件5时所有偏振光面都朝向相同。此外，只要能够把偏振光面朝向相同的3个原色的激光输入到一维扩散元件5，光源30也可以是图2所示的结构之外的结构。
此外，图3及图4表示将多发射极半导体激光器50用在光源30中时的结构例。多发射极半导体激光器50是在1个芯片中设有多个发光区域的激光器，与单发射极的半导体激光器相比能够获得高输出。在图4(a)中，具有多个发光区域的激光芯片53被结合在安装部54。安装部54对在激光芯片53发生的热进行散热，同时，与未图示的电极成对来将功率提供给激光芯片53。柱面透镜55是对从激光芯片53射出的激光的快速轴方向(fastaxis direction)进行照准的透镜，如图4(b)所示，将从激光芯片53射出的多个激光51a～51f转换为在一个方向上具有导光板9的厚度以下的宽度的平行光、或者收敛在导光板9的入射面的弱汇聚光。
像该例子那样，能够通过构成为多发射极半导体激光器50的多个发光区域被配置在与导光板9的主表面平行的面中，来用柱面透镜55和一维扩散元件5那样的少数光学元件来获得高输出的线状光源。此外，例如，只要用像旋转棱镜等来使导光板9的主表面与多发射极半导体激光器50的发光区域呈光学平行，即使不呈物理平行，也能够获得与该例子一样的效果。此外，也可以在柱面透镜55与一维扩散元件5之间设置对从激光芯片53射出的激光的慢速轴方向(slow axis direction)进行照准的柱面透镜。由于多发射极半导体激光器50的慢速轴侧的尺寸一般是10mm，所以能够通过用例如焦点距离为50mm以上的较长的柱面透镜来对慢速轴进行照准，来将慢速轴侧的视角(angle of view)缩小为NA0.1。若能缩小视角，则可获得一维扩散元件5的设计较简单的效果。
一维扩散元件5由全息图(hologram)或/和透镜阵列构成，使从光源30射出的激光以角度θ在一维方向上扩散(参照图2及图3)。使激光扩散的表面被设计成与导光板9的主表面平行。此外，被扩散的3个原色的激光在远方大致重合，成为白色的激光。
图5是表示一维扩散元件5的结构例的上面图(a1)和(a2)、正面图(b)、以及侧面图(c)。图5所示的一维扩散元件5是将在图中的X方向的一个表面(a1)或两个表面(a2)具有曲面的多个柱面透镜24排列成阵列状的结构。入射到一维扩散元件5的激光25在被按多个柱面透镜24分割后，在X方向上被发散。由于从各个柱面透镜24发散的光在远方互相重合，所以入射到各个柱面透镜24的光的强度互相重叠，在远方能够得到大致均匀的强度分布。构成一维扩散元件5的多个柱面透镜24的曲率也可以都相等，也可以稍有改变。还能够通过稍微改变曲率，来使光的光量分布发生变化。
此外，例如，最好将一维扩散元件5使激光扩散的角度θ设计为如下。
在此，假设长边为W且短边为H的导光板9。由于在设计上最好使激光扩散到导光板9的整个宽度，所以如图1所示，在将一维扩散元件5安装在导光板9的长边为W侧的端面的中心位置时，角度θ是用下面的式子[1]表示的。此外，虽然未图示，但在将一维扩散元件5安装在导光板9的短边为H侧的端面的中心位置时，角度θ是用下面的式子[2]表示的。
θ>tan-1(W/2H)×2…[1]
θ>tan-1(H/2W)×2…[2]
第1柱面透镜6将由一维扩散元件5以角度θ所扩散的、偏振光面朝向相同的激光转换为平行光。第2柱面透镜7在与第1柱面透镜6正交的表面中具有曲率，使已由第1柱面透镜6转换成平行光的激光收敛在导光板9的厚度方向上。通过该第2柱面透镜7能够提高入射到导光板9的光的结合效率，并获得较亮的面状照明装置。镜子8是具有L形状剖面的反射板，将已由第2柱面透镜7收敛在导光板9的厚度方向上的激光以直角反射两次，并射出到导光板9。通过该L形状剖面的镜子8，能够在导光板9的主表面上设置激光的偏光分离、或/和扩散及收敛的光学系统的结构，从而能够实现面状照明装置的小型化。
导光板9是由两个平行的主表面、和垂直于该主表面的4个侧表面构成的，即长方体。入射到导光板9的激光在一边在导光板9的内部反复进行反射或分散一边前进期间，被从导光板9的主表面射出。由于在导光板9的一个主表面贴有反射板10，激光仅从另一主表面射出，所以能够获得照度均匀的较亮的面状照明装置。
此外，因使用激光而产生斑点噪声，该斑点噪声是随机的干涉图形(interference pattern)。然而，能够通过用例如图6所示的驱动单元使一维扩散元件5振动，来使干涉图形发生变化。一维扩散元件5被保持在线性执行机构26中，通过线性执行机构26沿着导向器27移动，来使该一维扩散元件5在X方向上移动。导向器27被保持在线性执行机构28中，通过线性执行机构28沿着导向器29移动，来使该导向器27在图中的Y方向上移动。能够通过该结构，使一维扩散元件5在两个方向上移动。
由于若使一维扩散元件5以例如10Hz以上的振动频率移动，则人的眼睛不能识别干涉图形，所以斑点噪声也会消失。并且，由于使一维扩散元件5的振动频率为可听频率之外，因此振动声音变得听不见，从而使噪声消失。只要使一维扩散元件5的振动振幅移动到斑点图案的辉亮与所邻接的辉亮重合的地方，即移动斑点噪声的辉亮的间隔以上即可。
其次，表示第一实施方式所涉及的面状照明装置的具体设计例。
<基本结构>
图7是用于说明作为光学系统的基本结构的线性扩散器的图。为了实现高输出化而将多发射极的棒状激光二极管(波长642nm、输出4W)用在激光光源中。从激光光源射出的光由FAC(Fast Axis Collimator)透镜和SAC(SlowAxis Collimator)透镜，对每一个X-Z轴及Y-Z轴进行照准。照准之后的光由一维扩散元件(两面双凸透镜)分割，且在相互重叠之后，由柱面菲涅耳透镜变成大至平行的光入射到导光板。使导光板的尺寸为32英寸对角的、W：700mm×H：400mm，使光从W：700mm侧入射。
用作激光光源的棒状激光二极管是由在10mm宽度中以300μm间隔(pitch)排列有33个60μm的条纹宽度的发射极而成。来自各个发射极的扩散角(半值全角：full width at half maximum)在条纹宽度的方向上大约为10度，且在与条纹宽度垂直的方向上大约为40度。从吸收效率来看，激光光源的照准透镜最好是高NA的透镜，而为了照准分布到10mm长度的发射极，最好是长焦距透镜，该长焦距透镜是用以使视角变小的。高NA且长焦距的透镜必定较大，但为了避免装置的大型化，采用用两组柱面透镜来满足上述条件的结构。即，对扩散角40度的方向使用了短焦距且高NA的柱面透镜(FAC透镜)，而对扩散角10度的方向使用了长焦距且低NA的柱面透镜(SAC透镜)。构成为：在SAC透镜的射出瞳孔位置设有两面双凸透镜，在棒状激光二极管的10mm宽度的方向上分散光束。通过这样的构成，能获得光源尺寸的各向异性较大，且适合于高输出棒状激光二极管的光学系统。使从两面双凸透镜射出的光在进入导光板之前，由柱面菲涅耳透镜成为大至平行的光。这是为了使激光的偏振光面朝向相同。
<两面双凸透镜的设计>
在考虑用丙烯基成形来试制两面双凸透镜的情况下，根据丙烯基的折射率n＝1.49@640nm，透镜NA的最大值成为大约0.5。两面双凸透镜的曲率半径是用以下的式子[3]求出的。其中，f是焦点距离，1是两表面的间隔，r是曲率半径，以及n是折射率。
f＝1＝r＊n/(n—1)…[3]
从光量分布的均匀性及入射到700mm内的光量的观点出发，争取以NA值大约为0.4左右，并利用设置在导光板之前的柱面菲涅耳透镜来调整在导光板前进中的光量分布。图8表示所设计的线性扩散器光学系统的整个光程图(a)以及在导光板入射面(b)、中央部分(c)及最终面(d)的光量分布。虽然在导光板入射面(b)没有获得均匀的光量分布，但是随着光的前进，光量变得均匀，在最终面(d)能获得大至均匀的分布。这是因为采用这样的光学配置：利用柱面菲涅耳透镜的球面像差，来发散近轴光，并使轴外光呈弱收敛。此外，用于模拟中的光学元件的规格如下。
两面双凸透镜：NA　0.39，EFL　1.22
柱面菲涅耳透镜：尺寸720＊25＊t3，EFL　1200
这里，以下说明线性扩散器类型的有用性。
·比光纤敷设类型较容易地维持偏光。
·通过利用非球面透镜和/或衍射元件等，来容易地谋求光量分布的均匀化。
·由于发光点存在于局部，所以较容易地进行发光点位置的移动和/或光学元件的驱动等的斑点噪声对策。
·由于不使用光纤，所以即使画面大型化，部件成本也几乎不变。
·由于没有驱动机构，所以与多面反射体镜扫描类型相比机械的寿命较长。
·由于不进行如多面反射体镜扫描类型那样的聚光，所以较容易地实现薄型化。
如上所述，根据本发明的第一实施方式所涉及的面状照明装置，能够使用色彩纯度较高且发光效率较高的激光，来实现较广的色彩再现性、均匀的亮度及低耗电。
此外，在图1中，也可以将第2柱面透镜7配置在第1柱面透镜6与一维扩散元件5之间，或者在一维扩散元件5与光源30之间。像这样，由于可以将第2柱面透镜7配置在激光的宽度较窄的地方，所以能够实现第2柱面透镜7的小型化。
(第二实施方式)
上述第一实施方式是考虑到导光板9的尺寸较小，而且小到在导光板9的主表面可以安装能够射出所需发光量的光源30的情况。然而，例如，考虑到这样的情况：即若尺寸如大画面液晶TV用的导光板9那样较大，则能够射出所需发光量的光源30的尺寸也较大，导致无法在导光板9的主表面安装光源30。于是，在该第二实施方式中，对在导光板9的主表面没有安装光源30的面状照明装置进行说明。
图9是表示本发明的第二实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。图9所示的第二实施方式所涉及的面状照明装置包括光源1、光纤2、偏光分离单元3、镜子4a及4b、一维扩散元件5a及5b、第1柱面透镜6a及6b、第2柱面透镜7a及7b、镜子8、导光板9以及反射板10。
反射板10被粘在导光板9的一个主表面。通过光纤2连接有光源1与偏光分离单元3。在反射板10上安装有偏光分离单元3、镜子4a及4b、一维扩散元件5a及5b、第1柱面透镜6a及6b、以及第2柱面透镜7a及7b。构成为：从光源1射出的激光在偏光分离单元3被分割成两个方向，一方的激光通过镜子4a、一维扩散元件5a、第1柱面透镜6a及第2柱面透镜7a，而另一方的激光通过镜子4b、一维扩散元件5b、第1柱面透镜6b及第2柱面透镜7b，在镜子8以180度折回并被分别引导到导光板9。以下，对第二实施方式所涉及的面状照明装置的各个结构依次进行说明。
光源1是射出3个原色的激光的激光光源，例如构成为图10那样。在图10中，光源30由蓝色激光光源12、红色激光光源13、绿色激光光源14、分色镜15及16以及透镜17构成。分色镜15使蓝色光穿透，并反射红色光。分色镜16使蓝色光及红色光穿透，并反射绿色光。从蓝色激光光源12射出的蓝色激光在穿透分色镜15及16之后，在透镜17被聚光，并被引导到光纤2。在从红色激光光源13射出的红色激光在分色镜15被反射，并穿透分色镜16之后，在透镜17被聚光并被引导到光纤2。从绿色激光光源14射出的绿色激光在分色镜16反射之后，在透镜17被聚光并被引导到光纤2。引导到光纤2的各个颜色的激光被传输到偏光分离单元3。
偏光分离单元3具有使在通过光纤2时成为随机的激光的偏振光面朝向相同的作用。图11是表示偏光分离单元3的详细结构例的图。图11所示的偏光分离单元3包括透镜18、偏光光束分离器19、棱镜20以及半波长板21。
从光纤2射出的各个颜色的激光被透镜18照射而被转换成平行光。偏光光束分离器19将在透镜18成为平行光的激光分割成P偏光的成分和S偏光的成分。S偏光被反射而成为激光23(第1输出光)。P偏光在穿透偏光光束分离器19之后，在棱镜20被反射而成为激光22(第2输出光)。激光22由半波长板21旋转偏振光面，成为与激光23相同的S偏光。因此，从偏光分离单元3在两个方向上射出偏振光面朝向相同的激光。
此外，在图11中，若将半波长板21设置在激光23的光程中，则能够使激光23的偏振光面与激光22的偏振光面(P偏光)朝向相同。此外，虽然说明了半波长板21是红、绿及蓝各个波长都大至成为半波长的宽带的半波长板的情况，但当然也可以在激光从棱镜20射出之后，对每一个颜色分割光程，并分别对每一个颜色使用最佳半波长板。
从偏光分离单元3在两个方向上射出的相同偏振光面的激光在镜子4a及4b被反射，并分别被入射到一维扩散元件5a及5b。一维扩散元件5a及5b由全息图或/和透镜阵列构成，以角度θ’将在镜子4a及4b被反射的激光在一维方向上分别扩散。该一维扩散元件5a及5b是与在上述第一实施方式所说明的一维扩散元件5一样的结构，使激光扩散的表面被设计成与导光板9的主表面平行。此外，一维扩散元件5a及5b使激光扩散的角度θ’基本上是一维扩散元件5使激光扩散的角度θ的1/2。
第1柱面透镜6a及6b将由一维扩散元件5a及5b以角度θ’扩散的、偏振光面朝向相同的激光分别转换为平行光。第2柱面透镜7a及7b使已由第1柱面透镜6a及6b转换成平行光的激光收敛在导光板9的厚度方向上。镜子8是具有L形状剖面的反射板，将已由第2柱面透镜7a及7b收敛在导光板9的厚度方向上的激光以直角反射两次，并射出到导光板9。入射到导光板9的激光在一边在导光板9的内部反复进行反射或分散一边前进期间，被从导光板9的主表面射出。
该第1柱面透镜6a及6b、第2柱面透镜7a及7b、镜子8以及导光板9是基本上具有与在上述第一实施方式所说明的第1柱面透镜6、第2柱面透镜7、镜子8以及导光板9相同的功能的结构。
如上所述，根据本发明的第二实施方式所涉及的面状照明装置，即使在导光板9的主表面上不能安装光源1，而不得不使用光纤2的情况下，也能够通过偏光分离单元3使激光的偏振光面朝向相同。这样一来，能够使用色彩纯度较高且发光效率较高的激光，来实现较广的色彩再现性、均匀的亮度及低耗电。
此外，在图9中，也可以将第2柱面透镜7a及7b配置在第1柱面透镜6a及6b与一维扩散元件5a及5b之间，或者在一维扩散元件5a及5b与偏光分离单元3之间。像这样，由于可以将第2柱面透镜7a及7b配置在激光的宽度较窄的地方，所以能够实现第2柱面透镜7a及7b的小型化。
(第三实施方式)
图12是表示本发明的第三实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。图12所示的第三实施方式所涉及的面状照明装置包括光源30、一维扩散元件40、柱面透镜6、镜子8、导光板9以及反射板10。
该第三实施方式所涉及的面状照明装置是用一维扩散元件40来代替上述第一实施方式所涉及的面状照明装置的一维扩散元件5，并对第2柱面透镜7加以省略的结构。此外，由于第三实施方式所涉及的面状照明装置中的、除一维扩散元件40之外的结构与第一实施方式所涉及的面状照明装置一样，所以在此对其说明加以省略。
图13是表示一维扩散元件40的结构例的上面图(a1)及(a2)、正面图(b)、以及侧面图(c)。图13所示的一维扩散元件40是将在图中的X方向的一个表面(a1)或两个表面(a2)具有曲面的多个柱面透镜41排列成阵列状，并且在一维扩散元件40的一个整体表面形成有柱面表面的结构，其中，该柱面表面是在图中Y方向上具有曲面的表面。
如上所述，根据本发明的第三实施方式所涉及的面状照明装置，能够在一维扩散元件40中，将从光源30射出的激光转换为光在与导光板9平行的一维方向上扩散且收敛在与扩散方向正交的方向上的激光。因此，即使省略第2柱面透镜7，也能够使激光有效地入射到导光板9。
(第四实施方式)
图14是表示本发明的第四实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。图14所示的第四实施方式所涉及的面状照明装置包括光源30、一维扩散元件5、第1柱面透镜6、第2柱面透镜7、镜子80、导光板9以及反射板10。
该第四实施方式是用以说明在导光板9的主表面上没有安装光源30、一维扩散元件5、第1柱面透镜6及第2柱面透镜7时的结构例的实施方式。
如该图14所示的例子那样，在导光板9的主表面上没有安装上述各个元件时，只要以恰当的角度设置平板状的镜子80即可，该平板状的镜子80是用以使从第2柱面透镜7射出的激光入射到导光板9的侧表面的镜子。
(第五实施方式)
图15是表示本发明的第五实施方式所涉及的面状照明装置的结构的斜视图。图15所示的第五实施方式所涉及的面状照明装置包括光源30、一维扩散元件5、第1柱面透镜6、第2柱面透镜7、导光板9以及反射板10。
该第五实施方式是用以说明在导光板9的主表面上没有安装光源30、一维扩散元件5、第1柱面透镜6及第2柱面透镜7，并将各个元件配置成与导光板9的主表面并行时的结构例的实施方式。
如该图15所示的例子那样，在将各个元件配置在导光板9的外部并与导光板9的主表面并行时，只要不用镜子80，而将从第2柱面透镜7射出的激光直接入射到导光板9的侧表面即可。
此外，在上述第三～第五实施方式中，对适用了将激光从光源直接射出到一维扩散元件的结构(第一实施方式)的情况进行了说明，当然也可以适用将激光从光源经由光纤传输到一维扩散元件的结构(第二实施方式)。
(使用了面状照明装置的液晶显示装置的实施例)
图16是表示液晶显示装置的结构例的图。该液晶显示装置是通过连接电缆43连接有监视器单元42与控制箱44的结构。图17是表示图16的监视器单元42的详细结构例的图。监视器单元42由上述第二实施方式所涉及的面状照明装置45、液晶面板46及图像显示电路47构成。
图像显示电路47通过布线48连接在液晶面板46，驱动液晶面板46来显示图像。控制箱44至少由电源和光源构成，通过连接电缆43对监视器单元42提供功率及光。从控制箱提供的光通过面状照明装置45照射液晶面板46，同时，图像显示电路47驱动液晶面板46，以显示图像。此时，能够通过使从面状照明装置45射出的光的偏振光面的朝向与液晶面板46的入射侧偏光子的朝向相同，来实现光利用效率较高的液晶显示装置。
(工业上的可利用性)
本发明的面状照明装置可被应用于液晶显示装置等，在希望确保薄型及大面积且实现较广的色彩再现性、均匀的亮度及低耗电时，尤其有用。

Claims (25)

1、一种利用了激光的面状照明装置，其特征在于：
该面状照明装置包括：
激光光源，射出偏振光面朝向相同的激光；
一维扩散元件，使从上述激光光源射出的激光在一维方向上以角度θ扩散；
柱面透镜单元，将已由上述一维扩散元件扩散的激光转换为平行光；以及
导光板，为具有两个主表面和4个侧表面的长方体，在上述一维方向与该主表面成为平行的状态下从任1个侧表面入射经由上述柱面透镜单元转换为平行光的激光，并从一主表面射出。
2、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
上述柱面透镜单元进一步使已由上述一维扩散元件扩散的激光收敛在上述导光板的厚度方向上。
3、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
上述一维扩散元件进一步使从上述激光光源射出的激光收敛在与上述所扩散的一维方向正交的方向上。
4、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
该面状照明装置还包括镜子，该镜子反射从上述柱面透镜单元射出的激光，并入射到上述导光板的1个侧表面。
5、根据权利要求4所述的面状照明装置，其特征在于：
该面状照明装置在与上述一主表面对着的另一主表面上安装有上述激光光源、上述一维扩散元件及上述柱面透镜单元。
6、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
当上述导光板的主表面尺寸是长边为W且短边为H，从上述柱面透镜单元射出的激光从邻接在长边W的侧表面入射时，通过上述一维扩散元件而扩散的角度θ是用下面的式子给出的：
θ>tan-1(W/2H)×2。
7、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
当上述导光板的主表面尺寸是长边为W且短边H，从上述柱面透镜单元射出的激光从邻接在短边H的侧表面入射时，通过上述一维扩散元件而扩散的角度θ是用下面的式子给出的：
θ>tan-1(H/2W)×2。
8、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
上述一维扩散元件为微柱面透镜阵列。
9、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
该面状照明装置还包括振动单元，该振动单元使上述一维扩散元件微小振动。
10、根据权利要求9所述的面状照明装置，其特征在于：
上述振动单元的振动频率为可听频率之外。
11、根据权利要求9所述的面状照明装置，其特征在于：
上述振动单元的振动振幅为斑点噪声的辉亮的间隔。
12、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
从上述激光光源射出的激光的偏振光面相对于上述导光板的主表面平行或垂直。
13、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
上述激光光源为多发射极半导体激光器，多发射极的配置平面与上述导光板的主表面呈光学平行。
14、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
上述激光光源由将波长互不相同的激光射出的多个光源构成，并将从各个光源射出的多个波长的光以上述导光板的厚度以下的宽度入射到上述一维扩散元件。
15、根据权利要求1所述的面状照明装置，其特征在于：
上述激光光源包括：
多个光源，射出波长互不相同的激光；
光纤，传输从上述光源射出的多个激光；以及
偏光分离单元，使从上述光纤射出的激光的偏振光面朝向相同。
16、根据权利要求15所述的面状照明装置，其特征在于：
上述偏光分离单元使激光分离成P偏光和S偏光，将P偏光或S偏光中的任意一条作为第1输出光输出，使另一条与该第1输出光的偏振光面朝向相同后作为第2输出光输出。
17、根据权利要求15所述的面状照明装置，其特征在于：
上述柱面透镜单元进一步使已由上述一维扩散元件扩散的激光收敛在上述导光板的厚度方向上。
18、根据权利要求15所述的面状照明装置，其特征在于：
上述一维扩散元件进一步使从上述激光光源射出的激光收敛在与上述所扩散的一维方向正交的方向上。
19、根据权利要求15所述的面状照明装置，其特征在于：
该面状照明装置还包括镜子，该镜子反射从上述柱面透镜单元射出的激光，并入射到上述导光板的1个侧表面。
20、根据权利要求19所述的面状照明装置，其特征在于：
该面状照明装置在与上述一主表面对着的另一主表面上安装有上述偏光分离单元、上述一维扩散元件及上述柱面透镜单元。
21、根据权利要求15所述的面状照明装置，其特征在于：
上述一维扩散元件为微柱面透镜阵列。
22、根据权利要求15所述的面状照明装置，其特征在于：
该面状照明装置还包括振动单元，该振动单元使上述一维扩散元件微小振动。
23、根据权利要求22所述的面状照明装置，其特征在于：
上述振动单元的振动频率为可听频率之外。
24、一种液晶显示装置，其特征在于：
该液晶显示装置由权利要求1所述的面状照明装置、用从上述面状照明装置射出的激光照射的液晶面板、以及驱动上述液晶面板的图像显示电路构成。
25、一种液晶显示装置，其特征在于：
该液晶显示装置由权利要求15所述的面状照明装置、用从上述面状照明装置射出的激光照射的液晶面板、以及驱动上述液晶面板的图像显示电路构成。
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