CN103827572A - 光强度分布转换元件、面光源装置和液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

光强度分布转换元件（7）具有光入射面（7a）、光出射面（7b）和全反射面（70a、70b）。光入射面（7a）入射具有指向性的光线（6a）。光出射面（7b）扩宽光线（6a）的角度强度分布，具有相对于光线（6a）的射出方向呈凹状的曲面部（70c）。全反射面（70a、70b）与曲面部（70c）接近或邻接，相对于光线（6a）的射出方向倾斜，使光线（6a）发生全反射。由全反射面（70a、70b）反射后的光线（6a）从曲面部（70c）射出。

Description

光强度分布转换元件、面光源装置和液晶显示装置

技术领域

本发明涉及光源具有激光器，从点状的激光生成强度分布均匀的面状光的光强度分布转换元件、面光源装置和液晶显示装置。

背景技术

液晶显示装置具有的液晶显示元件自身不发光。因此，液晶显示装置在液晶显示元件的背面具有面光源装置作为对液晶显示元件进行照明的光源。作为面光源装置的光源，以往主要是冷阴极荧光灯。冷阴极荧光灯是在玻璃管的内壁涂布荧光体而得到白色光的冷阴极荧光灯（以下，称作CCFL（Cold Cathode Fluorescent））。但是近年来，随着发光二极管（以下，称作LED（Light Emitting Diode））的性能飞跃性地提高，对光源使用LED的面光源装置的需求在急速增长。

然而，从CCFL或LED射出的光的颜色纯度低。因此，在采用这些光源的液晶显示装置中，存在颜色再现范围窄的问题。此外，颜色纯度低是指光具有多个波长，单色性差。

因此，近年来，以提供具有宽颜色再现范围的液晶显示装置为目的，提出在其光源中使用颜色纯度高的激光器。从激光器射出的光在单色性方面非常优异。因此，能够提供颜色鲜艳的图像。另外，单色是指波长范围窄，即仅有一种颜色而不混杂其它颜色的颜色。此外，单色光是指波长范围窄的单一光。

然而，另一方面，在采用作为点光源且射出具有高指向性的光的激光器作为面光源装置的光源的情况下，很难得到具有高均匀性的空间光强度分布的面状光。

专利文献1所述的面发光装置和图像显示装置具有由多个光学元件构成的光学系统。而且，从激光器射出的光经由该光学系统被调整成期望形状的光强度分布。并且，从激光器射出的光作为高均匀性的面状光从面发光装置射出。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-181753号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，专利文献1所述的面发光装置和图像显示装置为了调整激光器的光强度分布，需要具有多个元件的大型化的光学系统。近年来，液晶显示装置要求小型化和结构的简化。很难应用专利文献1的结构来实现液晶显示装置的小型化和结构的简化。

本发明正是鉴于上述课题而完成的，目的在于，提供结构简洁的光强度分布转换元件。此外，目的在于，提供使用该光强度分布转换元件的面光源装置和液晶显示装置，以简洁的结构射出高均匀性的空间光强度分布的面状光。

用于解决问题的手段

本发明的光强度分布转换元件具有：第1光入射面，其入射具有指向性的第1光线；第1光出射面，其扩宽所述第1光线的角度强度分布，具有相对于所述第1光线的射出方向呈凹状的曲面部；以及全反射面，其与所述曲面部接近或邻接，相对于所述第1光线的射出方向倾斜，使所述第1光线发生全反射，由所述全反射面反射后的所述第1光线从所述曲面部射出。

发明效果

本发明能够以简洁的结构，提供颜色再现范围宽的、均匀性优异的面内亮度分布的面状光。

附图说明

图1是示意性示出本发明的实施方式1的液晶显示装置的结构的结构图。

图2是示意性示出本发明的实施方式1的面光源装置的结构的结构图。

图3是示出本发明的实施方式1的液晶显示元件和光源的驱动方法的框图。

图4是示出本发明的实施方式1的液晶显示元件和光源的驱动方法的框图。

图5是示意性示出本发明的实施方式1的光扩散结构的结构图。

图6是示意性示出本发明的实施方式1的光线在光扩散结构中的动作的图。

图7是示意性示出本发明的实施方式1的光线在光扩散结构中的动作的图。

图8是示意性示出本发明的实施方式1的光线在光扩散结构中的动作的图。

图9是示出本发明的实施方式1的光扩散结构的出射光在Z-X平面上的角度强度分布的特性图。

图10是示意性示出本发明的实施方式1的光线在光扩散结构中的动作的图。

图11是示意性示出本发明的实施方式1的光扩散结构的结构图。

图12是示意性示出本发明的实施方式2的液晶显示装置的结构的结构图。

图13是示意性示出本发明的实施方式2的面光源装置的结构的结构图。

图14是示意性示出本发明的实施方式2的液晶显示装置的结构的结构图。

图15是示意性示出本发明的实施方式2的液晶显示装置的结构的结构图。

图16是示意性示出本发明的实施方式3的液晶显示装置的结构的结构图。

图17是示意性示出本发明的实施方式3的面光源装置的结构的结构图。

图18是示出本发明的实施方式3的液晶显示元件和光源的驱动方法的框图。

图19是示意性示出本发明的实施方式4的液晶显示装置的结构的结构图。

图20是示意性示出本发明的实施方式4的面光源装置的结构的结构图。

具体实施方式

以下，根据附图，对本发明的光强度分布转换元件、面光源装置和液晶显示装置的实施方式进行详细说明。此外，本发明不受该实施方式限定。

实施方式1

图1是示意性示出本发明的实施方式1的作为透射式显示装置的液晶显示装置110的结构的图。为了容易进行图1的说明，设液晶光学元件1的短边方向为Y轴方向，设长边方向为X轴方向，设与X-Y平面垂直的方向为Z轴方向，设液晶显示元件1的显示面1a侧为+Z轴方向。此外，设液晶显示装置的上方向为+Y轴方向，设后述的第1光源6的光射出方向为+X轴方向。在以下各图中，在从正面观察液晶显示装置时，设左侧为+X轴方向。

如图1所示，液晶显示装置110具有透射式液晶显示元件1和面光源装置210。此外，液晶显示装置110还可以具有光学片2、光学片3和光反射片5。这些构成要素1、2、3、210、5沿Z轴方向排列。液晶显示元件1具有显示面1a。显示面1a与X-Y平面平行地配置。X-Y平面是包含与Z轴垂直的X轴和Y轴的面。此外，X轴和Y轴相互垂直。此外，光学片2是第1光学片。光学片3是第2光学片。

面光源装置210朝液晶显示元件1的背面1b（在图1中，朝+Z轴方向）放射照明光6c。照明光6c是在图1的X-Y平面中光强度分布均匀的面状光。

该照明光6c透射过第2光学片3和第1光学片2，照射到液晶显示元件1的背面1b。在此，第1光学片2具有如下作用：使从面光源装置210放射出的照明光6c朝向相对于液晶显示装置110画面的法线方向。此外，第2光学片3抑制细微的照明不均等的光学影响。

在面光源装置210的正下方（-Z轴方向）配置有光反射片5。从面光源装置210朝其背面侧（-Z轴方向）放射的光被光反射片5反射，用作照射液晶显示元件1的背面1b的照明光。作为光反射片5，例如可以使用以聚对苯二甲酸乙二醇酯等树脂为基材的光反射片。此外，作为光反射片5，还可以使用在基板的表面蒸镀金属而成光反射片。

液晶显示元件1具有液晶层。液晶层与垂直于Z轴方向的X-Y平面平行地配置。液晶显示元件1的显示面1a呈矩形。图1所示的X轴方向和Y轴方向分别是沿着该显示面1a的相互垂直的两条边的方向。如图3所示，液晶显示元件驱动部52根据从控制部51提供的控制信号（液晶显示元件控制信号55），以像素为单位改变液晶层的光透射率。各像素进一步由3个子像素构成。该子像素分别具有仅使红色光透过的滤色片、仅使绿色光透过的滤色片和仅使蓝色光透过的滤色片。液晶显示元件驱动部52通过控制各子像素的透射率来生成彩色图像。由此，液晶显示元件1对从面光源装置210放射出的照明光6c进行空间调制，生成图像光。并且，液晶显示元件1能够从显示面1a射出该图像光。另外，图像光是指具有图像信息的光。

面光源装置210具有光源6、光强度分布转换元件7和导光板4。另外，光源6是第1光源。图2是从-Z轴方向示出面光源装置210的结构图。

光源6沿一维方向（Y轴方向）排列有多个激光元件。在本实施方式1的光源6中，包含分别发出红色、绿色和蓝色的单色光的半导体激光器在内的激光元件有规则地沿Y轴方向排列。从红色半导体激光器射出的光的波长是640nm。从绿色的半导体激光器射出的光的波长是530nm。从蓝色的半导体激光器射出的光的波长是450nm。通过将这三种颜色的光混合，生成白色光。另外，从各半导体激光器射出的光的波长不限于此，可针对期望的颜色再现范围进行优化。此外，光的颜色数量不限于三种颜色，可针对期望的颜色再现范围进行优化。

从光源6射出的光线6a从光入射面7a入射到光强度分布转换元件7。光入射面7a是第1光入射面。光线6a透射过光强度分布转换元件7，由此成为Y轴方向的空间光强度分布均匀的白色光。此外，光强度分布转换元件7扩宽光线6a在Z-X平面上的角度强度分布。然后，光线6a从光强度分布转换元件7的光出射面7b朝导光板4的入射面4a射出。光出射面7b是第1光出射面。光强度分布转换元件的详细形状和功能将在后面示出。导光板4的入射面4a与光出射面7b相对地配置。此外，导光板4的入射面4a被配置成长度方向与Y轴方向平行。

导光板4由透明材料构成。此外，导光板4是板状的部件。透明材料例如可以采用丙烯树脂（PMMA）等。此外，导光板4例如可以是厚度为3mm的板状部件。

导光板4在其背面4d（-Z轴侧的面）具有光扩散元件41。光扩散元件41具有如下功能：将从导光板4的光入射面4a入射的线状光转换成具有面状的光强度分布的光。线状光在一维方向（Y轴方向）上具有同样的光强度分布。而且，光扩散元件41具有朝液晶显示元件1放射该具有面状的光强度分布的光的功能。在此，面状的面是指与X-Y平面平行的面。

例如，光扩散元件41呈图1和图2所示的凸透镜状。而且，光扩散元件41被配置在背面4d。该凸透镜状也可以是凹状。此外，例如，光扩散元件41可以是涂布有点状的白色墨的结构。此时，凸状的大小、凹状的大小和点状的白色墨的大小在光入射面4a的附近较小，随着靠近与光入射面相反侧的面4b而增大。或者，相同大小的凸状的光学元件的密度、相同大小的凹状的光学元件的密度或者相同大小的点状的白色墨的密度在光入射面4a的附近稀疏，随着靠近与光入射面相反侧的面4b而变密。由此，照明光6c在X-Y平面上的面内光强度分布变得均匀。

图3是示出液晶显示元件1和光源6的驱动方法的框图。液晶显示元件驱动部52根据来自控制部51的液晶显示元件控制信号55，驱动液晶显示元件1。光源驱动部53根据来自控制部51的光源控制信号56，驱动作为第1光源的光源6。控制部51控制液晶显示元件驱动部52和光源驱动部53。

控制部51对从未图示的信号源提供的视频信号54实施图像处理，生成控制信号（液晶显示元件控制信号55和光源控制信号56）。控制部51将这些控制信号55、56提供给液晶显示元件驱动部52和光源驱动部53。光源驱动部53根据来自控制部51的光源控制信号56驱动光源6，使光源6射出光。

例如，如图4所示，面光源装置210具有与光源6的红色的半导体激光器6R、绿色的半导体激光器6G和蓝色的半导体激光器6B分别对应的光源驱动部53R、53G、53B。这样，控制部51能够构成为单独地对光源驱动部53R、53G、53B进行控制。光源驱动部53R、53G、53B根据来自控制部51的光源控制信号56R、56G、56B，驱动半导体激光器6R、6G、6B。由此，能够调整从各半导体激光器6R、6G、6B射出的光线6Ra、6Ga、6Ba的各光强度的比例。因此，控制部51能够根据各视频信号54所需的各种颜色的光强度的比例，调整各光源6R、6G、6B的发光量。由此，面光源装置210能够实现低功耗化。

接下来，示出光强度分布转换元件7的结构和功能。

本实施方式1的面光源装置210采用被称作所谓侧灯方式的方式。侧灯方式具有光源和导光板，从光源射出的光线从导光板的端面入射并作为面状光射出。从导光板的端面入射的线状光被导光板的正面（或者背面）具有的光扩散元件转换成面状光。从导光板的正面放射该面状光。在本实施方式1中，从光源6射出的光线6a从光入射面4a入射到导光板4。光入射面4a是第2光入射面。此外，在本实施方式1中，照明光6c从导光板4的正面4c朝液晶显示元件1放射。正面4c是第2光出射面。

在侧灯方式中，为了使从面光源装置放射的照明光的空间光强度分布均匀，需要如下两个要件。第1要件是，入射到导光板的线状光的空间光强度分布均匀。第2要件是，光在导光板厚度方向上的发散角为广角。发散角为广角是指发散角宽。

入射到导光板的线状光的空间光强度分布的均匀性是指，入射到导光板的光入射面的光在该面上（导光板的光入射面）的任意空间位置均具有同等的光强度。

此外，入射到导光板的线状光在导光板厚度方向上的光的发散角的广角化是指，入射到导光板的光入射面的光在导光板厚度方向上的发散角宽。即，在本实施方式1中，是指图1中的Z-X平面上的发散角宽。

本实施方式1的光源6由作为点光源且指向性高的激光元件构成。在此，点光源是指，发光面积相对于导光板4的光入射面4a的大小较小的光源。因此，在从光源6射出的光直接入射到导光板4时，从面光源装置210射出的照明光6c在X-Y平面内，产生空间光强度分布不均。在此，空间光强度分布不均是指，光在同一面内的不同空间位置的强度产生高低差的状态。

因此，在本实施方式1的面光源装置中，使用光强度分布转换元件7，将从由激光元件构成的光源6射出的光线6a转换成具有满足上述第1要件和第2要件的光强度分布的光。

光源6中包含的激光元件是多模半导体激光器。多模半导体激光器根据其结构，与活性层平行的方向上的发散角和与活性层垂直的方向上的发散角具有不同的值。例如，本实施方式1的激光元件均是发散角在扩散角大的方向（以下，称作快轴方向）上的半值全角为40度。另一方面，发散角在扩散角小的方向（以下，称作慢轴方向）上的半值全角为3度。在本实施方式1中，光源6中包含的激光元件均使快轴方向与激光元件排列方向（图1中的Y轴方向）平行，使慢轴方向与导光板厚度方向（图1中的Z轴方向）平行。另外，半值全角是指光强度最大值的一半的光强度时的角度的全角。

光强度分布转换元件7由透明材料构成。此外，光强度分布转换元件7是板状的部件。透明材料例如可以采用丙烯树脂（PMMA）等。此外，光强度分布转换元件7例如可以采用厚度为2mm的板状部件。光强度分布转换元件7在长边方向（图1中的Y轴方向）上的长度，被设定成小于等于导光板4的光入射面4a在图1中的Y轴方向上的长度。

如图5所示，光强度分布转换元件7的光入射面7a是与图5中的Y-Z平面大致平行的面。此外，光入射面7a与光源6相对地配置。光强度分布转换元件7的光出射面7b位于与光入射面7a相对的位置。但是，光出射面7b不像光入射面7a那样是平面，而是具有光扩散结构70。光扩散结构70具有2个斜面70a、70b和圆柱面70c。

光强度分布转换元件7在光出射面7b具有多个光扩散结构70。光扩散结构70是第1光扩散结构。多个光扩散结构70沿导光板4的厚度方向（图1中的Z轴方向）以固定的间隔配置。光扩散结构70在光强度分布转换元件7的与Z-X平面平行的截面上，具有与图5所示的结构相同的结构。因此，入射到光强度分布转换元件7的光线6a在与Z-X平面平行的面上，受到图5～图8所示的光的折射作用。光扩散结构70在光强度分布转换元件7的光出射面7b上，具有图5所示的截面形状并沿Y轴方向延伸。即，在以X-Y平面剖切光扩散结构70的情况下，光出射面7b的截面形状成为与Y轴平行的直线。

如图5所示，光扩散结构70具有2个斜面70a、70b和圆柱面70c。圆柱面70c配置在斜面70a与斜面70b之间。圆柱面70c仅在Z-X平面具有曲率。本实施方式1的光扩散结构70在Z-X平面上的形状是与梯形近似的形状。梯形的上底（图5中的+X轴方向侧）为0.33mm，下底（图5中的-X轴方向侧）为0.66mm。梯形的高度为0.50mm。光扩散结构70呈如下形状：在其梯形的上底的中心，描绘出半径为0.165mm的正圆形的圆弧，使上底部分沿着该圆弧而成为凹状。该凹状是圆柱面70c。即，光扩散结构70具有凹透镜形状。梯形的连接上底与下底的一个边是斜面70a，另一边是斜面70b。沿Z轴方向以0.66mm的间隔配置有3列光扩散结构70。即，斜面70a、70b相对于光线6a的射出方向倾斜。此外，斜面70a、70b从斜面70a、70b的与圆柱面70c邻接的端部（+X轴方向侧的端部）朝斜面70a、70b的另一端部（-X轴方向侧的端部）扩大2个斜面70a、70b的间隔。斜面70a、70b的另一端部（-X轴方向侧的端部）相对于圆柱面70c配置在光线6a的入射侧（-X轴方向侧）。

圆柱面70c是在一个方向具有曲率而在与其垂直的方向不具有曲率的面。即，圆柱面70c是在一个方向上具有屈光力而收敛或者发散，在垂直的方向上不具有屈光力的面。圆柱面70c是在Z轴方向具有曲率，在Y轴方向不具有曲率的面。即，在以Z-X平面为基准平面时，圆柱面70c是由与基准平面（Z-X平面）上的曲线垂直的柱面形状的一部分形成的。即，呈在与母线垂直的方向上具有开口部的柱面形状。柱面是相当于柱体侧面的曲面。即，柱面是沿着某平面上的1条曲线，与该平面垂直的直线保持一定方向运动时形成的曲面。在圆柱面70c中，上述某平面（基准平面）上的曲线不是闭合的曲线。因此，圆柱面70c呈具有母线在一部分区域欠缺而形成的开口部的柱面形状。此外，基准面上的曲线不限于圆弧。该垂直的直线称作母线。圆柱面70c的母线方向为Y轴方向。此外，Z轴方向是连接位于柱面形状端部的2条母线的直线中的与母线的方向垂直的直线的方向。即，Z轴方向是连接位于柱面形状端部的2条母线的直线中的与这2条母线垂直的直线的方向。

此外，斜面70a、70b是与圆柱面70c的具有曲率的方向（Z轴方向）的端部邻接的面。在图5中，斜面70a、70b是与基准平面（Z-X平面）垂直的平面。此外，在图5～图8中，斜面70a、70b以平面示出，斜面70a、70b只要是使光线6a发生全反射的全反射面即可，因而也可以是曲面。此外，导光板4与Z轴方向垂直地配置。此外，光线6a的慢轴方向与Z轴方向平行。慢轴方向是发散角小的方向。此外，在图6～图8中，通过将圆柱面70c配置在斜面70a与斜面70b之间的结构来说明光线6a的动作。但是，斜面70a、70b也可以是斜面70a和斜面70b中的任意一个。即使在斜面70a、70b是斜面70a和斜面70b中的任意一个的情况下，也能够提高一定的效果。

接下来，针对从光源6射出的光线6a在光强度分布转换元件7中的动作，分为X-Y平面和Z-X平面的情况进行说明。

在X-Y平面上，要求使Y轴方向上的空间光强度分布均匀。从各激光元件射出的光线6a具有半值全角40度的发散角。即，在X-Y平面上，光线6a具有较大的发散角。因此，如图2所示，从各激光元件射出的光线6a在光强度分布转换元件7中传播，由此与邻接的其它激光元件的光线6a在空间上重合。由此，光出射面7b处的光线6a在Y轴方向上的空间光强度分布变得相同。

从各激光元件射出的光线的角度强度分布为中心强度高且随着远离中心而强度急剧下降的大致高斯形状。因此，到达光出射面7b的各激光元件的光在Y轴方向上的空间光强度分布具有高斯形状。因此，为了在光出射面7b处得到空间强度分布的均匀性更高的光线6a，需要使邻接的激光元件的间隔（Y轴方向的长度）为一定值以下，或者使从光入射面7a到光出射面7b的距离（X轴方向的长度）为一定值以上。即，需要在光出射面7b的位置，使邻接的光线6a以Y轴方向上的光强度分布的最大值的半值以上的值重合。为了满足该条件，优选的是，对激光元件的数量进行设定，或者对光强度分布转换元件7在X轴方向上的长度进行设定。

在Z-X平面上，要求光的发散角宽。另一方面，从光源6射出的光在Z-X平面上的发散角为半值全角3度。即，在Z-X平面上，光线6a具有较小的发散角。在一般的透镜形状下，很难将大致平行光的发散角大幅扩大。此外，作为用于大幅扩大角度的结构，有表面具有随机的凹凸形状来使光扩散的扩散板、以及在材料中包含微粒来使光漫反射的扩散板。但是，在这样的结构中，扩散度与光透射率具有制衡的关系。因此，用于需要低功耗化的面光源装置并不理想。

因此，在本实施方式1中，在Z-X平面上设置有光扩散结构70。根据光扩散结构70，不仅能够抑制光透射率下降，而且能够大幅扩大大致平行的光（光线6a）的发散角。

图6、图7和图8是示出光在光扩散结构70中的动作的图。图9是示出从光出射面7b射出的光线在Z-X平面上的角度强度分布的曲线图。横轴表示角度［度］。纵轴表示光强度［a.u.］。在此，单位［a.u.］是任意单位，以相对强度表示。另外，在图9的曲线图中，角度0度是图1中的X轴方向。在从-Y轴方向观察时，设Y轴为旋转轴，设顺时针为负旋转角，设逆时针为正旋转角。如图6～图8所示，入射到光扩散结构70的光（光线6a）大体分成3条光路。第1光路是入射到光扩散结构70的斜面70a的光（图6）。第2光路是入射到斜面70b的光（图7）。第3光路是入射到圆柱面70c的光（图8）。

如图6所示，入射到斜面70a的光线6a因折射率差而发生全反射，在Z-X平面中，使行进方向相对于X轴方向倾斜约-37度。在斜面70a处发生全反射的光线6a入射到圆柱面70c。斜面70a是全反射面。由于圆柱面70c具有正圆形状，因此，光线6a因透镜效应而使角度强度分布扩宽。因此，如图9的曲线60a所示，经过图6的光路的光线6a在Z-X平面中，以相对于X轴方向倾斜-37度的方向为轴，具有半值全角约25度的发散角，从光出射面7b射出。在图9中，曲线60a由实线和标记●表示。

如图7所示，入射到斜面70b的光线6a因折射率差而发生全反射，在Z-X平面中，使行进方向相对于X轴方向倾斜约+37度。在斜面70b处发生全反射的光线6a入射到圆柱面70c。斜面70b是全反射面。由于圆柱面70c具有正圆形状，因此，光线6a因透镜效应而使角度强度分布扩宽。如图9的曲线60b所示，经过图7的光路的光线6a在Z-X平面中，以相对于X轴方向倾斜+37度的方向为轴，具有半值全角约25度的发散角，从光出射面7b射出。在图9中，曲线60b由实线和标记▲表示。

如图8所示，直接入射到圆柱面70c的光线6a不改变光行进方向而沿X轴方向行进，由于圆柱面70c的正圆形状的透镜效应而使角度强度分布扩宽。因此，如图9的曲线60c所示，经过图8的光路的光线6c在Z-X平面中，以X轴方向为轴，具有半值全角约36度的发散角，从光出射面7b射出。在图9中，曲线60c由实线和标记×表示。

如上所述，从光出射面7b射出的光线6b的角度强度分布是经过图6、图7和图8的光线的角度强度分布60a、60b、60c相加而成的，如图9的曲线60那样，成为具有半值全角84度这样的非常宽的发散角的光。在图9中，曲线60由单点划线表示。

由图6～图8可知，根据本实施方式1的光扩散结构70，不仅能够得到非常宽的发散角，而且相对于光线6a的行进方向朝后方（-X轴方向）反射的光较少而能够得到较高的光透射率。

此外，如本实施方式1那样，通过沿Z轴方向排列多个光扩散结构70，能够更细微地扩散光线6a。因此，从面光源装置210射出的照明光6c具有更加均匀的面内光强度分布。在本实施方式中，构成为沿Z轴方向排列3行光扩散结构70，但是本发明不限于此。通过增加光扩散结构70的排列数量，能够更细微地扩散光线6a，能够提高照明光6c的面内光强度分布的均匀性。

在本实施方式1中，提示了在说明光扩散结构70的形状时用到的梯形的上底、下底和高度的尺寸以及上底的凹状，但是本发明不限于此。本发明的光扩散结构70的特征是具有以下3个功能。第1功能是将光线分到经过多个光路的结构的功能。第2功能是变更经过多个光路中的至少1个光路的光线的行进方向的功能。第3功能是使经过多个光路的全部光线的角度强度分布扩宽的功能。只要满足这些，则在说明光扩散结构70的形状时用到的梯形的下底和上底的尺寸以及上底部分的形状不限于实施方式1的形状而均属于本发明的范围。

通过将所配置的光扩散结构70的数量、形成于光扩散结构70的梯形的上底、下底和高度的尺寸以及上底的形状作为设计参数，能够对期望的光线6b的角度强度分布的形状进行控制。

例如，如图10所示，在Z-X平面中，将光扩散结构70的斜面70a或者斜面70b分割成多个面，改变各个面的倾角。在图10中，将斜面70a侧分割成斜面70a和斜面70d这2个斜面。此外，将斜面70b侧分割成斜面70b和斜面70e这2个斜面。由此，能够增大经过不同光路的光线的数量，能够更加细微地控制光线6b的角度强度分布。斜面70a、70b、70d、70e相对于光线6a的射出方向倾斜。此外，斜面70d、70e与斜面70a、70b同样是全反射面。此外，斜面70d、70e从斜面70d、70e的接近圆柱面70c的端部（+X轴方向侧的端部）朝斜面70d、70e的另一端部（-X轴方向侧的端部）扩大2个斜面70d、70e的间隔。斜面70d、70e的另一端部（-X轴方向侧的端部）相对于圆柱面70c配置在光线6a的入射侧（-X轴方向侧）。

如图10所示，斜面70d、70e经由斜面70a、70b而与圆柱面70c连接。在这种形状的情况下，斜面70d、70e接近圆柱面70c。斜面70a、70b接近圆柱面70c的端部而成为与基准平面（Z-X平面）垂直的平面。

例如，也可以将光扩散结构70的圆柱面70c的形状设为自由曲面。

不过，如本实施方式1所示，通过用3个面构成光扩散结构70，并将与说明光扩散结构70的形状时用到的梯形的上底相当的部分的形状设为正圆凹状的简洁形状，能够提高生产性。

此外，考虑到模具制作的容易性和耐久性、部件的成形性等，为了提高生产性，可以进行某些形状的简化。例如，关于斜面70a与圆柱面70c的连接部的形状或者斜面70b与圆柱面70c的连接部的形状，可以将在本实施方式1中图11的（A）所示的锐角（不连续）设为图11的（B）所示的以圆弧（连续地）连接而成的形状。即使这样地简化形状，也能够得到较高的光扩散性能。

在斜面70a、70b与圆柱面70c的连接部的形状是如图11的（A）那样直接连接的形状的情况下，斜面70a、70b与圆柱面70c邻接。此外，例如在斜面70a、70b与圆柱面70c的连接部的形状是如图11的（B）那样以圆弧（连续地）连接而成的形状的情况下，斜面70a、70b接近圆柱面70c。这样，斜面70a、70b能够经由与光线6a的反射没有关系的面而与圆柱面70c连接。接近是指距离近。此外，邻接是指相邻且连续。

在本发明中，将从光源6射出的光线6a的发散角宽的方向（快轴方向）设为激光元件排列方向，将发散角窄的方向（慢轴方向）设为导光板厚度方向。即，光源6被配置成光线6a的慢轴方向与Z轴方向平行。Z轴方向是圆柱面70c的具有曲率的方向。其理由如下。在本发明的结构中，激光元件在排列方向（Y轴方向）上的光强度分布的均匀性与多个光线6a的重叠有关。在将光强度分布转换元件7在X轴方向上的长度设为固定时，光强度分布的均匀性与光的发散角和激光元件的个数有关。X轴方向是光线6a的行进方向。即，光的发散角越宽，则越能够提高光强度分布的均匀性。或者，激光元件的个数越多，越能够提高光强度分布的均匀性。因此，通过将激光器的发散角宽的方向设为与激光元件的排列方向（Y轴方向）平行，能够减少激光元件的个数，提高Y轴方向的光强度分布的均匀性。

另一方面，通过将激光的发散角窄的方向（慢轴方向）设为与导光板的厚度方向平行，能够减薄光强度分布转换元件7和导光板4的厚度。其原因是，由于光线6a的发散角小，因此，即使减薄光强度分布转换元件7的厚度，也能够使全部光线6a入射到光强度分布转换元件7。此外，由于能够减薄光强度分布转换元件7的厚度，因此，即使光线6b的厚度也变薄而减薄导光板4的厚度，也能够使全部光线6b入射到导光板4。此外，在本实施方式1的光扩散结构70中，只要仅对范围窄的入射角度转换成期望的角度强度分布，设计出提高光透射率的结构即可，设计变得容易。例如，在范围宽的入射角度的光线中，存在光在70c处发生全反射而返回到后方（光入射面7a的方向），使光透射率下降等的问题。

通过以上方式，根据本实施方式1的具有光强度分布转换元件7的面光源装置210，能够在光源6采用激光器的同时，得到光利用效率高且空间光强度分布的均匀性高的面状的照明光6c。具有该面光源装置210的液晶显示装置110能够提供颜色再现范围宽且亮度不均得到抑制的高质量的图像。

实施方式2

图12是示意性示出作为本发明的实施方式2的透射式显示装置的液晶显示装置120的结构的图。本实施方式2的液晶显示装置120除了面光源装置220与面光源装置210不同以外，与实施方式1的液晶显示装置110相同。即，液晶光学元件1、光学片2、3和光反射片5与实施方式1的液晶显示装置110相同。对于与在实施方式1中说明的液晶显示装置110的构成要素相同的构成要素标注相同的标号，省略其详细说明。

本实施方式2的面光源装置220具有光源8、光强度分布转换元件9和导光板4。导光板4是板状部件，由透明材料构成，在背面4d（-Z轴侧的面）具有光扩散元件41，具有将线状光转换成面状光的功能。这些方面与实施方式1相同，因而省略其详细说明。此外，光源8构成为沿一维方向排列有多个激光元件。光源8中包含的激光元件在以下方面等与实施方式1的光源6的激光元件相同，因而省略其详细说明：光的波长（例如，红色的波长为640nm，绿色的波长为532nm，蓝色的波长为450nm）相同，是多模的半导体激光器，快轴方向的发散角的半值全角为40度，慢轴方向的发散角的半值全角为3度，将快轴方向设为与激光元件排列方向（图1中的Y轴方向）平行，将慢轴方向设为与导光板厚度方向（图1中的Z轴方向）平行。

光源8的光线8a朝图12的-X轴方向射出。此外，光源8配置在导光板4的与正面4c相对的面即背面4d侧。

光强度分布转换元件9由透明材料构成。透明材料例如可以采用丙烯树脂（PMMA）等。此外，光强度分布转换元件9具有板形状的导光部91。导光部91与导光板4的背面4d相对地配置。此外，光强度分布转换元件9具有具备2个反射面的光路变更部92。光强度分布转换元件9例如可以是板状部的厚度为2mm的部件。光强度分布转换元件9在长边方向（图12中的Y轴方向）上的长度被设定成小于等于导光板4的光入射面4a在图1中的Y轴方向上的长度。

如图12所示，光强度分布转换元件9的光入射面9a是与图12中的Y-Z平面大致平行的面。此外，光入射面9a与光源8相对地配置。光强度分布转换元件9的光出射面9b与导光板4的光入射面4a相对地配置。光入射面4a是与图12中的Y-Z平面大致平行的面。此外，光强度分布转换元件9的导光部91的主面9c、9d均与图12中的X-Y平面大致平行。主面9c是+Z轴方向侧的面，主面9d是-Z轴方向侧的面。光强度分布转换元件9的光路变更部92具有2个反射面9e、9h。反射面9e具有使在光强度分布转换元件9中沿-X轴方向行进的光线8a朝向+Z轴方向的功能。反射面9h具有使在光强度分布转换元件9中沿+Z轴方向行进的光线8a朝向+X轴方向的功能。此外，连接主面9c与光出射面9b的面9g和连接反射面9e与反射面9h的面9f与Y-Z平面大致平行。光强度分布转换元件9将光线8a从光入射面9a引导到导光板4的光入射面4a。

光强度分布转换元件9在光出射面9b具有多个光扩散结构70。多个光扩散结构70沿导光板4的厚度方向（图12中的Z轴方向）以一定的间隔配置。光扩散结构70与在实施方式1中示出的结构相同。即，在以下方面与实施方式1相同。光扩散结构70具有2个斜面70a、70b和圆柱面70c。此外，在光强度分布转换元件的与Z-X平面（图12）平行的截面上，具有与图5所示的结构相同的结构。入射到光强度分布转换元件7的光线8a与光线6a同样，在与Z-X平面平行的面上，受到图5～图8所示的光的折射作用。此外，光扩散结构70在光强度分布转换元件7的光出射面7b上，具有图5所示的截面形状并沿Y轴方向延伸。即，在以X-Y平面剖切光扩散结构70的情况下，光出射面7b的截面形状成为与Y轴平行的直线。在这些方面中，本实施方式2的光扩散结构70是与实施方式1相同的结构，省略其详细说明。

此外，本实施方式2的光强度分布转换元件9与实施方式1的光强度分布转换元件7同样，为了使光源8在激光元件排列方向（Y轴方向）上的空间光强度分布均匀，构成为使邻接的激光元件的光线利用自身的发散角在空间上重合。在这一方面上，与实施方式1相同，省略其详细说明。

本实施方式2的面光源装置220将光源8配置在导光板4的背面4d侧（-Z轴方向），此外，将光强度分布转换元件9的大部分配置在导光板4的背面4d侧（-Z轴方向）。近年来，在液晶显示装置中，要求缩窄画面周围具有的结构部分（框架部分）。因此，根据本实施方式2，能够将在实施方式1中配置于液晶显示装置的框架部分的光源和光强度分布转换元件配置在液晶显示装置的厚度方向上。因此，能够缩窄液晶显示装置120的框架部分。此外，在本实施方式2的结构中，能够加长光强度分布转换元件9在X轴方向上的长度，能够提高从光源8射出的光线8a在Y轴方向上的空间光强度分布的均匀性。此外，通过加长光强度分布转换元件9在X轴方向上的长度，能够削减为了使激光元件排列方向的空间光强度分布均匀而需要的激光元件的数量。

此外，在本实施方式2的光强度分布转换元件9中，为了提高激光元件排列方向（Y轴方向）的空间光强度分布的均匀性，具有第2光扩散结构90。图13是从-Z轴方向示出面光源装置220的结构图。如图13所示，光强度分布转换元件9的光入射面9a具有仅在X-Y平面上对光线8a起作用的光扩散结构90。光扩散结构90的与X-Y平面平行的截面呈在Y轴方向上排列有半径0.02mm、深度0.01mm的正圆凹状的形状。即，凹状是朝-X轴方向凹入的形状。此外，上述正圆的中心在Y轴方向上等间隔（0.04mm）地排列。此外，由于在Z轴方向的截面设为上述形状，因而凹状的面由在Z轴方向上具有中心轴的圆柱面的一部分形成。以0.04mm的间隔沿Y轴方向配置多个该光扩散结构90。入射到光扩散结构90的光线8a通过光扩散结构90而扩大X-Y平面上的发散角。即，光扩散结构90使光线8a沿Y轴方向扩散。Y轴方向是圆柱面70c的不具有曲率的方向。扩散是指发散角扩大。由此，与不设置光扩散结构90的情况相比，能够提高Y轴方向上的空间光强度分布的均匀性。因此，能够减小光强度分布转换元件9在X轴方向上的长度，能够使导光部91小型化。或者，能够削减光源8具有的激光元件的个数。此外，图13右侧的施加有斜线的部分是配置在导光部91的+Z轴方向的光反射片5。

此外，如图14所示，本实施方式2的光强度分布转换元件9也可以具有其导光部91的主面9c、9d不平行的形状。具体而言，在光强度分布转换元件9的导光部91中，具有其厚度（Z-X平面上的Z轴方向的尺寸）从光入射面9a朝光路变更部92增大的形状。即，导光部91呈厚度从光入射面9a朝光线8a的行进方向增大的形状。厚度是指在Z-X平面（基准平面）上与光线8a的行进方向（-X轴方向）垂直的方向（Z轴方向）的尺寸。该形状是所谓楔形。导光部91呈楔形形状。

通过设为这样的楔形形状，能够减小入射到光强度分布转换元件9的光线8a在Z-X平面上的发散角，成为大致平行的光。通过将光线8转换成大致平行的光，容易设计出在光路转换部92的反射面9e、9h处反射率高的结构。此外，通过将光线8转换成大致平行的光，还能够提高设于光出射面9b的光扩散结构70的光透射率。这样，尤其在激光在Z-X平面上的发散角宽的情况下，将光强度分布转换元件9的导光部91在Z-X平面上的形状设为厚度朝-X轴方向增大的楔形是有效的。

此外，在本实施方式2中，与导光板厚度方向（图1中的Z轴方向）平行地配置激光元件的慢轴方向。由此，在慢轴方向的发散角较大的情况下，导光部91的楔形是有效的。

此外，如图15所示，光强度分布转换元件9也可以是如下结构：在导光部91中朝-X轴方向传播的光线8a与在光路变更部92中朝+Z轴方向传播的光线8a所成的角度不垂直（90度）。设计光强度分布转换元件9的形状，使得光线8a与反射面9e、9h所成的角度满足符合斯涅耳定律的全反射条件。由此，能够提高光线8a在反射面9e、9h的反射率。此外，在图15的结构中，能够将光强度转换元件9的光入射面9a配置在远离导光板4的方向（-Z轴方向），因此在光源8的尺寸大的情况下也是有效的。即，在光源8采用较大的激光元件的情况下是有效的。

如上所述，根据本实施方式2的具有光强度分布转换元件9的面光源装置220，能够在光源采用激光器的同时，得到光利用效率高且空间光强度分布的均匀性高的面状的照明光8c。具有该面光源装置220的液晶显示装置120能够提供颜色再现范围宽且亮度不均得到抑制的高质量的图像。此外，在本实施方式2中，通过将光源8和光强度分布转换元件9的大部分配置在液晶显示装置220的厚度方向上，能够缩窄框架部分。

实施方式3

图16是示意性示出作为本发明的实施方式3的透射式显示装置的液晶显示装置130的结构的图。此外，图17是从-Z轴方向示出面光源装置230的结构图。在本实施方式3的液晶显示装置130中，相对于实施方式2的面光源装置220，面光源装置230在以下方面不同：具有替代光源8的第1光源10，还具有第2光源11。即，液晶光学元件1、光学片2、3、导光板4、光反射片5和光强度分布转换元件9与实施方式2的液晶显示装置120相同。此外，关于实施方式2的液晶显示装置120与实施方式1的液晶显示装置110相同的构成要素，也是相同的。对于与在实施方式2中说明的液晶显示装置120的构成要素相同的构成要素，标注相同的标号，省略其详细说明。

光源10是第1光源。如图17所示，光源10在Y轴方向上一维排列有多个激光元件。光源10具有的激光元件发出红色光。该红色光例如是波长为640nm的光。从光源10射出的光具有发散角宽的方向（快轴方向）和与其垂直的发散角窄的方向（慢轴方向）。在本实施方式3的面光源装置230中，以快轴方向与激光元件排列方向（Y轴方向）平行的方式排列激光元件，以慢轴方向与光强度分布转换元件9的厚度方向（Z轴方向）平行的方式排列激光元件。

从第1光源10射出的光线10a经由光强度分布转换元件9，从光出射面9b朝导光板4的光入射面4a射出。从光出射面9b射出的光线是光线10b。光强度分布转换元件9中的光线10a变成光线10b之前的动作与实施方式2的光线8a变成光线8b之前的动作相同，省略其说明。即，光线10a在光强度分布转换元件9中朝-X轴方向行进后，在反射面9e处将行进方向变成+Z轴方向，然后，在反射面9h处将行进方向从+Z轴方向变成+X轴方向。

光源11是第2光源。光源11在Y轴方向上一维排列有多个LED元件。光源11和与X-Y平面平行的导光板4配置在大致同一平面上。即，光源11与导光板4的光入射面4a相对地配置。此外，光源11的发光面朝向+X轴方向。即，从光源11射出的光线11a朝光入射面4a射出。进而，光线11a从光入射面4a入射到导光板4。

从光源11射出的光线11a是蓝绿色光。该蓝绿色光例如是在450nm附近和530nm附近具有峰值且在420nm～580nm的波段中具有连续波谱的光。光源11具有的LED元件例如是在具有射出蓝色光的蓝色LED芯片的封装中注入吸收该蓝色光而发出绿色光的绿色荧光体而成的。此外，光源11具有的LED元件例如采用LED以外的光源作为激励光源，通过该激励光源来激励绿色的荧光体，发出蓝绿色光。此外，光源11例如通过放射紫外区域的波长的光的光源来激励发出蓝色光和绿色光的荧光体，发出蓝绿色光。此外，光源11例如是具有发出蓝色光的蓝色LED芯片和绿色LED芯片的光源。

光源11在X-Y平面和Z-X平面中，具有半值全角120度的兰伯特分布的角度强度分布。光线11a具有比光线10a的发散角宽的发散角。

从光源11朝+X轴方向射出的光线11a透射过光强度分布转换元件9的光路变更部92而从光出射面9b射出，从光入射面4a入射到导光板4。从光源11射出的光线11a具有非常宽的发散角。从光源10射出的光线10a的指向性高且发散角窄。光线11a具有比光线10a的发散角宽的发散角。此外，在Y轴方向上配置有多个LED元件。因此，从导光板4朝液晶显示元件放射的照明光8c中包含的蓝绿色光成为在X-Y平面上空间强度分布均匀的光。

红色的光线10b和蓝绿色的光线11a在入射到导光板4之前被合成，作为白色的线状光而入射到导光板4。然后，光线10b和光线11a作为对液晶显示元件1进行照明的面状的白色照明光8c而从导光板4放射。如上所述，照明光8c中包含的红色的光线10b和蓝绿色的光线11a分别生成在X-Y平面上空间强度分布的均匀性高的光。因此，照明光8c成为在X-Y平面上空间强度分布的均匀性高的白色面状光。

在本实施方式3中，采用仅红色的单色性优异的激光元件。这是因为，在最适合用于显示器用途的半导体激光器中，现状是红色的量产性最优。此外，还有一个理由是，尤其在绿色的半导体激光器中还无法得到足够的输出。另外，为了更高效地得到绿色光，通过其它颜色的光激励绿色的荧光体来得到绿色光的方法是最优的。

其原因是，为了激励绿色的荧光体而使用的近紫外区域或蓝色的半导体激光器或者LED的发光效率高于绿色的半导体激光器。此外，绿色的荧光体对所述近紫外光或蓝色光的光吸收率和内部转换效率高。因此，现状是，与绿色的半导体激光器相比，利用荧光体的元件的发光效率更高。

此外，在本实施方式3中，将荧光体的激励光源设为蓝色的LED元件。这是因为，在如本实施方式3的光源11那样构成为通过蓝色的发光元件激励荧光体来得到其它颜色的光的情况下，与激光器相比，优选采用LED。

其理由如下。相对于低电流驱动、低输出的LED，激光器是高电流驱动、高输出。因此，驱动时来自激光器的发热量非常大。此外，从LED射出的光具有较宽的发散角，与此相对，从激光器射出的光具有非常窄的发散角。因此，在激光器的情况下，入射到荧光体的激发光的强度密度（入射到荧光体的每单位体积的光的强度）非常高。入射到荧光体而被吸收的光的一部分转换成其它波长而朝外部放射，其它光则主要变成热能。通常，荧光体的内部转换效率（被转换成其它波长的光的光量相对于被吸收的光量）为40％～80％左右。即，同时产生的热能达到入射的光能的20％～60％。因此，在入射高输出、高光强度密度的激光的情况下，荧光体的发热量非常大。

当具有荧光体的激光器自身的发热量增加时，荧光体的温度上升。此外，即使荧光体自身的发热量增加，荧光体的温度也上升。当荧光体的温度上升时，荧光体的内部转换效率大幅降低，导致亮度降低和功耗增加。因此，本实施方式3的光源11采用蓝绿色LED，该蓝绿色LED具有蓝色的LED和被其蓝色光激励而发出绿色光的荧光体。

红色是人类对色差的敏感度高的颜色。因此，红色的波长带宽的差异由人类的视觉感觉起来是显著的差异。在此，波长带宽是颜色纯度的差异。在由现有的CCFL或LED生成的白色光中，红色的光量特别少，波长带宽较宽，因此颜色纯度低。因此，在使用CCFL或LED光源的液晶显示装置中，红色的颜色再现范围与功耗是制衡的关系。即，要权衡是提高白色的CCFL或LED的光量来增加红色的光量从而确保颜色再现范围，还是减小颜色再现范围来节省电力。

另一方面，激光的波长带宽较宽，能够在不损失光的情况下得到高颜色纯度的光。由于这些理由，通过在三原色的颜色中，特别将红色光设为激光，能够得到低功耗化的效果。其原因是，激光的单色性非常高，对红色滤波器的透射率好，因此，即使不提高光量也能够确保充分的红色的光量，能够得到低功耗化的效果。此外，由于单色性高，还能够得到提高颜色纯度、扩大颜色再现范围的效果。出于以上理由，在本实施方式3的液晶显示装置130中，对红色的光源应用激光器。

此外，在现有的使用CCFL或LED光源的液晶显示装置中，红色光的波长带宽较宽。因此，一部分红色光透射过波谱邻接的绿色滤波器。由此，在现有的使用CCFL或LED光源的液晶显示装置中，绿色的颜色纯度也降低。然而，在本实施方式3的液晶显示装置130中，由于颜色纯度增加，因此，能够降低透射过绿色滤波器的红色的光量，提高绿色的颜色纯度。由此，能够得到扩大颜色再现范围的效果。

在本实施方式3中，用射出红色光的激光元件来构成第1光源10。此外，用射出蓝绿色光的LED元件来构成第2光源11。但是，本发明不限于此。根据上述理由，例如，也可以用射出红色光的激光元件和射出蓝色光的激光元件来构成第1光源10，用射出绿色光的LED元件来构成第2光源11。此外，例如，还可以用射出蓝色光的激光元件来构成第1光源10，用射出红色光的LED元件和射出绿色光的LED元件来构成第2光源11。不过，与仅采用蓝色激光光源相比，仅采用红色激光光源更能够表现出与现有的液晶显示装置的显著差异。

在本实施方式3的面光源装置230中，最优方式是，第1光源10是具有激光元件的光源，第2光源11是具有LED元件的光源。

通过将第1光源10设为具有发散角窄的激光元件的光源，能够抑制光的损失。在光源10是具有发散角宽的光源的情况下，光强度分布转换元件9的反射面9e和反射面9h处的反射率下降。尤其是反射面9h需要透射过第2光源11的光线11a，因此，必须是利用折射率差的反射面，光源10的发散角取决于反射率。另外，关于反射面9e，能够蒸镀金属来形成镜面。不过，由于光强度分布转换元件9的制作工序变复杂，因此，优选反射面9e也是利用折射率差的反射面。

由于第1光源10是具有发散角窄的激光元件的光源，因此，很难提高激光元件的排列方向（Y轴方向）的均匀性。然而，在本实施方式3中，将光强度分布转换元件9设置在液晶显示装置130的厚度方向（-Z轴方向）上。因此，能够在不加宽液晶显示装置130的框架部分的情况下，充分地设置更充分的光学距离（光强度分布转换元件9的导光部91的长度），从而提高激光元件的排列方向（Y轴方向）的均匀性。

通过将第2光源11设为具有发散角宽的LED元件的光源，即使不在光源11与导光板4之间设置光学元件，也能够通过自身的发散角，得到空间光强度分布均匀的照明光8c。在光源11具有发散角窄的光源的情况下，很难得到空间光强度分布均匀的照明光8c。其原因是，在光线11a入射到导光板4之前，没有与邻接的光线11a充分重合，没有成为均匀的线状光，从而产生亮度不均。

在本实施方式3中，光源11是用具有半值全角120度的发散角的LED元件构成的。但是，本发明不限于此。例如，也可以在LED元件的发光面具有透镜，由此控制发散角。例如，也可以具有仅减小Z-X平面上的发散角的柱面透镜。由此，能够提高光线11a中的与导光板4耦合的光量（光耦合效率）。不过，如先前叙述的那样，在过度缩窄发散角时，照明光8c的空间光强度分布的均匀性下降，因此，需要考虑光耦合效率和发散角对透镜形状进行优化。

此外，根据本实施方式3，通过单独地控制光源10和光源11的发光量，能够降低功耗。图18是示出液晶显示元件1、光源10和光源11的驱动方法的框图。液晶显示元件驱动部52驱动液晶显示元件1。光源驱动部53a驱动作为第1光源的光源10。光源驱动部53b驱动作为第2光源的光源11。控制部51控制液晶显示元件驱动部52和光源驱动部53a、53b。

例如，通过由控制部51单独地控制各光源驱动部53a、53b，能够调整从第1光源10射出的红色光的光量与从第2光源11射出的蓝绿色光的光量的比例。控制部51向光源驱动部53a输出光源控制信号56a。控制部51向光源驱动部53b输出光源控制信号56b。因此，通过根据各视频信号54所需的各颜色光强度的比例来调整各光源的发光量，能够实现低功耗化。

如上所述，根据本实施方式3的面光源装置230，能够在光源采用激光器的同时，得到光利用效率高且空间光强度分布的均匀性高的面状的照明光8c。具有该面光源装置230的液晶显示装置130能够提供颜色再现范围宽且亮度不均得到抑制的高质量的图像。在本实施方式3中，通过将光源10和光强度分布转换元件9的大部分配置在液晶显示装置230的厚度方向（Z轴方向）上，能够缩窄框架部分。此外，通过用激光元件构成红色，用LED元件构成蓝绿色，能够解决作为现有的液晶显示装置的问题的扩大颜色再现范围和低功耗化这两个问题。此外，能够以简易的结构，提供量产性高的液晶显示装置。

实施方式4

图19是示意性示出作为本发明的实施方式4的透射式显示装置的液晶显示装置140的结构的图。图20是从-Z轴方向示出面光源装置240的结构图。本实施方式4的液晶显示装置140具有的面光源装置240相对于本实施方式3的面光源装置230，配置第2光源11的位置不同，此外，在具有反射部件12这一点上不同。即，液晶光学元件1、光学片2、3、导光板4、光反射片5、光强度分布转换元件9和光源10与实施方式3的液晶显示装置130相同。此外，在光源11的配置位置以外的方面，与实施方式3的液晶显示装置130相同。此外，关于实施方式2的液晶显示装置130与实施方式1的液晶显示装置110和实施方式2的液晶显示装置1210相同的构成要素，也是相同的。对于与在实施方式3中说明的液晶显示装置130的构成要素相同的构成要素，标注相同的标号，省略其详细说明。

如图19所示，光源11相对于导光板4配置在背面4d侧的方向（-Z轴方向）。即，光源11相对于导光板4，配置在导光板4的与正面4c相反的方向。此外，光源11的发光面朝向+Z轴方向。即，光线11a朝+Z轴方向射出。光线11a由反射部件12将行进方向变更成+X轴方向。然后，光线11a从光入射面4a入射到导光板4。

反射部件12配置在光源11与光强度分布转换元件9之间。反射部件12具有反射面12a。反射部件12例如由丙烯树脂（PMMA）、聚碳酸酯（PC）或铝等金属构成。此外，反射面12a可以通过对所述丙烯树脂等蒸镀铝或金、银等来形成。此外，通过将反射部件12设为具有高反射率的树脂，可以在不蒸镀金属的情况下具有反射面12a。反射面12a与光源11相对地配置。此外，与光强度分布转换元件9的反射面9h和导光板4的光入射面4a相对地配置。将反射面12a与光源11、反射面9h和光入射面4a相对地配置，是因为要配置成光线11a从光源11射出并被反射面12a反射后，透射过反射面9h而从光入射面4a入射到导光板4。

从光源11发出的光线11a朝+Z轴方向射出，由于反射部件12的反射面12a而被变更成行进方向朝向+X轴方向的光。被反射面12a反射后的光线11a透射过光强度分布转换元件9的反射面9h，入射到导光板4。

反射部件12在Z-X平面上具有曲率，并沿Y轴方向延伸。即，反射部件12在与Z-X平面平行的面上具有曲率。在Z-X平面中，反射部件12具有将椭圆切取一部分而成的形状。椭圆形状的1个焦点位于光源11的发光面的中心。此外，椭圆形状的另一个焦点位于导光板4的光入射面4a的中心。光源11是第2光源。即，反射部件12的与Y轴方向垂直的面形成的截面具有作为椭圆的一部分的反射面12a，该椭圆以光源11的发光面中心和光入射面4a的中心为一对焦点。Y轴方向是圆柱面70c的不具有曲率的方向。由此，能够使从光源11发出的光与导光板4高效地耦合。此时，如果考虑在反射部件12与导光板4之间透射过光强度分布转换元件9的光学影响而进行设计，则能够高效地使光线11a与导光板4耦合。

在本实施方式4的面光源装置240中，在LED具有宽发散角的情况下，其光的一部分不经由反射面12a而直接引导到导光板4的光入射面4a。由此，能够在不降低光源11的光线11a与导光板4耦合的效率的情况下，使反射部件12小型化。

如上所述，本实施方式4的面光源装置240能够在光源10采用激光器的同时，得到光利用效率高且空间光强度分布的均匀性高的面状的照明光8c。具有该面光源装置240的液晶显示装置140能够提供颜色再现范围宽且亮度不均得到抑制的高质量的图像。在本实施方式4中，通过将光源10和光强度分布转换元件9的大部分配置在液晶显示装置240的厚度方向（-Z轴方向）上，能够缩窄框架部分。此外，通过用激光元件形成红色，用LED元件形成蓝绿色，能够解决作为现有的液晶显示装置的问题的扩大颜色再现范围和低功耗化这两个问题。此外，能够以简易的结构，提供量产性高的液晶显示装置。此外，通过反射部件12，能够使发散角宽的光源11的光线11a高效率地与导光板4耦合，能够抑制功耗的增加。

此外，在上述各实施方式中，圆柱面70c由柱面透镜构成。在各实施方式中，是凹面形状的柱面透镜。在圆柱面70c中，柱面透镜的透镜面的母线方向是Y轴方向。此外，连接位于柱面透镜的透镜面端的2条母线的直线中的与位于透镜面端的2条母线垂直的直线的方向是Z轴方向。但是，本发明的特征是，通过使被斜面70a、70b全反射的光线6a从圆柱面70c射出，不仅能够确保光利用效率较高，而且能够提高空间光强度分布的均匀性。因此，例如，还可考虑将图11的（A）或图11的（B）所示的光扩散结构70设为以圆柱面70c的光轴为中心旋转而成的形状，并排列在光出射面7b上的结构。该结构能够得到与上述实施方式同等的效果。

不过，将这样的圆锥台形状排列在光出射面7b上的结构很难制造。在以树脂成型方式来制造的情况下，树脂的成型也很困难，且其模具的制造也很困难。考虑到这些，从制造光扩散结构70这一方面来看，将在上述实施方式中示出的圆柱面70c设为柱面透镜的结构在容易制造这一点上优良。

在上述各实施方式中，有时使用“大致平行的面”、“大致平行光”或者“大致高斯形状”等带有“大致”等术语的表现。它们表示包含考虑到制造上的公差和组装上的误差等的范围。因此，即使在权利要求书中没有记载例如“大致”的情况下，也包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。此外，在权利要求书中记载有“大致”的情况下，表示包含考虑到制造上的公差或组装上的偏差等的范围。此外，如上所述，“配置在大致同一平面上”的记载是“相对地配置”的意思。

此外，如上所述对本发明的实施方式进行了说明，但是，本发明不限于这些实施方式。

标号说明

1液晶光学元件；1a显示面；1b背面；210、220、230、240面光源装置；2、3光学片；4导光板；4a光入射面；4b面；4c正面；4d背面；41光扩散元件；5光反射片；51控制部；52液晶显示元件驱动部；53、53R、53G、53B、53a、53b光源驱动部；54视频信号；55液晶显示元件控制信号；56、56a、56b光源控制信号；6、8、10、11光源；12反射部件；12a反射面；6a、8a、10a、11a、6Ra、6Ga、6Ba、6b、10b光线；6R红色半导体激光器；6G绿色半导体激光器；6B蓝色半导体激光器；6c、8c照明光；60a、60b、60c光线的角度强度分布；7、9光强度分布转换元件；7a、9a光入射面；7b、9b光出射面；70光扩散结构；90光扩散结构；70a、70b、70d、70e斜面；70c圆柱面；91导光部；92光路变更部；9c、9d主面；9e、9h反射面；9g、9f面；110、120、130、140液晶显示装置。

Claims (14)

1.一种光强度分布转换元件，其中，该光强度分布转换元件具有：

第1光入射面，其入射具有指向性的第1光线；

第1光出射面，其扩宽所述第1光线的角度强度分布，具有相对于所述第1光线的射出方向呈凹状的曲面部；以及

全反射面，其与所述曲面部接近或邻接，相对于所述第1光线的射出方向倾斜，使所述第1光线发生全反射，

由所述全反射面反射后的所述第1光线从所述曲面部射出。

2.根据权利要求1所述的光强度分布转换元件，其中，

所述曲面部形成柱面透镜，

在设连接位于所述曲面部的所述柱面透镜的透镜面端的2条母线的直线中的与所述2条母线垂直的直线的方向为第1方向，设所述母线的方向为第2方向时，所述全反射面是与所述曲面部的所述第1方向的端部接近或邻接的面。

3.根据权利要求2所述的光强度分布转换元件，其中，

所述曲面部位于2个所述全反射面之间，

所述2个全反射面从所述全反射面的与所述曲面部接近的端部或邻接的端部起，朝所述全反射面的另一端部扩大所述2个全反射面的间隔，所述另一端部相对于所述曲面部位于所述第1光线的入射侧。

4.一种面光源装置，其中，该面光源装置具有：

权利要求2～3中的任意一项所述的光强度分布转换元件；

第1光源，其射出所述第1光线；以及

导光板，其具有第2光入射面和第2光出射面，其中，所述第2光入射面入射从所述光强度分布转换元件射出的所述第1光线，所述第2光出射面射出从所述第2光入射面入射的所述第1光线，

所述第2光出射面射出被所述导光板转换成面状光的所述第1光线，

所述第2光入射面的长度方向与所述第2方向平行，

所述第2光入射面与所述第1光出射面相对地配置。

5.根据权利要求4所述的面光源装置，其中，

所述第1光源被配置成所述第1光线的慢轴方向与所述第1方向平行。

6.根据权利要求4或5所述的面光源装置，其中，

所述第1光入射面具有光扩散结构，

所述光扩散结构在所述第2方向扩散所述第1光线。

7.根据权利要求4～6中的任意一项所述的面光源装置，其中，

所述第1光源配置在所述导光板的作为与所述第2光出射面相对的面的背面侧，

所述光强度分布转换元件在从所述第1光入射面到所述第1光出射面的光路上具有导光部和光路变更部，将所述第1光线从所述第1光入射面引导到所述第2光入射面。

8.根据权利要求7所述的面光源装置，其中，

所述导光部呈板状，与所述背面相对地配置，成为厚度从所述第1光入射面朝所述第1光线的行进方向扩大的楔形形状。

9.根据权利要求7或8所述的面光源装置，其中，

所述面光源装置还具有射出第2光线的第2光源，该第2光线具有比从所述第1光源射出时的所述第1光线的发散角大的发散角，

所述第2光线从所述第2光入射面入射到所述导光板。

10.根据权利要求9所述的面光源装置，其中，

所述面光源装置还具有反射所述第2光线的反射部件，

所述第2光源相对于所述导光板配置在导光板的所述背面的方向，

所述第2光线被所述反射部件改变行进方向，从所述第2光入射面入射到所述导光板。

11.根据权利要求10所述的面光源装置，其中，

所述反射部件具有反射面，该反射面的由与所述第2方向垂直的面形成的截面是以所述第2光源的发光面中心和所述第2光入射面的中心为一对焦点的椭圆的一部分。

12.根据权利要求5～11中的任意一项所述的面光源装置，其中，

所述第1光源具有激光元件。

13.根据权利要求9～12中的任意一项所述的面光源装置，其中，

所述第2光源具有LED元件。

14.一种液晶显示装置，其中，该液晶显示装置具有权利要求5～13中的任意一项所述的面光源装置。

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