JP2002169480A

JP2002169480A - コリメート平面光源、それを用いた表示素子および表示装置

Info

Publication number: JP2002169480A
Application number: JP2000365102A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 宏一木村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-06-14

Abstract

(57)【要約】【課題】１個のレーザ光により簡単な構成で高品位、
高精度のコリメート平面光源を提供する。【解決手段】所定の出射幅を有するレーザ光源１０
と、レーザ光源１０の出射光Ｌ１を所定方向に互いに平
行に反射させる反射部材２０と、反射部材２０で反射し
た各反射光２４についてその平行面に対して略直角方向
に反射させる偏向面３２を有する偏向部材３０とから構
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光を用いて
コリメート光を出射する平面光源と、それを用いた表示
素子および表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のＬＣＤ（液晶表示素子）は液晶分
子の配向による電気光学効果を利用した表示を行ってい
るため、図１７の従来構成図に示すように、蛍光灯等の
バックライトユニット１００から拡散光１０２が液晶パ
ネル１０１に入射される際、液晶層１０１を透過する光
は光学特性の入射角依存により表示特性に視野角依存が
発生するという欠点があった。

【０００３】これの解決策として、最近では液晶パネル
の各画素に対して複数の光学特性を有した領域を持た
せ、視野角による光学特性の違いを平均化させて視野角
依存を補償した方式（マルチドメイン配向等）がある。
又、視野角依存性の小さい水平配向のみの液晶スイッチ
ング方式（ＩＰＳ方式等）が存在する。更に、液晶の光
学特性の視野角依存性を、光学的に補償するフィルムを
液晶パネルに積層する方式などがある。

【０００４】ところが、以上のような方式は、何れも工
程の増加や部材が増えることなどによりコストアップを
伴う。又、何れの場合も視認性の点では従来の液晶素子
に比べて効果はあるが、視野角に対する光学的な補償が
完全では無く、例えば、正面の画像のコントラストと斜
めから見た時のコントラストの差が大きく、特に、大型
コンピュータ用モニターや、ＴＶ用途に対しては、この
視野角依存性が問題となる。

【０００５】一方、ＣＲＴなどの蛍光発光型の表示素子
は蛍光体の出射光が散乱光であり、その表示光は略完全
散乱光なので、視野角依存は殆どない。これらの蛍光発
光型表示素子の視野角特性と同等の特性を得るには、液
晶パネルでは次の方式が考えられている。図１８の従来
図に示すように、先ず、バックライト光源（バックライ
トユニット）１０３の出射光１０４が、略コリメートさ
れた光であり（バックライトの出射光が面に対して略垂
直である）、液晶パネル１０１の前面（表示側）に光を
拡散させる光拡散層又はフィルム１０５を設けるもので
ある。このとき、画素間のクロストークを防止するた
め、液晶パネル１０１の表示側基板（図示せず）内に光
拡散層を設けることが好ましい。

【０００６】この光拡散層又はフィルム１０５は明室で
のコントラストを向上させるため、好ましくは前方への
拡散光が多く、後方への拡散光が少ない前方拡散型の層
又はフィルムが好ましい。この方式では、液晶層１０１
には光が垂直に入射するので、液晶層１０１を透過する
光の光学特性は略同じである。又、光拡散層又はフィル
ム１０５がその透過光を表示側へ拡散させるので、その
拡散光の光学特性は変化せず、視野角依存の無い表示が
得られる。こうしたコリメートされた出射光を得る方式
は、例えば、特開平９−１８９９０７、又は特開平９−
５０５４１２にも開示されている。また、光拡散層の代
わりに蛍光体を設けても良い。この場合、例えばバック
ライト光源は紫外線光源であり、液晶素子などの光変調
素子により紫外線を変調し、その透過光が蛍光体を励起
して散乱発光する。散乱発光により、ＣＲＴと同様その
表示画質の視野角依存性は無い。

【０００７】なお、このような略コリメートされた光を
出射する平面光源は、ＬＣＤ以外の光変調手段、例え
ば、可撓薄膜を静電気力により移動させて光の透過率を
変化させる光変調手段により、紫外線光源から入射する
紫外線の透過率を変化させて、その透過光を前方の蛍光
体に入射させて発光表示されるものにも有効である。特
に、これら光変調手段の方式が光の入射角依存を持つ干
渉、回折などであれば、その入射角依存を無くすことが
可能である。

【０００８】又、このような表示素子の用途だけではな
く、汎用の平面光源としても有効である。例えば、平面
光源の光をより遠くに届かせたい場合は、指向性を持た
せる必要があるが、この場合も略コリメートされた光を
出射できる平面光源は有用である。

【０００９】しかしながら、上記従来例においては、現
在、略コリメートされた光を高効率で出射させるバック
ライト光源は技術的に困難であり、現状の光源の主流は
蛍光ランプであるが、バックライト用のカラーフィルタ
ーの分光透過特性に適合した蛍光ランプは、細長い管形
状の線光源なので面光源化が必要であり、出射される蛍
光光を導光板および拡散板を通して平面光源としている
ため、この平面光源の出射光はランダムな光路を有する
無偏光光であり、これらをコリメートするには光学系が
複雑となると共に、光利用効率も低下するという問題が
あった。

【００１０】本出願人は、簡単な構成でコリメート光を
高効率で出射できる平面光源およびそれを用いた表示素
子を先に出願した。それによると、平面上に点在する複
数の発光素子と、該発光素子の出射光に対応させて配置
される光学素子（マイクロレンズ）とを有し、光学素子
を透過した光が平面に対して略垂直に出射することを特
徴としている。この構成によれば、例えば点光源として
複数のＬＥＤチップ等の発光素子を２次元に配列し、そ
の各発光素子にマイクロレンズ等の光学素子を組合わす
ことによって、発光素子から出射された光は光学素子を
通過してコリメートされ、面に対し垂直に出射する平面
光源を構成できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このようにすればコリ
メート光の平面光源を得ることができたが、本出願人は
このような発光素子プラスマイクロレンズ方式と並ん
で、元々、高品位で高効率のコリメート光を発するレー
ザを用いて平面光源を得る技術について研究した。ま
ず、容易に想到することは、複数のレーザを２次元に配
置して平面光源とすることであるが、レーザ光で大面積
の表示素子を構成する場合には相当な高コストとなり、
実用的には不適であるという問題があった。そこで本発
明は、高コストとなる面発光型のレーザ平面光源を用い
ることなく、単に１個のレーザ光により簡単な構成で高
品位、高精度のコリメート平面光源を得ることを目的と
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のコリメー
ト平面光源の発明は、所定の出射幅を有するレーザ光源
と、該レーザ光源の出射光を所定方向に略平行に反射さ
せる反射部材と、該反射部材で反射した反射光について
その平行面に対して略直角方向に反射させる偏向面を有
する偏向部材とから成ることを特徴とする。請求項２記
載の発明は、請求項１記載のコリメート平面光源におい
て、前記偏向部材が前記反射光についてその平行面に対
して略直角方向に一部を反射させ、残りを透過させる偏
向面を有する部材であることを特徴とする。請求項３記
載の発明は、請求項１又は２記載のコリメート平面光源
において、前記反射部材が体積ホログラムを含む回折効
果を利用した部材であることを特徴とする。請求項４記
載の発明は、請求項１又は２記載のコリメート平面光源
において、前記反射部材が前記レーザ光源の出射光を所
定方向に略平行に反射させる所定の斜面を有する反射体
であることを特徴とする。請求項５記載の発明は、請求
項１〜４のいずれか１項記載のコリメート平面光源にお
いて、前記レーザ光源が独立出力可能な複数の色からな
ることを特徴とする。請求項６記載の表示素子の発明
は、請求項１〜５のいずれか１項記載の平面光源と、光
変調素子と、拡散手段と、からなることを特徴とする。
請求項７記載の表示素子の発明は、請求項１〜５のいず
れか１項記載の平面光源と、光変調素子と、拡散手段
と、カラーフィルタと、からなることを特徴とする表示
素子。請求項８記載の発明は、請求項６又は７項記載の
表示素子において、前記光変調素子が、液晶素子又は電
気機械動作による光変調素子であることを特徴とする。
請求項９記載の表示装置の発明は、請求項８記載の表示
素子において、前記平面光源から出射される色を１フィ
ールド期間内で時間シーケンシャルに切り替え、これに
同期して前記光変調素子を駆動することを特徴とする。
以上のような構成により、単独のレーザ光によるコリメ
ート平面光源を簡単な構成で得ることができるので、高
品位で高効率のコリメート平面光源が得られ、したがっ
てこの高品位で高効率のコリメート平面光源を用いるこ
とにより、同様に高品位で高効率の平面表示素子、平面
表示装置を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の平面光源について
図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形
態に係るレーザ光平面光源の原理斜視図である。図１に
おいて、１０はコリメートされた光を出射する１個のレ
ーザ光源で、若干の出射幅Ｌ１を有している。２０は反
射部材で、基材２１の上に反射型体積ホログラムの薄い
フイルム２２が表面に張り付けてある。これは入射光に
対して４５°の反射光を出す反射型体積ホログラムとな
っている。３０は導光体３１内に設けられた複数（図で
は６枚）のハーフミラー３２から成る偏向部材で、反射
部材２０で反射した各反射光２４についてその一部を該
各反射光のつくる面に対して略直角方向（図１では上
方）に反射させ（反射光４０）、残りを透過（図の右側
へ）させるもので、各ハーフミラー３２ごとに透過光の
一部を前記のように上方へ反射させ、残りを透過させ、
反射部材２０で反射した反射光２４を最終的には全部上
方へ反射させることができる。このようにして、１個の
レーザ光源１０で、上方へ反射する多数の反射光４０が
縦横面状（図１ではすべてを図示してはいないが、縦８
個、横６個の計４８個）に拡がったコリメート平面光源
が得られる。

【００１４】反射型体積ホログラム２２は、所望の角度
範囲内で拡散する拡散光と平行光を体積ホログラム記録
用感光材料の両面から入射させて干渉させることにより
反射型拡散性ホログラムを形成するので、光源からの平
行光を拡散せず平行に反射させることが可能になる。

【００１５】ここで、反射型拡散性ホログラム２２の製
造原理について説明する。図２は反射型拡散性ホログラ
ムの製造原理を説明するための構成図である。フォトポ
リマー等の体積ホログラムを記録可能なホログラム感光
材料２０１に拡散角度（最大の拡散角）θの拡散板２０
２を密着し、感光材料２０１側から入射角αで斜めに平
行光２０３を入射させ、一方、拡散板２０２側からは垂
直に平行光２０４を入射させると、平行光２０４は拡散
板２０２を通過後拡散角度θの拡散光２０５になり、こ
の拡散光２０５は反対側から斜めに入射してきた平行光
２０３と感光材料２０１内で干渉して干渉縞を形成す
る。このようにして反射型ホログラム（リップマンホロ
グラム）が形成される。そこで、図２のようにして形成
された反射型ホログラム３１０に、図３に示すように、
その記録のときの斜めに入射させた平行光２０３と同じ
入射角αで平行な照明光３１１を入射させると、記録の
ときの他方の拡散光２０５と同じ拡散角度θの拡散光３
１２が反射型ホログラム３１０から反射回折される。

【００１６】図４は、本発明に係る平面光源に用いる反
射型拡散性ホログラムについての製造および使用を説明
する図で、図４（ａ）は製造時の物体光および参照光と
感光材料面の照射関係を説明する図であり、図４（ｂ）
は使用時の記録光および再生光と感光材料面との照射・
反射関係を示す図である。また、（１）は台形型の透明
基材４１１に感光材料４１０を設けた場合、（２）は薄
板状の透明基材４１１’に感光材料４１０を設けた場合
の例を示している。そこで、図４（ａ）の（１）の台形
型の透明基材の例について説明する。台形型の透明基材
４１１に垂直面から傾斜角α°の傾斜面を形成し、その
傾斜面にホログラム感光材料４１０を設ける。そして、
レーザ光源４１２からの参照光をこのホログラム感光材
料４１０の面に対してα°の角度で図の下方から照射
し、他方、物体光をホログラム感光材料４１０の面に対
して（９０−α°）の角度で図の左から照射すると、感
光材料４１０内で干渉して干渉縞を形成し、反射型体積
ホログラムが得られる。そこで、このようにして得られ
た反射型体積ホログラムを図４（ｂ）の（１）に示すよ
うに配置し、レーザ光源からの平行光４１２をホログラ
ム感光材料４１０の面に対してα°の角度で図の真下か
ら照射すると、感光材料４１０の面で回折反射して再生
光４１５が図の右側へ水平に平行に出射されることとな
る。

【００１７】図４（ａ）の（２）は薄板状の透明基材４
１１’に感光材料４１０を設けた場合の例を示してい
る。この場合も（１）の場合と同様に、レーザ光源から
の参照光４１２をホログラム感光材料４１０の面に対し
てα°の角度で図の斜め右下方から照射し、他方、物体
光をホログラム感光材料４１０の面に対して（９０−α
°）の角度で図の斜め左下方から照射すると、感光材料
４１０内で干渉して干渉縞を形成し、反射型体積ホログ
ラムが得られる。そこで、このようにして得られた反射
型体積ホログラムを図４（ｂ）の（２）に示すように、
垂直面に対してα°の角度で配置し、レーザ光源からの
平行光４１２をホログラム感光材料４１０の面に対して
α°の角度で図の真下から照射すると、感光材料４１０
の面で回折反射して再生光４１５が図の右側へ水平に平
行に出射されることとなる。

【００１８】次に、上記のような反射型拡散性ホログラ
ムの具体的な作成例について説明する。図５に示すよう
に、ガラス基板５２０上に感光材料５０１を塗布したも
のを使用し、その上にカバーフィルムとして透明のＰＥ
Ｔフィルム５２１を張り付け、このＰＥＴフィルム５２
１の面上に、インデックスマッチング液としてキシレン
５２３を介し、拡散板５０２としてノングレアフィルム
を密着させた後、ガラス基板５２０側からは感光材料５
０１の面に対してα°の角度でレーザ光の平行光を参照
光４１２として、また、拡散板５０２側からは感光材料
５０１の面に対して（９０−α）°の角度で同じ波長の
レーザ光の平行光を物体光４１３として同時に照射する
と、感光材料５０１内で干渉して干渉縞を形成し、反射
型体積ホログラムが形成される。これを拡散板５０２か
ら剥離後、感光材料５０１に紫外線を照射し、１２０〜
１３０°Ｃで２〜３時間加熱する。このようにすること
により反射型拡散性ホログラムが得られる。また、反射
型体積ホログラムの表面には、ＡＲ処理を施している。

【００１９】図６は図１の偏向部材３０の断面図であ
る。図６において、３１はアクリル、ガラス、ポリカー
ボネート等の材質の導光体であり、３２はハーフミラー
等の偏向手段、４０は入射光を垂直方向へ偏向した出射
光である。偏向手段３２の具体例としては導光体３１と
異なる屈折率の透明材料からなる媒体が好ましい。実際
には、導光体３１を図のように斜めに複数層重ね、その
間を接着層で固定する。この接着層は前記の偏向手段３
２に相当し、その屈折率は導光体３１の屈折率に対し僅
かな差を有する。図１の反射部材２０からのコリメート
光２４を導光板３１に入射すると、ハーフミラー（又は
異なる屈折率の透明材料からなる媒体）３２により、１
部が反射されて垂直方向へ偏向光４０として出射され
る。又、入射光２４の残りは透過し、次のハーフミラー
３２で１部が反射されるというように順々に反射され
る。導光板３１とコリメート光２４の組合わせは、図面
奥行き方向にも展開されているので垂直方向への出射光
は面光源として出射構成される。

【００２０】又、導光体３１へ入射したコリメート光２
４は初段のハーフミラー３２から、右に（図面向かって
右方向へ）進むに従って減衰するので、それを補うよう
に、ハーフミラー３２相互間の間隔は、Ｌ１よりＬ６、
Ｌ７等の間隔を狭くして補正することにより、導光体３
１からは均一な強度の出射光４０が出射されることにな
る。これを後述の光変調素子に入射して表示素子を構成
できる。なお、前述の導光板の構成を変えることによ
り、Ｐ波とＳ波の偏光成分を分離することも可能であ
る。具体的には、導光体３１を斜め４５°となるように
複数層重ね、その間を偏向手段３２に相当する接着層で
固定する。接着層の屈折率は導光体３１の屈折率に対
し、その屈折率差が３％以内となる接着材料を選択す
る。この場合、導光体３１と接着層界面のブリュースタ
ー角が略４５°となり、界面に入射される光のＳ波偏光
成分の一部が反射されて垂直方向へ出射する。Ｐ波偏光
成分は導光板を直進して透過する。導光板の終端側面に
１／４波長板と反射板を設け、底面に反射板を設ける
と、透過したＰ波偏光成分は終端側面で反射されＳ波偏
光成分に変換されて光源に向かって進む。再度、偏向手
段に入射したＳ波偏光成分の一部は底面に向かって反射
し、底面の反射板によって垂直方向に出射される。従っ
て、垂直方向にはＳ波偏光成分のみが出射されることに
なる。この平面光源装置と例えば偏光を利用するＬＣＤ
等の光変調素子を組み合わせることにより、高い光利用
効率の表示素子を構成できる。

【００２１】図７は図１の平面光源を示す平面図と正面
図である。図７において、１０はコリメートされた光を
出射する１個のレーザ光源で、若干の出射幅（図では出
射幅を分かりやすく８本の代表光線にて分割して描写し
ているが、実際は連続光である。）Ｌを有している。２
０は反射部材で、基材２１の上に反射型体積ホログラム
の薄いフイルム２２が表面に張り付けてある。３０は図
６に示した偏向部材３０で、導光体３１内に設けられた
６枚のハーフミラー３２から成っている。反射部材２０
で反射した各反射光２４はその一部を該各反射光のつく
る面に対して略直角方向（図では上方）に反射し、残り
は透過（図の右側へ）する。各ハーフミラー３２ごとに
透過光の一部を前記のように上方へ反射し（４０）、残
りは透過し、最終的に反射部材２０で反射した反射光２
４はすべて上方へ反射するようになる（反射光４０）。
図７（ａ）の中点付き丸印４０は、紙面の裏側から表側
に向かう代表レーザ光を表している。したがって、図で
縦８個分、横８個分の幅の６４個分の広がりの連続光が
紙面の裏側から表側に出射することとなる。このように
して、１個のレーザ光源１０で、上方へ反射する反射光
４０が縦横に連続的に面状に拡がったコリメート平面光
源が得られる。

【００２２】また、導光体３１の上面側にＬＣＤや可撓
薄膜型の光変調素子等を置いて出射光４０を入射させれ
ば表示素子が可能となる。これについては後述する。

【００２３】さらに、この平面光源はフィールドシーケ
ンシャル駆動によるカラー表示素子用にも好適である。
図１のレーザ光源１０として、図８のようにＲレーザ光
源、Ｇレーザ光源、Ｂレーザ光源を垂直方向に一列に並
べたものを用い、各レーザ光を反射部材２０に向け出射
すると、Ｒ、Ｇ、Ｂ各レーザ光は反射部材２０の表面の
反射型体積ホログラムフイルム２２で平行に反射して、
Ｒレーザ光２０Ｒ、Ｇレーザ光２０Ｇ、およびＢレーザ
光２０Ｂとしてそれぞれ上下に平行に偏向部材３０に向
かい、導光体３１に入りハーフミラー３２へ到達する。
ハーフミラー３２に到達した各Ｒレーザ光２０Ｒ、Ｇレ
ーザ光２０Ｇ、およびＢレーザ光２０Ｂはハーフミラー
３２により入射光の一部が反射されて垂直方向へ出射さ
れ（４０Ｒ光、４０Ｂ光、４０Ｇ光）、残りはハーフミ
ラー３２を透過して次のハーフミラー３２へ到達する。
次のハーフミラー３２に到達した各Ｒレーザ光２０Ｒ、
Ｇレーザ光２０Ｇ、およびＢレーザ光２０Ｂも同じくハ
ーフミラー３２により入射光の一部が反射されて垂直方
向へ出射され（４０Ｒ光、４０Ｂ光、４０Ｇ光）、残り
はそのハーフミラー３２を透過してさらに次のハーフミ
ラー３２へ到達する。以下、同様のことを繰り返すと、
最終的に各色が独立に制御可能なコリメート平面光源が
構成できる。なお、図８でＲ、Ｇ、Ｂレーザ光は各々１
本しか描かれていないが、実際は反射部材２０に傾斜し
て設けられた体積ホログラム２２の働きにより図面の垂
直方向に各Ｒレーザ光２０Ｒ、Ｇレーザ光２０Ｇ、およ
びＢレーザ光２０Ｂが並んでいる。本実施例の構成によ
れば、平面光源の面内全体にレーザ光源を配置する必要
が無く、各色１個のレーザ光源にでき、レーザ光源の数
を大幅に低減させることが可能であり、低コストを実現
できる。

【００２４】図９は図８で説明した３個のＲ，Ｇ，Ｂレ
ーザ光源を用いたカラーのコリメート平面光源を示す平
面図と正面図である。図９において、１０は３個のレー
ザ光源で、図の上からＲ，Ｇ，Ｂレーザ光源となってい
る。２０は反射型体積ホログラムの薄いフイルム２２を
斜めに張り付けた反射部材である。３０は図６に示した
偏向部材３０で、４枚のハーフミラー３２から成ってい
る。そこで、各レーザ光を反射部材２０に向け出射する
と、Ｒ、Ｇ、Ｂ各レーザ光は反射型体積ホログラムフイ
ルム２２で平行に反射して、導光体３１に入り、各ハー
フミラー３２で入射光の一部が反射されて垂直方向へ出
射され、各色が独立に制御可能なコリメート平面光源
（図で各ハーフミラー３２につき、Ｒ、Ｇ、Ｂがそれぞ
れ反射するので、３２個のカラー単位）が得られる。な
お、図９（ａ）の中点付き丸印４０は、紙面の裏側から
表側に向かう各レーザ光を表している。

【００２５】以上、上記の反射部材２０は反射型体積ホ
ログラムフイルム２２を用いた例を示しているが、本発
明はこれに限定されるものではなく、レーザ光源の出射
光を平行に反射させる斜面を有する反射体であってもよ
い。図１０は斜面を有する反射体の数例を示したもので
ある。図１０（ａ）および（ｂ）は金属反射膜を用いた
反射体の断面図であり、それぞれの吹き出しＡおよびＢ
は各反射体の断面拡大図である。また、図１０（ｃ）は
全反射を利用した反射体の断面図であり、図１０（ｄ）
は均一反射可能な反射体の断面図であり、吹き出しＤは
反射体の矢視方向の側面拡大図である。図１０（ａ）は
所定の斜面を樹脂膜２５などで形成し、その上にアルミ
等の金属反射膜２６を蒸着などにより成膜したものを基
材２１に貼り合わせたものである。反射膜２６は金属に
限らず、鏡面反射するものや、回折、干渉反射するもの
でもよい。レーザ光（連続光）Ｌ１を図の下方から照射
すると、金属反射膜２６の各斜面２６ａでそれぞれ反射
し、図の右水平方向に反射光Ｌ２として平行に進むこと
となる。以上は樹脂膜２５に所定の斜面を形成している
が、樹脂２５に予め反射膜２６を成膜し、その後に反射
膜２６に所定の斜面を形成するようにしてもよい。ま
た、所定の斜面を形成できる材料であれば樹脂に限らな
くてもよい。さらに、図１０（ｂ）のように、樹脂２５
そのものを基材として構成してもよい。図１０（ｂ）に
おいて、基材としての厚みと剛性を備えた樹脂膜２５に
所定の斜面を形成し、その上にアルミ等の金属反射膜２
６を蒸着などにより成膜したものである。したがって、
レーザ光（連続光）Ｌ１を図の下方から照射すると、金
属反射膜２６の各斜面２６ａでそれぞれ反射し、図１０
（ａ）と同じく、図の右水平方向に反射光Ｌ２として平
行に進むこととなる。また、図１０（ｃ）のように透明
基材２５’の界面２５ａ’の屈折率差による反射、例え
ば全反射を利用するものでも良い。また、全反射の代わ
りに表面反射を用いるようにしてもよい。透明基材２
５’としては透明ガラスや透明樹脂を用いることができ
る。したがって、レーザ光（連続光）Ｌ１を図の下方か
ら照射すると、透明基材２５’の各界面斜面２５ａ’で
それぞれ反射し、図の右水平方向に反射光Ｌ２として平
行に進むこととなる。以上の図１０（ａ）〜（ｃ）では
反射光Ｌ１が断続的であり、ムラになるので、それを改
善するものとして、図１０（ｄ）のように斜面の位置を
ずらした複数の構成にしてもよい。図１０（ｄ）は反射
光の均一化（連続化）の例である。図１０（ｄ）におい
て、樹脂２５に所定の出射幅を有するレーザ光Ｌ１の幅
方向に階段状に形成された斜面Ｄ１を、さらにレーザ光
の照射方向に対して直角な方向（図で紙面に垂直な方
向。吹き出しＤでは図の左から右方向）にずらして斜面
Ｄ２、斜面Ｄ３、斜面Ｄ４として形成するものである。
また、斜面Ｄ１には水平面Ｅ１を隔てて斜面Ｄ１’が形
成されている。この場合、斜面Ｄ４と斜面Ｄ１’とはレ
ーザ光の照射方向に対して直角な方向に見て隣接するよ
うにしてある。したがって、レーザ光（連続光）Ｌ１を
図の下方から照射すると、各斜面Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ
４、Ｄ１’、・・・でそれぞれ反射して図の右水平方向
に反射光として平行に進み、後述の偏向部材を経ると反
射光の均一化（連続化）された良質の平面光源が得られ
ることとなる。また、反射表面に適度な拡散性を持たせ
て均一化を図ってもよい。なお、ホログラムの場合は
Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長に依存性があるので反射部材は各々
独立していたが、図１０での反射体はＲ、Ｇ、Ｂの各波
長による依存性はないので、反射部材は均一面でよい。

【００２６】次に、本発明の平面光源の出射側に電気機
械動作による光変調素子を用いることにより得られる表
示素子の実施例について説明する。図１１および図１２
はその具体例であり、光変調素子の例としては、光干渉
薄膜の光学長を電気機械動作により変化させて光透過率
を制御する素子である。また、本発明のレーザ光源の波
長を近ＵＶ光とし、光変調素子の出射側にはガラス基板
に成膜された蛍光体が配置されている。蛍光体は前記の
近ＵＶ光によって励起発光し、近ＵＶ光を可視光に変換
する。なお、図１１および図１２は単画素についての説
明図であり、実際の表示素子はこの光変調素子がアレイ
状に配置される。

【００２７】図１１において、図１１（ｂ）のように、
ガラス基板上に透明電極と金属の超薄膜や誘電体多層膜
からなるハーフミラーを形成し、その上に絶縁膜からな
る透明スペーサを設ける。さらにその上に空隙を介して
一部をガラス基板に支持された可撓薄膜を形成する。可
撓薄膜は前述と同様のハーフミラーと透明電極を有す
る。ハーフミラーの反射率は０．８０〜０．９５程度が
好ましい。上下の透明電極間の電圧が０のとき、上下の
ハーフミラー間の光学長ｄｏｆｆは透明スペーサと空隙
で決定される。この光変調素子の上に、図１１（ａ）の
ように、蛍光体を有するガラス基板を蛍光体側を光変調
素子側にして配置し、また、この光変調素子の下に、図
１１（ｃ）のように、図１で得られたレーザ光によるコ
リメート平面光源４０を配置する。

【００２８】一方、図１２のように上下の透明電極間に
電圧Ｖｏｎを印加すると透明電極間に働く静電気力によ
り可撓薄膜が基板側に撓み透明スペーサに接触する。こ
の時の上下のハーフミラー間の光学長ｄｏｎは透明スペ
ーサのみで決定される。ここで、光学長をｄｏｆｆ＝２
７３ｎｍ、ｄｏｎ＝１８６ｎｍに設定すると、光変調素
子に略垂直に入射された光に対する各々の分光透過率は
図１４のようになる。従って、近ＵＶ光（この分光特性
を図１３に示す）が光変調素子に略垂直に入射すると、
電圧＝０のときは近ＵＶ光が遮光され、電圧Ｖｏｎが印
加されると近ＵＶ光は透過する。透過した近ＵＶ光は蛍
光体を励起し、可視光が出射される。蛍光体は散乱発光
するので非常に視野角特性の優れた素子表示が可能とな
る。Ｒ，Ｇ，Ｂの蛍光体を画素毎に配置すればフルカラ
ーの表示が容易に実現可能である。ここで、光変調素子
への入射角が大きいと、分光透過率が短波長側にシフト
し、その結果、特にＯＮ時の透過率が低くなってしまう
が、本発明のレーザ光によるコリメート平面光源によれ
ば、このような問題をなくすことが可能である。

【００２９】次にフィールドシーケンシャル駆動の例に
ついて説明する。図１５はＲレーザ光、Ｇレーザ光、Ｂ
レーザ光が独立で制御できる各コリメート平面光源３０
に対して、前述の光干渉を利用した電気機械動作による
光変調素子を配置する。その出射側にはガラス基板に成
膜された光拡散層を配置する。このような構成により、
図１６に示すような、１８０Ｈｚのフィールド周期でＲ
ＧＢのレーザ光源を６０Ｈｚ間隔で順次点灯させ、光変
調素子１３のｏｎ／ｏｆｆタイミングを制御すれば、カ
ラーフィルタ無しでフルカラー表示が可能となる。ま
た、同じ解像度であれば、画素数が１／３となり、高効
率、低コストとなる。また、同じ画素数であれば解像度
が３倍となる。ここで、光変調素子を透過した光は、光
拡散層により拡散出射され、視野角特性の良い表示とな
る。以上、本発明によれば、光精細、高光利用効率で安
価な表示素子が実現可能である。以上の例では、偏向手
段にハーフミラーを用いたが本発明はこれに限るもので
はなく、反射体による偏向手段でもよい。すなわち、本
発明の構成である所定の出射幅を有するレーザ光源と、
該レーザ光源の出射光を所定方向に略平行に反射させる
反射部材と、該反射部材で反射した反射光についてその
平行面に対して略直角方向に反射させる偏向面を有する
偏向部材とから成るコリメート平面光源であれば、その
手段は上記の限りでない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定の出射幅を有するレーザ光源と、該レーザ光源の出
射光をその出射幅を複数に分割してそれぞれ所定方向に
互いに平行に反射させる反射部材と、該反射部材で反射
した各反射光についてその平行面に対して略直角方向に
反射させ、残りを透過させる複数のハーフミラーから成
る偏向部材とで構成したので、高コストとなる面発光型
のレーザ平面光源を用いることなく、単に１個のレーザ
光により簡単な構成で高品位のコリメート平面光源が得
られる効果がある。また、上記の平面光源を用いて電気
機械動作方式など各種の方式の表示素子が構成できるの
で、視野角依存性が少なく蛍光灯などのバックライトお
よびカラーフィルタが要らない、高精細な表示素子、表
示装置が得られるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザ光平面
光源の原理斜視図である。

【図２】反射型拡散性ホログラムの撮影方法の１例を説
明するための配置図である。

【図３】図２による反射型拡散性ホログラムが拡散性を
示すこと説明するための図である。

【図４】図２の反射型拡散性ホログラムを本発明の反射
部材として用いる場合の配置と作用を説明するための図
である。

【図５】反射型拡散性ホログラムの具体的な作成例を説
明するための図である。

【図６】図１の偏向部材３０の断面図である。

【図７】１個のレーザ光源と図６の偏光板を用いた平面
光源の原理を示す平面図と正面図である。

【図８】Ｒ、Ｇ、Ｂの３レーザ光源を用いた本発明の第
２の実施の形態に係るレーザ光平面光源の原理斜視図で
ある。

【図９】図８で示した３個のＲ，Ｇ，Ｂレーザ光源を用
いたカラーの平面光源の原理を示す平面図と正面図であ
る。

【図１０】斜面を有する反射体の例を示した図で、図１
０（ａ）および（ｂ）は金属反射膜を用いた反射体、図
１０（ｃ）は全反射を利用した反射体、図１０（ｄ）は
均一反射可能な反射体の図である。

【図１１】本発明の平面光源と電気機械動作による光変
調素子の表示素子の１実施例で、上下の透明電極間の電
圧が０のときを示す図である。

【図１２】図２２の表示素子の上下の透明電極間に電圧
Ｖｏｎを印加したときを示す図である。

【図１３】近ＵＶ光の分光特性を示す線図である。

【図１４】光変調素子への略垂直な入射た光に対する各
光学長（２７９ｎｍと１８６ｎｍ）の分光透過率（波長
対相対強度）を示す線図である。

【図１５】Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光が独立で制御できるコリメ
ート平面光源に対して光干渉を利用した電気機械動作に
よる光変調素子を配置し出射側に光拡散層を配置して成
る構成の表示素子の例で、上下の透明電極間に電圧Ｖｏ
ｎを印加したときを示す図である。

【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る表示素子の
断面図である。

【図１７】従来の表示素子の構成図である。

【図１８】図１７に示す表示素子の視野角改良型を示す
図である。

【符号の説明】

１０レーザ光源２０反射部材２１基材２２反射型体積ホログラムフイルム２４反射光（偏向部材への入射光）２５樹脂膜２６金属反射膜３０偏向部材３１導光体３２ハーフミラー４０偏向（出射）光

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の出射幅を有するレーザ光源と、該
レーザ光源の出射光を所定方向に略平行に反射させる反
射部材と、該反射部材で反射した反射光についてその平
行面に対して略直角方向に反射させる偏向面を有する偏
向部材とから成ることを特徴とするコリメート平面光
源。
【請求項２】前記偏向部材は前記反射光についてその
平行面に対して略直角方向に一部を反射させ、残りを透
過させる偏向面を有する部材であることを特徴とする請
求項１記載のコリメート平面光源。
【請求項３】前記反射部材は体積ホログラムを含む回
折効果を利用した部材であることを特徴とする請求項１
又は２記載のコリメート平面光源。
【請求項４】前記反射部材は前記レーザ光源の出射光
を所定方向に略平行に反射させる所定の斜面を有する反
射体であることを特徴とする請求項１又は２記載のコリ
メート平面光源。
【請求項５】前記レーザ光源は独立出力可能な複数の
色からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
項記載の平面光源。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項記載の平面
光源と、光変調素子と、拡散手段と、からなることを特
徴とする表示素子。
【請求項７】請求項１〜５のいずれか１項記載の平面
光源と、光変調素子と、拡散手段と、カラーフィルタ
と、からなることを特徴とする表示素子。
【請求項８】前記光変調素子は、液晶素子又は電気機
械動作による光変調素子であることを特徴とする請求項
６又は７項記載の表示素子。
【請求項９】請求項８記載の表示素子において、前記
平面光源から出射される色を１フィールド期間内で時間
シーケンシャルに切り替え、これに同期して前記光変調
素子を駆動することを特徴とする表示装置。