JP2009064775A - 面状照明装置、及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型で光利用効率の高い面状照明装置を提供する。面状照明装置１０において、光源部１５，１６，１７，１８は、それぞれレーザ光を出射する。
【解決手段】導光体１９，２０は、対向する両側の側面１９ｂ、２０ｂから入射した光を全反射により偏向し、出射面１９ａ、２０ａから出射する。導光板２１は、導光体１９、２０に面した側面から光を入射し、主面２１ａ、２１ｂから照射光２４を出射する。導光板２１の主面は、両側の端面から中央に向かって、厚みが薄くなる複数の傾斜面から構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源としてレーザ光を使用した面状照明装置、及びそれを用いた液晶表示装置に関し、より特定的には、薄型で大画面に適用できる光利用効率の高い面状照明装置、及びそれを用いた液晶表示装置に関する。

ディスプレイパネル等に用いられる液晶表示装置には、バックライト照明として一般的に放電管や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源が使用された面状照明装置が用いられる。これらの面状照明装置を大型ディスプレイ等に用いるときには、高輝度で単色性の強い光が求められるため、近年ではレーザ光源を用いた構成も検討が始められている。

このようなディスプレイパネルは、ディスプレイパネル面全体での輝度ムラをなくして輝度を均一化する工夫や、光利用効率を向上させて消費電力を低減する工夫が求められる。また、近年、大型化とともに、壁掛けＴＶ等の用途に向けて薄型化への要望も高まっている。

ディスプレイパネルに用いる面状照明装置を薄型にする方法としては、エッジライト方式と呼ばれるものがある。エッジライト方式は、導光板の側面から光を入射させ、導光板の裏面に設けられた偏向溝あるいは散乱体等により入射光を主面に向けて偏向させ、導光板の主面から光を出射させることにより面状の照明を得る方式である。エッジライト方式は、光源を面状に並べる、いわゆる直下型方式よりも薄く構成できるという特徴がある。

このエッジライト方式において、大画面かつ高輝度を実現させる構成として、導光板の両側の側面から光を入射させる構成が提案されている。例えば、特許文献１に記載された構成では、導光板は、液晶表示パネル側の面（主面）が平面であり、主面と反対側の偏向溝が形成された面（裏面）が、光を入射させる両側面から中央に向かうにつれ肉厚が薄くなるように（すなわち、逆Ｖ字に）構成される。このような構成によって、導光板の軽量化も図られている。

また、大画面化に対応するためには光源の高出力化も求められ、これには高出力のレーザ光源を用いることで対応できる。レーザ光源を用いる構成としては、例えば、特許文献２に提案された構成が利用できる。特許文献２には、棒状の導光体の両側にＬＥＤを配置する構成が提案されているが、この構成においてＬＥＤを高出力のレーザ光源に置き換えると、高出力の線状光源が実現できるので、大画面のディスプレイに応用できる。

薄型で大画面のディスプレイを実現するためには、特許文献１に提案された導光板構造に高出力のレーザ光源を組み合わせるのが適していると考えられる。また、レーザ光源の光を線状にするには特許文献２に提案された構造を用いることができる。
特開２００１−２２８４７７号公報 特開平１１−２７１７６７号公報

しかしながら、特許文献１と特許文献２とを組合せた構造としても、導光板の両側の側面から入射した光の一部は、それぞれ入射した側とは反対側の側面まで到達してしまい、そこから光が出射して光の利用効率を低下させるという問題があった。以下、この問題について説明する。

図１２は、特許文献１と特許文献２とを組み合わせた構造の従来の面状照明装置１００の概略構成を示す図である。特に、図１２（ａ）は、上面から見た面状照明装置１００の概略構成図を示している。また、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）の矢印Ｅの方向から見た面状照明装置１００の主要部の側面の構成の模式図を示している。

図１２（ａ）、（ｂ）において、面状照明装置１００は、レーザ光源１０１〜１０４、棒状の導光体１０５，１０６、及び導光板１０７を備える。導光板１０７は、光が出射する主面１０７ａが平面で、裏面１０７ｂが中央に向かって肉厚が薄くなるように構成される。裏面１０７ｂには、導光板１０７に入射した光を主面１０７ａに向けて偏向する偏向溝が形成されている。

以上のように構成された面状照明装置１００において、レーザ光源１０１、１０２、１０３、１０４から出射したレーザ光は、導光体１０５、１０６により線状光源状に変換され導光板１０７に入射する。簡単のため、図１２（ｂ）には、導光体１０６から出射されたレーザ光のみを点線で示し、導光体１０５から出射したレーザ光は省略している。図１２（ｂ）に示すように、導光板１０７に入射した光のうち、一部の光束１０８は導光板１０７を通過して反対側の側面に到達し、光量ロスを引き起こす。

それ故に、本発明の目的は、上記従来の課題を解決するものであり、薄型で大画面に適用できる光利用効率の高い面状照明装置、及びそれを用いた液晶表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の面状照明装置は、線状のレーザ光を出射する線状光源部と、線状のレーザ光を対向する両側の端面から入射させ、一方の主面から出射する導光板とを備える。導光板の主面は、複数の傾斜面から構成され、導光板は、中央に向かって厚みが薄くなるように構成される。

このとき、導光板の中央部の厚みは、導光板の両側の端面の厚みよりも薄いことが望ましい。

これにより、面状照明装置は、導光板から出射する光に高い均一性が得られると共に、導光板の端面から入射した光が反対側の端面から出射するのを低減することができ、光利用効率を高めることができる。

好ましくは、導光板は、主面と対面する裏面に導光板に入射した光を主面に向けて偏向する偏向体を有し、複数の傾斜面の少なくとも１つは、傾斜面を仮想的に延長すると、裏面の一部と交差するように構成される。これにより、導光板に入射した光が反対側の端面から出射するのを防ぐことができる。

このとき、導光板の主面は、両側の端面から中央に向かって傾斜する２つの傾斜面からなり、導光体は、主面側が凹となるように構成されるのが望ましい。これにより、導光板から出射する光の均一性が向上すると共に、導光板の端面から光が漏れるのを防ぐことができる。

あるいは、導光板の主面は、両側の端面から中央に向かって傾斜する２つの傾斜面と、２つの傾斜面の間をつなぐ１つの平面とから構成され、導光板は、主面側が凹となるように構成されるのが望ましい。

面状照明装置は、導光板から出射する光の出射角分布を調整するプリズムシートをさらに備え、プリズムシートは、導光板の傾斜面に沿って配置される。これにより、光のリサイクルでのロスを低減し、さらに光利用効率を高めることができる。

面状照明装置は、導光板の主面側に拡散板、又はレンチキュラレンズを配置する構成であってもよい。導光板の形状により、導光板の底面と、拡散板又はレンチキュラレンズとの距離を離せるので、導光板が薄型でも出射光を均一化することができる。

また、導光板の傾斜面には、微細な周期構造が形成されてもよい。これにより、偏向分離や波長分離の効果が得られる。

好ましくは、導光板の傾斜面と、拡散板又はレンチキュラレンズとの間の空間を封止する。これにより、導光板の傾斜面に形成された微細な周期構造を保護することができる。

あるいは、導光板の主面は、両側の端面の間に直列に配置された４つの傾斜面から構成され、導光板は、４つの傾斜面のうち中央の２つの傾斜面が、凸のＶ字形状となるように構成されるのが望ましい。これにより、導光板の内部を光が伝搬する距離を短くできるので、導光板での光の吸収ロスを低減できる。

導光板の主面は、中央に向かって厚みが薄くなるように構成された複数の傾斜面と、傾斜面と傾斜面との間に配置された複数の入射面とから構成され、導光板の複数の入射面は、両側の端面方向から照射された略平行な光が入射するように構成される。これにより、導光板を軽量化すると共に、導光板での光の吸収ロスを低減することができる。

導光板は、内部に微小な拡散粒子を含んでいてもよい。これにより、導光板の内部を通過して入射面と反対側の側面から光が出射することによる、光量損失をより低減することができる。

線状光源部は、導光板の両側の端面に向けて、導光板の主面と略平行な光を出射するように構成され、導光板は、主面と対面する裏面に、線状光源部から入射した略平行な光を全反射により偏向する多数の偏向溝が形成されている。これにより、導光板に入射した光の大部分は全反射により偏向されて主面から出射するので、光利用効率を高めることができる。

また、線状光源部は、導光板の厚み方向と直交する方向に向けて、略平行な光が出射すると共に、導光板の両側の端面に隣接する傾斜面に対して水平あるいは垂直な偏光で出射するように構成され、導光板は、両側の端面に垂直に略平行な光が入射するように構成される。また、偏向溝は、両側の端面に平行となるように構成される。

これにより、導光板からは偏光の揃った光が出射されるので、液晶表示パネルと組み合わせた際に液晶表示パネルの透過率が向上し、光利用効率が向上する。

線状光源部は、発散光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射する発散光を略平行な光に変換するコリメート素子と、コリメート素子から出射した光を端面から入射させ、側面から出射させる棒状の導光体とを含む構成が望ましい。

あるいは、線状光源部は、発散光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射する発散光を略平行な光に変換するコリメート素子と、コリメート素子から出射した光を偏向走査するポリゴンミラーとを含む構成が望ましい。

あるいは、線状光源部は、発散光を出射するレーザ光源と、レーザ光源が出射する発散光を略平行な光に変換するコリメート素子と、コリメート素子から出射した光を屈折、回折あるいは散乱により一次元方向に拡散する一次元拡散素子とを含む構成が望ましい。

これらの構成により、略平行光を出射する線状光源部が実現できる。

このとき、導光板は、偏向溝が曲面で構成され、曲面の接線は主面に対して３０°〜６０°となるように構成されるのが望ましい。これにより、導光板から出射する光の視野角を調整して出射できるので、視野角調整シートの枚数が減らすことができ、低コスト化を図ることができる。

好ましくは、導光板は、射出成形で形成され、光の入射面と直交する側面の最薄部にゲートが設けられる。これにより、導光板製造時において、樹脂を流れやすくし、残留応力を低減し、複屈折を低減させることができる。

線状光源部は、導光板の長手側面に配置される。これにより、導光板内部を光が伝搬する距離を短くし、導光板での光の吸収ロスを低減することができる。

また、本発明の面状照明装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を対向する両側の端面から入射させ、側面から出射する棒状の導光体と、導光体から出射した光を端面から入射させ、一方の主面から出射する導光板とを備える。導光体は、両側の端面と平行な断面が長方形となるように形成され、導光体の光が出射する側面は、導光体の中央に向かって厚みが薄くなるように傾斜する複数の傾斜面から構成される。

これにより、導光体から出射する光に高い均一性が得られると共に、導光体の端面から入射した光が反対側の端面から出射するのを低減することができ、光利用効率を高めることができる。

導光体の光が出射する側面は、両側の端面から中央に向かって傾斜する２つの傾斜面から構成され、導光体は、側面側が凹型となるように構成させる。これにより、導光体から出射する光の均一性が向上すると共に、導光体の端面から光が漏れるのを防ぐことができる。

あるいは、導光体の光が出射する側面は、両側の端面から中央に向かって傾斜する２つの傾斜面と、２つの傾斜面の間をつなぐ１つの平面とから構成され、導光体は、側面側が凹型となるように構成される。

あるいは、導光体の光が出射する側面は、両側の端面の間に直列に配置された４つの傾斜面から構成され、導光体は、４つの傾斜面のうち中央の２つの傾斜面が、凸型のＶ字形状となるように構成される。これにより、導光体の内部を光が伝搬する距離を短くできるので、導光体での光の吸収ロスを低減できる。

また、上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネルと、液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、バックライト照明装置に、上記で説明したいずれかの面状照明装置を用いる。

この構成により、大画面にしても色再現性がよく、高輝度で輝度ムラが少ない液晶表示装置が実現できる。また、薄型の液晶表示装置も実現できる。

本発明によれば、レーザ光源を用いた光利用効率の高い薄型の面状照明装置が実現でき、この面状照明装置をバックライト照明装置として用いることにより、色再現範囲が広く、大面積で高輝度の薄型ディスプレイ装置が実現できるという大きな効果を奏するものである。

本発明のこれらおよび他の目的、特徴、局面、効果は、添付図面と照合して、以下の詳細な説明から一層明らかになるであろう。

以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ参照符号を付しており、説明を省略する場合がある。また、図面については、理解を助けるためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、形状等については正確な表示ではない。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る面状照明装置１０の概略構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、上面から見た面状照明装置１０の概略構成図を示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢印Ａの方向から見た面状照明装置１０の主要部の側面の構成の模式図を示している。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ部分の拡大図を示している。

図１（ａ）、（ｂ）において、面状照明装置１０は、光源部１５，１６，１７，１８と、導光体１９，２０と、導光板２１とを備える。光源部１５は、レーザ光源１１と、ダイクロイックミラー１３，１４とから構成される。レーザ光源１１は、赤色レーザ光（Ｒ光）１２Ｒを出射する赤色レーザ光源（Ｒ光源）１１Ｒ、緑色レーザ光（Ｇ光）１２Ｇを出射する緑色レーザ光源（Ｇ光源）１１Ｇ、及び青色レーザ光（Ｂ光）を出射する青色レーザ光源（Ｂ光源）１１Ｂからなる。ダイクロイックミラー１３，１４は、赤色レーザ光（Ｒ光）１２Ｒ、緑色レーザ光（Ｇ光）１２Ｇ、及び青色レーザ光（Ｂ光）１２Ｂを合波する。光源部１６，１７，１８については、光源部１５と同様の構成であるので、説明を省略する。なお、光源部１５，１６，１７，１８と、導光体１９，２０とで、線状光源部を構成する。

ここで、光源部１５〜１８に内蔵されるＲＧＢ各光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、それぞれ偏光が導光板２１の主面２１ａ、２１ｂに対して略水平あるいは略垂直になるように構成され、かつ、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の偏光は全て同じ方向になるように構成されている。また、図示は省略しているが、ＲＧＢ各光源１１Ｒ，１１Ｇ，１１Ｂは、コリメートレンズを有し、略平行光が出射するように構成されている。

導光体１９，２０には、光源部１５，１６，１７，１８からレーザ光が入射される。導光体１９、２０は、四角柱状で光が入射する面を除いた４面が、光源部１５〜１８から出射される光の偏光に対して水平あるいは垂直となるように構成され、側面１９ｂ、２０ｂに入射した光を全反射により偏向し出射面１９ａ、２０ａに向かわせる。また、出射面１９ａ、２０ａに対して略４５度の傾斜面を有する偏向溝が形成されている。

また、導光板２１は、導光体１９、２０に面した側面（入射面）から光を入射し、主面２１ａ、２１ｂから照射光２４を出射する。導光板２１は、入射面から中央に向かって主面２１ａ、２１ｂが傾斜するように構成され、この主面２１ａ、２１ｂは、それぞれ反対側の入射面に向かって仮想的に面を延長すると、裏面２１ｃと交差するように構成されている。

さらに、裏面２１ｃには、図１（ｃ）に示すように、導光板２１に入射した光を全反射により偏向し、主面２１ａ、２１ｂに向かわせる偏向溝が形成されている。偏向溝は、主面２１ａ、２１ｂに対して、例えば４０度から６０度の傾斜面を連続的につなげた曲面を有する。偏向溝は、入射面と略平行となるように構成されている。

次に、このようにして構成される面状照明装置１０の動作について説明する。図１（ａ）において、Ｒ光源１１Ｒ、Ｇ光源１１Ｇ及びＢ光源１１Ｂから、例えば導光板２１の主面２１ａに略平行な偏光で出射されるレーザ光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは、ダイクロイックミラー１３、１４によりＲＧＢ光として１本のレーザ光にまとめられ、光源部１５から出射される。同様に、光源部１６から主面２１ａに略平行な偏光でＲＧＢ光が１本にまとめられたレーザ光が出射される。また、光源部１７、１８からは主面２１ｂに略平行な偏光でＲＧＢ光が１本にまとめられたレーザ光が出射される。光源部１５、１６、１７、１８から出射されたレーザ光は、導光体１９、２０により線状光源状に変換され、導光板２１の両側面に入射される。

ここで、導光体１９、２０の各側面は、光源部１５、１６、１７、１８から出射した光の偏光面に対して垂直、あるいは偏光に対して平行であるので、導光体１９、２０の内部で反射し伝搬する際に偏光が保持される。そのため、導光体１９、２０からは偏光の揃った光が出射面１９ａ、２０ａに対して垂直に出射し、導光板２１の主面２１ａ、あるいは主面２１ｂに対して略平行な角度で入射する。このとき、導光板２１の入射面を入射光に対して傾斜させて構成し、入射光を入射面で屈折させて主面２１ａ、あるいは主面２１ｂと略平行に入射するようにしてもよい。

導光体１９側から導光板２１に入射した伝搬光２２は、主面２１ａと略平行に導光板２１内部を進行し、その大部分の光束は裏面２１ｃに設けられた偏向溝により全反射して偏向され、照射光２４として主面２１ａ、あるいは主面２１ｂから出射する。

このとき、導光板２１の主面２１ａを延長すると裏面２１ｃと交差するように構成されているので、主面２１ａと略平行に伝搬する伝搬光２２は、導光板２１を通過して反対側の側面から抜けることは無く、従来の構成で問題となっていたような光の損失を防ぐことができる。これは伝搬光２３においても同様である。

また、このとき、裏面２１ｃに設けられた偏向溝は、入射面に平行、すなわち導光板２１内部の伝搬光２２、２３に対して垂直に構成されているので、導光板２１からは偏光の揃った光が出射する。

このように構成された面状照明装置１０は、導光板２１への入射光を略平行光とし、偏向溝に到達した伝搬光がすべて全反射条件を満たすように構成されているので極めて高い光利用効率が得られる。しかも、導光板２１に略平行光を入射させても、従来の構成のように、導光板２１を通過して入射面の反対側の側面から光が出射して光量を損失させることが無い。

また、面状照明装置１０は、導光板２１の裏面２１ｃに設けられた偏向溝の斜面を曲面とすることにより、偏向溝と直交する方向に対しては照射光２４の出射角を±３０度程度にできるため、この方向の視野角調整のために視野角調整シートの枚数を低減することができる。これにより、低コスト化を図ることができる。

また、面状照明装置１０は、薄型に構成できると共に、偏光の揃った光を出射するという利点を有している。また、導光板２１の両側面から光を入射させるので、均一性に優れた光を出射することができる。

さらに、面状照明装置１０は、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等の液晶表示装置のバックライト照明装置として使用することができる。図２は、図１の面状照明装置１０をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置４０の概略構成を示す図である。図２に示す液晶表示装置４０は、図１（ｂ）に示す面状照明装置１０に、液晶表示パネル３０を付加している。液晶表示装置４０は、液晶表示パネル３０と、面状照明装置１０とから構成される。面状照明装置１０は、図１と同じであるので説明を省略する。

図２において、液晶表示パネル３０は、偏光板３１、ガラス板３２、液晶３３、ＲＧＢ画素３４、カラーフィルター３５、ガラス板３６、及び偏光板３７を備える。ここで、偏光板３１の透過軸の方向は、面状照明装置１０の照射光２４の偏光方向と一致するように構成される。

このように構成された液晶表示装置４０において、面状照明装置１０から出射した照射光２４は、液晶表示パネル３０の偏光板３１を大部分の光が透過し、ガラス板３２を通過して液晶３３及びＲＧＢ画素３４で変調され、カラーフィルター３５、ガラス板３６及び偏光板３７を通過して、液晶表示装置４０の画像として表示される。

以上のように構成された本実施形態の液晶表示装置４０は、光源にレーザを用いることにより色再現性が広く、薄型の液晶表示装置を実現できる。また、バックライト照明の偏光が揃っているためバックライト側の偏光板での損失が少なく、高輝度で低消費電力が実現でき、さらに輝度ムラが無く均一なバックライト照明により高画質な液晶表示装置が実現できる。

なお、本実施形態の面状照明装置１０では、レーザ光源１１から出射したＲ光、Ｇ光、Ｂ光をダイクロイックミラー１３，１４で合波する構成としたが、各光を別々に導光体１９、２０に入射させ、導光体１９、２０の内部で合波する構成としてもよい。

また、本実施形態では、導光板２１の裏面２１ｃに偏向溝を設け、略平行光を入射させて効率よく光を取り出す構成としたが、導光板２１の裏面２１ｃを平面とし、反射散乱体を印刷等によって塗布する構成としてもよい。また、導光板２１は、内部に微小な拡散粒子を含んでいてもよい。これにより、導光板２１を通過して入射面と反対側の側面から光が出射して光量を損失させる可能性をより低減できる。

また、本実施形態では、導光体１９、２０を四角柱として説明したが、導光板２１と同様に出射面が傾斜した構造としてもよい。図３に、出射面が傾斜した導光体２５、２６を用いた面状照明装置５０を示す。図３は、本発明の第１の実施形態に係る面状照明装置５０の概略構成の一例を示す図である。図３において、面状照明装置５０は、導光体２５、２６以外の構成は、図１に示した面状照明装置１０と同じである。このような構成にすることで、光源部１５，１６，１７，１８から出射される光を線状光源に変換する導光体２５、２６で、導光体２５、２６を通過して入射面の反対側の側面から出射する光のロスを低減できる。これによって、光利用効率がさらに向上する。

また、線状光源部は、導光板２１の長手側面に配置されることが好ましい。線状光源部を導光板２１の長手側面に配置することで、導光板２１内部を光が伝搬する距離を短くし、導光板２１での光の吸収ロスを低減することができる。

また、本実施形態では、光源部１５，１６，１７，１８から出射される光を線状光源に変換するのに、棒状の導光体１９，２０を用いたが、例えば、ポリゴンミラー、あるいはシリンドリカルレンズや回折素子等の一次元拡散素子を用いて、光源から出射される光を一次元方向に走査あるいは拡散させる光学系を導光板２１の背面に配置し、プリズムあるいはミラー等で折り返して導光板２１へ入射させる構成としてもよい（例えば、図４参照）。

図４は、本発明の第１の実施形態に係る面状照明装置６０の概略構成の一例を示す図である。図４において、面状照明装置６０は、導光板２１の背面に光源部６１から出射される光を線状光源に変換するためのポリゴンミラーを配置する。図４（ａ）は、背面から見た面状照明装置６０の概略構成図を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の矢印Ｃの方向から見た面状照明装置６０の主要部の側面の構成の模式図を示している。

図４（ａ）、（ｂ）において、ＲＧＢ光を１本にまとめて出射する光源部６１が出射した光は、ハーフミラー６２で分岐されて一方の光がポリゴンミラー６４へ直接向かい、他方の光がミラー６３を経由してポリゴンミラー６４へ向かい、ポリゴンミラー６４のそれぞれ異なる反射面で偏向走査され、フレネルシリンドリカルレンズ６５ａ、６５ｂで平行光に変換され、三角柱状の導光体６６ａ、６６ｂで１８０度折り返されて導光板２１に入射する。このように面状照明装置６０を構成すると、光源部６１が一カ所にまとめられ、低コスト化が図れる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る面状照明装置７０の概略構成の一例を示す図である。図５（ａ）は、上面から見た面状照明装置７０の概略構成図を示している。図５（ｂ）は、図５（ａ）の矢印Ｄの方向から見た面状照明装置７０の主要部の側面の構成の模式図を示している。図５（ａ）、（ｂ）において、第１の実施形態と同じ構成要素は同じ参照符号を付し、説明を省略する。

図５（ａ）、（ｂ）において、導光板７１は、導光体１９、２０に面した入射面から光を入射し、主面７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄから光を出射する。導光板７１の主面７１ａ及び７１ｃは略平行であり、主面７１ｂ及び７１ｄは光の出射側が凸となるような傾斜面となるように構成される。裏面７１ｅは、入射面側から中央に向かって傾斜し、中央に向かって肉厚が薄くなるように構成されている。ここで、主面７１ａ及び７１ｃを仮想的に中央に向かって延長すると裏面７１ｅと交差するように構成される。

また、裏面７１ｅには、導光板７１に入射した光を全反射により偏向し、主面７１ａ〜７１ｄに向かわせる偏向溝が形成されており、この偏向溝は入射面に略平行となるように構成されている。

このように構成された面状照明装置７０において、ＲＧＢ光を１本にまとめて出射する光源部１５、１６、１７、１８から出射したレーザ光は、導光体１９、２０により線状光源状に変換され導光板７１の両側面から入射する。

ここで、導光体１９、２０の各側面は、光源部１５、１６、１７、１８から出射した光の偏光面に対して垂直、あるいは偏光に対して平行であるので、導光体１９、２０の内部で反射し伝搬する際に偏光が保持され、導光体１９、２０からは偏光の揃った光が出射面１９ａ、２０ａに対して垂直に出射し、導光板７１の主面７１ａ及び７１ｃに略平行な角度で入射する。

導光体１９側から導光板７１に入射した伝搬光２２は、主面７１ａと略平行に導光板７１内部を進行し、ほぼすべての光束が裏面７１ｅに設けられた偏向溝により全反射して偏向され、照射光２４として主面７１ａ及び７１ｂから出射する。

このとき、導光板７１の主面７１ａを延長すると、裏面２１ｅと交差するように構成されているので、主面７１ａと略平行に伝搬する伝搬光２２は、導光板７１の中央に到達するまでの間に大部分の光が出射し、反対側の側面に抜ける光は無いので、従来構成のような光の損失を防ぐことができる。これは伝搬光２３においても同様である。

また、このとき、裏面７１ｃに設けられた偏向溝は、入射面に平行、すなわち導光板７１内部の伝搬光２２、２３に対して垂直に構成されているので、導光板７１からは偏光の揃った光が出射する。

このように構成された面状照明装置７０は、第１の実施形態と同様に、薄型で高い光利用効率が得られ、偏光の揃った光を出射するという利点を有する。さらに、導光板７１内部を光が伝搬する距離が短いので、導光板７１における光の吸収による損失を低減できる。

光の吸収率は波長毎に異なり、特に青色光の吸収率が大きいため、ディスプレイの画面が大きくなると色ムラの原因にもなるが、本実施の形態では、吸収による損失が少なく、色ムラも生じにくい。

なお、本実施の形態では、導光板７１の主面７１ａ〜７１ｄは、凸形状となるように構成したが、主面が凹凸形状となるように構成してもよい。図６は、主面８１ａ〜８１ｄがＷ字形状に傾斜した導光板８１を用いた面状照明装置８０の側面図を示している。図６に示す面状照明装置８０は、導光板８１以外の構成は、図５（ａ）、（ｂ）に示した第２の実施形態と同じであり説明を省略する。面状照明装置８０は、導光体１９、２０からの光が、主面８１ａ、８１ｃに略平行に入射するように構成されており、第２の実施形態と同様の効果を有する。このように導光板８１を構成することにより、面状照明装置８０をさらに薄型に構成できる。

また、図６に示す導光板８１は、中央部分の肉厚が強度的に十分な厚みが確保出きるのであれば、中央部分は凸型の斜面でなく、平面であってもよい。

また、本実施の形態では、一方の側面から入射した光が導光板７１，８１の中央まで伝搬する間に出射する構成としているので、導光板７１，８１を中央で分割した構成、つまり片側からのみ光を入射させるＶ字形状の導光板としてもよい。

また、面状照明装置７０，８０は、導光体１９、あるいは導光体２０の代わりに、図５及び図６に示した導光板７１及び導光板８１の側面形状と同様な側面形状を有する導光体を用いても良い。このように面状照明装置を構成することで、導光体での光量ロスを低減できる。

また、第２の実施形態で示した面状照明装置をバックライト照明装置として用いることでも、第１の実施形態で示した図２のような液晶表示装置を構成することができる。これにより、大画面にしても色再現性がよく、高輝度で輝度ムラが少ない液晶表示装置が実現できる。また、薄型の液晶表示装置も実現できる。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る面状照明装置９０ａの主要部の側面の構成の一例を示す模式図である。図７において、面状照明装置９０ａは、第１の実施形態と比較して、導光板２１の主面２１ａ、２１ｂの斜面に沿ってＶ字形状に配置されたプリズムシート２７をさらに配置する。プリズムシート２７は、導光板２１から出射される一部の光を立ち上げ、一部の光をリサイクルすることで、導光板２１から出射される光の出射角分布を調整する。この際、プリズムシート２７が平面形状に配置されていれば、一部の光（例えば、出射光２４ｘ）は失われることになるが、プリズムシート２７を導光板２１に沿って屈曲させることにより、通常失われる光をも再び導光板２１に戻すことができる。

図８は、本発明の第３の実施形態に係る面状照明装置９０ｂの主要部の側面の構成の一例を示す模式図である。図８において、面状照明装置９０ｂは、第１の実施形態と比較して、導光板２１の主面２１ａ、２１ｂに沿って、平板状の拡散板２８、又はレンチキュラレンズをさらに配置する。図１２（ａ）、（ｂ）に示す底面が山型の従来の導光板１０７においては、主面１０７ａに沿って、平板状の拡散板を配置した場合、中央部分で導光板１０７の底面と拡散板との距離が近づくため、出射光を均一化しにくいという問題があった。これに対して、図８に示す導光板２１では、中央部分の厚みを薄くし、かつ底面が平面である。このため、導光板２１の底面と拡散板２８との距離を離せるので、導光板２１が薄型でも出射光２４を均一化できる。また、拡散板２８の代わりに、レンチキュラレンズを配置した場合も同様である。

図９は、本発明の第３の実施形態に係る面状照明装置９０ｃの主要部の側面の構成の一例を示す模式図である。図９において、面状照明装置９０ｃは、図８に示し面状照明装置９０ｂと比較して、導光板２１の出射面の斜面に、微細な周期構造（以下、サブ波長格子２９と記す）を形成する。ナノプリント等の工法で、導光板２１の出射面の斜面にサブ波長格子２９を形成すると、偏光分離や波長分離の効果が得られる。また、導光板２１の出射面の斜面にサブ波長格子２９を形成することで、導光板２１のＶ字斜面と拡散板２８とで、サブ波長格子２９を保護することができる。また、導光板２１と拡散板２８との間の空間を封止することで、サブ波長格子２９を埃等から効果的に保護することができる。

図１０は、本発明の第３の実施形態に係る面状照明装置９０ｄの主要部の側面の構成の一例を示す模式図である。図１０において、面状照明装置９０ｄは、第１の実施形態と比較して、導光板２１の形状が異なる。導光板２１の主面は、中央部に向かって厚みが薄くなるように構成された複数の傾斜面と、傾斜面と傾斜面との間に配置された複数の入射面から構成される。また、導光板２１の複数の入射面は、両側の端面方向から照射された略平行な光が入射するように構成される。これにより、導光板２１を軽量化すると共に、導光板２１での光の吸収ロスを低減することができる。

次に、本発明の第１〜３の実施形態に係る導光板の製造方法を説明する。図１１は、本発明の第１の実施形態に係る導光板２１の製造方法を説明する図である。図１１を参照して、例えば、第１の実施形態に係る導光板２１は、射出成形で形成され、光の入射面と直交する側面の最薄部に、樹脂を注入するゲート２９ａ、２９ｂが設けられる。また、第２及び第３の実施形態に係る導光板の製造方法についても同様である。これにより、導光板製造時において、樹脂を流れやすくし、残留応力を緩和し、複屈折を低減させることができる。

本発明の面状照明装置及びそれを用いた液晶表示装置は、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等に適用できる。

本発明の第１の実施形態に係る面状照明装置１０の概略構成の一例を示す図 図１の面状照明装置１０をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置４０の概略構成を示す図 本発明の第１の実施形態に係る面状照明装置５０の概略構成の一例を示す図 本発明の第１の実施形態に係る面状照明装置６０の概略構成の一例を示す図 本発明の第２の実施形態に係る面状照明装置７０の概略構成の一例を示す図 主面８１ａ〜８１ｄがＷ字形状に傾斜した導光板８１を用いた面状照明装置８０の側面図を示す図 本発明の第３の実施形態に係る面状照明装置９０ａの主要部の側面の構成の一例を示す模式図 本発明の第３の実施形態に係る面状照明装置９０ｂの主要部の側面の構成の一例を示す模式図 本発明の第３の実施形態に係る面状照明装置９０ｃの主要部の側面の構成の一例を示す模式図 本発明の第３の実施形態に係る面状照明装置９０ｄの主要部の側面の構成の一例を示す模式図 本発明の第１の実施形態に係る導光板２１の製造方法を説明する図 従来の面状照明装置１００の概略構成を示す図

符号の説明

１０，５０，６０，７０，８０，９０，１００ 面状照明装置
１１ レーザ光源
１１Ｒ 赤色レーザ光源（Ｒ光源）
１１Ｇ 緑色レーザ光源（Ｇ光源）
１１Ｂ 青色レーザ光源（Ｂ光源）
１２Ｒ 赤色レーザ光（Ｒ光）
１２Ｇ 色レーザ光（Ｇ光）
１２Ｂ 青色レーザ光（Ｂ光）
１３，１４ ダイクロイックミラー
１５，１６，１７，１８，６１ 光源部
１９，２０，２５，２６，１０５，１０６ 導光体
１９ａ，２０ａ 出射面
１９ｂ，２０ｂ 側面
２１，７１，８１，１０７ 導光板
２１ａ，２１ｂ，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄ，８１ａ，８１ｂ，８１ｃ，８１ｄ，１０７ａ 主面
２１ｃ，７１ｅ，８１ｅ，１０７ｂ 裏面
２２，２３ 伝搬光
２４ 照射光
２７ プリズムシート
２８ 拡散板
２９ サブ波長格子
３０ 液晶表示パネル
３１，３７ 偏光板
３２，３６ ガラス板
３３ 液晶
３４ ＲＧＢ画素
３５ カラーフィルター
４０ 液晶表示装置
６２ ハーフミラー
６３ ミラー
６４ ポリゴンミラー
６５ａ，６５ｂ フレネルシリンドリカルレンズ
６６ａ，６６ｂ 三角柱状の導光体
１０１，１０２，１０３，１０４ レーザ光源

Claims (25)

1. 線状のレーザ光を出射する線状光源部と、
   前記線状のレーザ光を対向する両側の端面から入射させ、一方の主面から出射する導光板とを備え、
   前記導光板の前記主面は、複数の傾斜面から構成され、
   前記導光板は、中央に向かって厚みが薄くなるように構成されることを特徴とする、面状照明装置。
2. 前記導光板の中央部の厚みは、前記導光板の前記両側の端面の厚みよりも薄いことを特徴とする、請求項に１記載の面状照明装置。
3. 前記導光板は、前記主面と対面する裏面に前記導光板に入射した光を前記主面に向けて偏向する偏向体を有し、
   複数の傾斜面の少なくとも１つは、当該傾斜面を仮想的に延長すると、前記裏面の一部と交差するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
4. 前記導光板の前記主面は、前記両側の端面から中央に向かって傾斜する２つの傾斜面から構成され、
   前記導光板は、前記主面側が凹型となるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
5. 前記導光板の前記主面は、前記両側の端面から中央に向かって傾斜する２つの傾斜面と、前記２つの傾斜面の間をつなぐ１つの平面とから構成され、
   前記導光板は、前記主面側が凹型となるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
6. 前記導光板から出射する光の出射角分布を調整するプリズムシートをさらに備え、
   前記プリズムシートは、前記導光板の傾斜面に沿って配置されることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
7. 前記導光板の前記主面側に拡散板、又はレンチキュラレンズを配置することを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
8. 前記導光板の傾斜面には、微細な周期構造が形成されることを特徴とする、請求項７に記載の面状照明装置。
9. 前記導光板の傾斜面と、前記拡散板又は前記レンチキュラレンズとの間の空間を封止することを特徴とする、請求項７に記載の面状照明装置。
10. 前記導光板の前記主面は、前記両側の端面の間に直列に配置された４つの傾斜面からなり、
    前記導光板は、前記４つの傾斜面のうち中央の２つの傾斜面が、凸型のＶ字形状となるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
11. 前記導光板の前記主面は、中央に向かって厚みが薄くなるように構成された複数の傾斜面と、傾斜面と傾斜面との間に配置された複数の入射面とから構成され、
    前記導光板の複数の入射面は、前記両側の端面方向から照射された略平行な光が入射するように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
12. 前記導光板は、内部に微小な拡散粒子を含むことを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
13. 前記線状光源部は、前記導光板の両側の端面に向けて、前記導光板の主面と略平行な光を出射するように構成され、
    前記導光板には、前記主面と対面する裏面に、前記線状光源部から入射した略平行な光を全反射により偏向する多数の偏向溝が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
14. 前記線状光源部は、前記導光板の主面に略平行な光を、前記導光板の両側の端面と隣接する前記傾斜面に対して水平あるいは垂直な偏光で出射するように構成され、
    前記光導板は、前記導光板の両側の端面に対して垂直に、前記線状光源部からの光が入射されるように構成され、
    前記偏向溝は、前記両側の端面に平行となるように構成されることを特徴とする、請求項１３に記載の面状照明装置。
15. 前記線状光源部は、
    発散光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源が出射する発散光を略平行な光に変換するコリメート素子と、
    前記コリメート素子から出射した光を端面から入射させ、側面から出射させる棒状の導光体とを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の面状照明装置。
16. 前記線状光源部は、
    発散光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源が出射する発散光を略平行な光に変換するコリメート素子と、
    前記コリメート素子から出射した光を偏向走査するポリゴンミラーとを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の面状照明装置。
17. 前記線状光源部は、
    発散光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光源が出射する発散光を略平行な光に変換するコリメート素子と、
    前記コリメート素子から出射した光を屈折、回折あるいは散乱により一次元方向に拡散する一次元拡散素子とを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の面状照明装置。
18. 前記導光板は、前記偏向溝が曲面で構成され、前記曲面の接線は前記主面に対して３０°〜６０°となるように構成されることを特徴とする、請求項１３に記載の面状照明装置。
19. 前記導光板は、射出成形で形成され、光の入射面と直交する側面の最薄部にゲートが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
20. 前記線状光源部は、導光板の長手側面に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の面状照明装置。
21. レーザ光を出射するレーザ光源と、
    前記レーザ光を対向する両側の端面から入射させ、側面から出射する棒状の導光体と、
    前記導光体から出射した光を端面から入射させ、一方の主面から出射する導光板とを備え、
    前記導光体は、前記両側の端面と平行な断面が長方形となるように形成され、
    前記導光体の光が出射する前記側面は、複数の傾斜面から構成され、
    前記導光体は、中央に向かって厚みが薄くなるように構成されることを特徴とする、面状照明装置。
22. 前記導光体の光が出射する前記側面は、前記両側の端面から中央に向かって傾斜する２つの傾斜面から構成され、
    前記導光体は、前記側面が凹型となるように構成されることを特徴とする、請求項２１に記載の面状照明装置。
23. 前記導光体の光が出射する前記側面は、前記両側の端面から中央に向かって傾斜する２つの傾斜面と、前記２つの傾斜面の間をつなぐ１つの平面から構成され、
    前記導光体は、前記側面が凹型となるように構成されることを特徴とする、請求項２１に記載の面状照明装置。
24. 前記導光体の光が出射する前記側面は、前記両側の端面の間に直列に配置された４つの傾斜面から構成され、
    前記導光体は、前記４つの傾斜面のうち中央の２つの傾斜面が、凸型のＶ字形状となるように構成されることを特徴とする、請求項２１に記載の面状照明装置。
25. 液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、
    前記バックライト照明装置に、請求項１に記載の面状照明装置を用いることを特徴とする、液晶表示装置。

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