JP2009231017A - バックライト装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができるバックライト装置を提供すること。
【解決手段】バックライト装置2は、レーザ光を出射するレーザ光源10と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子11と、前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板12と、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部13,17と、を有する。
【選択図】図1
【解決手段】バックライト装置2は、レーザ光を出射するレーザ光源10と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子11と、前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板12と、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部13,17と、を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、レーザ光源を有するバックライト装置に関する。
近年の微細な光半導体製造技術の進展により、半導体レーザの性能が向上したため、半導体レーザを高効率な光源としてディスプレイ装置(特にバックライト装置)へ応用することが可能となってきた。
従来からディスプレイ装置の光源として用いられている光源に比べて、レーザ光は、スペクトルの純度が高いため、忠実な色再現が可能である。また、そのコヒーレンシが高いという特徴から、レーザ光のビーム径を細くしたり、複数のレーザ光のビームの方向を均一に揃えたりすることを容易に行うことができる。これにより、装置の小型化を図ったり、コントラストなどの変調素子の光学的な特性を向上させたりすることができる。
半導体レーザをディスプレイ装置に応用するにあたっては、レーザ光を扱いやすくするためにコリメートされた発散角の狭いレーザ光を、ディスプレイ装置に必要とされる平面状にする必要がある(例えば、特許文献1参照)。
図8は、従来のディスプレイ装置において、コリメートされたレーザ光を平面状のレーザ光40に広げるための構成を示す図である。
従来のディスプレイ装置は、太さL1のレーザ光を発するレーザ光源10と、基材21と反射型体積ホログラム22とを有する反射部材20と、複数のハーフミラー32と導光体31からなる偏向部材30と、偏向部材30上に配置された光学的な変調素子である不図示の液晶パネルから構成されている。ここで、レーザ光の太さは、最も強度の強い位置から、強度が一定量低下するまでの変移量で表現される。
反射部材20は、レーザ光源10からのレーザ光を複数に分割するとともに、分割されたレーザ光を所定方向にそれぞれ平行に反射させる。反射されたレーザ光24は、複数のハーフミラー32と、導光体31とからなる偏向部材30に入射し、ハーフミラー32でそれぞれ上方に反射され、平面状のレーザ光40となる。
特開2002−169480号公報
しかしながら、レーザ光には、前述のように、従来の光源による光に比べて、さまざまな優れた特徴がある一方で、同じ半導体レーザが発したレーザ光どうしが干渉を起こすという問題があった。この干渉により、細かい粒状の干渉模様がディスプレイ装置上に表示され、映像の品位が損なわれる。このような細かい粒状の干渉模様が、一般にスペックルノイズと呼ばれる。
このスペックルノイズを低減するには、干渉を起こすレーザ光の光学的な状態を時間的に変化させることによって、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させ、ディスプレイ装置を観察する人の眼の積分効果を用いてスペックルノイズを平滑化することが効果的である。
しかし、従来のディスプレイ装置においては、スペックルノイズを低減するために、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させる光学的な仕組みが備えられていない。このため、ディスプレイ装置の映像品位を高めることが困難である。
また、従来のディスプレイ装置においては、反射部材20において入射するレーザ光を分割しているが、レーザ光の強度は図9に示すように一般に一様ではない。
図9は、レーザ光源から出射された集束したレーザ光であるレーザビームの強度分布を示すグラフである。図9に示すように、レーザ光の強度は中心部が最も高く、中心から外れるにつれその強度が低下するガウス分布を形成する。
ここで、レーザ光の太さは、上記のように、最も強度の強い位置から、強度が一定量低下するまでの変移量で表現する。このレーザ光の太さは、半導体レーザ毎にばらつきがあり、また、半導体レーザの周囲温度の変化や半導体レーザの経時的な劣化によっても変わる可能性がある。
さらに、半導体レーザにおいては、そのレーザ光の強度を変化させるとレーザ光の太さが変動する。ディスプレイ装置においては、明るさの調整のため、光源の明るさ、つまりレーザ光の強度(太さ)を調節することが必要となる。しかし、ガウス分布のレーザ光を入射すると、反射部材20の中央の強度が強くなり、反射部材20の端部に近づく程レーザ光の強度が弱くなる。即ち、反射部材20に入射するレーザ光の分布は、一定でない。
このため、反射部材20に入射するレーザ光の太さが変化すると、反射部材20から出て行く平行なレーザ光24の強さも変化するが、その変化の度合いが場所によって異なることになる。
これにより、スペックルノイズがディスプレイ装置に表示される映像の輝度ムラとなって現われる。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができるバックライト装置を提供することを目的とする。
本発明のバックライト装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子と、前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板と、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部と、を有する構成を採る。
本発明によれば、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
<ディスプレイ装置の構成>
図1は、本発明の実施の形態1に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。
<ディスプレイ装置の構成>
図1は、本発明の実施の形態1に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。
図1において、ディスプレイ装置1は、バックライト装置2と、バックライト装置2により照明される光変調部3とから構成される。光変調部3としては、液晶パネルを用いることができる。
バックライト装置2は、レーザ光を出射するレーザ光源10と、レーザ光を回折作用により複数のレーザ光に分岐する1周期分の回折パターン11aがレーザ光の光軸と垂直な面内の所定方向に繰り返し配置してなる回折光学素子11と、分岐された複数のレーザ光を面状の光に変換する導光板12と、回折光学素子11を少なくとも1周期分の回折パターン11aの幅以上の振幅で、レーザ光の光軸に垂直な面内で所定方向に振動させるアクチュエータ13と、から構成されている。ここで、回折光学素子11は、レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる、本発明の「回折光学素子」に相当する。また、アクチュエータ13は、回折光学素子から出射されるレーザ光の導光板へ入射する位置を所定方向に振動させる、本発明の「振動部」に相当する。
ここで、本実施の形態における所定方向とは、導光板12の入射面12aの長手方向であり、図1において、水平方向である。なお、以下の実施の形態において、分岐されたレーザ光を分岐レーザ光と呼ぶことにする。
レーザ光源10は、コリメートされた太さL1のレーザ光を出射するように構成されている。レーザ光源10は、少なくとも1つの半導体レーザから構成されている。レーザ光源10が複数の半導体レーザから構成されている場合、複数の異なる色の半導体レーザ(赤色の半導体レーザ、青色の半導体レーザ、緑色の半導体レーザ)からレーザ光源10を構成するようにしてもよい。
回折光学素子11は、1周期分の回折パターン11aが繰り返し配置される所定方向と導光板12の入射面12aの長手方向とが平行になるように配置されている。そして、回折光学素子11は、弾性体の支持体14で支持されているので、図1で水平方向に発生するアクチュエータ13の力によって、水平方向に振動する。また、1周期分の回折パターン11aは、図1に示す例では、正方形で示されている。そして、水平方向に複数の回折パターン11aが配置されている。
ここで、回折光学素子11から出射された分岐レーザ光の相対強度の関係は一定となるため、ディスプレイ装置1の輝度ムラの発生を低減することができる。詳しくは、後述する。
1周期分の回折パターン11aは、入射したレーザ光を回折し、複数の分岐レーザ光に分岐させるために、回折光学素子11の表面に施された微細な凹凸で構成されている。1周期分の回折パターン11aにより、回折光学素子11から出射する分岐レーザ光は、回折次数毎に、ある平面上で等角度に分岐する。即ち、1周期分の回折パターン11aは、複数の分岐レーザ光が等角度で扇状に広がるように設計される。
また、図1に示す例では、水平方向に配置された複数の回折パターン11aが垂直方向にも配置されている。これは、回折光学素子11をアクチュエータ13により振動させた場合に、レーザ光が水平方向に配置された複数の回折パターン11aの列からずれても、レーザ光を分岐することができるようにするためである。理想的には、一列の回折パターン11aが水平方向に配置されていればよい。
なお、回折パターン11aが繰り返し配置される水平方向と導光板12の入射面12aの長手方向とは、一致することが好ましい。2つの方向が一致することにより、導光板12に入射するレーザ光を導光板12の短手方向において同じ位置に入射することができる。
また、回折光学素子11は、導光板12の入射面12aの長手方向において複数の分岐レーザ光の間隔が均等になるようにレーザ光を分岐する構成とすることが好ましい。複数の分岐レーザ光の間隔を均等にすることにより、導光板12に入射するレーザ光を導光板12の長手方向において均等に分配することができる。
アクチュエータ13は、機械的に回折光学素子11と結合され、外部からの電気信号に応じて回折光学素子11を所定方向に振動させる力を発生する。アクチュエータ13は、所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させる振動部に相当する。アクチュエータ13は、導光板12の入射面12aにおける複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させるのが好ましい。
所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させることにより、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させることができ、スペックルノイズの発生を低減することができる。さらに、複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させることにより、スペックルノイズの発生を効果的に低減することができる。詳しくは、後述する。
本実施の形態においては、回折光学素子11を少なくとも回折パターン11aの幅以上の振幅で水平方向に振動させることにより、複数の分岐レーザ光を水平方向に振動させている。
導光板12は、例えば、前面12bに光拡散層(図示せず)が配置され、背面12cに反射シート(図示せず)が配置されている。導光板12は、分岐レーザ光を内部で拡散し、前面12bから面状の光を出射する。
光拡散層は、光拡散材を含む透光性樹脂から形成されている。光拡散層としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートに微細な凹凸パターンを設けたものや、乱反射させる白色インクを前面12bに印刷したものが用いられる。このとき、光拡散層の拡散度合いは、全面から均一に光が出射するように微細な凹凸パターンの大きさを調整したり、白色インクによる各ドットの大きさを調整したりすることによって、変化させることができる。また、反射シートとしては、金属フィルムを用いてもよいし、背面12cに金属を蒸着させてもよい。
また、導光板12の裏面12cには凹凸パターンを形成してもよい。この場合、導光板12に入射した分岐レーザ光は、全反射を繰り返しながら導光板12の中を進み、分岐レーザ光が凹凸パターンに当たるとそこで全反射条件が解け、導光板12の表面から出射する。導光板12の全面から均一に光が出射するように凹凸パターンの配置を決定する。
<ディスプレイ装置1の作用>
次に、本実施の形態に係るディスプレイ装置1における<1>輝度ムラを低減する作用および<2>スペックルノイズを低減する作用について説明する。
<1.輝度ムラの低減>
まず、図1に示すディスプレイ装置1において、回折光学素子11が、レーザ光源10の発生するレーザ光の太さL1の変動によっても輝度ムラを低減する作用について説明する。
次に、本実施の形態に係るディスプレイ装置1における<1>輝度ムラを低減する作用および<2>スペックルノイズを低減する作用について説明する。
<1.輝度ムラの低減>
まず、図1に示すディスプレイ装置1において、回折光学素子11が、レーザ光源10の発生するレーザ光の太さL1の変動によっても輝度ムラを低減する作用について説明する。
回折光学素子11上に形成された1周期分の回折パターン11aは、水平方向に繰り返し配置されている。ここで、1周期分の回折パターン11aの幅は、レーザ光の太さL1の少なくとも1/4であることが好ましい。この場合、レーザ光は少なくとも4つの回折パターン11aに入射することになる。1周期分の回折パターン11aの幅は、図1において回折パターン11aの水平方向の長さに相当する。1周期分の回折パターン11aの幅がレーザ光の太さL1の少なくとも1/4であることが好ましい理由について、以下説明する。
回折光学素子11に入射されたレーザ光を複数の分岐レーザ光へ分岐する場合、複数の分岐レーザ光の相対強度は回折パターン11aの回折効率によって決まる。例えば、レーザ光が4つの回折パターンに入射すると、ある回折パターン11aが相対的に強度が弱いレーザ光の部分を水平方向に分岐し、他の回折パターン11aが相対的に強度が強いレーザ光の部分を水平方向に分岐する。そして、同じ方向に分岐された強度が弱いレーザ光と強度が強いレーザ光とでビームを形成するため、各分岐レーザ光の強度は、平均化される。そのため、ガウス分布であるレーザ光を入射する場合に比べて、輝度ムラを低減することができる。
回折光学素子11に入射するレーザ光の太さL1が何らかの原因で変化した場合、レーザ光の分岐に寄与する回折パターン11aの総数または幅が変化する。しかし、分岐レーザ光相互の相対強度は、単一の回折パターン11aの回折効率によって決まる。したがって、回折光学素子11へ入射するレーザ光の太さL1の変化にかかわらず分岐レーザ光の相対強度は一定に保たれる。
ただし、入射レーザ光の分岐にかかわる回折パターン11aの個数があまりにも少ない場合は、入射レーザ光の太さが回折効率に影響を及ぼす。そのため、本実施の形態に係るディスプレイ装置1における回折光学素子11の回折パターン11aの1周期は、変動するレーザ光の最小太さの1/4以下にすることが好ましい。
これにより、少なくとも4つの回折パターン11aがレーザ光の分岐に寄与することになり、この条件の下では入射レーザ光の太さL1の変動が分岐レーザ光の相対強度に与える影響が十分小さくなる。
分岐レーザ光の相対強度の関係は回折光学素子による回折作用によって一意に決定される。即ち、上記の条件を満たす範囲内でレーザ光の太さL1に変動やバラツキがあっても、分岐レーザ光の相対強度の関係は一定となり、ディスプレイ装置1の輝度ムラの発生を低減することができる。
<2.スペックルノイズの低減>
次に、図1に示す本実施の形態に係るディスプレイ装置1において、回折光学素子11を振動させることにより、レーザ光に特有のスペックルノイズが低減される作用について説明する。
次に、図1に示す本実施の形態に係るディスプレイ装置1において、回折光学素子11を振動させることにより、レーザ光に特有のスペックルノイズが低減される作用について説明する。
アクチュエータ13は、回折光学素子11を水平方向に振動させるので、回折光学素子11上の複数の回折パターン11aと、回折光学素子11へ入射するレーザ光との相対的な位置関係が変化する。
ここで、回折光学素子11を振動する方向は、支持体14によって、回折光学素子11と導光板12を最短距離で結ぶ軸に対して垂直方向に制限されている。即ち、回折光学素子11と導光板12との最短距離が支持体14によって一定に保たれる。
一方、回折光学素子11は、回折次数に応じて等角度にレーザ光を分岐させる。そのため、前述のように回折光学素子11と導光板12の最短距離が一定であれば、アクチュエータ13が回折光学素子11を振動させても、回折光学素子11によって分岐させられた複数の分岐レーザ光が導光板12に入射する位置は大きく変化することはないため、導光板12の入射面12aに入射する分岐レーザ光の強さも大きく変化することはない。
しかし、この場合、回折光学素子11上の複数の回折パターン11aと、レーザ光との相対的な位置関係が変化するため、導光板12の入射面へ入射するレーザ光の位相が変化する。前述のようにスペックルノイズは光の干渉によって引き起こされるので、スペックルノイズを発生するレーザ光の位相が変化すると、発生するスペックルノイズの現れ方も変化する。即ち、アクチュエータ13で回折光学素子11を振動させることにより、スペックルノイズの位置は時間とともに変化する。
さらに、アクチュエータ13の発生する回折光学素子11の振動速度を人間の眼の応答速度に比べて十分速くすれば、これを観察する人間の眼の積分効果によって平滑化され、これによりスペックルノイズが低減されることになる。さらに、映像信号の繰り返し周期に一致していれば不要なビートを生じることはない。例えば、回折光学素子11の振動速度を1/30秒または1/60秒にすることが好ましい。
<ディスプレイ装置の動作>
次に、上記構成を有するディスプレイ装置の動作について説明する。
次に、上記構成を有するディスプレイ装置の動作について説明する。
まず、レーザ光源10は、太さL1のレーザ光を出射する。回折光学素子11は、水平方向に振動する一方、レーザ光を分岐し、水平方向に振動する分岐レーザ光を導光板12に出射する。
導光板12に水平方向に振動しながら入射した分岐レーザ光は、導光板12の内部を全反射を繰り返しながら伝播しつつ、導光板12の前面12bに配置された光拡散層で拡散される。このとき、拡散された分岐レーザ光のうち導光板12の前面12bに臨界角よりも小さい角度で入射するレーザ光の成分が現れる。そして、このレーザ光の成分が、導光板12の前面12bから均一に出射する。これにより、導光板12は、平面状に発光する。
このように、本実施の形態によれば、レーザ光を回折作用により複数のレーザ光に分岐する回折パターンを所定方向に繰り返し配置してなる回折光学素子11を所定方向に振動させるため、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができる。
(実施の形態2)
図2は、本発明の実施の形態2に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図2において、図1と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図2に示すディスプレイ装置1aは、バックライト装置2aと、バックライト装置2aにより照明される光変調部3とから構成される。光変調部3としては、液晶パネルを用いることができる。
図2は、本発明の実施の形態2に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図2において、図1と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図2に示すディスプレイ装置1aは、バックライト装置2aと、バックライト装置2aにより照明される光変調部3とから構成される。光変調部3としては、液晶パネルを用いることができる。
本実施の形態では、図2に示すように、回折光学素子11と導光板12の間に第1の円筒レンズ15と、第2の円筒レンズ16が挿入されている。これらは導光板12への入射光束を集束させる集束光学素子である。
第1の円筒レンズ15は、導光板12に入射する分岐レーザ光を導光板12の入射面12aの長手方向において略平行光とするレンズである。第2の円筒レンズ16は、導光板12の入射面12aの短手方向における発散角を制御するレンズである。第1の円筒レンズ15と第2の円筒レンズ16は、本発明の「光学系」に相当する。
図3は、第1の円筒レンズ15の作用を説明するために、図2のディスプレイ装置1aを上方から見た平面図である。ただし、光変調部3を図示していない。図3に示すように、分岐レーザ光は、回折光学素子11から扇状に出射する。
導光板12の材質が入射した分岐レーザ光を拡散する素材で構成されている場合、導光板12の内部で拡散するため、導光板12の全面が均等に明るくなる。
ところが、導光板12の材質が透明な素材の場合、分岐レーザ光は導光板12の内部で拡散することなく内部を全反射しながら直進するので、分岐レーザ光の主要な経路に当たる部分は明るく、そうでない部分は暗くなり、面内に輝度ムラが発生する場合がある。
そこで、分岐レーザ光の通過経路を導光板12の全面に均等に分散させるため、入射した分岐レーザ光が導光板12の入射面12aの長手方向に揃うように、第1の円筒レンズ15は分岐レーザ光をおよそ相互に平行になるように光束を集束させる。
これにより、導光板12に入射した分岐レーザ光は、導光板12の入射面12aの長手方向に振動しながら導光板12内部を均等な経路で進んでいくので、前述のような輝度ムラの発生を低減することができる。
図4は、第2の円筒レンズ16の作用を説明するために、図2のディスプレイ装置1aを側方から見た側面図である。
導光板12の材質が入射した分岐レーザ光を拡散する素材で構成されている場合は、導光板12内部で分岐レーザ光を拡散するため、導光板12の全面が均等に明るくなる。
ところが、導光板12の材質が透明な素材の場合、分岐レーザ光は導光板12内部で拡散することなく内部を直進するので、ほとんどの分岐レーザ光は導光板12の入射面の反対側の面に到達し、導光板12の表面から有効に外部に出射する量が減少する。
そこで、導光板12に入射した分岐レーザ光が導光板12内部で面の上下方向に広がり有効に外部に光が出射されるように、第2の円筒レンズ16は導光板12に入射する前に一旦レーザ光を集束させる。焦点を通過した分岐レーザ光は導光板12内部を拡散しながら広がり、導光板12の前面12bを全反射しながら全面を明るく照らすことができる。
このように、本実施の形態によれば、導光板12に入射する分岐レーザ光を導光板12の入射面12aの長手方向において略平行光とし、導光板12の入射面12aの短手方向における発散角を制御するため、導光板12の全面を明るく照らすことができる。
(実施の形態3)
図5は、本発明の実施の形態3に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図5において、図1と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図5に示すディスプレイ装置1bは、バックライト装置2bと、バックライト装置2bにより照明される光変調部3とから構成される。光変調部3としては、液晶パネルを用いることができる。本実施の形態における所定方向とは、導光板12の入射面12aの長手方向であり、図5において水平方向である。
図5は、本発明の実施の形態3に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図5において、図1と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図5に示すディスプレイ装置1bは、バックライト装置2bと、バックライト装置2bにより照明される光変調部3とから構成される。光変調部3としては、液晶パネルを用いることができる。本実施の形態における所定方向とは、導光板12の入射面12aの長手方向であり、図5において水平方向である。
本実施の形態では、図1に示す実施の形態1におけるアクチュエータ13に代えて、光軸振動部17を有する。図5において、光軸振動部17は、レーザ光源10から出射されたレーザ光が回折光学素子11へ入射する入射位置を少なくとも回折パターン11の幅以上の振幅で、レーザ光の光軸に垂直な面内で所定方向に振動させる。光軸振動部17は、回折光学素子から出射されるレーザ光の導光板へ入射する位置を所定方向に振動させる、本発明の「振動部」に相当する。光軸振動部17は、導光板12の入射面12aにおける複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に分岐レーザ光を振動させるのが好ましい。
光軸振動部17は、具体的には、可動部分がない音響光学素子とガルバノメータの組み合わせ、または一般的なミラーとガルバノメータの組み合わせなどを利用することができる。
ここで、図7は、導光板12の入射面12aへ入射するレーザ光の光強度を示すグラフである。分岐レーザ光の光強度は一定ではなくレーザ光の間隔ごとに強弱のパターンが存在するため、強度分布が均一でない。
光軸振動部17から出射されるレーザ光は、水平方向に振動するため、回折光学素子11へ入射する位置が変化する。このため、回折光学素子11からの分岐レーザ光が導光板12の入射面12aに入射する位置も水平方向に連動して変化する。これにより、導光板12の前面12bに発生するスペックルノイズのパターンが変化するため、スペックルノイズを低減することができる。
光軸振動部17によって発生する回折光学素子11への入射位置の振動速度を人間の眼の応答速度に比べて十分速くすれば、これを観察する人間の眼の積分効果によって平滑化され、これによりスペックルノイズが低減されることになる。さらに、映像信号の繰り返し周期に一致していれば不要なビートを生じることはない。例えば、回折光学素子11の振動速度を1/30秒または1/60秒にすることが好ましい。
このように、本実施の形態によれば、光軸振動部17によって導光板12の入射面12aへの分岐レーザ光の入射位置を変化させることができるので、この入射位置をレーザ光の間隔以上の振幅で水平方向に変化させると、この強度分布を平準化することができ、スペックルノイズを低減することができる。これによって導光板12の表面から出射するレーザ光を均一に出射することができる。
(実施の形態4)
図6は、本発明の実施の形態4に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図6において、図1と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図6に示すディスプレイ装置1cは、バックライト装置2cと、バックライト装置2cにより照明される光変調部3とから構成される。光変調部3としては、液晶パネルを用いることができる。
図6は、本発明の実施の形態4に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図6において、図1と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図6に示すディスプレイ装置1cは、バックライト装置2cと、バックライト装置2cにより照明される光変調部3とから構成される。光変調部3としては、液晶パネルを用いることができる。
本実施の形態においては、図5の実施の形態3の構成に加えて、回折光学素子11と導光板12の間に第1の円筒レンズ15および第2の円筒レンズ16が挿入されている。これらは導光板12への入射光束を集束させる集束光学素子である。
第1の円筒レンズ15は、導光板12に入射する分岐レーザ光を導光板12の入射面12aの長手方向において略平行光とするレンズである。第2の円筒レンズ16は、導光板12の入射面12aの短手方向における発散角を制御するレンズである。第1の円筒レンズ15と第2の円筒レンズ16は、本発明の「光学系」に相当する。
これにより、導光板12が内部で光を拡散しない透明な素材の場合であっても、効率よく導光板12から面状の光を出射することができる。
実施の形態3で説明したように、本実施の形態においても、図7に示す光強度を有する分岐レーザ光が導光板12に入射されるため、レーザ光の光強度は一定ではなくレーザ光の間隔ごとに強弱のパターンが存在する。
従って、本発明の実施の形態4においても、光軸振動部17によって回折光学素子11へ入射するレーザ光の入射位置を所定の方向に所定の振幅で振動させると、導光板12の入射面12aへの分岐レーザ光の入射位置を同じ方向に同じ振幅で振動させることができるので、導光板12への入射位置を分岐レーザ光の間隔以上の振幅で水平方向に変化させると、この強度分布を平準化することができ、スペックルノイズを低減することができる。これによって導光板12の表面から出射するレーザ光を均一に出射することができる。
(変形例)
なお、上記の実施の形態2から4においては、単一のレーザ光源10について説明を行ったが、自然色の表示を行うためには、光の3原色について、それぞれ本発明を適用することができる。例えば、レーザ光源10を複数の異なる色の半導体レーザ(赤色の半導体レーザ、青色の半導体レーザ、緑色の半導体レーザ)から構成するようにしてもよい。
なお、上記の実施の形態2から4においては、単一のレーザ光源10について説明を行ったが、自然色の表示を行うためには、光の3原色について、それぞれ本発明を適用することができる。例えば、レーザ光源10を複数の異なる色の半導体レーザ(赤色の半導体レーザ、青色の半導体レーザ、緑色の半導体レーザ)から構成するようにしてもよい。
また、光学特性によっては光の3原色について拡散板を共用することも可能である。
本発明に係るバックライト装置は、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができるバックライト装置として有用である。
即ち、本発明に係るバックライト装置は、回折光学素子を用いてレーザ光を分岐することによって、レーザ光の太さの変動によって発生するディスプレイ装置の輝度ムラを防ぐことができる。さらに、回折光学素子とレーザ光の光軸の相対位置関係を時間的に変化させることでスペックルノイズを低減することができる。
例えば、本発明に係るバックライト装置を液晶テレビに適用すれば、ディスプレイ用の光源として、レーザ光源は、電気−光変換効率が高いため、省エネルギーのディスプレイ装置を実現することができる。また、経時変化などによっても輝度ムラを生じないので大変有用である。
1、1a、1b、1c ディスプレイ装置
2、2a、2b、2c バックライト装置
3 光変調部
10 レーザ光源
11 回折光学素子
11a 回折パターン
12 導光板
13 アクチュエータ
14 支持体
15 第1の円筒レンズ
16 第2の円筒レンズ
17 光軸振動部
2、2a、2b、2c バックライト装置
3 光変調部
10 レーザ光源
11 回折光学素子
11a 回折パターン
12 導光板
13 アクチュエータ
14 支持体
15 第1の円筒レンズ
16 第2の円筒レンズ
17 光軸振動部
Claims (12)
- レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子と、
前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板と、
前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部と、
を有するバックライト装置。 - 前記回折光学素子は、回折作用により複数のレーザ光に分岐する回折パターンを前記レーザ光の光軸と垂直な面内の所定方向に繰り返し配置してなる、請求項1記載のバックライト装置。
- 前記振動部は、前記導光板の入射面における前記分岐されたレーザ光の間隔以上の振幅で、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の位置を振動させる、請求項2記載のバックライト装置。
- 前記振動部は、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を前記所定方向に振動させる、請求項2記載のバックライト装置。
- 前記振動部は、前記回折光学素子を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で振動させるアクチュエータである、請求項1記載のバックライト装置。
- 前記振動部は、前記回折光学素子を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で前記回折パターンの幅以上の振幅で振動させるアクチュエータである、請求項2記載のバックライト装置。
- 前記振動部は、前記回折光学素子に入射するレーザ光の入射位置を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で振動させる光軸振動部である、請求項1記載のバックライト装置。
- 前記振動部は、前記レーザ光の光軸を前記回折パターンの幅以上の振幅で前記所定方向に振動させる光軸振動部である、請求項2記載のバックライト装置。
- 前記回折光学素子は、前記所定方向が前記導光板の入射面の長手方向と平行になるように配置されている、請求項1記載のバックライト装置。
- 前記回折光学素子は、前記導光板の入射面の長手方向において前記分岐されたレーザ光の間隔が均等になるように、前記回折パターンが構成されている、請求項2記載のバックライト装置。
- 前記回折光学素子から出射されたレーザ光を前記導光板の入射面の長手方向において略平行光とし、かつ、そのレーザ光の前記導光板の入射面の短手方向における発散角を制御する光学系、をさらに有する請求項1記載のバックライト装置。
- 請求項1乃至11のいずれかに記載のバックライト装置と、
前記バックライト装置により照明される光変調部と、
を備えるディスプレイ装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2008074368A JP2009231017A (ja) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | バックライト装置 |
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ID=41246191
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JP2008074368A Pending JP2009231017A (ja) | 2008-03-21 | 2008-03-21 | バックライト装置 |
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JP (1) | JP2009231017A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2008
- 2008-03-21 JP JP2008074368A patent/JP2009231017A/ja active Pending
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