JP2010123256A - 面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光を光ファイバまたは空間などを伝播させて導光板の側面部から入射させて、導光板内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部により選択された導光板の分割部のみから出射させることにより高コントラスト比の画像表示ができる薄型・低消費電力の面状照明装置およびこれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】導光部１５から出射した走査光１６を少なくともいずれかの側面部１７から入射する導光板１８と、導光板１８の内部を進行するレーザ走査光１９を検出する受光部２０とを備え、側面部１７は外側にレーザ走査光１９を反射する反射部２４が配置され、導光板１８の第２の主面部１３は、複数の領域に分割された分割部２５からなり、制御部２１は、選択部２６により第２の主面部１３の分割部２５を選択して第１の主面部１２から出力光１１を出射させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶テレビなどの非自発光型表示装置に用いられるレーザ光源を使用した高輝度の面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、液晶分子の配向による電気光学効果を利用して背面から照射される光の透過量を制御することにより画像を表示する方式であり、一般的には蛍光表示管などにより構成されるバックライトユニットと呼ばれる面状の照明装置を必要とする。近年、このような液晶表示装置は大画面化が進み、５０型サイズのテレビジョン用のディスプレイ装置まで実用化されてきている。しかしながら、大型化に伴い消費電力も増加してきていることから、低消費電力化を実現する技術開発が望まれている。また、同時に画像品質の向上を目的として、明暗のコントラストのアップも望まれている。

このような低消費電力化に対応するために、発光効率の良い光源として発光ダイオードやレーザを使用することが検討され、発光ダイオードを光源とする面状照明装置ではすでに実用化もされている。例えば、液晶プロジェクタの映像平面内の領域が複数の領域に分割され、このそれぞれの分割領域にそれぞれ対応する発光ダイオードを配置し、制御手段により各分割領域に対応する各分割画像内の映像信号値に応じて、この対応する発光ダイオードの発光量をそれぞれ制御している（例えば、特許文献１参照）。このことにより、液晶プロジェクタの低消費電力化と表示画像上の白と黒の輝度のコントラスト比の向上とを実現しようとしている。

また、複数の分割領域を有して発光ダイオードを含めた光発生部を光源として、この複数の分割領域に対応した液晶表示パネルの分割領域それぞれのピーク階調値により発光ダイオードからの光の輝度を制御する駆動部を備えた液晶表示装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。同様に光源の発光ダイオードを複数に分割された表示画面の分割領域に対して少なくとも１つずつ配置して、発光ダイオードの制御回路は照明光が必要とされる画面領域にのみ照明光が照射されるように発光ダイオードを分割領域単位で駆動制御するディスプレイ装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。これらの構成により、ディスプレイ装置は局部的な輝度制御を行うことができるので低消費電力化および高コントラスト比で動作することができる。

さらに、液晶表示装置全体の厚みを薄くするために光源の発光ダイオードを導光板の対向する側面に配置したエッジライト型面状照明装置において、導光板の主面に対向して複数の領域分割された反射体を配置している。そして、導光板の照明光を出射させたい領域にそれぞれの反射体を密着させて、導光板内を走査する発光ダイオードから出射された光が反射体で反射および散乱されて主面から照明光が取り出されて画像を表示している装置が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
特開２００５−１５６７８５号公報 特開２００５−３３８８５７号公報 特開２００１−１４２４０９号公報 特開２００５−２５８４０３号公報

しかしながら、上記特許文献１から３において開示されている面状照明装置においては、導光板の直下に多くの発光ダイオードを配置するので薄型化が困難であるという課題がある。また、上記特許文献１から４において開示されている面状照明装置においては、導光板の主面または側面に隣接して多くの発光ダイオードなどの光デバイスが配置されるので多くの部品を精度よく実装しなければならないという課題も生じる。さらに、これらの発光ダイオードから出射された光は、導光板内を対向する主面に反射して主面に平行な方向に伝播したのち導光板の側面から外へ出て行くので光量ロスが生じるが、この課題を防止する具体的な内容については上記特許文献１から４において記載も示唆もされていない。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、レーザ光源からのレーザ光を光ファイバまたは空間などを伝播させて導光板の側面部から入射させて、導光板内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部により選択された導光板の分割部のみから出射させることにより高コントラスト比の画像表示ができる薄型・低消費電力の面状照明装置およびこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、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、上記レーザ光を入射する導光部と、上記導光部から出射した走査光を少なくともいずれかの側面部から入射し第１の主面部から出射する導光板と、上記導光板の内部を進行するレーザ走査光を検出する受光部と、少なくとも上記レーザ光源、上記導光部、上記導光板および上記受光部を制御する制御部と、を備えた面状照明装置であって、上記導光板の上記側面部のうち上記走査光が入射する入射部を除いた側面部は、外側に前記レーザ走査光を反射する反射部が配置され、上記導光板の上記第１の主面部と対向して配置された第２の主面部は、複数の領域に分割された分割部からなり、上記制御部は、選択部により上記第２の主面部の上記分割部を選択して上記第１の主面部から出力光を出射させている構成からなる。

このような構成とすることにより、導光板内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部により選択された導光板の分割部のみから出射させることができるので、面状照明装置は高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作することができる。

また、受光部は分割部のうち２以上の分割部に配置されている構成としてもよい。このような構成とすることにより、導光板内部の光量分布を検出することや光量分布を均一化することができる。

また、導光部は、入力端部からレーザ光を入射し出力端部が導光板のいずれかの側面部の入射部に接続された光ファイバからなる構成としてもよい。このような構成とすることにより、製作が容易な薄型の面状照明装置が実現できる。

また、導光部は、導光板のいずれかの側面部に隣接して配置され入射部に走査光を入射させる導光棒と入力端部からレーザ光を入射し出力端部は導光棒に接続された光ファイバとからなる構成としてもよい。このような構成とすることにより、製作が容易な薄型の面状照明装置が実現できる。

また、導光部は、少なくともポリゴンミラーとその駆動部とからなり、レーザ光はポリゴンミラーにより走査光として生成されていずれかの側面部より入射する構成としてもよい。このような構成とすることにより、高輝度で均一な出力光を出射し、かつ製作が容易な薄型の面状照明装置が実現できる。

また、導光部は、一組の偏光プリズムと半波長板を組み合わせた偏光制御部が導光板のいずれかの側面部に複数個並んで隣接して配置されることにより、Ｓ偏光またはＰ偏光の走査光がいずれかの側面部から平行に入射する構成としてもよい。このような構成とすることにより、偏光が揃った高輝度で均一な出力光を出射し、かつ製作が容易な薄型の面状照明装置が実現できる。

また、導光部の一方の端部から他方の端部の方向に並んだ偏光制御部の半波長板を順次回転させることにより走査光を生成させている構成としてもよい。このような構成とすることにより、選択された分割部のみから偏光の揃った出力光を高コントラスト比で出射することができる。

また、導光板の入射部を除いて導光棒および導光板の側面部のうち少なくともいずれかを取り囲んだリフレクタがさらに隣接して配置された構成としてもよい。このような構成とすることにより、導光板に入射するレーザ光を光量ロスなく有効に使うことができるので、面状照明装置は低消費電力で動作することができる。

また、選択部は、第２の主面部に隣接し分割部に対応して配置された複数の散乱素子からなり、制御部は、複数の散乱素子のうち選択された散乱素子の素子表面を分割部に密着させることにより導光板内を走査するレーザ走査光を素子表面で散乱させて第１の主面部から出力光を出射させている構成としてもよい。このような構成とすることにより、第１の主面部のうち選択された分割部からのみ高コントラスト比の出力光が出射することができる。

また、素子表面は、入射する走査光に対して反射または散乱させることを電気的に切り換える液晶フィルムまたは圧電フィルムで形成されている構成としてもよい。このような構成とすることにより、第１の主面部のうち選択された分割部からのみ高コントラスト比の出力光が出射することができ、この分割部を高速で切り換えることもできる。

また、選択部は、第２の主面部の外側の周辺部に導光板の短辺方向または長辺方向に沿って配列された複数の電極部と電気的に接続され、選択部は、第２の主面部の中央部を挟んで短辺方向にそれぞれ配置された一対の短辺電極部と長辺方向にそれぞれ配置された一対の長辺電極部とを選択し、一対の短辺電極部および一対の長辺電極部の間に２つの表面弾性波を発生させた弾性波領域を生成し、２つの弾性波領域が交差する分割部を選択することによりレーザ走査光を散乱させて第１の主面部から出力光を出射する構成としてもよい。

このような構成とすることにより、導光板に大きい機械的応力を与えることなく、第１の主面部のうち選択された分割部からのみ高コントラスト比の出力光が出射することができる。

また、導光板は第２の主面部に隣接して導電性フィルムが形成され、入射部が形成された側面部を除く一対の側面部に沿って第２の主面部の短辺方向にそれぞれ配置された一対の短辺電極部または長辺方向にそれぞれ配置された一対の長辺電極部が形成され、制御部は一対の短辺電極部または一対の長辺電極部の間に表面弾性波を発生させた弾性波領域を生成することにより、ポリゴンミラーまたは偏光制御部から走査されて入射した導光板内の少なくとも１列に並んだ複数の分割部を走査するレーザ走査光が、複数の分割部と弾性波領域とが交差する分割部より表面弾性波により散乱されて第１の主面部から出力光として出射する構成としてもよい。

このような構成とすることにより、導光板にほとんど機械的応力を与えることなく、第１の主面部のうちレーザ走査光と表面弾性波とにより選択された分割部からのみ高コントラスト比の出力光が出射することができる。

また、レーザ光源は、少なくとも赤色光、緑色光および青色光を出射する光源からなり、光源から出射されるそれぞれのレーザ光は、同じ光路により導光部に入射して、導光板の第１の主面部より出力光として出射し、受光部は、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ受光する受光素子をさらに備え、制御部は、受光素子で検出した光出力に基づいて赤色光、緑色光および青色光を出射する光源からのそれぞれのレーザ光の光量を制御する構成としてもよい。

このような構成とすることにより、色むらのない色再現性に優れた低消費電力で動作する面状照明装置が実現できる。

また、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が上記記載の面状照明装置である構成からなる。

このような構成とすることにより、色再現性に優れた高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作する液晶表示装置を実現することができる。

本発明の面状照明装置によれば、導光板内に所定の光量のレーザ光をロスなく蓄積し、選択された導光板の分割部のみから出射させることができるので、高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作させることができる。また、本発明の面状照明装置をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置は、色再現性に優れた高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力での動作を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１にかかる面状照明装置１０の概略構成図で、（ａ）は面状照明装置１０の構成全体を模式的に示す斜視図、（ｂ）は出力光１１が出射する第１の主面部１２と対向して配置された第２の主面部１３の正面から見た平面図、（ｃ）は（ｂ）の１Ａ−１Ａ線から見た概略断面図である。なお、図１（ａ）および（ｂ）においては面状照明装置１０の各部分はそれぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。

図１（ａ）から（ｃ）に示すように、面状照明装置１０はレーザ光（図示せず）を出射するレーザ光源１４と、レーザ光（図示せず）を入射する導光部１５と、導光部１５から出射した走査光１６を少なくともいずれかの側面部１７から入射し第１の主面部１２から出射する導光板１８と、導光板１８の内部を進行するレーザ走査光１９を検出する受光部２０とを備えている。そして、面状照明装置１０の制御部２１は少なくともレーザ光源１４（１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）、導光部１５、導光板１８および受光部２０を配線２２により電気的に制御している。また、導光板１８の側面部１７のうち走査光１６が入射する入射部２３を除いた側面部１７は外側にレーザ走査光１９を反射する反射部２４が配置され、導光板１８の第１の主面部１２と対向して配置された第２の主面部１３は、図１（ａ）に示すように複数の領域に分割された分割部２５からなる。そして、制御部２１は、選択部２６により第２の主面部１３の分割部２５を選択して第１の主面部１２から出力光１１を出射させている。

このような構成とすることにより、導光板１８内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部２１により選択された導光板１８の分割部２５のみから出力光１１を出射させることができるので、面状照明装置１０は高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作することができる。

ところで、図１（ａ）から（ｃ）において導光部１５は、入力端部２７ａからレーザ光（図示せず）を入射し出力端部２７ｂが導光板１８のいずれかの側面部１７の入射部２３に接続された光ファイバ２７からなる。このような構成とすることにより、製作が容易な薄型の面状照明装置１０が実現できる。

次に分割部２５が選択部２６により具体的に選択される内容について説明する。すなわち、選択部２６は、第２の主面部１３の外側の周辺部１３ｂに導光板１８の短辺方向２８ａまたは長辺方向２８ｂに沿って配列された複数の電極部２９と電気的に接続されている。そして、選択部２６は、第２の主面部１３の中央部１３ａを挟んで短辺方向２８ａにそれぞれ配置された一対の短辺電極部２９ａと長辺方向２８ｂにそれぞれ配置された一対の長辺電極部２９ｂとを選択し、一対の短辺電極部２９ａおよび一対の長辺電極部２９ｂの間に２つの表面弾性波３０ａ、３０ｂを発生させた弾性波領域３０を生成している。そして、２つの弾性波領域３０が交差する分割部２５を選択することによりレーザ走査光１９を散乱させて第１の主面部１２から出力光１１を出射する構成としている。なお、対向する一対の短辺電極部２９ａおよび一対の長辺電極部２９ｂは、一対のうちの一方が、例えば超音波振動子（図示せず）からなる光偏向領域形成体を含み、他の一方が光偏向領域形成体から伝播してきた表面弾性波の振動を吸収する吸収体を含んでいる。あるいは、光偏向領域形成体および吸収体をともに含む、一対の短辺電極部２９ａおよび一対の長辺電極部２９ｂのどちらからでも表面弾性波を生成または吸収できるようにしてもよい。

このような構成とすることにより、導光板１８に大きい機械的応力を与えることなく、第１の主面部１２のうち選択された分割部２５からのみ高コントラスト比の出力光１１が出射することができる。したがって、図１（ａ）から（ｃ）の面状照明装置１０では分割部２５は、短辺電極部２９ａおよび長辺電極部２９ｂの幅Ｗ１、Ｗ２で縦と横にマトリクス状に区分された領域となっている。

なお、図１（ｂ）に示すように受光部２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）は分割部２５のうち２以上の分割部２５に配置されている。すなわち、図１（ｂ）に示すように導光板１８の内部で第２の主面部１３に隣接して中央に受光部２０ｃ、導光部１５近傍に受光部２０ｄ、導光部１５から遠いところに受光部２０ａ、２０ｂと４つの分割部２５にそれぞれ配置されている。このような構成とすることにより、導光板１８内部の光量分布を検出することや光量分布を均一化することができる。

また、図１（ｂ）に示す受光部２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）はレーザ走査光１９の光量を検出する受光素子（図示せず）に加えて、さらに赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ受光する受光素子（図示せず）をさらに備えて、レーザ光源１４の各光源（１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）からのレーザ光を波長毎に受光することができる。このことは異なる受光素子の受光面上に、受光する波長のレーザ光のみが透過するように誘電体多層膜を形成することにより容易に実現できる。さらに、図１（ａ）および（ｂ）に示すようにレーザ光源１４は、少なくとも赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）および青色光（Ｂ光）を出射する光源、すなわちＲ光源１４Ｒ、Ｇ光源１４ＧおよびＢ光源１４Ｂから構成されている。これらの光源（１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）から出射されるそれぞれのレーザ光は、同じ光路、ここでは光ファイバ２７、により導光部１５に入射して、導光板１８の第１の主面部１２により出力光１１として出射する。このときに、制御部２１は受光素子（図示せず）で検出した光出力に基づいてＲ光、Ｇ光およびＢ光を出射する光源（１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）からのそれぞれのレーザ光の光量を制御することにより出力光１１の光量および色再現性を調整する。このような構成とすることにより、色むらのない色再現性に優れた低消費電力で動作する面状照明装置１０が実現できる。

図２は本実施の形態にかかる他の面状照明装置４０の概略構成図で、（ａ）は面状照明装置４０の構成全体を模式的に示す上面図、（ｂ）は（ａ）の２Ａ−２Ａ線から見た概略断面図である。

面状照明装置４０は図１の面状照明装置１０と異なり、導光部１５が導光棒４１と光ファイバ４２とから構成されており、他の構成はほぼ同様である。すなわち、図２（ａ）に示すように導光部１５は、導光板１８のいずれかの側面部１７に隣接して配置され入射部２３に走査光１６を入射させる導光棒４１と入力端部２７ａからレーザ光を入射し出力端部２７ｂは導光棒４１に接続された光ファイバ４２とから構成されている。なお、導光棒４１は円柱状の形状をしており、リフレクタ４３ａに取り囲まれているので、走査光１６は光量ロスなく導光板１８の入射部２３である導光棒４１と対向する側面部１７より導光板１８に入射する。また、図２（ａ）および（ｂ）に示すように導光板１８の入射部２３を除いて導光棒４１および導光板１８の側面部１７のうち少なくともいずれかを取り囲んだリフレクタ４３ａ、４３ｂがさらに隣接して配置されている。このことにより、導光板１８の側面部１７からレーザ走査光１９が少し透過してもリフレクタ４３ｂで反射されて導光板１８内に再び入射することができる。そして、図１で説明した面状照明装置１０と同様に、出力光１１は制御部２１が選択部２６により選択した分割部２５から出射される。

このような構成とすることにより、導光板１８内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部２１により選択された導光板１８の分割部２５のみから出射させることができるので、面状照明装置４０は高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作することができる。また、導光棒４１を用いると入射部２３から均一な光量分布で走査光１６を導光板１８に入射させることが比較的簡単な構成で実現できる。したがって、リフレクタ４３ａ、４３ｂにより導光板１８に入射するレーザ光を光量ロスなく有効に使うことができ、かつ面状照明装置４０が比較的容易に製作することができる。

（実施の形態２）
図３は、実施の形態２にかかる面状照明装置をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。ここでは、例えば面状照明装置１０を用いて説明する。

図３に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１０１と、この液晶表示パネル１０１を背面側から照明するためのバックライト照明装置とを備えている。そして、このバックライト照明装置が第１の実施の形態で説明した、例えば図１（ａ）に示す面状照明装置１０を用いた構成としている。

ここで液晶表示パネル１０１は、透過型または半透過型構成で、例えばＴＦＴアクティブマトリクス型構成からなり、表示領域には図３に示すように赤色画素部（Ｒサブピクセル）１０５Ｒ、緑色画素部（Ｇサブピクセル）１０５Ｇおよび青色画素部（Ｂサブピクセル）１０５Ｂを１つの画素１０５とする多数の画素が設けられており、ＴＦＴにより駆動される。そして、２枚のガラス基板１０２、１０４の間に液晶層１０３が設けられており、この液晶層１０３を駆動するためのＴＦＴはガラス基板１０２、１０４の一方に形成されているが、図示していない。１０６は出射側偏光フィルムであり、１０７は入射側偏光フィルムである。この液晶表示パネル１０１は従来から使用されている構成であるので、さらなる構成についての説明は省略する。

ところで、面状照明装置１０（バックライト照明装置）の導光板１８の第１の主面部１２から出射する出力光１１はＲ光、Ｇ光およびＢ光を合波した光である。液晶表示パネル１０１の入射側偏光フィルム１０７を透過した出力光１１は直線偏光となる。液晶層１０３はＴＦＴにより駆動され、出力光１１の偏光面を切り替えて画素１０５から出射する光のスイッチングを行う。このとき、出力光１１の走査に応じて画素１０５のＴＦＴの動作を同期して行うことにより、所望の画像を表示することが出来る。このときに、面状照明装置１０からの出力光１１は選択部（図示せず）で選択された分割部のみから出力されるので、画面全体では高コントラスト比の画像表示をすることができる。

したがって、このような構成とすることにより、面状照明装置１０の導光板１８内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部２１により選択された導光板１８の分割部２５のみから出射させることができる。その結果、分割部２５に対応する液晶表示パネル１０１の複数の画素１０５により液晶表示装置１００の画像を表示することができるので、液晶表示装置１００は高コントラスト比の画像表示ができ、薄型・低消費電力で動作することができる。

なお、図３の液晶表示装置１００において、レーザ光を拡散し表示視野角を広げるために拡散板１０８を液晶表示パネル１０１の出射側偏光フィルム１０６に隣接して設けている。拡散板１０８は、好ましくは前方光散乱が大きく後方光散乱が小さい拡散板であることが望ましい。これにより、レーザ光を拡散板１０８で前方方向に大きく広げて光散乱するので表示の視野角が大きくなり斜め周囲方向から視認できることにより、液晶表示装置１００の画像表示品質が向上できる。なお、視野角拡大のために、少なくとも画素単位のマイクロレンズの列を画素列の直後近傍あるいは液晶表示パネルの偏光フィルムに隣接して設けてもよい。これにより、導光板１８の第１の主面部１２から直進して液晶表示パネル１０１の画素１０５で制御されて出射されたレーザ光をマイクロレンズで四方に拡散することができ、画像表示の視野角を拡げることができる。

なお、第１および第２の実施の形態において使用するレーザ光源を構成するＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源からのレーザ光は、光源に半導体レーザ光源やＳＨＧレーザ光源を用いることにより色純度のよいものが得られるので色再現範囲を大幅に拡大することができる。

また、導光板内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部により選択された分割部のみから出射させるので、同じ波長のレーザ光において複数の経路のレーザ光が混じりあうのでスペックルノイズが抑制されたレーザ光を利用することができる。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３にかかる面状照明装置６０の概略構成図で、（ａ）は出力光１１が出射する第１の主面部１２と対向して配置された第２の主面部１３の正面から見た平面図、（ｂ）は４Ａ−４Ａ線から見た概略断面図である。ただし、ポリゴンミラー６１などの部分は断面ではなくわかり易い模式的な図で示している。なお、図４（ａ）および（ｂ）においては面状照明装置６０の各部分はそれぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。

面状照明装置６０は図１の面状照明装置１０と異なり、導光部がポリゴンミラー６１やその駆動部６２などで構成され、また、光ファイバは使用されずに走査光１６は空間を伝播して導光板６３に入射している。そして、導光板６３は実施の形態１で例示した導光板１８と一部の構成が異なるが、詳細は以下で説明する。これらを除く構成はほぼ同様である。

すなわち、図４（ａ）に示すように本実施の形態の面状照明装置６０の導光部は、少なくともポリゴンミラー６１とその駆動部６２とからなり、レーザ光６４はポリゴンミラー６１により走査光１６として生成されていずれかの側面部１７より導光板６３に入射されている。そして、走査光１６がそれぞれ導光板６３の入射部２３に垂直に入射するように入射部２３の手前に、例えば、その焦点距離がポリゴンミラー６１のミラー面６１ａに一致するようにフレネルレンズ５９が配置されている。このように配置することにより、レーザ光源１４（１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）から出射するレーザ光６４はポリゴンミラー６１で走査されて走査光１６となり、導光板６３の入射部２３に揃って垂直に入射する。なお、レーザ光６４はレーザ光源１４（１４Ｒ、１４Ｇ、１４Ｂ）からそれぞれ出射するＲ光６４Ｒ、Ｇ光６４ＧおよびＢ光６４Ｂを２つのダイクロイックミラー６５により同じ光軸の１つの光線にまとめられている。このようにして、導光板６３の中をレーザ走査光１９が長辺方向２８ｂに沿って第１の主面部１２および第２の主面部１３の内側で全反射しながら伝播していく。

一方、導光板６３は第２の主面部１３に隣接して導電性フィルム６６が形成され、入射部２３が形成された側面部１７ａを除く一対の側面部１７ｂ、１７ｄに沿って第２の主面部１３の長辺方向２８ｂにそれぞれ配置された一対の長辺電極部６７ａ、６７ｂが形成されている。そして、制御部２１は一対の長辺電極部６７ａ、６７ｂの間に表面弾性波６８ａを発生させた弾性波領域６８ｂを生成する。このようにすることにより、ポリゴンミラー６１から走査されて入射した導光板６３内の少なくとも１列に並んだ複数の分割部２５を走査するレーザ走査光１９が、複数の分割部２５と弾性波領域６８ｂとが交差する分割部２５Ｘより表面弾性波６８ａにより散乱されて図４（ｂ）に示すように出力光１１として出射する。すなわち、レーザ走査光１９はポリゴンミラー６１により長辺方向２８ｂと平行に主走査がなされ表面弾性波６８ａにより副走査がなされて、これらの交差する分割部２５Ｘで散乱されることにより出力光１１として第１の主面部１２から出射される。

このような構成とすることにより、導光板内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部により選択された導光板の分割部のみから出射させることができるので、面状照明装置は高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作することができる。

また、高輝度で均一な出力光を出射し、かつ製作が容易な薄型の面状照明装置が実現できる。さらに、導光板にほとんど機械的応力を与えることなく、第１の主面部のうちレーザ走査光と表面弾性波とにより選択された分割部からのみ高コントラスト比の出力光が出射することができる。

なお、図４では表面弾性波を発生するのに長辺方向にそれぞれ配置された一対の長辺電極部が形成されていたが、ポリゴンミラーからの走査光を導光板の長辺方向に長い側面部から入射させるときには短辺方向にそれぞれ配置された一対の短辺電極部が形成されて、この短辺電極部により表面弾性波が発生するようにしても同様の動作および効果が実現できる。

（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４にかかる面状照明装置７０の概略構成図で、（ａ）は出力光１１が出射する第１の主面部１２と対向して配置された第２の主面部１３の正面から見た平面図、（ｂ）は５Ａ−５Ａ線から見た概略断面図である。なお、図５（ａ）および（ｂ）においては面状照明装置６０の各部分はそれぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。

面状照明装置７０は図４の面状照明装置６０と異なり、導光部１５は、一組の偏光プリズム７１ａと半波長板７１ｂを組み合わせた偏光制御部７１が導光板６３のいずれかの側面部１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）に複数個並んで隣接して配置されることにより、Ｓ偏光またはＰ偏光の走査光７２が、いずれかの側面部１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ）から平行に入射している。なお、これらを除く構成はほぼ同様である。

図５（ａ）に示すように、導光部１５は光分岐部７３、導光部本体７４およびシリンドリカルレンズ７５を含んで構成される。なお、偏光プリズム７１ａ、７３ａはＰ偏光を透過しＳ偏光をミラー面７１ｃ、７３ｃで反射する。また、光分岐部７３は偏光プリズム７３ａ、半波長板７３ｂおよび直角プリズム７３ｄを含んで構成されている。ここで、半波長板７１ｂ、７３ｂはアクロマティック半波長板であり、Ｒ光６４Ｒ、Ｇ光６４ＧおよびＢ光６４Ｂがその範囲に含まれる４４０ｎｍから６５０ｎｍの波長の光に対してほぼ１８０度の位相差を与える。したがって、直線偏光の光線の偏光面とアクロマティック波長板の光学軸が４５度をなす場合、入射光と出射光では偏光面が９０度回転する。また直線偏光の光線の偏光面とアクロマティック波長板の光学軸がα度をなす場合、入射光と出射光では偏光面が２α度回転する。アクロマティック波長板である半波長板７１ｂ、７３ｂは図示しない回転機構により支持されており、入射光の偏光面に対して光学軸のなす角度を任意に設定できるようになっている。

レーザ光６４は反射ミラー５８で反射したのち導光部１５の光分岐部７３に入射し、偏光プリズム７３ａのミラー面７３ｃによりレーザ光６４はＰ偏光とＳ偏光に分離されて、Ｐ偏光は透過しＳ偏光は反射する。反射されたＳ偏光は直角プリズム７３ｄで反射され、半波長板７３ｂで偏光面が９０度回転させられてＰ偏光となる。したがって、図５（ａ）に示すように導光板６３の短辺方向に平行に２本のＰ偏光のレーザ光が導光部本体７４に入射していくこととなる。

この導光部本体７４をレーザ光が進行していく中で半波長板７１ｂの光学軸を偏光面と合わせれば、レーザ光は偏光プリズム７１ａを透過して次の偏光プリズムに到達する。一方、半波長板７１ｂの光学軸を偏光面と４５度の角度をなすようにすれば、レーザ光は偏光プリズム７１ａのミラー面７１ｃで反射されて導光板６３の長辺方向２８ｂに進行する。そして、走査光７２はシリンドリカルレンズ７５を通過して導光板６３の厚み方向に集光されたのち、入射部２３から導光板６３に入射する。それぞれの偏光制御部７１で入射してくるレーザ光の偏光面に対して光学軸を０度と４５度で切り替えることにより、レーザ光を導光部本体７４の所定の位置より導光板６３に対して走査することが出来る。なお、レーザ光６４を図５（ａ）の平面内で左右に振ることで、偏光制御部７１のミラー面７１ｃで反射する位置を変えて光を連続的に走査することも可能である。すなわち、導光部１５の一方の端部から他方の端部の方向、例えば図５（ａ）の短辺方向２８ａに並んだ偏光制御部７１の半波長板７１ｂを順次回転させることにより走査光７２を生成させている。このようにして、走査光７２は導光板６３に入射し、その中をレーザ走査光１９が長辺方向２８ｂに沿って第１の主面部１２および第２の主面部１３の内側で全反射しながら伝播していく。

一方、導光板６３は第２の主面部１３に隣接して導電性フィルム６６が形成され、入射部２３が形成された側面部１７ａを除く一対の側面部１７ｂ、１７ｄに沿って第２の主面部１３の長辺方向２８ｂにそれぞれ配置された一対の長辺電極部６７ａ、６７ｂが形成されている。そして、制御部２１は一対の長辺電極部６７ａ、６７ｂの間に表面弾性波６８ａを発生させた弾性波領域６８ｂを生成する。このようにすることにより、導光部本体７４の偏光制御部７１から走査されて入射した導光板６３内の少なくとも１列に並んだ複数の分割部２５を走査するレーザ走査光１９が、複数の分割部２５と弾性波領域６８ｂとが交差する分割部２５Ｘより表面弾性波６８ａにより散乱されて図５（ｂ）に示すように出力光１１として出射する。すなわち、レーザ走査光１９は導光部本体７４の偏光制御部７１により長辺方向２８ｂと平行に主走査がなされ表面弾性波６８ａにより副走査がなされて、これらの交差する分割部２５Ｘで散乱されることにより出力光１１として第１の主面部１２から出射される。

このような構成とすることにより、導光板内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部により選択された導光板の分割部のみから出射させることができる。さらに走査光７２は偏光方向の揃った直線偏光とすることができるので、液晶表示パネル（図示せず）と組み合わせた場合に面状照明装置は、高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作することができる。しかも、液晶表示パネル（図示せず）の入射側の偏光フィルム（図示せず）を不要とすることもできる。

また、高輝度で均一な出力光を出射し、かつ製作が容易な薄型の面状照明装置が実現できる。さらに、導光板にほとんど機械的応力を与えることなく、第１の主面部のうちレーザ走査光と表面弾性波とにより選択された分割部からのみ高コントラスト比の出力光が出射することができる。

（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５にかかる面状照明装置８０の概略構成図で、（ａ）は面状照明装置８０の構成全体を模式的に示す上面図、（ｂ）は（ａ）の６Ａ−６Ａ線から見た概略断面図である。

図６（ａ）および（ｂ）に示す面状照明装置８０は、図２（ａ）および（ｂ）に示す面状照明装置４０と選択部により分割部を選択する手段と出力光を取り出す手段が異なり、他の構成はほぼ同様である。すなわち、選択部２６は、第２の主面部１３に隣接し分割部２５に対応して配置された複数の散乱素子８２からなる。そして、制御部２１は、複数の散乱素子８２のうち選択された散乱素子８２Ｘの素子表面８３を分割部２５Ｘに密着させることにより導光板８１内を走査するレーザ走査光１９を素子表面８３で散乱させて第１の主面部１２から出力光１１を出射させている。なお、散乱素子８２は１つのシート（図示せず）上に短辺方向２８ａと長辺方向２８ｂにマトリクス状に配置されており、制御部２１および選択部２６とは配線２２ａにより相互に電気的に接続されている。また、散乱素子８２は選択部２６により選択されないときは図６（ｂ）に示すように一定の空間８４により導光板８１の第２の主面部１３から離れて位置している。一方、散乱素子８２は選択部２６により選択されたときは、例えば図６（ｂ）の散乱素子８２Ｘのように電気的または機械的な手段（図示せず）により素子表面８３が第２の主面部１３に押し付けられて密着する。

このような構成とすることにより、導光板８１内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部２１により選択された導光板８１の分割部２５、ここでは例えば分割部２５Ｘ、のみから出力光１１を出射させることができるので、面状照明装置８０は高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作することができる。

また、実施の形態３から５において、実施の形態２で示した図３の面状照明装置１０に代えて面状照明装置６０、７０、８０を配置して液晶表示装置１００を構成してもよい。このような構成とすることにより、面状照明装置の導光板内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部により選択された導光板の分割部のみから出射させることができる。その結果、分割部に対応する液晶表示パネルの複数の画素により液晶表示装置の画像を表示することができるので、液晶表示装置は高コントラスト比の画像表示ができ、薄型・低消費電力で動作することができる。

なお、実施の形態３から５において使用するレーザ光源を構成するＲ光源、Ｇ光源およびＢ光源からのレーザ光は、光源に半導体レーザ光源やＳＨＧレーザ光源を用いることにより色純度のよいものが得られるので色再現範囲を大幅に拡大することができる。

また、導光板内に所定の光量のレーザ光を蓄積し、制御部により選択された分割部のみから出射させるので、同じ波長のレーザ光において複数の経路のレーザ光が混じりあうのでスペックルノイズが抑制されたレーザ光を利用することができる。

本発明に係る面状照明装置は、導光板内に所定の光量のレーザ光をロスなく蓄積し、選択された導光板の分割部のみから出射させることができるので、高コントラスト比の画像表示ができ薄型・低消費電力で動作させることができる。したがって、例えば、平面型の大画面で薄型の液晶表示装置などに利用することができ有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１にかかる面状照明装置の概略構成図で、面状照明装置の構成全体を模式的に示す斜視図（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる面状照明装置の概略構成図で、出力光が出射する第１の主面部と対向して配置された第２の主面部の正面から見た平面図（ｃ）本発明の実施の形態１にかかる面状照明装置の概略構成図で、（ｂ）の１Ａ−１Ａ線から見た概略断面図 （ａ）本発明の実施の形態１にかかる他の面状照明装置の概略構成図で、は面状照明装置の構成全体を模式的に示す上面図（ｂ）本発明の実施の形態１にかかる面状照明装置の概略構成図で、（ａ）の２Ａ−２Ａ線から見た概略断面図 本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置の構成を示す概略断面図 （ａ）本発明の実施の形態３にかかる面状照明装置の概略構成図で、は出力光が出射する第１の主面部と対向して配置された第２の主面部の正面から見た平面図（ｂ）本発明の実施の形態３にかかる面状照明装置の概略構成図で、（ａ）の４Ａ−４Ａ線から見た概略断面図 （ａ）本発明の実施の形態４にかかる面状照明装置の概略構成図で、は出力光が出射する第１の主面部と対向して配置された第２の主面部の正面から見た平面図（ｂ）本発明の実施の形態４にかかる面状照明装置の概略構成図で、（ａ）の５Ａ−５Ａ線から見た概略断面図 （ａ）本発明の実施の形態５にかかる他の面状照明装置の概略構成図で、面状照明装置の構成全体を模式的に示す上面図（ｂ）本発明の実施の形態５にかかる他の面状照明装置の概略構成図で、（ａ）の６Ａ−６Ａ線から見た概略断面図

符号の説明

１０，４０，６０，７０，８０ 面状照明装置
１１ 出力光
１２ 第１の主面部
１３ 第２の主面部
１３ａ 中央部
１３ｂ 周辺部
１４ レーザ光源
１４Ｒ Ｒ光源（赤色レーザ光源）
１４Ｇ Ｇ光源（緑色レーザ光源）
１４Ｂ Ｂ光源（青色レーザ光源）
１５ 導光部
１６，７２ 走査光
１７（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ） 側面部
１８，６３，８１ 導光板
１９ レーザ走査光
２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ） 受光部
２１ 制御部
２２，２２ａ 配線
２３ 入射部
２４ 反射部
２５，２５Ｘ 分割部
２６ 選択部
２７，４２ 光ファイバ
２７ａ 入力端部
２７ｂ 出力端部
２８ａ 短辺方向
２８ｂ 長辺方向
２９ 電極部
２９ａ 短辺電極部
２９ｂ，６７ａ，６７ｂ 長辺電極部
３０，６８ｂ 弾性波領域
３０ａ，３０ｂ，６８ａ 表面弾性波
４１ 導光棒
４３ａ，４３ｂ リフレクタ
５８ 反射ミラー
５９ フレネルレンズ
６１ ポリゴンミラー
６１ａ，７１ｃ，７３ｃ ミラー面
６２ 駆動部
６４ レーザ光
６４Ｒ Ｒ光（赤色レーザ光）
６４Ｇ Ｇ光（緑色レーザ光）
６４Ｂ Ｂ光（青色レーザ光）
６５ ダイクロイックミラー
６６ 導電性フィルム
７１ 偏光制御部
７１ａ，７３ａ 偏光プリズム
７１ｂ，７３ｂ 半波長板
７３ 光分岐部
７３ｄ 直角プリズム
７４ 導光部本体
７５ シリンドリカルレンズ
８２，８２Ｘ 散乱素子
８３ 素子表面
８４ 一定の空間
１００ 液晶表示装置
１０１ 液晶表示パネル
１０２，１０４ ガラス基板
１０３ 液晶層
１０５ 画素
１０５Ｒ 赤色画素部（Ｒサブピクセル）
１０５Ｇ 緑色画素部（Ｇサブピクセル）
１０５Ｂ 青色画素部（Ｂサブピクセル）
１０６ 出射側偏光フィルム
１０７ 入射側偏光フィルム
１０８ 拡散板

Claims (14)

1. レーザ光を出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光を入射する導光部と、
   前記導光部から出射した走査光を少なくともいずれかの側面部から入射し第１の主面部から出射する導光板と、
   前記導光板の内部を進行するレーザ走査光を検出する受光部と、
   少なくとも前記レーザ光源、前記導光部、前記導光板および前記受光部を制御する制御部と、を備えた面状照明装置であって、
   前記導光板の前記側面部のうち前記走査光が入射する入射部を除いた側面部は、外側に前記レーザ走査光を反射する反射部が配置され、
   前記導光板の前記第１の主面部と対向して配置された第２の主面部は、複数の領域に分割された分割部からなり、
   前記制御部は、選択部により前記第２の主面部の前記分割部を選択して前記第１の主面部から出力光を出射させていることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記受光部は前記分割部のうち２以上の前記分割部に配置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。
3. 前記導光部は、入力端部から前記レーザ光を入射し出力端部が前記導光板の前記いずれかの側面部の前記入射部に接続された光ファイバからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面状照明装置。
4. 前記導光部は、前記導光板のいずれかの側面部に隣接して配置され前記入射部に前記走査光を入射させる導光棒と入力端部から前記レーザ光を入射し出力端部は前記導光棒に接続された光ファイバとからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面状照明装置。
5. 前記導光部は、少なくともポリゴンミラーとその駆動部とからなり、前記レーザ光は前記ポリゴンミラーにより前記走査光として生成されて前記いずれかの側面部より入射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面状照明装置。
6. 前記導光部は、一組の偏光プリズムと半波長板を組み合わせた偏光制御部が前記導光板の前記いずれかの側面部に複数個並んで隣接して配置されることにより、Ｓ偏光またはＰ偏光の前記走査光が前記いずれかの側面部から平行に入射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面状照明装置。
7. 前記導光部の一方の端部から他方の端部の方向に並んだ前記偏光制御部の前記半波長板を順次回転させることにより走査光を生成させていることを特徴とする請求項６に記載の面状照明装置。
8. 前記導光板の前記入射部を除いて前記導光棒および前記導光板の前記側面部のうち少なくともいずれかを取り囲んだリフレクタがさらに隣接して配置されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の面状照明装置。
9. 前記選択部は、前記第２の主面部に隣接し前記分割部に対応して配置された複数の散乱素子からなり、前記制御部は、前記複数の散乱素子のうち選択された散乱素子の素子表面を前記分割部に密着させることにより前記導光板内を走査するレーザ走査光を前記素子表面で散乱させて前記第１の主面部から出力光を出射させていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の面状照明装置。
10. 前記素子表面は、入射する前記走査光に対して反射または散乱させることを電気的に切り換える液晶フィルムまたは圧電フィルムで形成されていることを特徴とする請求項９に記載の面状照明装置。
11. 前記選択部は、前記第２の主面部の外側の周辺部に前記導光板の短辺方向または長辺方向に沿って配列された複数の電極部と電気的に接続され、前記選択部は、前記第２の主面部の中央部を挟んで前記短辺方向にそれぞれ配置された一対の短辺電極部と前記長辺方向にそれぞれ配置された一対の長辺電極部とを選択し、前記一対の短辺電極部および前記一対の長辺電極部の間に２つの表面弾性波を発生させた弾性波領域を生成し、前記２つの弾性波領域が交差する前記分割部を選択することにより前記レーザ走査光を散乱させて前記第１の主面部から出力光を出射することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の面状照明装置。
12. 前記導光板は前記第２の主面部に隣接して導電性フィルムが形成され、前記入射部が形成された側面部を除く一対の側面部に沿って前記第２の主面部の短辺方向にそれぞれ配置された一対の短辺電極部または長辺方向にそれぞれ配置された一対の長辺電極部が形成され、前記制御部は前記一対の短辺電極部または一対の長辺電極部の間に表面弾性波を発生させた弾性波領域を生成することにより、前記ポリゴンミラーまたは前記偏光制御部から走査されて入射した前記導光板内の少なくとも１列に並んだ複数の分割部を走査する前記レーザ走査光が、前記複数の分割部と前記弾性波領域とが交差する前記分割部より前記表面弾性波により散乱されて前記第１の主面部から出力光として出射することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の面状照明装置。
13. 前記レーザ光源は、少なくとも赤色光、緑色光および青色光を出射する光源からなり、前記光源から出射されるそれぞれのレーザ光は、同じ光路により前記導光部に入射して、前記導光板の前記第１の主面部より前記出力光として出射し、
    前記受光部は、赤色光、緑色光および青色光をそれぞれ受光する受光素子をさらに備え、
    前記制御部は、前記受光素子で検出した光出力に基づいて前記赤色光、緑色光および青色光を出射する光源からの前記それぞれのレーザ光の光量を制御することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の面状照明装置。
14. 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が請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の面状照明装置であることを特徴とする液晶表示装置。

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