JP5133081B2 - 面状照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーザ光源を発光源として用いる面状照明装置及びこの面状照明装置を用いる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を採用しており、一般的には冷陰極蛍光管等により構成されるバックライトユニットを必要とする。このような液晶表示装置は、近年、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。上記のように、液晶表示装置は自発光型の表示装置ではないため、液晶表示パネルで消費する電力に比べて、バックライトユニットの光源で消費する電力のほうが大きい。

バックライトユニットの光源の低消費電力化を実現するためには、発光効率のよい光源を使用すること、及び、バックライトユニットの照明光が効率よく液晶表示パネルを透過することが、大きな課題である。光源としては、従来から使用されている冷陰極蛍光管に対して、発光ダイオードを使用することが検討され、すでに実用化もされている。しかしながら、大面積で高輝度の照明光を得るためには、多数の発光ダイオードを取り付けることが必要であり、色再現範囲を拡大して高画質化することは実現されているが、低消費電力化については充分ではない。

このため、バックライトユニットの照明光を無駄なく、且つ効率よく液晶表示パネルを透過させるための技術開発が重要な課題となっている。液晶表示装置においては、バックライトユニットから照射される照明光が液晶表示パネルの偏光板を通ることにより、光源から放出された光量の半分しか有効活用されていない。したがって、予め偏光した照明光を用いて偏光板を透過させれば効率よく照明光を利用できることになる。

このような考え方にもとづき、第１の従来例として、液晶表示装置を構成する液晶表示パネルの偏光板を透過できる偏光を予め発光ダイオード素子から強く取り出せるように発光層と導波路との構成を工夫した構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、発光ダイオード素子から発光層に平行で且つ素子から出射する方向に垂直な方向に強く偏波した偏光を取り出せる。したがって、液晶表示パネルの偏光板を透過して有効活用できる光利用効率を、ランダム光を利用する場合に比べて約１．９２倍とすることができ、液晶表示装置の低消費電力化を実現できるとしている。

また、第２の従来例として、バックライトユニットから出射される完全偏光又は部分偏光の偏光軸角度と、液晶表示パネルの裏側の偏光板の透過軸角度を一致可能にして、光源の利用効率を向上する方法も示されている（例えば、特許文献２参照）。すなわち、従来の技術による液晶表示装置においては、冷陰極蛍光管等から出射する光を面状の光に変換する際に界面反射や屈折を利用しているため、バックライトユニットから出射される光は、自然光ではなく完全偏光又は部分偏光した光となってしまっている。

このため、完全偏光の偏光軸角度又は部分偏光の偏光成分の偏光軸角度と、液晶表示パネルの裏側の偏光板の透過軸角度との角度関係によって、バックライトユニットからの光が裏側の偏光板を透過する量に相違を生じる。これにより、バックライトユニットから出射される光の利用効率が大きく影響されている。これに対して、照明光の完全偏光における偏光軸角度又は部分偏光の偏光成分の偏光軸角度と、偏光板の透過軸角度との差を１０°以内とすることにより、光源の利用効率を向上することができるとしている。

さらに、第３の従来例として、基板に対向して配置した反射ミラーと、このミラーの側方に配置した点状光源と、この点状光源からの光を平行光化して基板に対して平行に直進させ、反射ミラーに入射せしめる光学系とから構成され、反射ミラーによって平行光を反射させて液晶セル部に対して垂直に入射させる構成とした面状照明装置も示されている（例えば、特許文献３参照）。このように構成することで、点状光源から発した光を光学系によって平行光化することにより、従来と比較してより斜め光成分が少ない平行光とすることができ、光の利用効率も高く、且つ消費電力を低減することができるとしている。

また、第４の従来例として、偏光状態が略直線偏光に揃った状態の照明光を出射する光源部と、この光源部が出射する照明光を入射部から入射され、照明光を面光源光として出射部から出射する導光部とを備え、入射部は出射部よりも面積が小さく、導光部は入射部に入射した照明光の偏光状態を変えることなく出射部から出射する構成の面状照明装置も示されている（例えば、特許文献４参照）。このような構成とすることにより、光の利用効率が高く、高輝度な照明光を出射させることが可能であるとしている。

さらに、第５の従来例として、１個のレーザ光により簡単な構成で高品位及び高精度のコリメート平面光源を得る方法も示されている（例えば、特許文献５参照）。具体的には、所定の出射幅を有するレーザ光源と、この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、この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光面を有する偏光部材とからなる構成としている。そして、こ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、高品位で高効率の液晶表示装置を得ることができるとしている。
特開２００６−１３４９７５号公報 特開２００５−２４２１７７号公報 特開平１０−１０４６１７号公報 特開２００６−２０２７０３号公報 特開２００２−１６９４８０号公報

しかしながら、上記第１の従来例においては、バックライトユニットの光線を予め偏光させておき、偏光板の偏光方向に入射するようにしているが、この例では発光ダイオード素子を強く直線偏光させる構造に特徴を有しているため、導光板については一般的な構成しか示されていない。

また、第２の従来例においては、自然光を利用した場合に導光板中を反射や屈折する際に冷陰極蛍光管等から出射される光が完全偏光又は部分偏光となるのを利用して光利用効率を改善することが示されているが、レーザ光のように本来偏光を有するものを用いて偏光状態を保持したまま主面から垂直方向に平行光を出射させることについてはまったく記載も示唆もない。

さらに、第３の従来例では、点状光源から発した光を光学系により平行光化して液晶表示パネルに対して平行な方向から入射し、反射ミラーにより液晶表示パネルに垂直方向に入射する構成が示されているが、反射ミラーを用いていることから大面積の液晶表示パネルに応用する場合には面状照明装置の厚みが大きくなることが課題である。

また、第４の従来例では、直線偏光の照明光を出射する光源部を用いて導光板の端部から照明光を入射して、主面から平行度の高い照明光を出射する構成であるが、導光板の裏面側に複数の溝群を設け、この溝群により導光板の法線方向に出射させることが特徴である。しかしながら、この例では光源部から出射する照明光は平行光ではないため、導光板の溝群の形状を端部から入射する光路長に応じて最適化することが必要となり、導光板の作製コストが増加するという課題を有している。

さらに、第５の従来例では、導光板の端部から入射した平行光のレーザ光を導光板の内部に設けた半透過ミラーにより一部を透過させ、残部を導光板の主面に対して略垂直方向に出射させるようにしているが、主面から均一な輝度の照明光を出射させるためには半透過ミラーを多数配置しなければならず、且つその透過率を徐々に変化させることが要求される。このために、半透過ミラーを含めた導光板の製造が複雑でコストアップとなるという課題を有している。

以上述べたように、従来例においてはレーザ光源を用いて導光板の構成を簡略にしながら、偏光を保存して平行光を液晶表示パネルに照射することについては、まったく記載も示唆もされておらず、性能及びコスト面から未だ不充分である。特に、近年、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）及び青色光（Ｂ光）のレーザ光源について大出力化も実現されてきていることから、レーザ光源を用いて光利用効率を向上させるバックライトユニットの開発が望まれている。

本発明の目的は、レーザ光の偏光を保存して光利用効率を向上することができる面状照明装置及びこれを用いた液晶表示装置を提供することである。

本発明に係る面状照明装置は、略平行光のレーザ光を出射するレーザ光源と、第１及び第２の主面部と、前記第１及び第２の主面部の端部に位置する第１の端面部とを有する導光板とを備え、前記レーザ光源から出射されたレーザ光は、前記第１の主面部に対して傾斜した角度を有して前記第１の端面部から入射し、前記第１の主面部によりその光路が変更されて前記第２の主面部に入射し、前記第２の主面部から偏光状態を保持した状態で略平行光として出射する。なお、前記レーザ光源として、赤色光及び青色光を出射するレーザ光源は、半導体レーザと、該半導体レーザから出射したレーザ光を平行光にするコリメートレンズとからなることが好ましい。また、緑色光を出射するレーザ光源は、波長１．０６μｍ近傍の赤外光を出射する半導体レーザ又は固体レーザと、該赤外光を波長変換して緑色光にする第二高調波発生素子とからなることが好ましい。

このような構成とすることにより、偏光の揃ったレーザ光を用いて、その偏光状態を保存した状態で、例えば液晶表示パネルを照射することができる。このため、液晶表示パネルに対して入射する光の利用効率を改善できるので、この面状照明装置をバックライトユニットとして用いた場合に、高輝度化及び低消費電力化を実現できる。また、レーザ光は、色純度のよい赤色光、緑色光及び青色光を得ることができるので、色再現範囲を拡大して高画質を得ることもできる。なお、略平行光とは、第２の主面部から出射するレーザ光の出射方向が±５°以下の範囲内であることをいい、より望ましくは第２の主面部に対して垂直方向で、且つ±５°以下の範囲で出射する場合である。

前記第１の主面部は、前記第１の端面部から前記第１の端面部に対向する第２の端面部にかけて、前記導光板の厚みが薄くなる方向に傾斜して設けられ、前記第１の主面部には、前記第１の端面部から前記第２の端面部にかけて複数列の第１の曲面部が形成されており、前記第１の曲面部は、前記第１の端面部から入射されたレーザ光を前記第２の主面部の方向に向けて反射し、前記第２の主面部には、前記第１の端面部から前記第２の端面部にかけて前記複数列の第１の曲面部に対応した位置に複数列の第２の曲面部が形成されており、前記第２の曲面部は、前記第１の曲面部により反射されたレーザ光を前記第２の主面部から略平行光として出射する曲率を有し、前記第１の端面部から入射されたレーザ光は、前記第１及び第２の曲面部によりその光路が変更されて前記第２の主面部から略平行光として出射することが好ましい。

この場合、レーザ光を導光板の第１主面部に形成された第１曲面部により反射させ、第２の主面部に形成された第２の曲面部により略平行光として出射させることができるので、単純な傾斜構成とする場合に比べて、導光板の厚みを厚くすることなく、導光板を大面積化することができる。また、第２の主面部の第２の曲面部の形状を第１の主面部の第１の曲面部の形状に対応させた形状とすることにより、第２の主面部に対して略垂直方向にレーザ光を出射させることもできる。さらに、この面状照明装置を液晶表示装置のバックライトユニットとして用いた場合、光利用効率を向上させることもできる。なお、この場合には、第２の主面部に対して略平行な方向、すなわち第１の端面部に対して略垂直方向にレーザ光を入射させてもよいし、第１の主面部に対して傾斜して入射する構成であれば、第２の主面部に対して角度を有して入射させてもよい。

前記第１の曲面部は、入射されるレーザ光を反射して前記第２の曲面部の全面に入射させる連続曲面を有し、前記第２の曲面部は、前記第１の曲面部により反射されたレーザ光の光軸の交点を焦点とするレンズ形状を有し、前記第１の曲面部により反射されたレーザ光は、前記第２の曲面部によりその光路が変更されて前記第２の主面部に対して略垂直な方向に略平行光として出射することが好ましい。

この場合、第１の端面部から入射されたレーザ光を第２の曲面部の全面から第２の主面部に対して略垂直な方向に均一な輝度分布で出射することができるので、導光板の第２の主面部全体から均一な輝度を有する略平行光を出射させることができる。

前記第１の主面部と前記第２の主面部との間の厚みは、略一定であり、前記第１の主面部には、前記第１の端面部から入射するレーザ光の進行方向に格子ベクトルを有する第１の回折格子が形成されており、前記第２の主面部には、前記第１の回折格子により回折された光をさらに回折して略平行光として出射する第２の回折格子が形成されており、前記第１の端面部から入射するレーザ光は、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とにより回折された後、前記第２の主面部から略平行光として出射するようにしてもよい。

この場合、レーザ光が第１の端面部から入射し、導光板の第１の主面部に形成された第１の回折格子により回折され、第２の主面部に形成されている第２の回折格子により再び回折されるので、レーザ光を略平行光として第２の主面部から出射させることができる。なお、この場合には、レーザ光は第１の主面部に対して傾斜して入射するように第１の端面部から第１の主面部に向けて入射させることが必要である。

前記レーザ光源は、赤色光、緑色光及び青色光が合波されたレーザ光を出射し、前記第１の回折格子は、前記合波されたレーザ光を色分離して、赤色光を第１の方向に、緑色光を前記第１の方向と異なる第２の方向に、青色光を前記第１及び第２の方向と異なる第３の方向へ反射し、前記第２の回折格子は、前記第１の回折格子と略同一ピッチを有し、前記第１の方向から入射される赤色光、前記第２の方向から入射される緑色光及び前記第３の方向から入射される青色光を回折して各光を略平行光として出射することが好ましい。

この場合、赤色光、緑色光及び青色光を含むレーザ光が、第１の端面部から入射し、導光板の第１の主面部に形成された第１の回折格子により回折されて赤色光、緑色光及び青色光に色分離されてから第２の主面部に入射し、色分離された赤色光、緑色光及び青色光は、第２の主面部に形成されている第２の回折格子により再び回折されて略平行光として第２の主面部から出射することができる。

前記第２の主面部から出射されたレーザ光の光路を前記第２の主面部に対して略垂直な方向に変更する光路変更部材をさらに備えることが好ましい。

この場合、第２の主面部から出射されたレーザ光が第２の主面部に対して略垂直な方向に出射するので、この面状照明装置を液晶表示装置のバックライトユニットとして用いた場合、視野角特性の良好な画像を表示することができる。

前記第１の主面部は、前記第１の端面部から前記第１の端面部に対向する第２の端面部にかけて、前記導光板の厚みが薄くなる方向に傾斜して設けられ、前記第１の主面部には、前記第１の端面部から入射するレーザ光の進行方向に格子ベクトルを有する回折格子が形成されており、前記第１の端面部から入射するレーザ光は、前記回折格子によりその光路が変更されて前記第２の主面部から略平行光として出射するようにしてもよい。

この場合、例えば、赤色光、緑色光及び青色光を含むレーザ光を第１の端面部から入射させ、導光板の第１の主面部に形成された回折格子により回折させることで、第２の主面部の全面から赤色光、緑色光及び青色光を略平行光として出射させることができる。なお、この場合には、第２の主面部に対して略平行な方向、すなわち第１の端面部に対して略垂直方向にレーザ光を入射させてもよいし、第１の主面部に対して傾斜して入射する構成であれば、第２の主面部に対して角度を有して入射させてもよい。

前記レーザ光源は、赤色光、緑色光及び青色光が合波されたレーザ光を出射し、前記合波されたレーザ光を色分離して、赤色光を第１の方向に、緑色光を前記第１の方向と異なる第２の方向に、青色光を前記第１及び第２の方向と異なる第３の方向へ出射する色分離部材をさらに備え、前記回折格子は、前記第１の方向から入射される赤色光、前記第２の方向から入射される緑色光及び前記第３の方向から入射される青色光を回折して各光を前記第２の主面部に対して略垂直な方向に出射することが好ましい。

この場合、赤色光、緑色光及び青色光が第１の主面部に対する入射角度をそれぞれ異ならせて入射し、赤色光、緑色光及び青色光ともに第２の主面部に対して略垂直に入射させることができるので、これらの波長の光を第２の主面部に対して略垂直で、且つ略平行光として第２の主面部から出射させることができる。この結果、この面状照明装置を液晶表示装置のバックライトユニットとして用いた場合、光利用効率を向上させることができる。

前記第１の端面部に入射するレーザ光を前記導光板の厚み方向に走査する第１のレーザ光走査部をさらに備えることが好ましい。

この場合、導光板の厚みが比較的大きい場合であっても、その厚み全体にわたり均一にレーザ光を入射させることができるので、導光板の第２の主面部全体から均一な輝度を有する略平行光を出射させることができる。

前記第１のレーザ光走査部により走査されたレーザ光を前記第１の端面部の長手方向に走査する第２のレーザ光走査部と、前記第２のレーザ光走査部により走査されたレーザ光を略平行光に変換する光変換部材と、前記光変換部材により変換された略平行光を折り返して前記第１の端面部に導く折り返し部材とをさらに備え、前記レーザ光源、前記第１及び第２のレーザ光走査部、前記光変換部材及び前記折り返し部材は、前記第１の主面部上に配置されることが好ましい。

この場合、レーザ光源、第１及び第２のレーザ光走査部、光変換部材及び折り返し部材が第１の主面部上に配置されるので、面状照明装置をより小型にすることができる。この結果、この面状照明装置を液晶表示装置のバックライトユニットとして用いた場合、画面サイズを大きくしても、液晶表示装置全体として小型にすることができる。

前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記導光板の厚み方向及び前記第１の端面部の長手方向に拡大する拡大部材と、前記拡大部材により拡大されたレーザ光を略平行光に変換する光変換部材と、前記光変換部材により変換された略平行光を折り返して前記第１の端面部に導く折り返し部材とをさらに備え、前記レーザ光源、前記拡大部材、前記光変換部材及び前記折り返し部材は、前記第１の主面部上に配置するようにしてもよい。

この場合、レーザ光源、拡大部材、光変換部材及び折り返し部材が第１の主面部上に配置されるので、面状照明装置をより小型にすることができる。この結果、この面状照明装置を液晶表示装置のバックライトユニットとして用いた場合、画面サイズを大きくしても、液晶表示装置全体として小型にすることができる。

前記レーザ光源は、赤色光、緑色光及び青色光の波長を発光する光源を少なくとも含む複数の光源と、前記複数の光源から発光された光を合波するレーザ合波部とを備え、前記レーザ合波部により複数の波長の光が合波された光が、前記第１の端面部から入射することが好ましい。

この場合、第１の端面部から入射するレーザ光の光学系を簡略にすることができるとともに、複数の波長の光を混合したレーザ光又はそれぞれの波長のレーザ光を個別に一方の主面から出射させることも容易にできる。

本発明に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを照明するためのバックライトユニットとを備え、前記バックライトユニットは、上記の面状照明装置から構成され、前記面状照明装置から出射するレーザ光の偏光軸角度が、前記液晶表示パネルの視認面側に配置されている偏光板の偏光軸角度に対して予め設定された角度になるように、前記面状照明装置と前記液晶表示パネルとが配置される。

このような構成とすることにより、バックライトユニットとしての面状照明装置から出射するレーザ光を効率よく利用できるので、高輝度化及び低消費電力化を実現できる。

前記液晶表示パネルは、前記面状照明装置と前記液晶表示パネルとの間の偏光板を有さず、前記面状照明装置から出射するレーザ光は、前記偏光板を介さずに前記液晶表示パネルに入射することが好ましい。

この場合、レーザ光が偏光板を介さずに液晶表示パネルに入射するので、光利用効率を向上させることができるだけでなく、部品点数を削減して液晶表示装置を低コスト化することもできる。

前記面状照明装置から出射されるレーザ光は、少なくとも赤色光、緑色光及び青色光を含み、これらの色の光は、前記液晶表示パネルの画面表示の１フィールド期間内で設定された切り替え時間ごとに順次切り替えられるとともに、前記切り替え時間に同調して前記液晶表示パネルが駆動されることが好ましい。

この場合、液晶表示パネルのカラーフィルタを不要とすることができるので、より光利用効率を向上することができるとともに、高精細の画像表示も可能となる。

本発明の面状照明装置によれば、レーザ光の偏光を保存したままレーザ光を液晶表示パネルに入射させることができるので、光利用効率を改善することができ、この面状照明装置をバックライトユニットとして用いた液晶表示装置の高輝度化及び低消費電力化を実現できるという大きな効果を奏する。

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。また、図面は、理解しやすくするために面状照明装置及び液晶表示パネルの縦方向を拡大して示しており、液晶表示パネルと面状照明装置との寸法等については正確な表示ではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る面状照明装置１０の構成の概要を示す斜視図、図２は、図１に示す導光板１６の一方の主面部１６ａ側から見た面状照明装置１０の平面図、図３は、図２に示す１Ａ−１Ａ線に沿って切断した面状照明装置１０の断面概略図である。なお、図１乃至図３においては、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が、実際の構成においては、図示しないベースプレート等上に各部材を設置して全体を一体的に固定している。

また、図４は、端面導光板１５から入射したレーザ光１７が、板状の導光板１６中で他方の主面部１６ｂにおいて反射されて一方の主面部１６ａから出射される構成を説明する模式的拡大断面図である。以下、これらの図面をもとにして本実施の形態の面状照明装置１０の構成を説明する。

図１乃至図３に示すように、本実施の形態の面状照明装置１０は、以下の構成からなる。すなわち、本実施の形態の面状照明装置１０は、基本的な構成として、略平行光を出射するレーザ光源１１と、このレーザ光源１１から出射したレーザ光１７が細長い長方形形状を有する端面部１６ｃ（第１の端面部）から入射し、長方形形状を有する一方の主面部１６ａから出射する導光板１６とを備えている。そして、レーザ光１７は、導光板１６の一方の主面部１６ａ（第２の主面部）に対向する長方形形状を有する他方の主面部１６ｂ（第１の主面部）に対して傾斜した角度を有して端面部１６ｃから入射し、他方の主面部１６ｂにおいてその光路を変更されて一方の主面部１６ａに入射し、一方の主面部１６ａから略平行光として出射する。

なお、本実施の形態において、略平行光とは、例えば、一方の主面部１６ａから出射されるレーザ光の出射方向が±５°以下の範囲内であることをいい、より望ましくは、一方の主面部１６ａに対して垂直方向で、且つ±５°以下の範囲で出射することをいう。この場合、ダイクロイックミラーや部分透過ミラー等の光学素子の入射角依存性として、略フラットな反射率又は透過率を得ることができる。その他の場合についても同様の範囲をいう。

導光板１６には、レーザ光１７の入射面である端面部１６ｃからこの端面部１６ｃに対向する他方の端面部（第２の端面部）１６ｄにかけて、導光板１６の厚みが薄くなる方向に傾斜して他方の主面部１６ｂが設けられている。また、他方の主面部１６ｂには、端面部１６ｃから入射するレーザ光１７を一方の主面部１６ａ方向に向けて反射する曲面部２０（第１の曲面部）が端面部１６ｃから他方の端面部１６ｄにかけて複数列形成されている。さらに、一方の主面部１６ａには、他方の主面部１６ｂに形成された曲面部２０により反射されたレーザ光１７を一方の主面部１６ａから略平行光として出射する曲率を有する曲面部（第２の曲面部）１９が、他方の主面部１６ｂの曲面部２０に対応した位置に複数列形成されている。したがって、導光板１６は、一方の主面部１６ａと他方の主面部１６ｂとに形成されている曲面部１９、２０によりその光路が変更されて一方の主面部１６ａからレーザ光１７を略平行光として出射することができる。

次に、曲面部１９、２０の構成について、さらに具体的に説明する。導光板１６の他方の主面部１６ｂには、端面部１６ｃから入射されるレーザ光１７を一方の主面部１６ａ方向に向けて反射する曲面部２０が、端面部１６ｃから他方の端面部１６ｄにかけてレーザ光１７の進行方向に対して直交する方向に複数列形成されている。また、一方の主面部１６ａには、他方の主面部１６ｂに形成された曲面部２０により反射されたレーザ光１７を一方の主面部１６ａから略平行光として出射するように設定された曲率を有する曲面部１９が他方の主面部１６ｂの曲面部２０に対応した位置に形成されている。

また、本実施の形態では、レーザ光源１１は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の３原色をそれぞれ発光するＲ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃからなり、これらは、所定の偏光を有する略平行光を出射するように構成されている。それぞれの波長のレーザ光は、ダイクロイックミラー１２により合波された後、ビームエキスパンダー１３を用いて端面導光板１５の端面部の大きさと略同じ程度に拡げられる。そして、レーザ光１７が、反射ミラー１４を介して端面導光板１５の端面部１６ｃから端面導光板１５の内部に入射する。なお、本実施の形態では、上記ダイクロイックミラー１２がレーザ合波部となる。

また、端面導光板１５には、一定のピッチで複数の部分透過ミラー１５ａが設けられており、一定の拡がりを有して入射したレーザ光１７の一部は、部分透過ミラー１５ａにより反射されて導光板１６の端面部１６ｃに入射し、残りは次の部分透過ミラー１５ａに入射する。そして、この部分透過ミラー１５ａでも同様に一部が反射されて導光板１６の端面部１６ｃに入射し、残りはさらに次の部分透過ミラー１５ａに入射する。以下、これを順次繰り返し、最後の部分透過ミラー１５ａが入射された全ての光を反射することで、端面導光板１５から導光板１６の端面部１６ｃの全面にわたり均一で、且つ略平行光を入射させることができる。

このような構成により、レーザ光１７は、所定の偏光を有する略平行光として導光板１６の端面部１６ｃから導光板１６の一方の主面部１６ａに略平行に入射して、他方の主面部１６ｂに形成されている曲面部２０により反射される。この反射光であるレーザ光１７が一方の主面部１６ａに形成されている曲面部１９に入射し、この曲面部１９で屈折して光路が変更される結果、偏光状態を保持した状態で略平行光のレーザ光１７が、一方の主面部１６ａから垂直方向に出射する。

したがって、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が偏光状態を保持した状態で互いに略平行光として出射するので、この面状照明装置１０を後述するように液晶表示装置のバックライトユニットとして用いた場合、直線偏光している光を液晶表示パネルに対して略垂直方向に入射させることができる。このため、バックライトユニット側に通常設けられている偏光板を削除することが可能であり、レーザ光１７を効率よく液晶表示パネルに導入することができ、低消費電力化及び高輝度化を達成することができる。

なお、他方の主面部１６ｂに形成されている曲面部２０は反射鏡であるので、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる反射膜（図示せず）が形成されている。これに対して、一方の主面部１６ａに形成されている曲面部１９は、導光板１６と空気層との界面に形成されているので、この曲面部１９においては、レーザ光１７は屈折率の差異により屈折した後、空気層へ出射する。

すなわち、図４に示すように、合波されたレーザ光１７は、他方の主面部１６ｂに形成されている曲面部２０の曲面形状に基づいて反射される。なお、この曲面部２０は、端面導光板１５から出射したレーザ光１７が反射されて一方の主面部１６ａに形成されている曲面部１９に入射するように連続した曲率を有する連続曲面２０ａと、レーザ光１７の進行方向とほとんど平行で反射が生じない平行平面２０ｂとにより形成されている。

例えば、端面部１６ｃから入射されるレーザ光１７のうちのある位置から入射されるレーザ光１７ａは、曲面部２０の連続曲面２０ａの最下段部に入射するので、この反射光は、図４に示すように一方の主面部１６ａの曲面部１９の左側端部に入射する。また、レーザ光１７ｂは、曲面部２０の連続曲面２０ａの中段部に入射するので、この反射光は、図４に示すように一方の主面部１６ａの曲面部１９の中段部に入射する。同様に、レーザ光１７ｃは、曲面部２０の連続曲面２０ａの最上段部に入射するので、この反射光は、図４に示すように、一方の主面部１６ａの曲面部１９の右側端部に入射する。

なお、この曲面部２０の形状は、上記形状に限定されることはなく、導光板１６の厚み、大きさ及び材質等により最適な形状を選択することができる。例えば、平行平面２０ｂ等を設けずに全体として連続的な曲面形状であってもよいし、あるいは微小平面が連続して形成されて全体として曲面形状となっているようなものでもよい。

このように、他方の主面部１６ｂに形成されている曲面部２０は、レーザ光１７を一方の主面部１６ａに形成されている曲面部１９の所定の位置に反射するように構成されている。これに対して、一方の主面部１６ａに形成されている曲面部１９は、曲面部２０で反射したレーザ光１７の光軸の延長部の交点２１を焦点とするレンズ形状を有している。このような構成により、レーザ光１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、一方の主面部１６ａから出射するときに略平行光となる。このとき、一方の主面部１６ａと他方の主面部１６ｂとに形成されている曲面部１９、２０を適正に設計すれば、一方の主面部１６ａから出射するレーザ光１７が導光板１６の一方の主面部１６ａに対して垂直方向となるようにすることもできる。

このような構成からなる導光板１６は、透明で、光学特性や成形性に優れた樹脂材料を用いることができる。特に、複屈折が少ないアクリル樹脂やポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。

本実施の形態の面状照明装置１０に用いるレーザ光１７は、上記の例に特に限定されず、Ｒ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃから出射する光を混合したものであってもよいし、あるいはＲ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃのうちの１つであってもよい。あるいは、さらに別の波長の光源を含めたものでもよい。

このような構成からなる面状照明装置１０は、導光板１６の厚みを厚くすることなく、大面積で均一な輝度を有するレーザ光を出射させることができ、例えば液晶表示装置のバックライトユニットに用いれば、光利用効率と色再現性とを改善でき、低消費電力化と画質改善とに大きな効果を発揮することができる。

図５は、本実施の形態に係る面状照明装置１０をバックライトユニットとして用いた液晶表示装置３０の構成を示す概略斜視図、図６は、図５に示す液晶表示パネル３１側から見た液晶表示装置３０の平面図、図７は、図６に示す３Ａ−３Ａ線に沿った液晶表示装置３０の断面概略図である。また、図８は、面状照明装置１０から液晶表示パネル３１へのレーザ光の光路を説明するための断面概略図である。以下、図５乃至図８を用いて、本実施の形態の面状照明装置１０を用いた液晶表示装置３０の構成について説明する。

本実施の形態の液晶表示装置３０は、液晶表示パネル３１と、この液晶表示パネル３１を照明するためのバックライトユニット１０とを備えている。そして、このバックライトユニット１０が上記の面状照明装置１０である。以下では、上記面状照明装置１０をバックライトユニット１０として説明する。

また、本実施の形態では、液晶表示パネル３１は、バックライトユニット１０と液晶表示パネル３１との間に偏光板を有さず、液晶表示パネル３１を照明するためのレーザ光１７は、偏光板を介さずに液晶表示パネル３１に入射する構成としている。すなわち、バックライトユニット１０から出射するレーザ光１７の偏光軸角度を、液晶表示パネル３１の視認面側に配置されている偏光板３６の偏光軸角度に対して予め設定した角度になるように、バックライトユニット１０と液晶表示パネル３１とを配置している。

導光板１６の一方の主面部１６ａから出射するレーザ光１７は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光を合波した光である。そして、これらの光は直線偏光しているので、液晶表示パネル３１の液晶３３の配向方向及び視認側に設けられている偏光板３６に対して偏光の傾きが予め設定した値となるように、液晶表示パネル３１とバックライトユニット１０とを配置することで、バックライトユニット１０側の偏光板を不要にできる。

例えば、バックライトユニット１０からの光が、液晶３３に電圧を印加しない状態で、液晶３３を透過し、且つ偏光板３６を透過するように、液晶表示パネル３１と面状照明装置１０とを配置すれば、ノーマリホワイト表示となり、液晶３３に電圧を印加すると、レーザ光１７は液晶３３を透過しなくなるので、黒表示となる。逆に、バックライトユニット１０からの光が、液晶３３に電圧を印加しない状態で、液晶３３により遮断されるように、液晶表示パネル３１と面状照明装置１０とを配置すれば、ノーマリブラック表示となり、液晶３３に電圧を印加すると、レーザ光１７は液晶３３を透過し、且つ偏光板３６を透過するので、白表示が得られる。

このように、本実施の形態の面状照明装置１０をバックライトユニットとして用いた液晶表示装置３０では、バックライトユニット１０側の偏光板を設けないようにすることにより、レーザ光源１１から出射されるレーザ光１７を効率よく液晶表示パネル３１に入射させることができ、高輝度化及び低消費電力化を実現することができる。

なお、液晶表示パネル３１は、透過型又は半透過型構成で、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６に示すように赤色画素部（Ｒサブピクセル）Ｒ、緑色画素部（Ｇサブピクセル）Ｇ及び青色画素部（Ｂサブピクセル）Ｂを１つの画素３５とする多数の画素が、マトリックス状に設けられており、ＴＦＴにより駆動される。そして、２枚のガラス基板３２、３４の間に液晶３３が設けられており、この液晶３３を駆動するためのＴＦＴは、ガラス基板３２、３４の一方に形成されているが、図示していない。この液晶表示パネル３１は、従来から使用されている構成であり、バックライトユニット１０側の偏光板を除いただけであるので、さらなる説明を省略する。

上記の液晶表示装置３０では、バックライトユニット１０として本実施の形態の面状照明装置１０を用いているので、光利用効率を改善でき、高輝度化及び低消費電力化を実現できる。また、レーザ光源１１を構成するＲ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃの発光波長として非常に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。この結果、従来の冷陰極蛍光管やＬＥＤ光源を使用する方式に比べて、さらに高画質の画像表示を得ることもできる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の実施の形態２に係る面状照明装置４０の構成の概要を示す斜視図、図１０は、図９に示す導光板４２の上に配置されているプリズムシート４５側から見た面状照明装置４０の平面図、図１１は、図１０に示す５Ａ−５Ａ線に沿って切断した面状照明装置４０の断面概略図である。なお、図９乃至図１１においては、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が、実際の構成においては、図示しないベースプレート等上に各部材を設置して全体を一体的に固定している。

また、図１２は、端面導光板４１から入射したレーザ光１７が、導光板４２中で他方の主面部４２ｂと一方の主面部４２ａとにおいてそれぞれ回折された後、プリズムシート４５でさらに屈折されて一方の主面部４２ａに対して略垂直方向に照明光１８として出射される構成を説明するための模式的な断面図である。以下、図９乃至図１２を用いて詳細に説明する。

図９乃至図１１に示すように、本実施の形態の面状照明装置４０は、以下の構成からなる。すなわち、この面状照明装置４０は、基本的な構成として、レーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射したレーザ光１７を端面部４２ｃから入射され、一方の主面部４２ａから出射する導光板４２とを備えている。そして、この導光板４２は、一方の主面部４２ａと他方の主面部４２ｂとの間の厚みが一定の形状を有している。

また、図１２に示すように、他方の主面部４２ｂには、端面部４２ｃから入射するレーザ光１７の進行方向に格子ベクトルを有する第１の回折格子４３が形成されている。同様に、一方の主面部４２ａには、他方の主面部４２ｂに形成された第１の回折格子４３により回折された光である単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃをさらに回折して略平行光として出射する第２の回折格子４４が形成されている。

なお、本実施の形態では、レーザ光１７は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の３原色が合波されたものであるので、第１の回折格子４３によりそれぞれ色分離されて、単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃとなり、一方の主面部４２ａに設けられている第２の回折格子４４に入射する。また、合波された状態のレーザ光１７は、端面部４２ｃから他方の主面部４２ｂの方向に傾斜した角度を有して入射しており、他方の主面部４２ｂに対して小さい入射角度とする方が導光板４２の大面積化に有利である。ただし、第１の回折格子４３の設計によって、入射角度は制約を受ける。

第１の回折格子４３により回折されて色分離された単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、一方の主面部４２ａに設けられている第２の回折格子４４により回折を受け、すべてが略平行な一定の方向に出射する。一方の主面部４２ａ上には、プリズムシート（光路変更部材）４５が設けられているので、このプリズムシート４５により、これらの単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、屈折して一方の主面部４２ａに対して略垂直方向に略平行光として出射する。

すなわち、本実施の形態では、第１の回折格子４３と第２の回折格子４４とは、そのピッチを略同じにすることで単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃの波長にかかわらず一方の主面部４２ａから互いに略平行光を出射させることができる。そして、このような略平行光をさらにプリズムシート４５で屈折させることで、偏光状態を保持した状態で、上記のように略平行光を一方の主面部４２ａに対して略垂直方向に出射させることができる。

なお、本実施の形態においても、レーザ光源１１は、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光の３原色をそれぞれ発光するＲ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃからなる。これらの波長の光は、ダイクロイックミラー１２により合波された後、ビームエキスパンダー１３を用いて端面導光板４１の端面部の大きさと略同じ程度に拡げられる。そして、レーザ光１７が、反射ミラー１４を介して端面導光板４１の端面部４２ｃから端面導光板４１の内部に入射する。なお、本実施の形態では、ダイクロイックミラー１２がレーザ合波部となる。これらについては、実施の形態１と同じであるが、本実施の形態においては、端面導光板４１の構成は、実施の形態１とは一部異なるので、以下この点について説明する。

本実施の形態では、端面導光板４１には一定のピッチで部分透過ミラー４１ａが設けられている。そして、この部分透過ミラー４１ａは、入射したレーザ光１７の一部を反射して導光板４２の端面部４２ｃに入射させるときに、他方の主面部４２ｂに対して一定の傾斜角度を有して入射するような傾きを設けている。

したがって、一定の拡がりを有して入射したレーザ光１７の一部は、部分透過ミラー４１ａにより反射されて導光板４２の端面部４２ｃに一定の傾きを持って入射し、残りは次の部分透過ミラー４１ａに入射する。そして、この部分透過ミラー４１ａでも同様に一部が反射されて導光板４２の端面部４２ｃに一定の傾きをもって入射し、残りはさらに次の部分透過ミラー４１ａに入射する。以下、これを順次繰り返し、最後の部分透過ミラー４１ａが入射された全ての光を反射することで、端面導光板４１から導光板４２の端面部４２ｃの全面にわたり均一で、且つ略平行光を一定の傾きをもって入射させることができる。

このような構成により、レーザ光１７は、所定の偏光を有する略平行光として導光板４２の端面部４２ｃから一定の傾きを持って入射するので、上記のように第１の回折格子４３と第２の回折格子４４とで所定の回折を受けてプリズムシート４５に入射し、略平行光の照明光１８として偏光状態を保持した状態で出射する。

図１３は、本実施の形態に係る面状照明装置４０をバックライトユニットとして用いた液晶表示装置５０の構成と、面状照明装置４０から液晶表示パネル３１へのレーザ光の光路とを説明するための模式的な部分断面概略図である。

本実施の形態の液晶表示装置５０も、実施の形態１の液晶表示装置３０と同様に、液晶表示パネル３１と、この液晶表示パネル３１を照明するためのバックライトユニット４０とを備えている。そして、このバックライトユニット４０が上記の面状照明装置４０である。具体的な構成等については、面状照明装置４０の構成が異なるのみで、その他については実施の形態１の液晶表示装置３０と同じであるので説明を省略する。

この液晶表示装置５０についても、バックライトユニットである面状照明装置４０側の偏光板を設けないようにすることにより、レーザ光源１１から出射されるレーザ光１７を効率よく液晶表示パネル３１に入射させることができ、高輝度化及び低消費電力化が可能となる。また、レーザ光源１１を構成するＲ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃの発光波長として非常に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。この結果、従来の冷陰極蛍光管やＬＥＤ光源を使用する方式に比べて、さらに高画質の画像表示を得ることもできる。

（実施の形態３）
図１４は、本発明の実施の形態３に係る面状照明装置６０を用いた液晶表示装置７０の構成を説明するために面状照明装置６０側から見た液晶表示装置７０の平面図、図１５は、図１４に示す７Ａ−７Ａ線に沿って切断した液晶表示装置７０の断面概略図である。図１６は、図１４に示す液晶表示装置７０のバックライトユニットとして用いた面状照明装置６０の主要部の構成を示す模式的な断面図、図１７は、図１６に示す導光板６６におけるレーザ光の光路を説明するための模式的な断面図である。以下では、この面状照明装置６０をバックライトユニット６０として説明する。

本実施の形態の液晶表示装置７０に用いるバックライトユニット６０は、導光板６６の端面部６６ｃに略平行光を入射させるための光学系として、ポリゴンミラー６２を用いている。すなわち、このバックライトユニット６０では、合波されたレーザ光１７は、ポリゴンミラー６２（第２のレーザ光走査部）により反射された後、図１４に示すような形状を有するシリンドリカルフレネルレンズ６４（光変換部材）の長手方向に走査されながら、シリンドリカルフレネルレンズ６４に入射する。

ここで、ポリゴンミラー６２に入射するレーザ光１７を、ポリゴンミラー６２のミラー面に沿ってスイープしながら入射させることで、シリンドリカルフレネルレンズ６４の幅方向（図１４の紙面に垂直な方向）全体にわたり入射させることができる。すなわち、端面部６６ｃに入射するレーザ光１７を導光板６６の厚み方向（図１４の紙面に垂直な方向）に走査するレーザ光走査部６１（第１のレーザ光走査部）が設けられている。

具体的には、レーザ光源１１（Ｒ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃ）は、導光板６６の厚み方向に移動可能に支持され、レーザ光走査部６１は、レーザ光源１１を導光板６６の厚み方向に振動させる。この場合、レーザ光１７が振動するので、スペックルノイズを低減することができる。

なお、ポリゴンミラー６２の回転速度の制御は、ミラー制御回路６３により行われる。また、レーザ光走査部６１は、ミラー制御回路６３によるポリゴンミラー６２の回転速度の制御に同期して、それぞれの光源（Ｒ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃ）のレーザ光の出力等も制御する。さらに、レーザ光走査部６１とミラー制御回路６３とは、図示しない液晶表示回路の制御を受ける。

例えば、レーザ光走査部６１は、液晶表示回路の制御の下、フィールドシーケンシャル（Ｆｉｅｌｄ Ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）方式を用いて、Ｒ光源１１ａ、Ｇ光源１１ｂ及びＢ光源１１ｃから出射されるＲ光、Ｇ光及びＢ光を、液晶表示パネル３１の画面表示の１フィールド期間内で設定された切り替え時間ごとに順次切り替えるとともに、この切り替え時間に同調して液晶表示パネル３１を駆動することができる。この場合、液晶表示パネル３１のカラーフィルタを不要とすることができるので、より光利用効率を向上することができるだけでなく、高精細の画像表示も可能となる。

レーザ光１７は、シリンドリカルフレネルレンズ６４により光路変換部６５（折り返し部材）の長さ方向に対して垂直な方向に曲げられる。これにより、レーザ光１７は、ポリゴンミラー６２でスイープされた幅全体にわたり、光路変換部６５の長さ方向に対して垂直な方向から光路変換部６５に入射する。入射したレーザ光１７の光路は、光路変換部６５によりさらに１８０°折り曲げられる。この場合に、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が合波されてなるレーザ光１７は、以下に説明するダイクロイックミラー６５ａ、６５ｂ、６５ｃ（色分離部材）により端面部６６ｃに入射するときの入射角度が異なる単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃ（図１６及び図１７参照）となり、一方の主面部６６ａに対して傾斜して設けられている他方の主面部６６ｂにそれぞれ異なる傾斜角度で入射する。

すなわち、ダイクロイックミラー６５ａ、６５ｂ、６５ｃは、光路変換部６５の長さにわたって設けられており、さらに図１５及び図１６に示すようにそれぞれ異なる角度を有している。このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光が合波されてなるレーザ光１７が光路変換部６５に入射したときに、Ｒ光とＧ光とは透過するが、Ｂ光のみが反射するダイクロイックミラー６５ａにより、Ｂ光が反射されて一定の角度で導光板６６の端面部６６ｃから入射する。次に、Ｒ光は透過するが、Ｇ光のみ反射するダイクロイックミラー６５ｂにより、Ｇ光が反射されて別の一定の角度で導光板６６の端面部６６ｃから入射する。さらに、Ｒ光のみを反射するダイクロイックミラー６５ｃにより、Ｒ光が反射されてさらに別の一定の角度で導光板６６の端面部６６ｃから入射する。

そして、入射角度の異なる単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、他方の主面部６６ｂに設けた回折格子６７により回折を受けて、一方の主面部６６ａから偏光状態を保持した状態で略平行光として出射し、液晶表示パネル３１を照明する。なお、液晶表示パネル３１とバックライトユニット６０との組み合わせ構成や材料等については、実施の形態１で説明した液晶表示装置３０と同じとしてもよいので説明を省略する。

次に、図１６及び図１７を用いて、光路変換部６５から異なる角度で入射する単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃが回折格子６７により回折して同一方向から出射する光路を説明する。図１６は、光路変換部６５から導光板６６に入射する光路を説明するための模式的な断面図で、図１７は、入射角度の異なる単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃが回折格子６７により回折して同一方向に出射するための入射角度を説明するための模式図である。

図１７に示すように、一方の主面部６６ａと他方の主面部６６ｂとがなす角度をθ５、他方の主面部６６ｂに対して垂直な法線６８を基準としてレーザ光１７の回折角度をθ４、単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃの入射角度をそれぞれθ１、θ２、θ３とする。このような角度の場合、単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃの入射角度θ１、θ２、θ３を適当に設定すれば、これらのレーザ光の回折角度θ４が同じになり、単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃは再び合波されたレーザ光１７として一方の主面部６６ａから略平行光として出射する。

例えば、回折格子６７のピッチを０．７９μｍ、θ４及びθ５をともに１０°としたとき、単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃのすべてが同じ回折角度θ４で出射するためには、Ｒ光の波長を６４０ｎｍ、Ｇ光の波長を５３０ｎｍ、Ｂ光の波長を４５０ｎｍとすれば、θ１＝８０°、θ２＝５８°、θ３＝４８°に設定すればよい。

このような角度で単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃを他方の主面部６６ｂに入射させるために、図１６に示すように、光路変換部６５に設けるダイクロイックミラー６５ａ、６５ｂ、６５ｃの傾きを設定すればよい。これにより、図１６に示すように、光路変換部６５に入射したレーザ光１７は、ダイクロイックミラー６５ａ、６５ｂ、６５ｃにより色分離されるとともに、それぞれの波長に対応した入射角度の単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃとして他方の主面部６６ｂに形成されている回折格子６７に入射する。

本実施の形態の面状照明装置６０の場合には、上記から理解できるように、レーザ光１７の光路の途中では単色レーザ光１８ａ、１８ｂ、１８ｃとなるが、最終的に一方の主面部６６ａから出射するときには、これらが合波されたレーザ光１７として出射する。

このように、本実施の形態の面状照明装置６０を用いた液晶表示装置７０の場合には、比較的大面積の面状照明装置が容易に作製できるので、より大画面サイズの液晶表示装置７０を実現することができる。なお、本実施の形態では、導光板６６の他方の主面部６６ｂにのみ回折格子６７を設けたが、回折格子を形成したシートを、本実施の形態の導光板の他方の主面部の位置に配置するだけの構成であってもよい。この場合には、一方の主面部は液晶表示パネルに平行な仮想面として考えればよい。

（実施の形態４）
図１８は、本発明の実施の形態４に係る面状照明装置８１を用いて構成した液晶表示装置８０を説明するために面状照明装置８１側から見た液晶表示装置８０の平面図、図１９は、図１８に示す１０Ａ−１０Ａ線に沿って切断した液晶表示装置８０の断面図である。なお、本実施の形態においては、面状照明装置８１をバックライトユニットとして用いているので、以下ではこの面状照明装置８１をバックライトユニット８１として説明する。

本実施の形態の液晶表示装置８０は、導光板１６の端面部１６ｃに略平行光を入射させるための光学系に特徴を有し、導光板１６は、実施の形態１の面状照明装置１０に用いられているものと同じである。すなわち、本実施の形態のバックライトユニット８１では、合波されたレーザ光１７は、反射ミラー１４により反射された後、ビームエキスパンダー８２により図１９に示すように縦方向（図１８の紙面に垂直な方向）に拡げられ、さらに第１のシリンドリカルレンズ８３により図１８に示すように幅方向（図１８の紙面に平行な方向）に拡げられた後、第２のシリンドリカルレンズ８４に入射する。第１及び第２のシリンドリカルレンズ８３、８４が拡大部材となる。

この第２のシリンドリカルレンズ８４により、レーザ光１７は、光路変換部８５の長さ方向に対して垂直な方向に曲げられた後、光路変換部８５に入射する。入射したレーザ光１７の光路は、光路変換部８５によりさらに１８０°曲げられ、導光板１６の端面部１６ｃに入射する。これ以降については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

本実施の形態の面状照明装置８１の場合には、実施の形態１で説明したような端面導光板１５が不要であり、また、レーザ光源１１、ダイクロイックミラー１２、反射ミラー１４、ビームエキスパンダー８２、第１のシリンドリカルレンズ８３及び第２のシリンドリカルレンズ８４を導光板１６上に配置することができるので、面状照明装置８１をより小型にすることができる。この結果、画面サイズを大きくしても、液晶表示装置８０全体としては小型にすることができる。

（実施の形態５）
図２０は、本発明の実施の形態５に係る面状照明装置９１を用いて構成した液晶表示装置９０を説明するために面状照明装置９１側から見た液晶表示装置９０の平面図、図２１は、図２０に示す１１Ａ−１１Ａ線に沿って切断した液晶表示装置９０の断面図である。なお、本実施の形態においては、面状照明装置９１をバックライトユニットとして用いているので、以下ではこの面状照明装置９１をバックライトユニット９１として説明する。

本実施の形態の液晶表示装置９０は、導光板１６の端面部１６ｃに略平行光を入射させるための光学系としてポリゴンミラー９２を用いている点に特徴を有し、導光板１６は実施の形態１の面状照明装置１０に用いられているものと同じである。すなわち、本実施の形態のバックライトユニット９１では、合波されたレーザ光１７は、ミラー制御回路９３により制御されるポリゴンミラー９２により反射された後、第２のシリンドリカルレンズ８４の長手方向に走査されながら、第２のシリンドリカルレンズ８４に入射する。

ここで、実施の形態３と同様にして図略のレーザ光走査部により、ポリゴンミラー９２に入射するレーザ光１７を、図２１に示すようにポリゴンミラー９２のミラー面に沿ってスイープしながら入射させることで、第２のシリンドリカルレンズ８４の幅方向全体にわたり入射させることができる。そして、第２のシリンドリカルレンズ８４により、レーザ光１７は、光路変換部８５の長さ方向に対して垂直な方向に曲げられた後、光路変換部８５に入射する。入射したレーザ光１７の光路は、光路変換部８５によりさらに１８０°折り曲げられた後、導光板１６の端面部１６ｃに入射する。これ以降については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

本実施の形態の面状照明装置９１の場合には、実施の形態１で説明したような端面導光板１５が不要であり、また、レーザ光源１１、レーザ光走査部、ダイクロイックミラー１２、ポリゴンミラー９２、ミラー制御回路９３及び第２のシリンドリカルレンズ８４を導光板１６上に配置することができるので、面状照明装置９１をより小型にすることができる。この結果、画面サイズを大きくしても、液晶表示装置９０全体としては小型にすることができる。

（実施の形態６）
図２２は、本発明の実施の形態６に係る面状照明装置１０１を用いて構成した液晶表示装置１００を説明するための図に面状照明装置１０１側から見た液晶表示装置１００の平面図、図２３は、図２２に示す１２Ａ−１２Ａ線に沿って切断した液晶表示装置１００の断面図である。なお、本実施の形態においては、面状照明装置１０１をバックライトユニットとして用いているので、以下ではこの面状照明装置１０１をバックライトユニット１０１として説明する。

本実施の形態の液晶表示装置１００は、上記実施の形態５で使用した第２のシリンドリカルレンズ８４に代えて図２２に示すような形状を有するシリンドリカルフレネルレンズ１０２を用いている点に特徴を有する。シリンドリカルフレネルレンズ１０２は、実施の形態３のシリンドリカルフレネルレンズ６４と同様の形状を有し、レーザ光１７は、シリンドリカルフレネルレンズ１０２により光路変換部８５の長さ方向に対して垂直な方向に曲げられる。その他の構成については、実施の形態５の面状照明装置９１及び液晶表示装置９０と同じであるので説明を省略する。

本実施の形態の面状照明装置１０１の場合には、上記実施の形態５と同様に端面導光板１５が不要であり、また、レーザ光源１１、ダイクロイックミラー１２、反射ミラー１４、ポリゴンミラー９２、ミラー制御回路９３及びシリンドリカルフレネルレンズ１０２を導光板１６上に配置することができるので、面状照明装置１０１をより小型にすることができる。この結果、大面積の面状照明装置１０１を実現することも容易であるので、より大画面サイズの液晶表示装置１００を実現することができる。

なお、上記実施の形態４から実施の形態６では、面状照明装置の導光板として実施の形態１で説明した導光板１６を用いた例について説明したが、例えば、実施の形態２で説明した導光板４２とプリズムシート４５との構成を用いてもよい。同様に、実施の形態１から実施の形態６の各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

また、実施の形態１から実施の形態６においては、Ｒ光源、Ｇ光源及びＢ光源から出射されるＲ光、Ｇ光及びＢ光を合波して導光板に入射させる構成としたが、本発明はこれに限定されない。これらの光とは別の波長の光をさらに加えてもよい。

また、実施の形態１から実施の形態６において、レーザ光源として少なくともＲ光、Ｇ光及びＢ光を発光するＲ光源、Ｇ光源及びＢ光源を用い、これらの色の光を液晶表示パネルの画面表示の１フィールド期間内で設定された切り替え時間ごとに順次切り替えるとともに、この切り替え時間に同調して液晶表示パネルを駆動するようにしてもよい。このようにすれば、液晶表示パネルのカラーフィルタを不要とすることもできるので、より光利用効率を向上することができるだけでなく、高精細の画像表示も可能となる。

また、実施の形態１から実施の形態６においては、液晶表示パネルとしてバックライトユニット側の偏光板を設けない場合について説明したが、従来と同様にバックライトユニット側にも偏光板を設けた液晶表示パネルに実施の形態１から実施の形態６で説明した面状照明装置をバックライトユニットとして用いてもよい。

さらに、実施の形態１から実施の形態６では、ＴＦＴで駆動する構成の液晶表示パネルについて説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば単純マトリクス駆動方式の液晶表示パネルであってもよい。また、液晶を用いた表示方式としては、ＴＮ方式、ＳＴＮ方式あるいは強誘電液晶を用いた駆動方式、さらにはＩＰＳ方式等、両面に偏光板を用いる構成であれば、いずれについても本発明を適用することができる。

本発明の面状照明装置によれば、レーザ光の偏光を保存したまま液晶表示パネルにレーザ光を入射させることができるので、バックライトユニット側の偏光板を不要にすることができ、光利用効率を改善できる。したがって、この面状照明装置をバックライトユニットとして用いた液晶表示装置の高輝度化及び低消費電力化を実現できることから、テレビジョン用途だけでなく表示装置を必要とする種々の電子機器分野に有用である。

本発明の実施の形態１に係る面状照明装置の構成の概要を示す斜視図である。 図１に示す導光板の一方の主面部側から見た面状照明装置の平面図である。 図２に示す１Ａ−１Ａ線に沿って切断した面状照明装置の断面概略図である。 実施の形態１において、端面導光板から入射したレーザ光が、導光板中で他方の主面部において反射されて一方の主面部から出射される構成を説明する模式的拡大断面図である。 実施の形態１に係る面状照明装置をバックライトユニットとして用いた液晶表示装置の構成を示す概略斜視図である。 図５に示す液晶表示パネル側から見た液晶表示装置の平面図である。 図６に示す３Ａ−３Ａ線に沿った液晶表示装置の断面概略図である。 実施の形態１において、面状照明装置から液晶表示パネルへのレーザ光の光路を説明するための断面概略図である。 本発明の実施の形態２に係る面状照明装置の構成の概要を示す斜視図である。 図９に示す導光板の上に配置されているプリズムシート側から見た面状照明装置の平面図である。 図１０に示す５Ａ−５Ａ線に沿って切断した面状照明装置の断面概略図である。 実施の形態２において、端面導光板から入射したレーザ光が導光板中で他方の主面部と一方の主面部とにおいて、それぞれ回折された後、プリズムシートでさらに屈折されて一方の主面部に対して略垂直方向に照明光として出射される構成を説明するための模式的な断面図である。 実施の形態２に係る面状照明装置をバックライトユニットとして用いた液晶表示装置の構成と、面状照明装置から液晶表示パネルへのレーザ光の光路とを説明するための模式的な部分断面概略図である。 本発明の実施の形態３に係る面状照明装置を用いた液晶表示装置の構成を説明するために面状照明装置側から見た液晶表示装置の平面図である。 図１４に示す７Ａ−７Ａ線に沿って切断した液晶表示装置の断面概略図である。 実施の形態３において、液晶表示装置のバックライトユニットとして用いた面状照明装置の主要部の構成を示す模式的な断面図である。 図１６に示す導光板におけるレーザ光の光路を説明するための模式的な断面図である。 本発明の実施の形態４に係る面状照明装置を用いて構成した液晶表示装置を説明するために面状照明装置側から見た液晶表示装置の平面図である。 図１８に示す１０Ａ−１０Ａ線に沿って切断した液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施の形態５に係る面状照明装置を用いて構成した液晶表示装置を説明するために面状照明装置側から見た液晶表示装置の平面図である。 図２０に示す１１Ａ−１１Ａ線に沿って切断した液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施の形態６に係る面状照明装置を用いて構成した液晶表示装置を説明するために面状照明装置側から見た液晶表示装置の平面図である。 図２２に示す１２Ａ−１２Ａ線に沿って切断した液晶表示装置の断面図である。

符号の説明

１０、４０、６０、８１、９１、１０１ 面状照明装置（バックライトユニット）
１１ レーザ光源
１１ａ Ｒ光源
１１ｂ Ｇ光源
１１ｃ Ｂ光源
１２ ダイクロイックミラー
１３，８２ ビームエキスパンダー
１４ 反射ミラー
１５、４１ 端面導光板
１５ａ、４１ａ 部分透過ミラー
１６、４２、６６ 導光板
１６ａ、４２ａ、６６ａ 一方の主面部
１６ｂ、４２ｂ、６６ｂ 他方の主面部
１６ｃ、４２ｃ、６６ｃ 端面部
１６ｄ 他方の端面部
１９、２０ 曲面部
２０ａ 連続曲面
２０ｂ 平行平面
３０、５０、７０、８０、９０、１００ 液晶表示装置
３１ 液晶表示パネル
３２、３４ ガラス基板
３３ 液晶
３５ 画素
３６ 偏光板
４３ 第１の回折格子
４４ 第２の回折格子
４５ プリズムシート
６１ レーザ光走査部
６２，９２ ポリゴンミラー
６３ ミラー制御回路
６４、１０２ シリンドリカルフレネルレンズ
６５、８５ 光路変換部
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ ダイクロイックミラー
６７ 回折格子
８３ 第１のシリンドリカルレンズ
８４ 第２のシリンドリカルレンズ

Claims (15)

1. 所定の偏光を有する略平行光のレーザ光を出射するレーザ光源と、
   第１及び第２の主面部と、前記第１及び第２の主面部の端部に位置する第１の端面部とを有する導光板とを備え、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光は、前記第１の主面部に対して傾斜した角度を有して前記第１の端面部から入射し、前記第１の主面部によりその光路が変更されて前記第２の主面部に入射し、前記第２の主面部から偏光状態を保持した状態で略平行光として出射することを特徴とする面状照明装置。
2. 前記第１の主面部は、前記第１の端面部から前記第１の端面部に対向する第２の端面部にかけて、前記導光板の厚みが薄くなる方向に傾斜して設けられ、
   前記第１の主面部には、前記第１の端面部から前記第２の端面部にかけて複数列の第１の曲面部が形成されており、前記第１の曲面部は、前記第１の端面部から入射されたレーザ光を前記第２の主面部の方向に向けて反射し、
   前記第２の主面部には、前記第１の端面部から前記第２の端面部にかけて前記複数列の第１の曲面部に対応した位置に複数列の第２の曲面部が形成されており、前記第２の曲面部は、前記第１の曲面部により反射されたレーザ光を前記第２の主面部から略平行光として出射する曲率を有し、
   前記第１の端面部から入射されたレーザ光は、前記第１及び第２の曲面部によりその光路が変更されて前記第２の主面部から略平行光として出射することを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記第１の曲面部は、入射されるレーザ光を反射して前記第２の曲面部の全面に入射させる連続曲面を有し、
   前記第２の曲面部は、前記第１の曲面部により反射されたレーザ光の光軸の交点を焦点とするレンズ形状を有し、
   前記第１の曲面部により反射されたレーザ光は、前記第２の曲面部によりその光路が変更されて前記第２の主面部に対して略垂直な方向に略平行光として出射することを特徴とする請求項２に記載の面状照明装置。
4. 前記第１の主面部と前記第２の主面部との間の厚みは、略一定であり、
   前記第１の主面部には、前記第１の端面部から入射するレーザ光の進行方向に格子ベクトルを有する第１の回折格子が形成されており、
   前記第２の主面部には、前記第１の回折格子により回折された光をさらに回折して略平行光として出射する第２の回折格子が形成されており、
   前記第１の端面部から入射するレーザ光は、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子とにより回折された後、前記第２の主面部から略平行光として出射することを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
5. 前記レーザ光源は、赤色光、緑色光及び青色光が合波されたレーザ光を出射し、
   前記第１の回折格子は、前記合波されたレーザ光を色分離して、赤色光を第１の方向に、緑色光を前記第１の方向と異なる第２の方向に、青色光を前記第１及び第２の方向と異なる第３の方向へ反射し、
   前記第２の回折格子は、前記第１の回折格子と略同一ピッチを有し、前記第１の方向から入射される赤色光、前記第２の方向から入射される緑色光及び前記第３の方向から入射される青色光を回折して各光を略平行光として出射することを特徴とする請求項４に記載の面状照明装置。
6. 前記第２の主面部から出射されたレーザ光の光路を前記第２の主面部に対して略垂直な方向に変更する光路変更部材をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の面状照明装置。
7. 前記第１の主面部は、前記第１の端面部から前記第１の端面部に対向する第２の端面部にかけて、前記導光板の厚みが薄くなる方向に傾斜して設けられ、
   前記第１の主面部には、前記第１の端面部から入射するレーザ光の進行方向に格子ベクトルを有する回折格子が形成されており、
   前記第１の端面部から入射するレーザ光は、前記回折格子によりその光路が変更されて前記第２の主面部から略平行光として出射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. 前記レーザ光源は、赤色光、緑色光及び青色光が合波されたレーザ光を出射し、
   前記合波されたレーザ光を色分離して、赤色光を第１の方向に、緑色光を前記第１の方向と異なる第２の方向に、青色光を前記第１及び第２の方向と異なる第３の方向へ出射する色分離部材をさらに備え、
   前記回折格子は、前記第１の方向から入射される赤色光、前記第２の方向から入射される緑色光及び前記第３の方向から入射される青色光を回折して各光を前記第２の主面部に対して略垂直な方向に出射することを特徴とする請求項７に記載の面状照明装置。
9. 前記第１の端面部に入射するレーザ光を前記導光板の厚み方向に走査する第１のレーザ光走査部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の面状照明装置。
10. 前記第１のレーザ光走査部により走査されたレーザ光を前記第１の端面部の長手方向に走査する第２のレーザ光走査部と、
    前記第２のレーザ光走査部により走査されたレーザ光を略平行光に変換する光変換部材と、
    前記光変換部材により変換された略平行光を折り返して前記第１の端面部に導く折り返し部材とをさらに備え、
    前記レーザ光源、前記第１及び第２のレーザ光走査部、前記光変換部材及び前記折り返し部材は、前記第１の主面部上に配置されることを特徴とする請求項９に記載の面状照明装置。
11. 前記レーザ光源から出射されたレーザ光を前記導光板の厚み方向及び前記第１の端面部の長手方向に拡大する拡大部材と、
    前記拡大部材により拡大されたレーザ光を略平行光に変換する光変換部材と、
    前記光変換部材により変換された略平行光を折り返して前記第１の端面部に導く折り返し部材とをさらに備え、
    前記レーザ光源、前記拡大部材、前記光変換部材及び前記折り返し部材は、前記第１の主面部上に配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の面状照明装置。
12. 前記レーザ光源は、赤色光、緑色光及び青色光の波長を発光する光源を少なくとも含む複数の光源と、前記複数の光源から発光された光を合波するレーザ合波部とを備え、
    前記レーザ合波部により複数の波長の光が合波された光が、前記第１の端面部から入射することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の面状照明装置。
13. 液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルを照明するためのバックライトユニットとを備え、
    前記バックライトユニットは、請求項１〜１２のいずれかに記載の面状照明装置から構成され、
    前記面状照明装置から出射するレーザ光の偏光軸角度が、前記液晶表示パネルの視認面側に配置されている偏光板の偏光軸角度に対して予め設定された角度になるように、前記面状照明装置と前記液晶表示パネルとが配置されることを特徴とする液晶表示装置。
14. 前記液晶表示パネルは、前記面状照明装置と前記液晶表示パネルとの間の偏光板を有さず、前記面状照明装置から出射するレーザ光は、前記偏光板を介さずに前記液晶表示パネルに入射することを特徴とする請求項１３に記載の液晶表示装置。
15. 前記面状照明装置から出射されるレーザ光は、少なくとも赤色光、緑色光及び青色光を含み、これらの色の光は、前記液晶表示パネルの画面表示の１フィールド期間内で設定された切り替え時間ごとに順次切り替えられるとともに、前記切り替え時間に同調して前記液晶表示パネルが駆動されることを特徴とする請求項１４記載の液晶表示装置。

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