JP5149200B2 - 面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源としてレーザ光を利用した面状照明装置と、及びその面状照明装置を用いた液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置には、冷陰極蛍光管を利用したバックライト照明が広く使用されている。また近年では、より鮮明で自然な色調を再現するために、赤色光、緑色光、及び青色光の３色の発光ダイオード（ＬＥＤ素子）を用いたバックライト照明も、開発が進められている。

これらのバックライト照明のうち、大型で高輝度が必要とされるものには、陰極蛍光管あるいはＬＥＤ素子を平面状に並べた直下型照明装置が用いられる。また、比較的小型のものには、光源からの光を導光板側面（入射面）から入射させ、導光板の一方の主面（出射面）から出射させて照明する、通称エッジライトと呼ばれる側方光源型面状照明装置が用いられる。

将来的には、液晶表示装置に対しては、壁掛けＴＶ等の薄型で大画面化への要望がさらに強まると考えられる。しかし、直下型照明装置には、エッジライト方式と比べて薄型化が困難という課題があり、また、エッジライト方式には、大画面化すると十分な輝度が確保できないという課題がある。

そこで、エッジライト方式において、輝度が高く高出力化に適したレーザ素子を光源に用いて薄型大画面の液晶表示装置を実現しようとする検討も始められている。

光源に高出力レーザ素子を用いると、ＬＥＤ素子の場合と比べて素子の数を大幅に減らすことができる。一方、導光板の側面に素子を並べる単純な構成では、素子の数が少ないため輝度ムラを生じてしまう。そのため、レーザ素子を光源に用いる場合には、レーザ光を線状に広げて導光板の側面に均一に照射する光学系が必要となる。

この線状の照明をつくる方法として、例えば、特許文献１に開示されたものがあり、棒状の導光体（導光棒）の端面にＬＥＤ素子を配置して線状の照明とする構成が提案されている。この構成は、ＬＥＤ素子をレーザ素子に置き換えても有効と考えられる。

また、液晶表示装置においては、薄型大画面への取り組みと共に高輝度又は低消費電力への取り組みも重要であり、特に電力消費の大半を占めるバックライト装置の省電力化が重要な課題となっている。

この省電力化の方法として、例えば特許文献２に開示されたものがある。通常、バックライトからは無偏光の光が出射するため液晶表示パネルの入射側の偏光板により半分の光がカットされてしまう。しかし、特許文献２で提案された構成では、ＬＥＤ素子に偏光異方性を持たせ、バックライト照明が偏光性を持つように構成することにより、光利用効率を向上させている。レーザ素子は高い偏光性を有しているため、偏光を利用することはレーザ素子にも有効と考えられる。

特開２０００−１１７２３号公報 特開２００６−４０６３９号公報

しかしながら、これらの特許文献に示された構成の光源をＬＥＤ素子からレーザ素子に置き換えるだけでは、薄型で大画面のディスプレイは構成できるものの、光利用効率又は輝度ムラの改善が十分ではない。

まず、特許文献１の構成では、光源の偏光について考慮されておらず、通常このような構成では、光源から導光棒に入射した光は、導光棒内であらゆる方向に反射しながら伝搬し、導光棒から出射する際には偏光が乱れてしまう。このため、特許文献１の光源に偏光性の高いレーザ素子を用いるだけでは、偏光を利用した効率の改善が十分にできない。

また、特許文献２は、導光板側面に複数の光源を並べる構成である。このため、特許文献２の光源に偏光性の高いレーザ素子を用いる場合、数個であれば輝度ムラが課題となり、多数であれば部品コストの増大が課題となる。

それ故に、本発明の目的は、光源にレーザ素子を用いた照明装置において、光利用効率が高く、低消費電力であり、さらに高輝度で色ムラのない面状照明装置、及びそれを用いた液晶表示装置を提供することである。

本発明は、面状照明装置、及びこの面状照明装置を照明に用いる液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の面状照明装置は、直線偏光のレーザ光を出射する光源部と、直方体の少なくとも１つの主面上にミラー列を有した形状であり、このミラー列は、少なくとも１つの主面と垂直な入射面から入射されるレーザ光を全反射させて、少なくとも１つの主面と垂直又は対面する出射面から出射させる複数の反射面が形成された構造である導光体と、導光体から出射されたレーザ光を入射面から入射して、出射面から出射する導光板とを備え、光源部から出射されるレーザ光は、レーザ光の偏光が導光体の入射面の長辺及び短辺に垂直又は水平である状態で導光体へ入射される。

好ましい導光体は、直方体の１つの主面上にミラー列を有した形状であり、ミラー列は、入射面から入射されるレーザ光を全反射させて、１つの主面と対面する出射面から出射させる複数の反射面が形成された構造である。また、導光体は、直方体の１つ又は対面する２つの主面上にミラー列を有した形状であり、ミラー列は、入射面から入射されるレーザ光を全反射させて、１つ又は対面する２つの主面と垂直な出射面から出射させる複数の反射面が、階段状に段差を設けて形成された構造、又は入射面から遠ざかるほど面積が大きくなる溝を設けて形成された構造であってもよい。

また、導光板は、入射面と垂直な一方主面上に入射面と平行な複数の偏向溝を有しており、複数の偏向溝は、入射面から入射されるレーザ光を当該一方主面に対向する他方主面へ全反射させる形状に形成されていることが好ましい。また、ミラー列の複数の反射面は、入射面から入射されるレーザ光を４５度の角度で全反射させるとよい。さらに、導光体の入射面又は反射面は、入射されるレーザ光を一次元方向に発散又は拡散させる形状であってもよい。なお、導光体と導光板とを一体成形することも可能である。

また、光源部を、レーザ光源と、レーザ光源から出射されるレーザ光を伝達する光ファイバと、光ファイバを介して伝搬されたレーザ光を偏光分離する偏光ビームスプリッタとで構成し、導光体が、偏光ビームスプリッタから入射される一方の偏向光を、導光板の第１の入射面から入射して出射面から出射し、偏光ビームスプリッタから入射される他方の偏向光を、導光板の第１の入射面と垂直な第２の入射面にから入射して出射面から出射する構成としてもよい。

また、導光板の出射面から出射されるレーザ光を１８０度折り返して第２の導光板に入射させる接続部をさらに備えてもよい。また、導光体と導光板との間に、導光体から出射されるレーザ光の光路を変えて導光板に入射させる光ガイド部をさらに備え、導光板の光量分布を変更してもよい。この光ガイド部は、位置又は角度が調整可能である複数の板状の反射材で構成され、反射材は中央部分よりも端面部分の厚みが薄いことが望ましい。なお、導光板は、複数の板状の反射材の位置で分かれた複数の導光体から構成されていてもかまわない。

発展的には、光ガイド部を調整する制御部をさらに備え、制御部が、画面とアスペクト比が異なる画像を表示する場合、導光板の中央に光量分布が集まるように光ガイド部を調整することが考えられる。この制御部は、ユーザの命令によって光ガイド部を調整してもよい。また、ユーザの視聴位置を検出するセンサーをさらに加えて、制御部が、センサー検出した表示画面とユーザとの距離に応じて光ガイド部を調整してもよい。この場合、制御部は、表示画面とユーザとの距離が短い場合に、導光板の中央に光量分布が集まるように光ガイド部を調整することが好ましい。また、導光板に入射する光量分布を検出する複数の受光素子をさらに加え、制御部が、複数の受光素子で検出された受光量に応じて光ガイド部を調整してもよい。

上記本発明によれば、光源にレーザ素子を用いることにより、広い色再現性と薄型大画面を実現すると共に、光利用効率の向上による消費電力の低下という大きな効果が得られる。また、大画面であっても、輝度ムラが少ない面状照明装置を実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図 導光体２及び導光板３の上面図 本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図 導光体１２の上面図及び側面図 本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図 導光体２２の上面図及び側面図 第２の実施形態の面状照明装置の他の構造を示す斜視図 導光体１２の他の構造を示す上面図 導光体１２の他の構造を示す側面図 第３の実施形態に係る面状照明装置の他の構造を示す斜視図 本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図 導光板３３に形成されるはミラー列３８の例を示す図 第４の実施形態に係る液晶表示装置をノート型ＰＣに応用した構造例を示す図 本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図 第５の実施形態の面状照明装置の構造を示す側面図 本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図 第６の実施形態の面状照明装置の構造を示す上面図及び側面図 光ガイド部６６を通過する前後の光量分布を示す図 導光板３の他の構造を示す上面図及び側面図 導光板３の他の構造を示す上面図及び側面図 光源部１及び導光体２の他の構造を示す上面図 光源部１及び導光体２の他の構造を示す上面図 光源部１及び導光体２の他の構造を示す上面図 図２０の構造における光ガイド部６６通過前の光量分布を示す図 本発明の他の実施形態に係る面状照明装置の構造を示す上面図 本発明の第７の実施形態の面状照明装置の構造を示す斜視図 第７の実施形態の面状照明装置の構造を示す上面図 光源部１の他の構造例を示す図

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図である。第１の実施形態に係る液晶表示装置は、光源部１、導光体２、及び導光板３を備える面状照明装置と、液晶表示パネル４とで構成される。図２は、導光体２及び導光板３を上方向から見た上面図である。
まず、第１の実施形態に係る液晶表示装置の各構成の概要を説明する。

光源部１は、赤色レーザ光源１Ｒと、緑色レーザ光源１Ｇと、青色レーザ光源１Ｂと、ダイクロイックミラー５及び６とで構成される。赤色レーザ光源１Ｒ、緑色レーザ光源１Ｇ、及び青色レーザ光源１Ｂから出射される３原色のコリメート光は、ダイクロイックミラー５及び６によって反射され、僅かに発散して出射される１本のレーザ光（ＲＧＢ光）にまとめられる。この３原色のコリメート光の偏光面は、全ての偏光方向が揃うように予め調整されている。図１の例では、破線矢印で示すようにＺ方向の偏光の光が出射するように調整されている。なお、ＲＧＢ光の僅かな発散は、後述する入射面２ａ又は反射面に、光を一次元方向に拡散させる凹凸又は曲率を設けることで実現させてもよい。

導光体２は、直方体の一方主面にミラー列２ｃが設けられた形状である。この導光体２は、光源部１から出射されるＲＧＢ光を、一方側面である入射面２ａから入射し、ミラー列２ｃによる反射を利用して、他方主面である出射面２ｂから出射する。導光体２に設けられるミラー列２ｃは、入射面２ａに対して略４５°の反射面がＹ方向に等間隔で複数形成された形状である。複数の反射面の間隔は、自由に設計可能である。図２中の一点鎖線は光線を示している。

導光板３も、導光体２と同様に、直方体の一方主面にミラー列３ｃが形成された形状である。この導光板３は、導光体２から出射されるＲＧＢ光を、一方側面である入射面３ａから入射し、ミラー列３ｃによる反射を利用して、他方主面である出射面３ｂから出射する。導光板３に形成されるミラー列３ｃは、入射面３ａに対して略４５°の反射面がＹ方向に平行に形成されている。

液晶表示パネル４は、ガラス基板とガラス基板との間に透明電極及び液晶分子が封入され、光の入射側と出射側とにそれぞれ透過軸の異なる偏光板が配置された構成である。この液晶表示パネル４は、導光板３側の偏光板の透過軸がＸ方向となるように構成されている。

次に、上記構成による液晶表示装置におけるＲＧＢ光の伝搬状態を説明する。
光源部１からＺ方向の偏光で出射された僅かに発散するＲＧＢ光は、導光体２に入射される。このとき、ＲＧＢ光の偏光方向が、入射面２ａの長辺及び短辺と垂直又は水平となるように、光源部１と導光体２との位置関係が決定される。入射面２ａから入射された光は、一部が上面、下面、及び出射面２ｂで全反射して導光体２の内部を伝搬し、一部はミラー列２ｃの複数配置された反射面でそれぞれで反射して略９０°偏向されて出射面２ｂから出射され、残りがＹ方向に伝搬していく。よって、出射面２ｂからはＹ方向に伸びた線状の光が、出射面２ｂに対してほぼ垂直に出射することとなる。

ここで、上述した光源部１と導光体２との位置関係により、導光体２の内部を伝搬する光の偏光方向は、光の進行方向と導光体２の上下面の法線ベクトルとを含む面内にあるので、上面及び下面で全反射しても偏光面は変わらない。また、この偏光方向は、光の進行方向と出射面２ｂ及びミラー列２ｃの反射面の法線ベクトルとを含む面と直交しているため、出射面２ｂで全反射又はミラー列２ｃで反射する場合も偏光方向は変わらない。従って、導光体２からは大部分の光がＺ方向の偏光で出射する。

導光体２から出射された光は、導光板３に入射される。入射面３ａにほぼ垂直に入射された光は、一部は出射面３ｂで全反射して導光板３の内部を伝搬し、残りはミラー列３ｃで反射して偏向されて出射面３ｂから出射される。この導光板３においても、伝搬する光の一部がミラー列３ｃで反射して出射面３ｂから出射しつつ光が伝搬していくので、出射面３ｂは面状に発光する。

この導光板３の内部を伝搬する光の偏光方向も、光の進行方向と出射面３ｂ及びミラー列３ｃの反射面の法線ベクトルを含む面内にあるので、出射面３ｂで全反射又はミラー列３ｃで反射しても偏光面は変わらない。従って、導光板３からは大部分の光がＸ方向の偏光で出射する。

導光板３から出射された光の大部分は、Ｘ方向に透過軸を有する液晶表示パネル４の入射側偏光板を透過するため、従来の無偏光の光を出射する照明装置を用いる場合と比べて、明るい画像が液晶表示パネル４の前面に表示される。

以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、光源にレーザ素子を用いることにより、薄型に適したエッジライト方式の面状照明装置の大型化、及び広い色再現性を有する液晶表示装置を実現することができる。また、面状照明装置から偏光性を有する光を出射するため、液晶表示パネルの偏光板によるロスを低減でき、高い光利用効率、高輝度、及び低消費電力を実現できる。特に、導光体の屈折率を１．５程度にしておけば、導光体の側面及びミラー列での反射は全反射条件を満たすため、効率が高くかつミラーコートが不要なので、安価に装置を作成できる。

なお、導光体２と導光板３とを光学接着してもよい。ただし、導光体２の出射面２ｂでは伝搬光を全反射させる必要があるため、光学接着する接着剤に導光体２より屈折率の小さい樹脂を用いるのがよい。

〔第２の実施形態〕
図３は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図である。第２の実施形態に係る液晶表示装置は、光源部１、導光体１２、及び導光板３を備える面状照明装置と、液晶表示パネル４とで構成される。この第２の実施形態は、上記第１の実施形態と導光体１２の構成が異なる。
以下、異なる導光体１２について説明を行い、他の構成は第１の実施形態と同一の参照番号を付して説明を省略する。図４の（ａ）は、導光体１２を上方向から見た上面図であり、図４の（ｂ）は、導光体１２を導光板３から見た側面図である。図４中の一点鎖線は光線を示している。

導光体１２は、直方体の上面にミラー列１２ｃが設けられた形状である。この導光体１２は、光源部１から出射されるＲＧＢ光を、一方側面である入射面１２ａから入射し、ミラー列１２ｃによる反射を利用して、他方主面である出射面１２ｂから出射する。導光体１２に設けられるミラー列１２ｃは、入射面１２ａに対して略４５°の反射面がＹ方向に等間隔かつ同じ段差の階段状で複数形成された形状である。導光体１２は、例えばアクリルからなり、反射面で光が全反射するように構成されている。具体的には、アクリルの屈折率は約１．４９、臨界角は約４２度であるので、各反射面は入射光に対して入射角が４２度以上となるように構成されている。なお、反射面は曲率を有していてもよい。

光源部１からＺ方向の偏光で出射された僅かに発散するＲＧＢ光は、導光体１２に入射される。このとき、ＲＧＢ光の偏光方向が、入射面１２ａの長辺及び短辺と垂直又は水平となるように、光源部１と導光体１２との位置関係が決定される。入射面１２ａから入射された光は、ミラー列１２ｃの階段状に複数配置された反射面でそれぞれ反射して、略９０°偏向されて出射面１２ｂから出射される。よって、出射面１２ｂからはＹ方向に伸びた線状の光が、出射面１２ｂに対してほぼ垂直に出射することとなる。

ここで、上述した光源部１と導光体１２との位置関係により、入射面１２ａから入射した光の偏光方向は、光の進行方向とミラー列１２ｃの反射面の法線ベクトルとを含む面と直交しているため、ミラー列１２ｃで反射しても偏光方向は変わらない。従って、導光体１２からは大部分の光がＺ方向の偏光で出射する。この導光体１２から出射される光は、導光板３に入射される。

以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、光源にレーザ素子を用いることにより、薄型に適したエッジライト方式の面状照明装置の大型化、及び広い色再現性を有する液晶表示装置を実現することができる。また、導光体の上面にミラー列を設けることにより反射面を大きく形成できるので、形状精度が出しやすく、導光体出射光の角度ばらつきを抑えることができる。これにより、導光板から出射される光の偏光ばらつきを低減でき、効率を一層向上させることができる。

なお、第２の実施形態の導光体１２は、伝搬光を出射面１２ｂで全反射させる必要がない。このため、図７Ａに示す部品１３のように、導光体１２と導光板３とを同一の部材で一体に製作できるので、部品点数の削減及び製造工数の削減に貢献できる。
また、上記説明では、ミラー列１２ｃの複数の反射面がＹ方向に等間隔形成された例を示したが、光は伝達距離が長くなるほど拡がるため、入射面付近で光束が細かくかつ入射面から離れるに従って光束が太くなる場合には、入射面１２ａから遠ざかるほど反射面の間隔を広くするように形成してもよい（図７Ｂ）。
さらに、導光体１２の入射面１２ａに入射されるＲＧＢ光の光量分布が均一でない場合（例えば図２１を参照）、光量が多い反射面の光は少なく、光量が少ない反射面の光を多く反射させるため、反射面の幅（段差）を異ならせてもよい（図７Ｃ）。
また、導光体１２の階段状のミラー列は、直方体形状の上面と下面との両方に設けてもよい。

〔第３の実施形態〕
図５は、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図である。第３の実施形態に係る液晶表示装置は、光源部１、導光体２２、及び導光板３を備える面状照明装置と、液晶表示パネル４とで構成される。この第３の実施形態は、上記第１の実施形態と導光体２２の構成が異なる。
以下、異なる導光体２２について説明を行い、他の構成は第１の実施形態と同一の参照番号を付して説明を省略する。図６の（ａ）は、導光体２２を上方向から見た上面図であり、図６の（ｂ）は、導光体２２を導光板３から見た側面図である。図６中の一点鎖線は光線を示している。

導光体２２は、直方体の上面及び下面にミラー列２２ｃが設けられた形状である。この導光体２２は、光源部１から出射されるＲＧＢ光を、一方側面である入射面２２ａから入射し、ミラー列２２ｃによる反射を利用して、他方主面である出射面２２ｂから出射する。導光体２２に設けられるミラー列２２ｃは、入射面２２ａに対して略４５°の反射面がＹ方向に上下面交互に等間隔で複数形成された形状である。また、複数の反射面は、入射面２２ａから遠ざかるほど面積が大きくなるように形成される。

光源部１からＺ方向の偏光で出射された僅かに発散するＲＧＢ光は、導光体２２に入射される。このとき、ＲＧＢ光の偏光方向が、入射面２２ａの長辺及び短辺と垂直又は水平となるように、光源部１と導光体２２との位置関係が決定される。入射面２２ａから入射された光は、ミラー列２２ｃの上下面に複数配置された反射面でそれぞれ反射して、略９０°偏向されて出射面２２ｂから出射される。よって、出射面２２ｂからはＹ方向に伸びた線状の光が、出射面２２ｂに対してほぼ垂直に出射することとなる。

ここで、上述した光源部１と導光体２２との位置関係により、入射面２２ａから入射した光の偏光方向は、光の進行方向とミラー列２２ｃの反射面の法線ベクトルとを含む面と直交しているため、ミラー列２２ｃで反射しても偏光方向は変わらない。従って、導光体２２からは大部分の光がＺ方向の偏光で出射する。この導光体２２から出射される光は、導光板３に入射される。

以上のように、本発明の第３の実施形態によれば、光源にレーザ素子を用いることにより、薄型に適したエッジライト方式の面状照明装置の大型化、及び広い色再現性を有する液晶表示装置を実現することができる。また、導光体の上下面にミラー列を設けることにより反射面を大きく形成できるので、形状精度が出しやすく、導光体出射光の角度ばらつきを抑えることができる。これにより、導光板から出射される光の偏光ばらつきを低減でき、効率を一層向上させることができる。

なお、第３の実施形態の導光体２２は、伝搬光を出射面２２ｂで全反射させる必要がない。このため、図８に示す部品２３のように、導光体２２と導光板３とを同一の部材で一体に製作できるので、部品点数の削減及び製造工数の削減に貢献できる。

〔第４の実施形態〕
図９は、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図である。第４の実施形態に係る液晶表示装置は、光源部１、集光レンズ３４、光ファイバ３５、コリメートレンズ３６、偏光ビームスプリッタ３７、導光体３２ａ及び３２ｂ、及び導光板３３を備える面状照明装置と、液晶表示パネル４とで構成される。第４の実施形態の導光体３２ａ及び３２ｂは、上記第３の実施形態で説明した導光体２２と同一の構造を有する。

集光レンズ３４は、光源部１から出射された光を集光する。コリメートレンズ３６は、入射される光をコリメートする。偏光ビームスプリッタ３７は、入射光のうちＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する。

導光板３３は、直方体の一方主面にミラー列３８（図１０）が形成された形状である。この導光板３３は、導光体３２ａ及び３２ｂから出射されるＲＧＢ光を、一方側面である入射面３３ａ及び３３ｂから入射し、ミラー列３８による反射を利用して、他方主面である出射面３３ｃから出射する。導光板３３に形成されるミラー列３８は、図１０に示すように、Ｙ軸と直交する法線ベクトルを有する反射面３８ａと、Ｘ軸と直交する法線ベクトルを有する反射面３８ｂとを持つ。

次に、上記構成による液晶表示装置におけるＲＧＢ光の伝搬状態を説明する。
光源部１から出射されたＲＧＢ光は、集光レンズ３４で集光され、光ファイバ３５を通り、コリメートレンズ３６でコリメートされた後、偏光ビームスプリッタ３７に入射される。偏光ビームスプリッタ３７は、光ファイバ３５によって偏光が乱れたＲＧＢ光を入射し、Ｐ偏光を透過して導光体３２ｂの入射面３２ｂａに入射し、Ｓ偏光を反射して導光体３２ａの入射面３２ａａに入射する。

上述したように、導光体３２ａでは、入射面３２ａａに入射されたＳ偏光（Ｚ方向の偏光）の大部分を、偏光方向を変えずに導光板３３の入射面３３ａに向けて出射面３２ａｂから出射する。導光体３２ｂでは、入射面３２ｂａに入射されたＰ偏光（Ｘ方向の偏光）の大部分を、偏光方向を変えずに導光板３３の入射面３３ｂに向けて出射面３２ｂｂから出射する。

入射面３３ａから入射したＺ方向の偏光の光は、導光板３３の内部を伝搬していき、ミラー列３８の反射面３８ａで反射して偏向し、出射面３３ｃからＸ方向の偏光で出射する。また、入射面３３ｂから入射したＸ方向の偏光の光は、導光板３３の内部を伝搬していき、ミラー列３８の反射面３８ｂで反射して偏向し、出射面３３ｃからＸ方向の偏光で出射する。

以上のように、本発明の第４の実施形態によれば、光ファイバを通して伝達された無偏光の光であっても偏光を揃えて導光板から出射させることができる。これにより、液晶表示パネルの透過率が向上するので、消費電力の低い液晶表示装置を実現できると共に、光ファイバが使えるので光源の配置の自由度も向上する。

光源配置の自由度を示す例として、ノート型ＰＣに応用した液晶表示装置の構成を図１１に示す。このように光源部１と導光板３３とを別の筐体に配置することができるため、液晶表示部を非常に薄く構成することが可能である。また、偏光ビームスプリッタ３７の直前までは無偏光であるため、図１１中のＡ−Ａ軸を中心に折り畳むことも可能である。

〔第５の実施形態〕
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図である。第５の実施形態に係る液晶表示装置は、光源部１、導光体５２、接続部５５、及び導光板３を備える面状照明装置と、液晶表示パネル４とで構成される。この第５の実施形態は、第２の実施形態に係る液晶表示装置の構造を変形した例であり、上記第２の実施形態と導光体５２及び接続部５５の構成が異なる。
以下、異なる導光体５２及び接続部５５について説明を行い、他の構成は第２の実施形態と同一の参照番号を付して説明を省略する。図１３の（ａ）は、図１２の面状照明装置を矢印Ｂの方向から見た図、図１３の（ｂ）は、図１２の面状照明装置を矢印Ｃの方向から見た図である。

導光体５２は、出射面１２ｂを接触面として、第２の実施形態の導光体１２が所定形状の直方体と一体成形された構造である。接続部５５は、ガラス又はアクリル等の樹脂からなり、側面５５ａ及び５５ｂは全反射する又は反射コートを利用して入射光を偏向するように構成されている。

導光体５２に入射される光源部１からＺ方向の偏光で出射されたＲＧＢ光は、導光体５２のミラー列５２ｃの反射面でそれぞれ反射して、略９０°偏向されて出射面５２ｂから出射される。よって、出射面５２ｂからはＹ方向に伸びた線状の光が、Ｚ方向の偏光に揃って出射面５２ｂに対してほぼ垂直に出射されることになる。

導光体５２から出射された光は、接続部５５に入射されて、側面５５ａ及び５５ｂでそれぞれ直角に偏向されて折り返され、接続部５５から出射される。ここで、導光体５２の厚みを接続部５５に向かって厚みが増すテーパ形状としておくと、導光体５２から出射される光の進行方向のばらつきを小さくできるので、側面５５ａ及び５５ｂで全反射する構成とすることもできる。この場合、反射コートは不要となり、低コスト化が図れる。そして、この接続部５５から出射された光は、入射面３ａから導光板３に入射される。

以上のように、本発明の第５の実施形態によれば、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そろ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、接続部５５と導光体５２及び導光板３とは、光学接着してもよいし、一体で樹脂成形されていてもよい。これにより、入射面及び出射面の光の透過損失を低減し、光利用効率のさらなる向上及び低コスト化を図ることができる。

〔第６の実施形態〕
上記第１〜第５の実施形態では、本発明特有の導光体構造を用いて、導光板から出射される光の輝度ムラを低減させて利用効率を向上させる液晶表示装置を説明した。
次に、以下の第６及び第７の実施形態では、輝度ムラを制御可能な光ガイド部を上記実施形態に追加して、輝度ムラのさらなる低減、又は意図的な輝度ムラの生成を可能とする液晶表示装置を説明する。

図１４は、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図である。第６の実施形態に係る液晶表示装置は、光源部１、導光体２、光ガイド部６６、及び導光板３を備える面状照明装置と、液晶表示パネル４とで構成される。この第６の実施形態は、上記第１の実施形態に光ガイド部６６を加えた構成である。
以下、この光ガイド部６６について説明を行い、他の構成は第１の実施形態と同一の参照番号を付して説明を省略する。図１５の（ａ）は、図１４の面状照明装置を矢印Ｄの方向から見た図、図１５の（ｂ）は、図１４の面状照明装置を矢印Ｅの方向から見た図である。

光ガイド部６６は、複数のガイド板６６ａ〜６６ｈで構成される。各ガイド板６６ａ〜６６ｈは、Ｚ方向に回転軸を有しかつ光を反射する可動平板である。なお、ガイド板６６ａ〜６６ｈの形状は、平板に限らず、断面が円、楕円、流線型等の様々な形状を用いることができる。ガイド板の角を無くせば、より均一に光を入出射させることができ、ガイド板の端面で散乱損失する光量ロスを低減できる。

例えば、導光体２の出射面２ｂから出射される光の光量分布が、図１６の（ａ）で示す傾向を持っていた場合、各ガイド板６６ａ〜６６ｈを動かして、導光体２から導光板３へ向かう一部又は全部の光の進行方向を変化させる。これにより、導光板３の入射面３ａに入射される光の光量分布を、図１６の（ｂ）の如く均一に調整することが容易にできる。この例では、図１５の（ａ）においてガイド板６６ａとガイド板６６ｂとの間、ガイド板６６ｄとガイド板６６ｅとの間、及びガイド板６６ｇとガイド板６６ｈとの間の幅を、導光体２側よりも導光板３側が広くなるように変化させるとよい。

この光ガイド部６６の基本的な利用方法は、製造段階で生じる光量分布ばらつきを均一化させるといった固定的なものであるが、製品の利用状態等に応じて、自動又は手動によって光量分布を調整することいった利用方法も可能である。例えば、大画面のディスプレイにおいては、視点が画面中央に集中し、画面端部の輝度が多少下がっていても気にならないため、画面端部の光量を少なくすることで消費電力を削減することができる。また、ユーザの視聴位置に応じて光量分布を切り替えることが考えられる（ユーザがが画面の近くにいる場合は、画面端部の輝度を下げる等）。この場合には、ユーザの位置を検出するセンサー、及びこの検出結果に応じて光ガイド部６６を調整する制御部が構成に含まれることになる。

以上のように、本発明の第６の実施形態によれば、光ガイド部６６を用いて導光体２の出射面２ｂから出射される光の進行方向を調整することで、導光板３において均一性の高い輝度分布の光、又は特殊な輝度分布を得ることができる。

なお、第６の実施形態で説明した導光板３の構造は一例であって、例えば図１７Ａや図１７Ｂに示すものであってもよい。図１７Ａは、ミラー列３ｃが光の入射面３ａから遠ざかるほど反射面の間隔を狭くした例である。図１７Ｂは、光の入射角ばらつきを吸収するために、ガイド板６６ａ〜６６ｈに対応した溝を導光板３の一方主面及び他方主面の双方に設けた例である。この構成では、例えばアスペクト比１６：９のディスプレイに４：３の映像を表示する場合等の画面両端が黒帯表示となるときに、制御部によって光ガイド部６６を調整し、画面両端にバックライト照明を供給しないようにすることが考えられる。こうすれば、消費電力を低減することができる。

また、光源部１及び導光体２の構成に代えて、従来の構成であるＬＥＤ素子及び導光棒からなる構成を用いたり（図１８）、複数のＬＥＤ素子からなる構成を用いたり（図１９）、平行光を出射するレーザ光源、ポリゴンミラー（ガルバノミラーや１次元拡散素子でもよい）、及びシリンドリカルレンズからなる構成を用いても（図２０）、光ガイド部６６が発揮する有用な効果を得ることができる。図２０においては、光量分布の傾向が予め図２１のように分かっているため、シリンドリカルレンズが有する曲率やガイド板の向き等を固定的に設計することもできる。

また、ガイド板６６ａ〜６６ｈの変化は、Ｚ方向を軸として回転するだけでなく、Ｙ方向に移動するようにしてもよい。
さらには、導光板３の入射面３ａと対向する側面に複数の受光素子７１〜７６を設け（図２２）、この複数の受光素子７１〜７６で受光した光量に応じて、ガイド板６６ａ〜６６ｈを変化させるようにフィードバック制御してもよい。

〔第７の実施形態〕
図２３は、本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す斜視図である。第７の実施形態に係る液晶表示装置は、光源部１、第１の導光体１２、光ガイド部８６、第２の導光体５２、接続部５５、及び導光板３を備える面状照明装置と、液晶表示パネル４とで構成される。この第７の実施形態は、第５の実施形態に係る液晶表示装置の構造を変形した例であり、上記第５の実施形態と第１の導光体１２、光ガイド部８６、及び第２の導光体５２の構成が異なる。
以下、この異なる構成について説明を行い、他の構成は第１及び第５の実施形態と同一の参照番号を付して説明を省略する。図２４は、図２３の面状照明装置を矢印Ｆの方向から見た図である。

光ガイド部８６は、複数のガイド板８６ａ〜８６ｆで構成される。各ガイド板８６ａ〜８６ｆは、Ｚ方向に回転軸を有しかつ光を反射するくさび形状の可動板である。第２の導光体５２は、光ガイド部８６で分割された光を接続部５５に導くため、台形形状をしている。

第１の導光体１２の出射面１２ｂから出射されるＲＧＢ光は、複数のガイド板８６ａ〜８６ｆによって分割されかつ進行方向が変えられて、第２の導光体５２の入射面５２ａに入射される。第２の導光体５２に入射された光は、接続部５５へ出射される。

以上のように、本発明の第７の実施形態によれば、光ガイド部８６を用いて導光体１２の出射面１２ｂから出射される光の進行方向を調整することで、導光板３において均一性の高い輝度分布の光、又は特殊な輝度分布を得ることができる。

なお、上記第１〜第７の実施形態では、赤色レーザ光源１Ｒと、緑色レーザ光源１Ｇと、青色レーザ光源１Ｂと、ダイクロイックミラー５及び６とで構成される光源部１を用いた。しかし、光源部１として、Ｒ色光、Ｇ色光、及びＢ色光を別々に導光体に入射させ、導光体の内部で合波する構成を用いてもよい（図２５）。この構成にすれば、ダイクロイックミラーが不要になり低コスト化が図れる。

本発明の面状照明装置は、液晶表示装置等に利用可能であり、特に光利用効率を向上させ、消費電力を低減し、さらに高輝度で色ムラをなくしたい場合等に有用である。

１、４１ 光源部
１Ｒ 赤色レーザ光源
１Ｇ 緑色レーザ光源
１Ｂ 青色レーザ光源
２、１２、２２、３２ａ、３２ｂ、５２、６２ 導光体
２ａ、３ａ、１２ａ、２２ａ、３３ａ、３３ｂ、５２ａ、６２ａ 入射面
２ｂ、３ｂ、１２ｂ、２２ｂ、３３ｃ、５２ｂ、６２ｂ 出射面
２ｃ、３ｃ、１２ｃ、２２ｃ、３８、５２ｃ ミラー列
３、１３、２３、３３ 導光板
４ 液晶表示パネル
５、６ ダイクロイックミラー
３４ 集光レンズ
３５ 光ファイバ
３６ コリメートレンズ
３７ 偏光ビームスプリッタ
３８ａ、３８ｂ 反射面
５５ 接続部
５５ａ、５５ｂ 側面
６６、８６ 光ガイド部
６６ａ〜６６ｈ ガイド板
７１〜７６ 受光素子

Claims (19)

1. 直線偏光のレーザ光を出射する光源部と、
   前記光源部が出射したレーザ光を端面から入射させ、第１の側面から出射する棒状の導光体と、
   前記導光体が出射したレーザ光を入射面から入射させ、出射面から出射する導光板とを備え、
   前記導光体は、入射したレーザ光の伝搬方向に対して直交する断面が長方形となるように構成され、前記第１の側面と対向する第２の側面、又は前記第１の側面と隣接する第３及び第４の側面の少なくとも１つにミラー列が形成され、
   前記ミラー列は、前記端面から入射されるレーザ光を全反射させて、前記第１の側面から出射させる複数の反射面で構成され、
   前記光源部から出射されるレーザ光は、レーザ光の偏光が前記導光体の前記第１乃至第４の側面に対して垂直又は水平である状態で前記導光体へ入射され、
   前記光源部は、
   レーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されるレーザ光を伝達する光ファイバと、
   前記光ファイバを介して伝搬されたレーザ光を偏光分離する偏光ビームスプリッタとを備え、
   前記導光板は、第１及び第２の入射面を有し、直交する２方向からレーザ光が入射するように構成され、
   前記偏光ビームスプリッタから出射される一方の偏光のレーザ光は、前記導光板の第１の入射面から入射して前記出射面から出射し、他方の偏光のレーザ光は、前記導光板の第２の入射面から入射して前記出射面から出射する、面状照明装置。
2. 前記導光体は、前記第３又は第４の側面にミラー列を有した形状であり、当該ミラー列の複数の反射面が、階段状に段差を設けて形成された構造である、請求項１に記載の面状照明装置。
3. 前記導光体は、前記第３又は第４の側面にミラー列を有した形状であり、当該ミラー列の複数の反射面が、当該端面から遠ざかるほど面積が大きくなる溝を設けて形成された構造である、請求項１に記載の面状照明装置。
4. 前記導光板は、前記出射面と対向する面上に入射面と平行な複数の偏向溝を有しており、当該複数の偏向溝は、入射面から入射されるレーザ光を前記出射面へ全反射させる形状に形成されている、請求項１に記載の面状照明装置。
5. 前記ミラー列の複数の反射面は、前記端面から入射されるレーザ光を４５度の角度で全反射させる、請求項１に記載の面状照明装置。
6. 前記導光体の前記端面は、入射されるレーザ光を一次元方向に発散又は拡散させる、請求項１に記載の面状照明装置。
7. 前記導光体の反射面は、全反射させるレーザ光を一次元方向に発散又は拡散させる、請求項１に記載の面状照明装置。
8. 前記導光体と前記導光板とが一体成形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。
9. 前記導光体と前記導光板との間に、前記導光体の第１の側面から出射されるレーザ光を１８０度折り返して前記導光板に入射させる接続部をさらに備える、請求項１に記載の面状照明装置。
10. 前記導光体と前記導光板との間に、前記導光体から出射されるレーザ光の光路を変えて前記導光板に入射させる光ガイド部をさらに備え、
    前記導光板の光量分布を変更することが可能である、請求項１に記載の面状照明装置。
11. 前記光ガイド部は、位置又は角度が調整可能である複数の板状の反射材で構成される、請求項１０に記載の面状照明装置。
12. 前記反射材は、中央部分よりも端面部分の厚みが薄い、請求項１０に記載の面状照明装置。
13. 前記導光板は、前記複数の板状の反射材の位置で分かれた複数の導光体から構成されている、請求項１１に記載の面状照明装置。
14. 前記光ガイド部を調整する制御部をさらに備え、
    前記制御部は、画面とアスペクト比が異なる画像を表示する場合、前記導光板の中央に光量分布が集まるように前記光ガイド部を調整する、請求項１０に記載の面状照明装置。
15. 前記制御部は、ユーザの命令によって前記光ガイド部を調整することを特徴とする、請求項１４に記載の面状照明装置。
16. ユーザの視聴位置を検出するセンサーと、
    前記光ガイド部を調整する制御部とをさらに備え、
    前記制御部は、前記センサー検出した表示画面とユーザとの距離に応じて前記光ガイド部を調整する、請求項１０に記載の面状照明装置。
17. 前記制御部は、前記表示画面とユーザとの距離が短い場合に、前記導光板の中央に光量分布が集まるように前記光ガイド部を調整する、請求項１６に記載の面状照明装置。
18. 前記導光板に入射する光量分布を検出する複数の受光素子と、
    前記光ガイド部を調整する制御部とをさらに備え、
    前記制御部は、前記複数の受光素子で検出された受光量に応じて前記光ガイド部を調整する、請求項１０に記載の面状照明装置。
19. 液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルを背面から照明する請求項１から１８のいずれか１項に記載の面状照明装置とを備えた、液晶表示装置。

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