JP5167340B2 - 面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状光を出射する面光源装置に関し、特に、レーザ光源から面状光を生成する面光源装置に関する。

近年、液晶表示装置（liquid crystal display：ＬＣＤ）は、パーソナルコンピュータや携帯端末、テレビジョン用ディスプレイなどの各種電子機器の表示装置として、普及が進んでいる。液晶表示装置は、自発光型の表示装置ではないため、液晶表示素子の他に、面状の光源装置（以下「面光源装置」という）を備える必要がある。面光源装置には、色再現領域の広域化、起動時間の短縮化、高効率化、および薄型化が求められる。そこで、レーザ光源を用いた面光源装置（レーザバックライト）が注目されている。

レーザ光源において生成されるレーザ光は、指向性の高い点状光である。したがって、面光源装置にレーザ光源を用いる場合、この点状光であるレーザ光を面状光に変換する技術が必要となる。レーザ光源を用いた面光源装置は、例えば特許文献１および特許文献２に記載されている。

図１は、特許文献１に記載された面光源装置の構成を示す斜視図である。

図１に示す面光源装置１０は、レーザ光源２０、反射部材３０、および偏向部材４０を有する。反射部材３０は、基材３２の１つの面に反射型体積ホログラムを複数並べたフィルム３３を有しており、その面に斜めに大きな入射角で入射したレーザ光２１を、偏向部材４０の端面に略垂直となる方向へと偏向させる。これにより、反射部材３０は、レーザ光を１次元に広げて線状光に変換し、変換後の線状光を偏向部材４０に入射させる。偏向部材４０は、入射した光を、導光体４２により内部伝搬し、複数のハーフミラー４３により偏向させて、主面の各所から出射させる。このように、面光源装置１０は、レーザ光源から面状光を生成することができる。

図２は、特許文献２に記載された面光源装置の構成を示す斜視図である。

図２に示す面光源装置５０は、レーザ光源６０、反射部７０、および導光板８０を有する。反射部７０は、１つの面に三角柱形状７１が複数設けられており、この面に斜めに大きな入射角で入射したレーザ光を、導光板８０の端面に略垂直となる方向に偏向させる。これにより、反射部７０は、レーザ光を１次元に広げて線状光に変換し、変換後の線状光を導光板８０に入射させる。導光板８０は、導光板８０の主面に設けた複数の溝８１により、入射した光を、偏向させて主面の各所から出射させる。このように、面状光源装置５０は、レーザ光源から面状光を生成することができる。
特開２００２−１６９４８０号公報 特開２００１−３４５００８号公報

ところで、近年、テレビジョン用ディスプレイなどの分野において画面の大型化が進んでおり、このようなディスプレイに用いられる面光源装置の大型化も進んでいる。面光源装置においては、面状光を出射する主面が大きくなればなるほど、より長い幅の線状光に変換する必要があるだけでなく、より均一な光強度分布が要求される。

しかしながら、特許文献１および特許文献２にそれぞれ記載の面光源装置では、ディスプレイの大画面化に対応しつつ、均一な光強度分布の面状光を得ることは困難である。理由は以下の通りである。特許文献１および特許文献２にそれぞれ記載の面光源装置において均一な光強度分布の大きな面状光を得るには、例えば、ビーム径の大きいレーザ光を用いることが考えられる。ところが、反射部材３０または反射部７０と、偏向部材４０または導光板８０との間に、レーザ光の光路を確保しなければならないため、ビーム径を大きくすることには限界がある。また、特に特許文献２に記載の面光源装置においては、レーザ光の発散角を大きくすることも考えられるが、発散角が大きくなった分だけレーザ光の光路を広く確保しなければならないため、ビーム径を大きくする場合と同様に限界がある。加えて、この場合には、レーザ光の発散角を大きくするための拡大光学系が、レーザ光源に別途必要となる。

すなわち、特許文献１および特許文献２にそれぞれ記載の面光源装置は、ディスプレイの大画面化に対応しつつ均一な光強度分布の面状光を得ようとすれば、装置全体の大型化を招く。したがって、画面の大型化の一方で装置全体の小型化および薄型化が要求されている大型ディスプレイには適用することが困難である。

そこで、さらに他の方法として、レーザ光の入射角を非常に大きくすることが考えられる。ところが、均一な光強度分布を得るためには、ホログラム素子または三角柱形状を配置するピッチを非常に細かくしなければならず、その微細化にはやはり限界がある。

本発明の目的は、点状光であるレーザ光から、大きく、かつ均一な光強度分布の面状光を得ることができる面光源装置を提供することである。

本発明の面光源装置は、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したレーザ光を反射拡散させる少なくとも１つ以上の反射式拡散部材を含む光学系と、前記光学系と組み合わされ、反射拡散されたレーザ光を面状光に変換して主面から出射する導光板とを有する面光源装置であって、前記導光板は、面状光を出射する前記主面に直交するように線状光が入射する端面を有し、前記反射式拡散部材は、前記レーザ光源から出射したレーザ光を円弧状の放射パターンを有する線状光に変換して反射する溝状構造の反射面を有するとともに、前記反射面が前記導光板の線状光が入射する端面に対向するように配置され、前記レーザ光源は、前記導光板の主面とは反対側の裏側であって前記反射式拡散部材の反射面に対向するように配置され、前記レーザ光源から出射したレーザ光は、前記反射式拡散部材の反射面に入射させ、前記反射式拡散部材により円弧状の放射パターンを有する線状光に変換して前記導光板に入射させ、前記導光板の主面から面状光に変換して出射するように構成したものである。

本発明によれば、反射拡散によりレーザ光源からのレーザ光を円弧状に放射させて線状光を得るので、点状光であるレーザ光から、大きく、かつ均一な光強度分布の面状光を得ることができる。

以下、本発明の各実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図において、同一部分には同一符号を付し、これについての説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図３は、本発明の実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す斜視図である。

図３に示すように、実施の形態１に係る面光源装置１００は、レーザ光源１１０、反射式拡散板１２０、および導光板１３０を有する。

以下、説明の便宜のために、導光板１３０の面状光を出射する主面（以下「出射面」という）１３１と、本実施の形態では線状光を入射する端面（以下「第１の端面」という）１３２とは、直交するものとする。そして、出射面１３１の法線方向をＸ軸、第１の端面１３２の法線方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に直交する方向をＺ軸とする。また、導光板１３０の出射面１３１側であって観察者が位置する側を適宜「観察者側」といい、導光板１３０の観察者側とは反対の側を適宜「裏側」という。

面光源装置１００は、レーザ光源１１０を、導光板１３０の裏側に配置し、反射式拡散板１２０を、後述する拡散板反射面１２１を導光板１３０の第１の端面１３２に対向させて配置している。レーザ光源１１０は、導光板１３０の裏側であって、前記反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１に対向するように配置されている。以下、各図において、レーザ光源１１０の図示を適宜省略する。

レーザ光源１１０は、半導体レーザダイオード（laser diode：ＬＤ）およびＳＨＧ（second-harmonic generation：二次高調発生）装置により（いずれも図示せず）、赤色、青色、および緑色のレーザ光を生成する。そして、レーザ光源１１０は、例えば、ダイクロイックプリズム（図示せず）により、生成した各色のレーザ光を混合させて白色レーザ光を生成し、生成した白色レーザ光を所定の入射方向９１０から反射式拡散板１２０に入射させる。

反射式拡散板１２０は、所定の入射方向９１０から入射したレーザ光を、拡散板反射面１２１において反射させ、その反射光（以下「拡散反射光」という）を、導光板１３０の第１の端面１３２に入射させる。より具体的には、反射式拡散板１２０は、レーザ光を、拡散させながら反射させること（以下「反射拡散」という）により、Ｚ軸方向に広げる形で円弧状に放射させ、放射状の出射方向９２０を有する線状光として出射する。反射式拡散板１２０の構成については後述する。

導光板１３０は、長方形断面を有する矩形平板状の光学的に透明な樹脂であり、出射面１３１に対向する面（以下「裏面」という）１３３には微細な凹凸形状構造（図示せず）が形成されている。導光板１３０は、第１の端面１３２から入射した線状光を、内部で反射させながら伝搬させる。そして、導光板１３０は、出射面１３１または裏面１３３の凹凸形状構造により、内部伝搬する光を出射面１３１側に偏向させ、出射面１３１から出射される面状光に変換する。出射面１３１以外からの光の漏れを低減するために、導光板１３０は、出射面以外の面に、導光板１３０の内部からの光を反射して導光板１３０の内部に戻す反射部材（図示せず）を配置している。反射式拡散板１２０から入射される拡散反射光は、上記のように放射状に拡散した光であるため、内部伝搬する光の進行方向は乱雑となり、出射面１３１から出射される面状光の光強度分布は均一化される。

なお、導光体１３０として、内部に光を散乱させる物質を含有した散乱導光体を用いてもよい。散乱物質の含有率を場所によって変更することにより、所望の拡散パターンを得ることが可能である。

このような面光源装置１００によれば、反射拡散によりレーザ光源１１０からのレーザ光を円弧状に放射させて拡散反射光を得るので、点状光であるレーザ光から、大きく、かつ均一な光強度分布の面状光を得ることができる。また、シンプルな構成の光学部品である反射式拡散板１２０を用いるので、簡単な構成で上記面状光を得ることができる。

次に、反射式拡散板１２０の詳細な構成について説明する。

反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１には、Ｘ軸に平行に伸びた複数の微細な溝状構造が形成されている。個々の溝状構造は、拡散板反射面１２１から突出した凸部または拡散板反射面１２１から窪んだ凹部により形成されている。また、これらの凸部または凹部は、例えば、多角形断面または円弧形断面を有する。拡散板反射面１２１の溝状構造の断面形状は、拡散板反射面１２１の基準面に平行でない面を少なくとも有し、この面によって、レーザ光源１１０からのレーザ光を反射拡散によりＺ軸方向に円弧状に放射させることが可能な形状となっている。ここで、溝状構造の各種具体例について、図面を参照して説明する。

図４は、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第１の例をＹ−Ｚ平面で切断したときの断面を拡大した要部断面図である。

図４に示すように、拡散板反射面１２１には、拡散板反射面１２１から突出した、拡散板反射面１２１に対して傾斜した面を有する三角断面形状の溝状構造１２２が複数形成されている。また、隣り合う溝状構造１２２の間には、平面部分１２３が形成されている。溝状構造１２２の部分に入射したレーザ光は、溝状構造１２２の傾斜した面によって、Ｚ軸方向側に偏向される。この結果、反射式拡散板１２０に入射したレーザ光は平行光であるにも係わらず、拡散反射光は円弧状に放射される。

図５は、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第２の例を示す要部断面図であり、図４に対応している。

図５に示す拡散板反射面１２１には、拡散板反射面１２１から窪んだ逆三角断面形状の溝状構造１２２が形成されている。このような逆三角断面形状の溝状構造１２２によっても、レーザ光源１１０からのレーザ光を、反射拡散によりＺ軸方向に偏向させ、円弧状に放射させることができる。

図４および図５に示す溝状構造１２２は、例えば、拡散板反射面１２１を鏡面加工された金属板とし、その表面にヘアライン加工を施すことによって形成することができる。拡散板反射面１２１に用いる金属には、例えば、銀やアルミニウム、ロジウムなどの、可視光に対してバランスが良くかつ高い反射率を有する金属が適している。また、溝状構造１２２は、例えば、拡散板反射面１２１をステンレス板とし、ヘアライン加工を施した後に表面にアルミニウムを蒸着させることによって形成してもよい。このような構造によっても、アルミニウムにヘアライン加工を施したものと同様の反射特性を得ることができるだけでなく、溝状構造１２２の強度を高めることができる。また、金属の拡散板反射面１２１の、空気と接する表面には、必要に応じて、適宜、酸化防止膜などを形成してもよい。なお、ステンレス板は、その他の金属や樹脂材料に置き換えることができる。

図４および図５に示す構成の反射式拡散板１２０によれば、レーザ光を、反射拡散により円弧状に放射させ、大きく、かつ均一な拡散反射光に変換することができる。

なお、複数の溝状構造１２２を構成する面のうち、対向する２面が９０度の角度を成している場合には、一方の面に入射した光は、１８０度偏向されて他方の面から出射され、傾斜が異なる面が２つ存在するにもかかわらず１方向にしかレーザ光が出射されない。したがって、上記した２面は、９０度以外の角度で形成されていることが望ましい。また、上記した２面が、さらにＸ−Ｙ平面に対して４５度の角度で形成されている場合、レーザ光は、Ｚ軸方向側には偏向されない。したがって、上記した２面は、Ｘ−Ｙ平面に対して４５度以外の角度で形成されていることが望ましい。

また、溝状構造１２２が窪んだ逆三角断面形状である場合には、対向する２面の角度を
小さくし過ぎないことが望ましい。この角度が小さい場合、溝状構造１２２の内部で光が多重反射して溝状構造１２２にエネルギーを吸収され、拡散反射光の光量が減少する可能性があるためである。

また、図４および図５に示す複数の溝状構造１２２を構成する面の角度が揃っており、各面が平らである場合であって、入射するレーザ光が平行光である場合には、レーザ光は３方向にのみ拡散することになり、拡散反射光のビーム密度には疎密が発生する。したがって、入射するレーザ光にある程度の発散角を持たせて、拡散反射光のビーム密度の均一化を図ることが望ましい。

加えて、ビーム密度の疎密をさらに均一にするために、傾きが異なる複数の溝状構造１２２を配置したり、溝状構造１２２の面にさらに微細な凹凸を設けたり、曲面を有する溝状構造を配置するようにしてもよい。

図６は、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第３の例を示す要部断面図であり、図５に対応している。図６に示す拡散板反射面１２１の溝状構造１２２は、三角形断面の頂角が異なる複数の凹部を含んでいる。

図７は、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第４の例を示す要部断面図および部分拡大図である。図７に示す溝状構造１２２は、表面に、微細な凹凸１２４を有する。

図８は、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第５の例を示す要部断面図であり、図５に対応している。図８に示す拡散板反射面１２１の溝状構造１２２は、大きさが異なる複数の円弧形断面を有する。

図６〜図８に示す溝状構造１２２を採用することにより、図４および図５に示す溝状構造１２２を採用する場合に比べて、より多くの方向に向けてレーザ光を偏向させることができ、拡散反射光のビーム密度の疎密をより均一にすることができる。なお、図６〜図８に示す溝状構造１２２についても、図４および図５に示す溝状構造１２２の場合と同様に、平面部分１２３に対して突き出た構造でも窪んだ構造でもよい。

なお、拡散板反射面１２１の平面部分１２３は、レーザ光が拡散せずに単に反射する部分であるため、できるだけ少ないほうがよい。具体的には、レーザ光の拡散方向における、レーザ光のビーム径に対する平面部分１２３の割合は、拡散効率を考慮すると、例えば、２割以下であることが望ましい。また、拡散反射光のビーム密度の疎密がＸ−Ｙ平面に対して対称となるように、個々の溝状構造１２２の断面形状は、Ｘ−Ｙ平面に対して対称となっていることが望ましい。

また、溝状構造１２２のピッチ（配置間隔）は、レーザ光源１１０からのレーザ光の拡散方向（ここではＺ軸方向）におけるビーム径の半分以下であることが望ましい。この場合、少なくとも２つの溝状構造がレーザ光の照射範囲内に含まれることになる。また、溝状構造１２２がランダムな大きさまたは形状となっている場合には、レーザ光の拡散方向におけるビーム径の範囲において、溝状構造１２２が統計的に均一であればよい。具体的には、溝状構造１２２が、ランダムな大きさまたは形状で、かつ小さいピッチであればよい。

一方で、溝幅がナノメートルのオーダに近づいてくると、レーザ光に回折の効果が強く出てくる。これは、溝に入射後、反射して出てくる光線が、出射時に溝と溝の間をスリットから出射されるときのように、回折を起こすためである。この場合、回折の効果は幾何学的な制約は受けず、例えば、溝形状は矩形状でも、光はＺ軸方に広がることになる。な
お、干渉による明暗の発生を緩和するために、溝状構造１２２の大きさまたは形状をランダムにし、かつ、溝状構造１２２のピッチをランダムにすることが望ましい。

ここでは、図３に示す溝状構造１２２は、図４に示す断面形状を有するものとする。

ところで、拡散反射光を高い変換効率で面状光に変換するためには、導光板１３０の厚さ方向、つまりＸ軸方向にはできるだけビームが拡がらないことが望ましい。ところが、現実には、拡散反射光はＸ軸方向にも拡がる。拡散反射光のＸ軸方向への拡がりの度合いは、拡散板反射面１２１のＸ−Ｙ平面における光の入射角（以下単に「入射角」という）に応じて変化する。

図９は、拡散板反射面１２１のＸ−Ｙ平面における理想的な出射方向を示す平面図である。また、図１０は、拡散反射面１２１における理想的な出射方向を示す斜視図である。

図９および図１０に示すように、拡散反射光の出射方向９２０は、理想的には、Ｚ軸方向に円弧状に拡がる全ての方向において、拡散板反射面１２１に対する入射方向９１０の角度と等しい角度に揃った状態となり、Ｘ−Ｙ平面上においてほとんど拡散しない。

しかし、現実には、出射方向９２０は扇形に分布する。そして、入射角が大きいほど、この扇形の曲率は大きくなり、Ｘ−Ｙ平面上における出射方向の拡散の度合いが強くなる。

図１１は、実際の拡散反射面１２１のＸ−Ｙ平面における出射方向を示す図である。また、図１２は、実際の拡散反射面１２１における出射方向を示す斜視図である。図１１および図１２に示すように、拡散反射光の出射方向９２０は、Ｘ−Ｙ平面上において拡散する。これは、Ｚ軸方向に拡散される光線成分のＹ軸成分は、拡散せずに正反射し入射角と同じ反射角で出射する光線成分の場合と比べて、小さくなるためである。これは、拡散を発生させる反射面が、Ｘ−Ｙ平面に対してＸ軸周りに傾斜が付けられていることに起因している。

また、出射方向９２０の拡散の幅は、入射角が小さいほど大きくなる。

図１３は、拡散反射光をＹ−Ｚ平面で切断したときの断面形状の一例を、複数の入射角について示した図である。図１３において、断面形状９２１ａは最も大きい入射角θｉに対応しており、断面形状９２１ｂ、９２１ｃは、この順序でより小さい入射角θｉに対応している。

図１４は、拡散反射光をＸ−Ｚ平面で切断したときの断面形状の一例を、複数の入射角について示した図である。図１３において、断面形状９２２ａは最も大きい入射角θｉに対応しており、断面形状９２２ｂ、９２２ｃは、この順序でより小さい入射角θｉに対応している。

図１３および図１４に示すように、断面形状９２１、９２２は、入射角θｉが小さければ小さいほど大きくなり、Ｚ軸方向に拡がりを持つ。これは、入射角θｉが大きければ大きいほど、光線のＹ軸成分がより大きくなるためである。

図１１〜図１４に示すように、入射角θｉが大きいときには、反射光は、Ｚ軸方向への拡散の度合いが小さいだけでなく、全体としてＸ軸方向に大きく拡散されて放射される。したがって、この反射光の全てが導光板１３０の第１の端面１３２に入射するように面光源装置１００を構成し、反射光を高い変換効率で面状光に変換することは、困難である。
また、反射角はＺ軸方向における拡散の度合いと相関を有していることから、面状光のムラの原因となり得る。

このことから、本実施の形態に係る面光源装置１００は、導光板１３０の第１の端面１３２との関係で、入射角θｉが十分に小さくなるような構成を採っている。

図１５は、図３に示す面光源装置１００をＺ軸方向から見たときの側面図である。

図１５に示すように、面光源装置１００は、反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１が、導光板１３０の第１の端面１３２に平行となるように、構成されている。また、面光源装置１００は、拡散板反射面１２１へのレーザ光の入射方向９１０が、Ｙ軸方向にできるだけ平行となるように、かつ、拡散反射光の出射方向９２０が、導光板１３０の第１の端面１３２を介して導光板１３０内部に向くように、構成されている。このような構成によれば、導光板１３０の第１の端面１３２との関係で、拡散板反射面１２１におけるレーザ光の入射角θｉを十分に小さくすることが可能である。

なお、拡散板反射面１２１は、必ずしも導光板１３０の第１の端面１３２に平行にしなくてもよく、Ｘ−Ｙ平面において導光板１３０に対して傾けてもよい。

図１６は、拡散板反射面１２１を傾けた場合の面光源装置の側面図であり、図１５に対応している。

図１６に示すように、拡散板反射面１２１を、導光板１３０の裏側に傾けた面光源装置の場合、拡散板反射面１２１の法線方向も導光板１３０の裏側に傾く。したがって、拡散板反射面１２１にレーザ光を入射させる領域、入射方向９１０、および出射方向９２０の自由度が高くなる。これにより、例えば、レーザ光の入射方向９１０と出射方向９２０との両方を、Ｙ軸方向にできるだけ平行にすることが容易となり、これにより、装置の薄型化を図ることができる。特に、図１６に示すように、出射方向９２０をＹ軸方向に一致させることが容易となる。この場合には、拡散反射光を、その拡散方向にｘ軸方向成分がある場合であっても、導光板１３０の出射面１３１に交わらせることなく、導光板１３０の奥（第１の端面１３２と対向する面）まで到達させることが容易となる。すなわち、導光板１３０の薄型化および大型化を図る際に有利となる。

また、導光板１３０は、楔形断面を有する平板状の形状としてもよい。

図１７は、楔形断面を有する導光板を用いた場合の面光源装置の側面図であり、図１６に対応している。

図１７に示すように、裏面１３３が第１の端面１３２側に傾いている導光板１３０の場合、例えば、反射式拡散板１２０の拡散反射光を、Ｘ軸方向に所定の幅を有するＸ−Ｙ平面において平行な光とし、かつ、その出射方向９２０をＹ軸方向に一致させる。拡散反射光をＸ軸方向に所定の幅を有するＸ−Ｙ平面において平行な光とするには、例えば、レーザ光を、拡散板反射面１２１に入射する前に、非球面レンズなどにより、平行を維持した状態でＸ軸方向に広げればよい。あるいは、反射式拡散板１２０と第１の端面１３２との間に光学系を挿入して実現してもよい。また、出射方向９２０をＹ軸方向に一致させるには、拡散板反射面１２１をレーザ光の入射方向９１０の側に傾ければよい。

これにより、光が導光板１３０内部を伝搬する距離が短くなり、拡散反射光を高い変換効率で面状光９３０に変換することができる。

但し、第１の端面１３２への入射光のＺ軸方向の幅は、第１の端面１３２を通過する際に第１の端面１３２の幅方向（Ｚ軸方向）の長さにほぼ一致している必要がある。したがって、レーザ光が反射式拡散板１２０に入射してから導光板１３０に入射するまでの距離を、反射光が導光板１３０の幅と同じ幅に拡散する距離以上とする必要がある。

次に、本実施の形態に係る面光源装置１００を光源として用いる液晶表示装置の構成の一例について説明する。

面光源装置１００を用いる液晶表示装置は、例えば、面光源装置１００の導光板１３０の観察者側に、液晶表示素子および光学フィルタ（いずれも図示せず）を配置している。液晶表示素子は、偏光板と、少なくとも２枚の基板と、これら２枚の基板に狭持された液晶層と、いずれかの基板の少なくとも一部に設けられたカラーフィルタ層とを有する。

具体的には、液晶表示素子は、第１基板、液晶層、および第２基板を有する。第１基板は、透明基板の第２基板側の面に、ＴＦＴ（thin film transistor）素子などのアクティブ素子、画素電極、および配向膜を有する。第２基板は、透明基板の第１基板側の面に、カラーフィルタ、対向電極、および配向膜を有する。第１基板の配向膜と第２基板の配向膜は、向かい合うように配置され、液晶層は、これらの配向膜の間で、スペーサによって間隔を保たれ、液晶を充填してシール剤で封印されている。第１基板の外側および第２基板の外側にはそれぞれ偏光板が配置されている。

液晶表示素子の第１基板の偏光板と、面光源装置１００の導光板１３０の出射面１３１とは、対向して配置されている。

このような液晶表示装置によれば、例えば、液晶層に電圧が印加されている画素では、面光源装置１００側から入射した光を観察者側に到達させ、それ以外の画素では、面光源装置１００側から入射した光を観察者側に到達させないようにすることができる。

面光源装置１００は、上記したように、点状光であるレーザ光から、大きく、かつ均一な光強度分布の面状光を得ることができる。したがって、面光源装置１００を用いた液晶表示装置によれば、輝度が高く画面全体で均一な、高品質の映像表示を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態の面光源装置１００によれば、反射拡散によりレーザ光源１１０からのレーザ光を円弧状に放射させて線状光を得るので、点状光であるレーザ光から、大きく、かつ均一な光強度分布の面状光を得ることができる。しかも、反射面に溝状構造１２２を有するという、簡単な構成の光学部品である反射式拡散板１２０を用いて、このような面状光を得ることができる。また、これにより、例えば、大きくて高品質な面状光を出射する面光源装置や、高品質かつ大画面の液晶表示装置を、低コストで提供することが可能となる。

以下、実施の形態１に係る面光源装置１００の応用例について説明する。

（実施の形態１の応用例１）
図１８Ａは、実施の形態１の応用例１に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図３に対応している。図１８Ａに示すように、この面光源装置１００ａは、図３に示す構成に加えて、導光板１３０の第１の端面１３２と対向する端面（以下「第２の端面」という）１３４に、反射部材として第２の反射板１４０を有する。

図１８Ｂは、図１８Ａに示す第２の反射板１４０のみの構成を示す斜視図である。図１
８Ｂに示すように、第２の反射板１４０の導光板１３０側の面には、Ｚ軸方向に平行に伸びた複数の微細な溝状構造１４１が形成されている。この溝状構造１４１には、例えば、図４に示す溝状構造１２２の形状を適用することができる。この場合、第２の反射板１４０は、導光板１３０側からの光を、反射拡散によりＸ軸方向に広げる形で円弧状に放射させる。

このような面光源装置１００ａによれば、Ｚ軸方向に拡散しながら導光板１３０内で伝搬され、第２の端面１３４に到達した拡散反射光を、さらにＸ軸方向に拡散させることができる。これにより、Ｚ軸方向に拡散されたレーザ光は、さらにＸ軸方向にも拡散され、導光板１３０の出射面１３１から取り出されることになる。また、内部を伝搬する光の進行方向の拡散の度合いが高くなるため、光強度分布がより均一化された面状光を得ることができる。

なお、溝状構造１４１を有する第２の反射板１４０に代えて、反射光を拡散させるような各種反射板や反射ミラーを用いてもよい。この点は、以下に説明する各反射板についても同様である。

図１９は、反射ミラー板を用いた場合の面光源装置の側面図であり、図１６および図１８に対応している。

図１９に示すように、この面光源装置１００ａは、図１８に示す第２の反射板１４０に代えて、反射ミラー１４２およびシリンドリカルレンズ１４３を有する。反射ミラー１４２は、導光板１３０の第２の端面１３４に対向して配置されている。シリンドリカルレンズ１４３は、第２の端面１３４と反射ミラー１４２との間に配置され、第２の端面１３４から出射したレーザ光をＸ軸方向に絞り、反射ミラー１４２に入射させる。このような構成によれば、反射ミラー１４２から出射されて導光板１３０を伝搬するレーザ光の出射方向９２６を、Ｘ軸方向に拡散させることができる。なお、シリンドリカルレンズ１４３と反射ミラー１４２との距離は、シリンドリカルレンズ１４３の焦点距離の半分以下とすることにより、第２の端面１３４に対し、Ｘ軸方向への絞り角をより大きくすることができる。

なお、シリンドリカルレンズ１４３に代えて、シリンドリカルフレネルレンズを用いてもよい。その一方で、反射ミラー１４２に代えて、元の第２の反射板１４０を用い、シリンドリカルレンズ１４３に代えて、シリンドリカルフレネルレンズを用いてもよい。このようにすれば、シリンドリカルフレネルレンズのコリメート作用により、第２の反射板１４０に入射する拡散反射光を、第２の反射板１４０の溝状構造１４１が形成された方向と直交する方向から入射させることができる。

なお、以下の実施例についても同様に、拡散反射光が、反射式拡散板の溝状構造が形成された方向と直交しない方向から、反射式拡散板に入射する場合に、反射式拡散板の手前に拡散反射光をコリメートするフレネルレンズを配置することにより、これを修正することができる。溝状構造が形成された方向と直交しない方向からレーザ光が入射した場合には、輝度ムラが生じる場合があるので、このようにフレネルレンズを配置することにより、輝度ムラを解消して輝度を均一化することができる。

図２０は、角度が付けられたミラーコーティング面を用いた場合の面光源装置の側面図であり、図１６および図１８に対応している。

図２０に示すように、面光源装置１００ａは、図１８に示す第２の反射板１４０に代えて、角度が付けられたミラーコーティング部１４４を有する。このミラーコーディング部
１４４は、法線方向がＸ軸方向成分を有するように角度を付けられた第２の端面１３４にミラーコーティングが施されることによって、第２の端面１３４上に形成されている。このような構成によれば、拡散板反射面１２１から出射されたレーザ光を、ミラーコーティング部１４４で反射させてＸ軸方向に偏向させることができる。すなわち、レーザ光を、導光板１３０の出射面１３１および裏面１３３で反射を繰り返しながら導光板１３０内部を伝搬させ、出射面１３１全体および裏面１３３全体に到達させて、出射面１３１全体から取り出すことができる。

さらには、第２の反射板１４０に代えて、Ｚ軸方向ではなく、Ｘ軸方向に溝が掘られた反射式拡散板を用いることもできる。この場合には、Ｚ軸方向により一層レーザ光が拡散されることになるので、Ｚ軸方向の均一性を向上させることができる。

（実施の形態１の応用例２）
図２１Ａは、実施の形態１の応用例２に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図１８Ａに対応している。図２１Ａに示すように、面光源装置１００ｂは、図１８Ａに示す構成に加えて、導光板１３０の第１の端面１３２に、反射部材として第１の反射板１５０を有する。

図２１Ｂは、図２１Ａに示す第１の反射板１５０のみの構成を示す斜視図である。図２１Ｂに示すように、第１の反射板１５０には、反射式拡散板１２０からの拡散反射光の通過領域に開口１５２が形成されている。また、第１の反射板１５０の導光板１３０側の面には、Ｚ軸方向に平行に伸びた複数の微細な溝状構造１５１が形成されている。この溝状構造１５１には、例えば、図４に示す溝状構造１２２の形状を適用することができる。この場合、第１の反射板１５０は、導光板１３０側からの光を、反射拡散によりＸ軸方向に広げる形で円弧状に放射させる。

このような面光源装置１００ｂによれば、導光板１３０に入射する際の拡散反射光の光路を阻害することなく、拡散しながら導光板１３０内を往復して第１の端面１３２に戻ってきた光を、さらにＸ軸方向に拡散させることができ、光強度分布がさらに均一化された面状光を得ることができる。また、図１８Ａに示す構成では、第２の端面１３４にて反射し戻ってきた光のうち、出射面１３１から取り出しきれなかった分を、利用しないことになる。図２１に示す構成では、この出射面１３１から取り出しきれなかった分の光を再利用するので、出射面１３１から取り出される面状光の輝度を上昇させることが可能である。このような光の再利用を行う手段としては、第１の反射板１５０に代えて、同様に開口のある、ミラーや反射板などの反射性部材を用いることができる。

（実施の形態１の応用例３）
図２２Ａは、実施の形態１の応用例３に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図２１Ａに対応している。図２２Ａに示すように、この面光源装置１００ｃは、図２１Ａの第１の反射板１５０に代えて、別の第１の反射板１５０ｃを有する。

図２２Ｂは、図２２Ａに示す第１の反射板１５０ｃのみの構成を示す斜視図である。図２２Ｂに示すように、第１の反射板１５０ｃの導光板１３０側の面には、Ｘ軸方向に平行に伸びた複数の微細な溝状構造１５１ｃが形成されている。この溝状構造１５１ｃには、例えば、図４に示す溝状構造１２２の形状を適用することができる。この場合、第１の反射板１５０ｃは、導光板１３０側からの光を、反射拡散によりＺ軸方向に広げる形で円弧状に放射させる。

このような面光源装置１００ｃによれば、導光板１３０に入射する際の拡散反射光の光路を阻害することなく、拡散しながら導光板１３０内を往復して第１の端面１３２に戻っ
てきた光を、さらにＺ軸方向に拡散させることができる。これにより、光強度分布がさらに均一化された面状光を得ることができる。

（実施の形態１の応用例４）
図２３Ａは、実施の形態１の応用例４に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図２１Ａに対応している。図２３Ａに示すように、面光源装置１００ｄは、図２１Ａの第２の反射板１４０に代えて、別の第２の反射板１４０ｄを有する。

図２３Ｂは、図２３Ａに示す第２の反射板１４０ｄのみの構成を示す斜視図である。図２３Ｂに示すように、第２の反射板１４０ｄの導光板１３０側の面には、Ｘ軸方向に平行に伸びた複数の微細な溝状構造１４１ｄが形成されている。この溝状構造１４１ｄには、例えば、図４に示す溝状構造１２２の形状を適用することができる。この場合、第２の反射板１４０ｄは、導光板１３０側からの光を、反射拡散によりＺ軸方向に広げる形で円弧状に放射させる。

このような面光源装置１００ｄによれば、導光板１３０に入射する際の拡散反射光の光路を阻害することなく、拡散しながら導光板１３０内で伝搬されて第２の端面１３４に到達した拡散反射光を、再びＺ軸方向に拡散させることができる。そして、Ｚ軸方向に十分に拡散して第１の端面１３２に戻ってきた光を、さらにＸ軸方向に拡散させることができる。これにより、光強度分布がさらに均一化された面状光を得ることができる。また、第１の反射板１５０に代えて、別の第１の反射板１５０ｃを用いることにより、さらにＺ軸方向への均一化を図ることができる。

なお、以上説明した実施の形態１および各応用例において説明した、反射式拡散板１２０、第２の反射板１４０、および第１の反射板１５０（以下、適宜「反射式拡散部材」と総称する）の各溝状構造を等間隔で形成した場合には、一般的に、その拡散反射光にビーム密度の疎密が生ずる。

図２４は、上記した、一般的に生ずるビーム密度の疎密の様子の一例を示す図である。図２４において、放射状に描かれた直線群９４０の疎密は、反射式拡散部材１２０（１４０、１５０）への入射光９５０に対する反射光の疎密を表わす。また、紙面奥行き方向に伸びた複数の溝状構造（図示せず）は、等間隔で形成されているものとする。

図２４に示すように、溝状構造を等間隔で形成した場合、入射光９５０に対する反射光のビーム密度（直線群９４０の密度）は、通常、反射式拡散部材１２０（１４０、１５０）の法線方向において最も高くなり、法線方向から離れれば離れるほど低くなる。すなわち、円弧状に放射される反射光には、輝度ムラが生じる。

このような輝度ムラを解消する手段としては、反射式拡散部材１２０（１４０、１５０）に形成する溝状構造の配置間隔に、疎密を付けることが有効である。

図２５は、Ｘ軸方向に伸びる複数の溝状構造１４１の配置間隔に疎密を付けた場合の、図１８Ｂに示す第２の反射板１４０を、導光板１３０側から見た平面図である。ビーム密度が密となる部分ほどより拡散させ、ビーム密度が疎となる部分ほど拡散の度合いを抑えるように、溝状構造１４１の配置間隔に疎密を付ける。これにより、反射光のＺ軸方向におけるビーム密度を均一化することができる。

図２６は、Ｚ軸方向に伸びる複数の溝状構造１５１ｃの配置間隔に疎密を付けた場合の、図２２Ｂに示す第１の反射板１５０ｃを、導光板１３０側から見た平面図である（但し、開口１５２の図示は省略する）。ビーム密度が密となる部分ほどより拡散させ、ビーム
密度が疎となる部分ほど拡散の度合いを抑えるように、溝状構造１５１ｃの配置間隔に疎密を付ける。これにより、反射光のＸ軸方向におけるビーム密度を均一化することができる。

輝度ムラを解消する手段として溝状構造の配置間隔の疎密が有効であることは、他で説明する各反射板についても同様である。すなわち、図２４に示す以外のパターン（溝状構造以外の構造を含む）で、反射光に疎密が生じた場合にも、同様の手法で、その疎密が解消可能である。この手法は、これまで述べてきた実施の形態は勿論、これから述べる各実施の形態に対しても適用することができる。

（実施の形態２）
ここでは、本発明の実施の形態２として、反射式拡散板から導光板の拡散反射光の入射面までの距離が長くなるように工夫した面光源装置について説明する。

図２７は、本発明の実施の形態２に係る面光源装置２００の構成を示す斜視図であり、実施の形態１の図３に対応している。

図２７に示すように、本実施の形態の面光源装置２００は、図３に示す導光板１３０とは異なる構成の導光板２３０と、光偏向部２６０とを有する。

導光板２３０は、その裏面１３３側の内部に、中実部２３１および中空部２３２を有する。中実部２３１は、出射面１３１とほぼ一致する大きさであり、実施の形態１における導光板１３０に対応している。また、中空部２３２は、中実部２３１と導光板２３０の裏面１３３との間に設けられ、反射式拡散板１２０が下側に配置されている第１の端面１３２と、その反対側の第２の端面１３４とに、それぞれ開口が設けられている。

反射式拡散板１２０は、入射したレーザ光を、反射拡散によりＺ軸方向に広げる形で円弧状に放射させ、導光板２３０の中空部２３２を通して光偏向部２６０に入射させる。

光偏向部２６０は、導光板２３０の第２の端面１３４側に配置された１対の反射ミラーを含み、第２の端面１３４側の上記開口から出射された光を折り返して導光板２３０に入射させる。より具体的には、光偏向部２６０は、中空部２３２を通して反射式拡散板１２０から入射した光を偏向させ、導光板２３０の出射面１３１側の第２の端面１３４に入射させる。

図２８は、図２７に示す面光源装置２００をＺ軸方向から見たときの側面図である。

図２８に示すように、反射式拡散板１２０からの拡散反射光は、中空部２３２を通過した後、光偏向部２６０により折り返されて導光板２３０に入射する。実施の形態１の図１６と比較すると、本実施の形態に係る面光源装置２００のほうが、反射式拡散板１２０を出射してから導光板２３０に入射するまでの距離が長い。

このように、本実施の形態の面光源装置２００によれば、反射式拡散板１２０を出射してから導光板２３０に入射するまでの距離を長く取れるので、光の拡散距離を容易に稼ぐことができる。また、導光板２３０に入射するまでの距離が長いと、拡散反射光が不要に拡散してしまう可能性があるが、本実施の形態では、導光板２３０内部の中空部２３２を利用するので、不要な拡散を防止することができる。

なお、Ｘ軸方向にビーム幅を確保できる場合には、導光板２３０の中空部２３２を除いた部分を、実施の形態１の図１７に示す導光板１３０のように楔形とすることも可能であ
る。

以下、実施の形態２に係る面光源装置２００の応用例について説明する。

（実施の形態２の応用例１）
図２９は、実施の形態２の応用例１に係る面光源装置をＺ軸方向から見たときの側面図である。図２９に示すように、この面光源装置２００ａは、拡散反射光の光偏向部２６０から導光板２３０に至る光路上に、コリメータとしてシリンドリカルフレネルレンズ２６１を配置し、導光板２３０の第１の端面１３２側に、例えば実施の形態１の図２１Ｂに示す第１の反射板１５０に開口１５２を設けない構成とした第１の反射板２５０を配置している。この場合も、上記のように、溝間隔に疎密の分布を付けることができる。この点は、後述する実施の形態２の応用例２、３についても同様である。

シリンドリカルフレネルレンズ２６１は、光偏向部２６０側から入射した、Ｚ軸方向に拡散した光を、Ｚ軸に垂直な平行光となるようにコリメートして、導光板２３０に入射させる。なお、導光板２３０の側面で反射した分の光は、平行光にならない場合がある。この点は、以下の各応用例についても同様である。

このような面光源装置２００ａによれば、レーザ光を導光板２３０の幅と同じ幅に広げた平行光に変換して、導光板２３０に入射させることができ、さらに、導光板２３０内部にて往復させて伝搬することができる。これにより、例えば、反射式拡散板１２０によりＺ軸方向に大きく拡散させ、拡散反射光のＺ軸方向におけるビーム密度をより均一化した状態でコリメートさせることができる。すなわち、導光板２３０に入射する前の段階で、拡散反射光のＺ軸方向におけるビーム密度をより均一化することができる。また、第１の反射板２５０を設けることにより、図２１Ｂの第１の反射板１５０と同様に、導光板２３０側からの光を、反射拡散によりＸ軸方向に広げる形で円弧状に放射させることができる。

（実施の形態２の応用例２）
図３０は、実施の形態２の応用例２に係る面光源装置をＺ軸方向から見たときの側面図であり、図２９に対応している。図３０に示すように、面光源装置２００ｂは、拡散反射光の光偏向部２６０から導光板２３０に至る光路上に、図２９のシリンドリカルフレネルレンズ２６１に代えて、絞りレンズとして非球面レンズ２６２を配置している。

非球面レンズ２６２は、光偏向部２６０側から入射した光を、Ｘ軸方向に絞って導光板２３０に入射させる。

このような面光源装置２００ｂによれば、拡散反射光を、導光板２３０の主面間で、容易に反射往復させることができる。これにより、導光板２３０に入射した後の段階で光を大きく拡散させることができ、面状光のビーム密度を均一化することができる。

なお、第１の反射板２５０としては、反射ミラーや反射板、Ｚ軸方向に溝が切られた反射式拡散板などを代わりに用いることができる。この点は、以降の各実施の形態および各応用例についても同様である。また、非球面レンズ２６２の代わりに、シリンドリカルレンズを用いることができる。

（実施の形態２の応用例３）
図３１は、実施の形態２の応用例３に係る面光源装置をＺ軸方向から見たときの側面図であり、図２９および図３０に対応している。図３１に示すように、面光源装置２００ｃは、拡散反射光の光偏向部２６０から導光板２３０に至る光路上に、図２９に示すシリン
ドリカルフレネルレンズ２６１と、図３０に示す非球面レンズ２６２とを配置している。

このような面光源装置２００ｃによれば、面状光のビーム密度をさらに均一化することができる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３として、反射式拡散板の拡散板反射面に小さい入射角でレーザ光を入射させるように工夫した面光源装置について説明する。

図３２は本発明の実施の形態３に係る面光源装置の構成を示す斜視図である。

図３２に示すように、面光源装置３００は、レーザ光源１１０を、レーザ光が導光板１３０の内部を通過して反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１に入射する位置および向きで配置している。

図３３は、図３２に示す面光源装置３００をＺ軸方向から見たときの側面図である。

図３３に示すように、面光源装置３００は、レーザ光源１１０から出射されるレーザ光を、第２の端面１３４から第１の端面１３２へと、導光板１３０の出射面１３１および裏面１３３のいずれにも交わらせることなく、Ｙ軸に平行な向きで伝搬させる。

このように、本実施の形態の面光源装置３００によれば、反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１に、小さい入射角でレーザ光を容易に入射させることができる。これにより、拡散反射光が全体としてＸ軸方向に大きく拡散されて放射されることに起因する図１１および図１２で説明した現象、つまり、光の変換効率が低下する現象や、面状光にムラが発生する現象を、回避することができる。

以下、実施の形態３に係る面光源装置３００の応用例について説明する。

（実施の形態３の応用例１）
図３４Ａは、実施の形態３の応用例１に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図３２に対応している。図３４Ａに示すように、面光源装置３００ａは、図３２に示す反射式拡散板１２０に代えて、導光板１３０の第１の端面１３２に、反射式拡散板３２０ａを有する。また、面光源装置３００ａは、導光板１３０の第２の端面１３４に、反射部材として第２の反射板３４０ａを有する。

図３４Ｂは、図３４Ａに示す第２の反射板３４０ａのみの構成を示す斜視図であり、実施の形態１の図１８Ｂに対応している。図３４Ｂに示すように、第２の反射板３４０ａは、レーザ光の通過領域に開口３４２ａが形成されている以外は、図１８Ｂに示す第２の反射板１４０と同様の構成となっている。

図３４Ｃは、図３４Ａに示す反射式拡散板３２０ａのみの構成を示す斜視図であり、実施の形態１の図２２Ｂに対応している。図３４Ｃに示すように、反射式拡散板３２０ａは、開口１５２を有しておらず、かつ導光板１３０側の面を拡散板反射面３２１としている以外は、図２２Ｂに示す第１の反射板１５０ｃと同様の構成となっている。

このような反射式拡散板３２０ａによれば、反射式拡散板３２０ａを、実施の形態１の第１の反射板の機能を兼ねる形で導光板１３０に一体的に設けることができ、構成を簡素化でき、装置の小型化や低コスト化を図ることができる。また、拡散反射光のＺ軸方向への拡散を、レーザ光の光路を阻害することなく行うことができる。

（実施の形態３の応用例２）
図３５Ａは、実施の形態３の応用例２に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図３４Ａに対応している。図３５Ａに示すように、面光源装置３００ｂは、図３４Ａに示す反射式拡散板３２０ａに代えて、反射式拡散板３２０ａとは構成が異なる反射式拡散板３２０ｂを有する。

図３５Ｂは、図３５Ａに示す反射式拡散板３２０ｂのみの構成を示す斜視図であり、図３４Ｃおよび実施の形態１の図２１Ｂに対応している。図３５Ｂに示すように、反射式拡散板３２０ｂは、開口１５２を有さず、かつ導光体１３０側の面のレーザ光が照射される領域に拡散板反射面３２１ｂを有する以外は、図２１Ｂに示す反射式拡散板１５０と同様の構成となっている。

このような面光源装置３００ｂによれば、拡散反射光のＺ軸方向への拡散を阻害することなく、拡散反射光をＸ軸方向にさらに拡散させることができる。

（実施の形態３の応用例３）
図３６Ａは、実施の形態３の応用例３に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図３５Ａに対応している。図３６Ａに示すように、面光源装置３００ｃは、図３５Ａに示す第２の反射板３４０ａに代えて、第２の反射板３４０ａとは構成が異なる第２の反射板３４０ｃを有する。

図３６Ｂは、図３６Ａに示す第２の反射板３４０ｃのみの構成を示す斜視図であり、図３４Ｂおよび実施の形態１の図２３Ｂに対応している。図３６Ｂに示すように、第２の反射板３４０ｃは、レーザ光の通過領域に開口３４２ｃが形成されている以外は、図２３Ｂに示す反射拡散板１４０ｄと同様の構成となっている。

このような面光源装置３００ｃによれば、拡散反射光をＺ軸方向にさらに拡散させることができる。また、実施の形態３の各応用例について、その反射式拡散板の溝間隔に、前述したような疎密の分布をつけることができる。

なお、以上説明した各実施の形態では、反射拡散板１２０に入射するレーザ光が、１本の白色レーザ光である場合について説明したが、レーザ光の種類、および反射拡散板１２０への入射の仕方は、これに限定されるものではない。

以下、反射拡散板１２０に入射するレーザ光の態様の変形例について説明する。

図３７は、反射拡散板１２０に入射するレーザ光の態様の第１の変形例を示す説明図である。この変形例では、図３７に示すように、ＲＧＢ（赤色、緑色、青色）の各レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂを、Ｚ軸方向に並べて、反射式拡散板１２０に個別に入射させる。但し、各レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂの入射位置は、ほぼ１箇所と見なせる範囲内であることが望ましい。また、各レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂを、Ｚ軸方向に代えて、Ｘ軸方向に並べるようにしてもよい。さらに、各レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂを互いに短い間隔で平行に伝搬させることが困難な場合には、色ごとに異なる入射角でレーザ光９６０を拡散板反射面１２１に入射させ、レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂの反射スポットを合わせるようにしてもよい。これにより、各色のレーザ光を混合伝搬させるための特別な装置を設ける必要がなくなり、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。

図３８は、反射拡散板１２０に入射するレーザ光の態様の第２の変形例を示す図であり
、実施の形態１の図１８Ａに対応している。

図３８に示すように、この変形例に係る面光源装置１００ｅは、導光板１３０の第１の端面１３２とほぼ同じ大きさの反射式拡散板１２０ｅを有する。また、面光源装置１００ｅは、図示しないが、レーザ光源１１０から出力された白色レーザ光を、複数の方向に分離するビームスプリッタを有する。さらに、面光源装置１００ｅは、図示しないが、ビームスプリッタにおける分離により得られた複数本の白色レーザ光を、それぞれ異なる位置で反射式拡散板１２０ｅの拡散板反射面１２１ｅに入射させる光学系を有する。

このような面光源装置１００ｅによれば、拡散反射光の拡散幅を広げることができるとともに、拡散反射光の輝度の疎密を緩和することができ、より均一な面状光を得ることができる。

なお、反射式拡散部材に、拡散反射光の通過領域やレーザ光の通過領域に対応して開口を設ける場合には、適宜、開口を複数設けたり、口の開口面積を広げたりすればよい。

また、反射拡散板１２０に入射するレーザ光の態様の他の変形例として、例えば、レーザ光を、反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１付近まで光ファイバで導くことも考えられる。この場合、光ファイバはフレキシブルでかつ小型であるため、レーザ光を拡散板反射面１２１に導くための光学系を小さくすることができる。また、このように光ファイバを用いることにより、レーザ光の拡散板反射面１２１への入射角θｉを容易に小さくすることができる。また、実施の形態１および実施の形態２においては、レーザ光源１１０やその駆動回路などを分離して別筐体に収めることもできるため、反射式拡散板１２０と導光板１３０の第１の端面１３２との距離を短くすることができ、装置のさらなる小型化を実現できる可能性がある。

加えて、上記の反射式拡散部材（反射式拡散板１２０、反射板１４０、１５０）を直線振動または回転振動させることにより、出射する面状光（または液晶パネルからの出射光）のスペックルノイズを減少させることができる。これは、レーザ光のスペックルパターンを時間的に変化させることにより、スペックルコントラストが減少するためである。特に、最初にレーザ光が入射する反射式拡散部材（反射式拡散板１２０）を、その溝方向が変化しないように、周期的または非周期的に運動させることが効果的である。

（実施の形態４）
図３９Ａは、本発明の実施の形態４に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、実施の形態１の図３に対応している。また、図３９Ｂは、図３９Ａの面光源装置を上から見た概略図である。

図３９に示すように、本実施の形態に係る面光源装置４００は、実施の形態１とは異なり、レーザ光源１１０を、導光板１３０の下側に配置し、かつ、反射式拡散板１２０を、導光板１３０の下側に、拡散板反射面１２１を、導光板１３０の第１の端面１３２に対してＸ軸周りに角度を付けて、配置している。また、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、レーザ光源１１０は、出射するレーザ光が、反射式拡散板１２０における１度目の反射拡散時に、拡散板反射面１２１の溝状構造と直交する方向から反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１に入射するような位置および向きに配置されている。但し、レーザ光源１１０は、各種光学素子と組み合わせるなどして、最終的にレーザ光を拡散板反射面１２１の溝状構造と直交する方向から反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１に入射させることが可能であれば、他の位置および向きに配置してもよい。以下、各図において、レーザ光源１１０の図示を適宜省略する。

このような、拡散板反射面１２１に角度を付けて配置した構成によっても、レーザ光源１１０からのレーザ光を円弧状に放射させて拡散反射光を得ることができる。

次に、本実施の形態の反射式拡散板１２０の詳細な構成および反射光の拡散の原理について説明する。

図４０Ａは、反射式拡散板１２０における反射光の拡散の原理を説明するための図であって、反射式拡散板１２０の一例をＹ−Ｚ平面で切断したときのある一部断面を拡大した要部拡大断面図である。

図４０Ａに示すように、拡散板反射面１２１は、Ｚ軸に対してＸ軸周りに−α度傾いている平面部分（基準面）１２３と、この平面部分１２３に対してＸ軸周りに−γ_１度傾いている傾斜面１２５ａとを有する。レーザ光源からのレーザ光の入射方向９１０をＺ軸の負の方向に取ったとき、平面部分１２３とα度の角度をなして平面部分１２３に入射する、レーザ光８１０ａの反射光８１０ｂ（以下「０次光」という）は、Ｚ軸に対して時計回りに２α度の角度をなす。一方で、傾斜面１２５ａと「α＋γ_１」度の角度をなして傾斜面１２５ａに入射する、レーザ光８１１ａの反射光８１１ｂは、Ｚ軸に対して時計回りに「２（α＋γ_１）」度の角度をなす。この結果、平面部分１２３に対してＸ軸周りに−γ_１度傾いている傾斜面１２５ａにおける反射光８１１ｂは、０次光８１０ｂに対して２γ_１度拡散することになる。

図４０Ｂは、同じく反射式拡散板１２０の原理を説明するための図であって、反射式拡散板１２０の他の例をＹ−Ｚ平面で切断したときのある一部断面を拡大した要部拡大断面図である。

この場合も、図４０Ａと同様にして考えて、平面部分（基準面）１２３に対してＸ軸周りにγ_２度傾いている傾斜面１２５ｂにおける反射光８１２ｂは、０次光８１０ｂに対して２γ_２度拡散することになる。

図４１Ａは、反射式拡散板１２０のさらに他の例をＹ−Ｚ平面で切断したときの一部断面を拡大した要部拡大断面図である。

図４１Ａに示す反射式拡散板１２０には、平面部分（基準面）１２３に対してＸ軸周りにそれぞれ−γ度およびγ度傾いた２つの傾斜面を有する、窪んだ逆三角断面形状の溝状構造１２２が複数形成されている。平面部分１２３は、隣り合う溝状構造１２２の間に形成されている。このように構成すれば、反射式拡散板１２０は、マクロ的に見た場合、図４１Ｂに示すように、０次光８１０ｂに対して±２γ度拡散する反射式拡散板となる。

図４２Ａは、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第１の例を示す要部断面図であり、図４１Ａおよび実施の形態１の図５に対応している。図４２Ｂは、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第２の例を示す要部断面図であり、図４２Ａおよび実施の形態１の図４に対応している。反射式拡散板１２０が有する溝状構造については、図４２Ａに示すように、窪んだ逆三角断面形状の溝状構造１２２としてもよいし、図４２Ｂに示すように、突き出た三角断面形状の溝状構造１２２としてもよい。

実際には、入射光が発散角を持ち、かつ、三角形の傾斜が角度に幅を持ち、さらには、凹部（溝）、凸部（突起）、および平面部分での多重反射も存在するので、反射式拡散板１２０の拡散板反射面１２１に入射したレーザ光は、図４１Ｂに示すような３方向のみに拡散するわけではなく、多様な角度で、例えば、円弧状に拡散することになる。

ここまで述べた溝状構造１２２は、実施の形態１と同様に、例えば、拡散板反射面１２１を鏡面加工された金属板とし、その表面にヘアライン加工を施すことによって形成することができる。

上記した図４０Ａ、図４０Ｂ、および図４１に示す構成を有する反射式拡散板１２０によれば、入射したレーザ光を、反射拡散により円弧状に放射させて、大きく、かつ均一な拡散反射光に変換することができる。

なお、例えば、図４０Ａにおいて、拡散板反射面１２１からの反射光８１１ｂがＺ軸と交差する角度で拡散するのは、レーザ光源１１０および導光板１３０をはじめとする光学系の配置、および効率上、好ましくない。したがって、Ｙ−Ｚ平面内において、０次光８１０ｂよりも右手の方向に拡散させるための傾斜面１２５ａは、次の式（１）を満たすのがよい。
２（α＋γ_１）＜１８０ …（１）

また、図４０Ｂにおいて、拡散板反射面１２１からの反射光８１２ｂが、Ｚ軸に対して、平面部分１２３の傾き（−α度）よりも小さく反射するのは、拡散角の制限および効率、ならびに光学系の配置上の観点から、好ましくない。したがって、Ｙ−Ｚ平面内において、０次光８１０ｂよりも左手の方向に拡散させるための傾斜面１２５ｂは、次の式（２）を満たすのがよい。
２（α−γ_２）＞α …（２）

実際には、溝の間隔や、窪みの深さ、溝の高さ次第ではあるが、拡散板反射面１２１の傾斜面１２５ａ、１２５ｂは、それぞれ、上記の式（１）、式（２）を満たすのが望ましい。例えば、Ｚ軸に対してＸ軸周りに−α度傾けて配置された拡散板反射面１２１に、拡散板反射面１２１に対して時計回りにγ_１度および反時計回りにγ_２度それぞれ傾斜した傾斜面１２５ａ、１２５ｂが形成され、かつ、入射したレーザ光が拡散板反射面１２１において１回のみ反射して出射する場合を考える。このとき、上記の式（１）および式（２）を満たせば、拡散板反射面１２１からは、Ｚ軸に対して−α度の角度で０次光８１０ｂが出射され、０次光に対して−２γ_２〜２γ_１度の拡散反射光が出射される。すなわち、拡散角は「２γ_１＋２γ_２」度となる。

上記のように、入射したレーザ光が平行光である場合、理論的にはレーザ光は３方向にのみ拡散することになり（図４１Ｂ参照）、拡散反射光のビーム密度には疎密が出る。したがって、入射するレーザ光に対して積極的にある程度の発散角を持たせて、拡散反射光のビーム密度の均一化を図ることが望ましい。

加えて、拡散反射光のビーム密度の疎密をさらに均一にするために、例えば、傾きが異なる複数の溝状構造１２２を配置したり、溝状構造１２２の面にさらに微細な凹凸を設けたり、あるいは曲面を有する溝状構造を配置するようにしてもよい。目安として、例えば、達成したい、０次光８１０ｂよりも右手方向への最大拡散角を２γ_１とする場合には、傾斜面１２５ａの平面部分１２３に対する傾斜角を、上記の式（１）を満たした上で、０度〜γ_１度まで複数含むようにすればよい。同様に、達成したい、０次光８１０ｂよりも左手方向への最大拡散角を２γ_２とする場合には、傾斜面１２５ａの平面部分１２３に対する傾斜角を、上記の式（２）を満たした上で、０度〜γ_２度まで複数含むようにすればよい。また、０次光８１０ｂに対して拡散反射光を対称に出射した方が、都合がよい場合が多いので、このような場合には、γ_１とγ_２を等しくすればよい。これにより、０次光８１０ｂに対して最大で±２γ度の拡散角を持つ拡散反射光を、ビーム密度の疎密が少ない状態で、円弧状に放射することができる。

図４３は、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第３の例を示す要部断面図であり、図４２Ａおよび実施の形態１の図６に対応している。図４３に示す拡散板反射面１２１の溝状構造１２２は、三角形断面の頂角が異なる複数の凹部を含んでいる。

図４４は、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第４の例を示す要部断面図および部分拡大図である。図４４に示す拡散板反射面１２１の溝状構造１２２は、表面に微細な凹凸１２４を有する。

図４５は、反射式拡散板１２０が有する溝状構造の第５の例を示す要部断面図であり、図４２Ａおよび実施の形態１の図８に対応している。図４５に示す拡散板反射面１２１の溝状構造１２２は、大きさが異なる複数の円弧形断面を有する。

図４３〜図４５に示す溝状構造１２２を採用することにより、図４０Ａ、図４０Ｂ、および図４１に示す溝状構造１２２を採用した場合に比べて、より多くの方向に向けてレーザ光を偏向させることができ、拡散反射光のビーム密度の疎密をより均一にすることができる。なお、図４３〜図４５に示す溝状構造１２２についても、図４０Ａ、図４０Ｂ、および図４１に示す溝状構造１２２の場合と同様に、平面部分１２３に対して突き出た構造でも窪んだ構造でもよい。

なお、上記いずれの溝状構造１２２においても、拡散板反射面１２１の平面部分１２３は、レーザ光が拡散せずに単に反射する部分であるため、できるだけ少ないほうがよい。具体的には、レーザ光の入射方向９１０と直交する方向、つまり、Ｙ軸方向におけるレーザ光のビーム径に対する平面部分１２３の割合は、拡散効率を考慮すると、例えば、２割以下であることが望ましい。

また、実施の形態１と同様に、溝状構造１２２のピッチ（配置間隔）のＹ軸方向成分は、ビーム径の半分以下であることが望ましい。また、溝状構造１２２は、ランダムな大きさまたは形状であっても、Ｙ軸方向のビーム径の範囲において統計的に均一であればよい。これは、特に本実施の形態では、反射式拡散板１２０に入射するレーザ光の、Ｙ軸方向の位置精度要求を下げることが可能となる。

また、実施の形態１で説明したとおり、一方で、溝幅がナノメートルのオーダに近づいてくると、レーザ光に回折の効果が強く出てくる。また、溝形状は矩形状でも、レーザ光はＹ−Ｚ平面内において、０次光８１０ｂに対して左右に広がることになる。

なお、反射式拡散板１２０での拡散反射光のビーム密度の疎密を均一することは、導光板１３０の出射面１３１から均一な面状光を出射することを目的としている。したがって、導光板１３０の光の伝搬特性によっては、反射式拡散板１２０の拡散反射光のビーム密度の粗密を均一化せずに所定の分布とすることで、結果として導光板１３０の出射面から均一な面状光を出射することが可能な場合もある。

図４６は、図３９に示す面光源装置４００をＺ軸方向から見た側面図であり、実施の形態１の図１６に対応している。

図４６に示すように、面光源装置４００は、反射式拡散板１２０の溝状構造１２２が、導光板１３０の第１の端面１３２に平行になるように、構成されている。また、面光源装置４００は、拡散板反射面１２１へのレーザ光の入射方向９１０が、Ｚ軸に平行になるように、かつ、拡散反射光の出射方向９２０が、導光板１３０の第１の端面１３２を介して導光板１３０の内部に向くように、構成されている。

また、実施の形態１と同様に、導光板１３０は、楔形断面を有する平板状の形状としてもよい。

図４７は、楔形断面を有する導光板を用いた場合の面光源装置の側面図であり、図４６および実施の形態の図１７に対応している。

図４７に示すように、裏面１３３が第１の端面１３２側に傾いている導光板１３０の場合、例えば、反射式拡散板１２０の拡散反射光を、Ｘ軸方向に所定の幅を有するＸ−Ｙ平面において平行な光とし、かつ、その出射方向９２０をＹ軸方向に一致させる。これにより、光が導光板１３０内部を伝搬する距離が短くなり、拡散反射光を高い変換効率で面状光９３０に変換することができる。

なお、本実施の形態に係る面光源装置４００も、実施の形態１と同様に、液晶表示装置の光源として用いることができる。

このように、本実施の形態の面光源装置４００によれば、反射拡散によりレーザ光源１１０からのレーザ光を円弧状に放射させて線状光を得るので、点状光であるレーザ光から、大きく、かつ均一な光強度分布の面状光を得ることができる。しかも、反射面に溝状構造１２２を有するという、簡単な構成の光学部品である反射式拡散板１２０を用いて、このような面状光を得ることができる。また、反射式拡散板１２０は、レーザ光が入射する位置などにマージンを持った構成を有するので、光学系の配置などを容易に行うことができる。したがって、例えば、大きくて高品質な面状光を出射する面光源装置や、高品質かつ大画面の液晶表示装置を、低コストで提供することが可能となる。

以下、実施の形態４に係る面光源装置４００の応用例について説明する。

（実施の形態４の応用例１）
図４８Ａは、実施の形態１の応用例１に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図３９および実施の形態１の図１８Ａに対応している。図４８Ａに示すように、この面光源装置４００ａは、図３９に示す構成に加えて、導光板１３０の第２の端面１３４に、反射部材として第２の反射板１４０を有する。

図４８Ｂは、図４８Ａに示す第２の反射板１４０のみの構成を示す斜視図であり、実施の形態１の図１８Ｂに対応している。図４８Ｂに示すように、第２の反射板１４０の導光板１３０側の面には、Ｚ軸方向に平行に伸びた複数の微細な溝状構造１４１が形成されている。この溝状構造１４１には、例えば、図４４に示す溝状構造１２２の形状を適用することができる。この場合、第２の反射板１４０は、導光板１３０側からの光を、反射拡散によりＸ軸方向に広げる形で円弧状に放射させる。

このような面光源装置４００ａによれば、Ｚ軸方向に拡散しながら導光板１３０内で伝搬され、第２の端面１３４に到達した拡散反射光を、さらにＸ軸方向に拡散させることができる。これにより、Ｚ軸方向に拡散されたレーザ光は、さらにＸ軸方向にも拡散され、導光板１３０の出射面１３１から取り出されることになる。また、内部を伝搬する光の進行方向の拡散の度合いが高くなるため、光強度分布がより均一化された面状光を得ることができる。

なお、実施の形態１と同様に、溝状構造１４１を有する第２の反射板１４０に代えて、反射光を拡散させることができる各種反射板または反射ミラーを用いてもよい。この点は、以下に説明する各反射板についても同様である。

図４９は、反射ミラーを用いた場合の面光源装置の側面図であり、図４６および図４８並びに実施の形態１の図１９に対応している。

図４９に示すように、この面光源装置４００ａは、図４８に示す第２の反射板１４０に代えて、反射ミラー１４２およびシリンドリカルレンズ１４３を有する。反射ミラー１４２は、導光板１３０の第２の端面１３４に対向して配置されている。シリンドリカルレンズ１４３は、第２の端面１３４と反射ミラー１４２との間に配置され、第２の端面１３４から出射したレーザ光をＸ軸方向に絞り、反射ミラー１４２に入射させる。このような構成によれば、反射ミラー１４２から出射されて導光板１３０を伝搬するレーザ光の出射方向９２６を、Ｘ軸方向に拡散させることができる。なお、シリンドリカルレンズ１４３と反射ミラー１４２との距離は、シリンドリカルレンズ１４３の焦点距離の半分以下とすることにより、第２の端面１３４に対し、Ｘ軸方向への絞り角をより大きくすることができる。

なお、シリンドリカルフレネルレンズおよび元の第２の反射板１４０を用いてもよいことは、実施の形態１で説明した通りである。

図５０は、角度が付けられたミラーコーティング面を用いた場合の面光源装置の側面図であり、図４６および図４８並びに実施の形態１の図２０に対応している。

図５０に示すように、この面光源装置４００ａは、図４８に示す第２の反射板１４０に代えて、角度が付けられたミラーコーティング部１４４を有する。このミラーコーディング部１４４は、法線方向がＸ軸方向成分を有するように角度を付けられた第２の端面１３４にミラーコーティングが施されることによって、第２の端面１３４上に形成されている。このような構成によれば、拡散板反射面１２１から出射されたレーザ光を、ミラーコーティング部１４４で反射させてＸ軸方向に偏向させることができる。すなわち、レーザ光を、導光板１３０の出射面１３１および裏面１３３で反射を繰り返しながら導光板１３０内部を伝搬させ、出射面１３１全体および裏面１３３全体に到達させて、出射面１３１全体から取り出すことができる。

なお、第２の反射板１４０に代えて、Ｘ軸方向に溝が掘られた反射式拡散板を用いてもよいことは、実施の形態１で説明した通りである。

（実施の形態４の応用例２）
図５１Ａは、実施の形態４の応用例２に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図４８Ａおよび実施の形態１の図２１Ａに対応している。図５１Ａに示すように、この面光源装置４００ｂは、図４８Ａに示す構成に加えて、導光板１３０の第１の端面１３２に、反射部材として第１の反射板１５０を有する。

図５１Ｂは、図５１Ａに示す第１の反射板１５０のみの構成を示す斜視図であり、実施の形態１の図２１Ｂに対応している。図５１Ｂに示すように、第１の反射板１５０には、反射式拡散板１２０からの拡散反射光の通過領域に開口１５２が形成されている。また、第１の反射板１５０の導光板１３０側の面には、Ｚ軸方向に平行に伸びた複数の微細な溝状構造１５１が形成されている。この溝状構造１５１には、例えば、図４４に示す溝状構造１２２の形状を適用することができる。この場合、第１の反射板１５０は、導光板１３０側からの光を、反射拡散によりＸ軸方向に広げる形で円弧状に放射させる。

このような面光源装置４００ｂによれば、導光板１３０に入射する際の拡散反射光の光路を阻害することなく、拡散しながら導光板１３０内を往復して第１の端面１３２に戻ってきた光を、さらにＸ軸方向に拡散させることができ、光強度分布がさらに均一化された
面状光を得ることができる。また、図４８Ａに示す構成では、第２の端面１３４において反射し戻ってきた光のうち、出射面１３１から取り出しきれなかった分の光を、利用しないことになる。図５１Ａに示す構成では、この出射面１３１から取り出しきれなかった分の光を再利用するので、出射面１３１から取り出される面状光の輝度を上昇することが可能である。このような、光の再利用を行う手段としては、第１の反射板１５０に代えて、同様に、開口のある、ミラーや反射板などの反射性部材を用いることができる。

（実施の形態４の応用例３）
図５２Ａは、実施の形態４の応用例３に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図５１Ａおよび実施の形態１の図２２Ａに対応している。図５２Ａに示すように、この面光源装置４００ｃは、図５１Ａの第１の反射板１５０に代えて、別の第１の反射板１５０ｃを有する。

図５２Ｂは、図５２Ａに示す第１の反射板１５０ｃのみの構成を示す斜視図であり、実施の形態１の図２２Ｂに対応している。図５２Ｂに示すように、第１の反射板１５０ｃの導光板１３０側の面には、Ｘ軸方向に平行に伸びた複数の微細な溝状構造１５１ｃが形成されている。この溝状構造１５１ｃには、例えば、図４４に示す溝状構造１２２の形状を適用することができる。この場合、第１の反射板１５０ｃは、導光板１３０側からの光を、反射拡散によりＺ軸方向に広げる形で円弧状に放射させる。

このような面光源装置４００ｃによれば、導光板１３０に入射する際の拡散反射光の光路を阻害することなく、拡散しながら導光板１３０内を往復して第１の端面１３２に戻ってきた光を、さらにＺ軸方向に拡散させることができ、光強度分布がさらに均一化された面状光を得ることができる。

（実施の形態４の応用例４）
図５３Ａは、実施の形態４の応用例４に係る面光源装置の構成を示す斜視図であり、図５１Ａおよび実施の形態１の図２３Ａに対応している。図５３Ａに示すように、面光源装置４００ｄは、図５１Ａの第２の反射板１４０に代えて、別の第２の反射板１４０ｄを有する。

図５３Ｂは、図５３Ａに示す第２の反射板１４０ｄのみの構成を示す斜視図であり、実施の形態１の図２３Ｂに対応している。図５３Ｂに示すように、第２の反射板１４０ｄの導光板１３０側の面には、Ｘ軸方向に平行に伸びた複数の微細な溝状構造１４１ｄが形成されている。この溝状構造１４１ｄには、例えば、図４４に示す溝状構造１２２の形状を適用することができる。この場合、第２の反射板１４０ｄは、導光板１３０側からの光を、反射拡散によりＺ軸方向に広げる形で円弧状に放射させる。

このような面光源装置４００ｄによれば、導光板１３０に入射する際の拡散反射光の光路を阻害することなく、拡散しながら導光板１３０内で伝搬されて第２の端面１３４に到達した拡散反射光を、再びＺ軸方向に拡散させることができる。そして、Ｚ軸方向に十分に拡散して第１の端面１３２に戻ってきた光を、さらにＸ軸方向に拡散させることができる。これにより、光強度分布がさらに均一化された面状光を得ることができる。また、第１の反射板１５０に代えて、図５２Ａに示す別の第１の反射板１５０ｃを用いることにより、さらにＺ軸方向への均一化を図ることができる。

なお、反射式拡散部材の各溝状構造を等間隔で形成した場合に拡散反射光にビーム密度の疎密が生ずることは、図２４において既に説明した通りである。光が、垂直ではなく、紙面内で角度を付けて入射した場合には、０次光から離れるほど密度が低くなる。このような輝度ムラを解消する手段としては、図２５、図２６に示すように反射式拡散部材１２
０（１４０、１５０）に形成する溝状構造の配置間隔に疎密を付けることが有効である。

さらには、導光板１３０に入射する前に、複数の反射式拡散板１２０を組み合わせた反射式拡散光学系７２０（具体的には、後述する図５４〜図５６の７２０ａ、７２０ｂ、７２０ｃ参照）によって複数回反射拡散させることにより、レーザ光の広がり幅を広げ、また、ビーム密度の疎密を均一化させた状態で、レーザ光を導光板１３０に入射させることができる。

図５４は、２枚の反射式拡散板１２０を組み合わせた反射式拡散光学系の一例を示す概略図である。

図５４に示すように、この反射式拡散光学系７２０ａは、２枚の反射式拡散板１２０、つまり、反射式拡散板１２０ａおよび反射式拡散板１２０ｂから構成され、Ｚ軸に平行に入射する入射光９５０が入射する面に、拡散板反射面１２１を有する。ここでは、例えば、拡散板反射面１２１に、その平面部分に対して最大で±γ度の傾斜角を持った傾斜面が形成されており、また、入射したレーザ光が拡散板反射面１２１において１回のみ反射して出射する場合を考える。このとき、反射式拡散板１２０ａで反射拡散したレーザ光は、０次光９５１ａに対して最大で±２γ度の拡散角を持つ。続いて、反射式拡散板１２０ｂで反射拡散したレーザ光は、０次光９５１ｂに対して最大で±４γ度の拡散角を持つ。このように、同じ構成の反射式拡散板１２０で拡散反射させる度に、レーザ光の最大拡散角を±２γ度ずつ増やすことができる。なお、図５４の例では、溝状構造１２２はＸ軸方向に形成されており、レーザ光はＹ−Ｚ平面内において拡散されている。

図５５は、３枚の反射式拡散板１２０を組み合わせた反射式拡散光学系７２０ｂの一例を示す概略図である。なお、図示しないが、同様にして、反射式拡散板１２０は４枚、５枚と何枚でも接続が可能である。

一方で、入射光９５０の入射角、および、反射式拡散板１２０が有する拡散角特性によっては、図５６の反射式拡散光学系７２０ｃに示すように、図５５の反射式拡散板１２０ａと反射式拡散板１２０ｃとを、１つの反射式拡散板１２０ｄとしてまとめることが可能である。

ここで、３回目以降にレーザ光を入射する拡散式拡散板１２０または拡散板反射面１２１は、例えば、ミラーや鏡面反射面、全反射面に置き換えることができる。この場合には、最大拡散角は増えずに、偏向のみが行われる。また、２回目以降にレーザ光を入射する拡散板反射面１２１においては、ビーム密度の疎密を均一化する上記の手法を用いることができる。

また、同一方向に溝状構造が形成された反射式拡散板同士だけではなく、例えば、Ｘ軸方向に溝状構造が形成された反射式拡散板と、Ｘ軸方向と直交する方向に溝状構造が形成された反射式拡散板とを組み合わせて使用することもできる。

以上述べた反射式拡散光学系７２０は、これまでに説明した実施例における反射式拡散板１２０に代えて使用することが可能である。また、この点は、これから説明を行う実施例についても同様である。さらには、反射式拡散光学系７２０から出射する拡散光を、フレネルレンズなどによりコリメートした後、シリンドリカルレンズや非球面レンズを用いて拡散方向と直交する方向に絞って、導光板１３０に入射させることも可能である。

（実施の形態５）
ここでは、本発明の実施の形態５として、反射式拡散板から導光板の拡散反射光入射面
までの距離が長くなるように工夫した面光源装置について説明する。

図５７は、実施の形態５に係る面光源装置５００の構成を示す斜視図であり、実施の形態２の図２７および実施の形態４の図３９Ａに対応している。

図５７に示すように、この面光源装置５００は、図３９に示す導光板１３０とは異なる構成を有する導光板２３０と、光偏向部２６０とを有する。

導光板２３０は、その裏面１３３側の内部に、中実部２３１および中空部２３２を有する。中実部２３１は、出射面１３１とほぼ一致する大きさであり、実施の形態４における導光板１３０に対応している。また、中空部２３２は、中実部２３１と導光板２３０の裏面１３３との間に設けられ、反射式拡散板１２０が下側に配置されている第１の端面１３２と、その反対側の第２の端面１３４とに、それぞれ開口が設けられている。

反射式拡散板１２０は、入射したレーザ光を、反射拡散によりＺ軸方向に広げる形で円弧状に放射させ、導光板２３０の中空部２３２を通して光偏向部２６０に入射させる。

光偏向部２６０は、導光板２３０の第２の端面１３４側に配置された１対の反射ミラーを含み、第２の端面１３４側の上記開口から出射された光を、折り返して導光板２３０に入射させる。より具体的には、光偏向部２６０は、中空部２３２を通して反射式拡散板１２０から入射した光を偏向させ、導光板２３０の出射面１３１側の第２の端面１３４に入射させる。

図５８は、図５７に示す面光源装置５００をＺ軸方向から見た側面図であり、実施の形態２の図２８に対応している。

図５８に示すように、反射式拡散板１２０からの拡散反射光は、中空部２３２を通過した後、光偏向部２６０により折り返されて導光板２３０に入射する。実施の形態４の図４６と比較すると、本実施の形態に係る面光源装置５００のほうが、反射式拡散板１２０を出射してから導光板２３０に入射するまでの距離が長い。

このように、本実施の形態の面光源装置５００によれば、反射式拡散板１２０を出射してから導光板２３０に入射するまでの距離を長く取れるので、光の拡散距離を容易に稼ぐことができる。また、導光板２３０に入射するまでの距離が長いと、拡散反射光が不要に拡散してしまう可能性があるが、本実施の形態では、導光板２３０内部の中空部２３２を利用するので、不要な拡散を防止することができる。

なお、Ｘ軸方向にビーム幅を確保できる場合には、導光板２３０の中空部２３２を除いた部分を、実施の形態４の図４７に示す導光板１３０のように楔形とすることも可能である。

以下、実施の形態５に係る面光源装置５００の応用例について説明する。

（実施の形態５の応用例１）
図５９は、実施の形態５の応用例１に係る面光源装置をＺ軸方向から見た側面図であり、実施の形態２の図２９に対応している。図５９に示すように、この面光源装置５００ａは、拡散反射光の光偏向部２６０から導光板２３０に至る光路上に、コリメータとしてシリンドリカルフレネルレンズ２６１を配置し、また、導光板２３０の第１の端面１３２側に、例えば、実施の形態４の図５１Ｂに示す第１の反射板１５０に開口１５２を設けない構成とした第１の反射板２５０を配置している。この場合も、上記のように、溝間隔に疎
密の分布を付けることができる。この点は、後述する実施の形態５の応用例２、３についても同様である。

シリンドリカルフレネルレンズ２６１は、光偏向部２６０側から入射した、Ｚ軸方向に拡散した光を、Ｚ軸に垂直な平行光となるようにコリメートして、導光板２３０に入射させる。なお、導光板２３０の側面で反射した分の光は、平行光にならない場合がある。この点は、以下の各応用例についても同様である。

このような面光源装置５００ａによれば、レーザ光を導光板２３０の幅と同じ幅に広げた平行光に変換して、導光板２３０に入射させることができ、さらに、導光板２３０内部で往復させて伝搬することができる。これにより、例えば、反射式拡散板１２０によりＺ軸方向に大きく拡散させ、拡散反射光のＺ軸方向におけるビーム密度をより均一化した状態で、拡散反射光をコリメートすることができ、導光板２３０に入射する前の段階でＺ軸方向におけるビーム密度をより均一化することができる。また、第１の反射板２５０を設けることにより、図５１Ｂの第１の反射板１５０と同様に、導光板２３０側からの光を、反射拡散によりＸ軸方向に広げる形で円弧状に放射させることができる。

（実施の形態５の応用例２）
図６０は、実施の形態５の応用例２に係る面光源装置をＺ軸方向から見た側面図であり、図５９および実施の形態２の図３０に対応している。図６０に示すように、面光源装置５００ｂは、拡散反射光の光偏向部２６０から導光板２３０に至る光路上に、図５９のシリンドリカルフレネルレンズ２６１に代えて、絞りレンズとして非球面レンズ２６２を配置している。

非球面レンズ２６２は、光偏向部２６０側から入射した光を、Ｘ軸方向に絞って導光板２３０に入射させる。

このような面光源装置５００ｂによれば、拡散反射光を、導光板２３０の主面間で、容易に反射往復させることができる。これにより、導光板２３０に入射した後の段階で光を大きく拡散させることができ、面状光のビーム密度を均一化することができる。

なお、第１の反射板２５０に代えて、反射ミラーや反射板、Ｚ軸方向に溝が切られた反射式拡散板などを用いてもよいことや、非球面レンズ２６２に代えて、シリンドリカルレンズを用いてもよいことは、実施の形態２と同様である。

（実施の形態５の応用例３）
図６１は、実施の形態５の応用例３に係る面光源装置をＺ軸方向から見た側面図であり、図６０および実施の形態２の図３１に対応している。図６１に示すように、この面光源装置５００ｃは、拡散反射光の光偏向部２６０から導光板２３０に至る光路上に、図５９に示すシリンドリカルフレネルレンズ２６１と、図６０に示す非球面レンズ２６２とを配置している。

このような面光源装置５００ｃによれば、面状光のビーム密度をさらに均一化することができる。

なお、以上説明した実施の形態４および実施の形態５では、反射式拡散板１２０に入射するレーザ光が、１本の白色レーザ光である場合を例にとって説明したが、レーザ光の種類および反射式拡散板１２０への入射の仕方は、これに限定されない。

以下、反射式拡散板１２０に入射するレーザ光の態様の変形例について説明する。

図６２は、反射式拡散板１２０に入射するレーザ光の態様の第１の変形例を示す説明図であり、実施の形態１の図３７に対応している。この変形例では、図６２に示すように、ＲＧＢの各レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂを、Ｚ軸方向に並べて、反射式拡散板１２０に個別に入射させる。但し、各レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂの入射位置は、ほぼ１箇所と見なせる範囲内であることが望ましい。また、各レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂは、Ｚ軸方向に代えて、Ｘ軸方向に並べるようにしてもよい。さらに、各レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂを互いに短い間隔で平行に伝搬させることが困難な場合には、色ごとに異なる入射角でレーザ光９６０を拡散板反射面１２１に入射させ、レーザ光９６０Ｒ、９６０Ｇ、９６０Ｂの反射スポットを合わせるようにしてもよい。これにより、各色のレーザ光を混合伝搬させるための特別な装置を設ける必要がなくなり、装置の小型化および低コスト化を図ることができる。

図６３は、反射式拡散板１２０に入射するレーザ光の態様の第２の変形例を示す説明図であり、実施の形態１の図３８および実施の形態４の図４８Ａに対応している。

図６３に示すように、この変形例に係る面光源装置４００ｅは、導光板１３０の第１の端面１３２側に、複数（ここでは、３つ）の反射式拡散板１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈを有する。さらに、面光源装置４００ｅは、共に図示しないが、レーザ光源１１０から出力された白色レーザ光を複数の方向に分離するビームスプリッタと、分離により得られた複数本の白色レーザ光を、それぞれ異なる位置で反射式拡散板１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈの拡散板反射面１２１ｆ、１２１ｇ、１２１ｈに入射させる光学系とを有する。

このような面光源装置４００ｅによれば、拡散反射光の拡散幅を広げることができるとともに、拡散反射光の輝度の疎密を緩和することができ、より均一な面状光を得ることができる。

なお、反射式拡散部材１２０（１４０、１５０）に、拡散反射光の通過領域またはレーザ光の通過領域に対応して開口を設ける場合には、適宜、開口を複数設けたり、開口の開口面積を広げたりすればよい。

また、レーザ光を光ファイバで導いてもよいこと、反射式拡散板１２０ｆ、１２０ｇ、１２０ｈをそれぞれ反射式拡散光学系７２０に置き換えてもよいこと、および反射式拡散部材１２０（１４０、１５０）を直線振動または回転振動させてもよいことは、既に説明した通りである。

図６４は、反射式拡散板１２０に入射するレーザ光の態様の第３の変形例を示す説明図であり、図６３に対応している。この変形例に係る面光源装置４００ｆは、図６３の面光源装置４００ｅと比較して反射式拡散板１２０へのレーザ光の入射方法が異なる。

面光源装置４００ｆは、導光板１３０の第１の端面１３２側に、複数（ここでは、３つ）の反射式拡散板１２０ｉ、１２０ｊ、１２０ｋを有する。反射式拡散板１２０ｉ、１２０ｊ、１２０ｋは、それぞれ、背面にミラーが形成されている。各拡散板反射面１２１ｉ、１２１ｊ、１２１ｋには、隣接する反射式拡散板の背面を反射して９０度偏向したレーザ光が入射する。図６４において最も右側に位置する反射式拡散板１２０ｋに対しては、別途ミラー１６０を用いてレーザ光を入射する。

このような面光源装置４００ｆによれば、反射式拡散板同士の間にレーザ光源を配置できない場合でも、導光板１３０の下部にレーザ光源を配置することが可能となる。

また、各反射式拡散板の裏面を有効に活用できるので、すべての反射式拡散板に対して別途ミラーを用意する場合に比べ、部品点数を減少させることが可能となる。

なお、各実施の形態における反射式拡散板および溝状構造を有する反射板は、反射式拡散部材の一例である。また、各実施の形態における上記反射式拡散部材以外の反射板、反射ミラーおよびミラーコーティング部は、導光板反射部材の一例である。

２００８年３月１９日出願の特願２００８−７２５８２の日本出願および２００８年８月６日出願の特願２００８−２０３１６５の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明に係る光源装置は、点状光であるレーザ光から、大きく、かつ均一な光強度分布の面状光を得ることができる面光源装置として有用である。

従来の面光源装置の構成を示す斜視図 従来の他の面光源装置の構成を示す斜視図 本発明の実施の形態１に係る面光源装置の構成を示す斜視図 実施の形態１における反射式拡散板が有する溝状構造の第１の例を示す要部断面図 実施の形態１における反射式拡散板が有する溝状構造の第２の例を示す要部断面図 実施の形態１における反射式拡散板が有する溝状構造の第３の例を示す要部断面図 実施の形態１における反射式拡散板が有する溝状構造の第４の例を示す要部断面図 実施の形態１における反射式拡散板が有する溝状構造の第５の例を示す要部断面図 実施の形態１における理想的な出射方向を示す平面図 実施の形態１における理想的な出射方向を示す斜視図 実施の形態１における実際の出射方向を示す平面図 実施の形態１における実際の出射方向を示す斜視図 実施の形態１における拡散反射光のＹ−Ｚ平面での断面形状を示す平面図 実施の形態１における拡散反射光のＸ−Ｚ平面での断面形状を示す平面図 実施の形態１に係る面光源装置の側面図 実施の形態１において拡散板反射面を傾けた場合の面光源装置の側面図 実施の形態１において楔形断面を有する導光板を用いた場合の面光源装置の側面図 実施の形態１の応用例１に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図１８Ａに示す第２の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態１の応用例１における反射ミラーを用いた面光源装置の側面図 実施の形態１の応用例１におけるミラーコーティング面を用いた面光源装置の側面図 実施の形態１の応用例２に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図２１Ａに示す第１の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態１の応用例３に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図２２Ａに示す第１の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態１の応用例４に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図２３Ａに示す第２の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態１における拡散反射光のビーム密度の疎密の様子の一例を示す図 実施の形態１においてＺ軸方向に伸びる溝状構造に疎密を付けた場合の第２の反射板の平面図 実施の形態１においてＸ軸方向に伸びる溝状構造に疎密を付けた場合の第２の反射板の平面図 本発明の実施の形態２に係る面光源装置の構成を示す斜視図 実施の形態２に係る面光源装置の側面図 実施の形態２の応用例１に係る面光源装置の側面図 実施の形態２の応用例２に係る面光源装置の側面図 実施の形態２の応用例３に係る面光源装置の側面図 本発明の実施の形態３に係る面光源装置の構成を示す斜視図 実施の形態３に係る面光源装置の側面図 実施の形態３の応用例１に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図３４Ａに示す第２の反射板のみの構成を示す斜視図 図３４Ａに示す反射式拡散板のみの構成を示す斜視図 実施の形態３の応用例２に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図３５Ａに示す反射式拡散板のみの構成を示す斜視図 実施の形態３の応用例３に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図３６Ａに示す第２の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態１における反射拡散板に入射するレーザ光の態様の第１の変形例を示す図 実施の形態１における反射拡散板に入射するレーザ光の態様の第２の変形例を示す図 本発明の実施の形態４に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図３９Ａの面光源装置を上から見た概略図 実施の形態４における反射式拡散板の一例の要部拡大断面図 実施の形態４における反射式拡散板の他の例の要部拡大断面図 実施の形態４における反射式拡散板のさらに他の例の要部拡大断面図 図４１Ａの反射式拡散板をマクロ的に見た場合の説明図 実施の形態４における反射式拡散板が有する溝状構造の第１の例を示す要部断面図 実施の形態４における反射式拡散板が有する溝状構造の第２の例を示す要部断面図 実施の形態４における反射式拡散板が有する溝状構造の第３の例を示す要部断面図 実施の形態４における反射式拡散板が有する溝状構造の第４の例を示す要部断面図 実施の形態４における反射式拡散板が有する溝状構造の第５の例を示す要部断面図 図３９に示す面光源装置の側面図 実施の形態４において楔形断面を有する導光板を用いた場合の面光源装置の側面図 実施の形態４の応用例１に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図４８Ａに示す第２の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態４の応用例１における、反射ミラーを用いた面光源装置の側面図 実施の形態４の応用例１における、ミラーコーティング面を用いた面光源装置の側面図 実施の形態４の応用例２に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図５１Ａに示す第１の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態４の応用例３に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図５２Ａに示す第１の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態４の応用例４に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図５３Ａに示す第２の反射板のみの構成を示す斜視図 実施の形態４における反射式拡散光学系の一例を示す概略図 実施の形態４における反射式拡散光学系の他の例を示す概略図 実施の形態４における反射式拡散光学系のさらに他の例を示す概略図 本発明の実施の形態５に係る面光源装置の構成を示す斜視図 図５７に示す面光源装置の側面図 実施の形態５の応用例１に係る面光源装置の側面図 実施の形態５の応用例２に係る面光源装置の側面図 実施の形態５の応用例３に係る面光源装置の側面図 実施の形態４における反射式拡散板に入射するレーザ光の態様の第１の変形例を示す説明図 実施の形態４における反射式拡散板に入射するレーザ光の態様の第２の変形例を示す説明図 実施の形態４における反射式拡散板に入射するレーザ光の態様の第３の変形例を示す説明図

Claims (1)

1. 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したレーザ光を反射拡散させる少なくとも１つ以上の反射式拡散部材を含む光学系と、前記光学系と組み合わされ、反射拡散されたレーザ光を面状光に変換して主面から出射する導光板とを有する面光源装置であって、
   前記導光板は、面状光を出射する前記主面に直交するように線状光が入射する端面を有し、
   前記反射式拡散部材は、前記レーザ光源から出射したレーザ光を円弧状の放射パターンを有する線状光に変換して反射する溝状構造の反射面を有するとともに、前記反射面が前記導光板の線状光が入射する端面に対向するように配置され、
   前記レーザ光源は、前記導光板の主面とは反対側の裏側であって前記反射式拡散部材の反射面に対向するように配置され、
   前記レーザ光源から出射したレーザ光は、前記反射式拡散部材の反射面に入射させ、前記反射式拡散部材により円弧状の放射パターンを有する線状光に変換して前記導光板に入射させ、前記導光板の主面から面状光に変換して出射するように構成した面光源装置。

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