JP5191996B2 - 面状照明装置および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使用した面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置に関する。

ディスプレイパネル等に用いられる液晶表示装置には、バックライト照明として一般的に放電管や発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源が使用された面状照明装置が用いられる。これらの面状照明装置を大型ディスプレイ等に用いるときには、高輝度で単色性の強い光が求められるため、近年では、レーザ光源を用いた構成も検討が始められている。

このようなディスプレイパネルは、壁掛けテレビへの応用が期待され、大型化、薄型化とともに消費電力の削減が強く望まれている。

大型の液晶テレビでは、消費電力の６割以上がバックライト照明で消費されるため、バックライト照明の消費電力を削減することが重要である。消費電力を削減するための方法として、バックライト照明の光利用効率を向上させる工夫の他、バックライト照明を映像のシーンに合わせて細かく輝度調整して、光源の発光量を抑える方法（バックライトコントロール）も提案され、実用化されている。このバックライトコントロールでは、バックライトを常に最大輝度で照明させる場合と比べ約２０％バックライトの消費電力を削減できる。

さらに、このバックライトコントロールを発展させたものとして、画面を複数の領域に分割し、領域毎にバックライトの輝度を調整する技術（ローカルディミング）も提案されている。

領域毎にバックライトの輝度調整が可能な構成としては、ＬＥＤ素子を平面上に並べた直下型のバックライト構成、あるいは、例えば、特許文献１に開示されるように、側面から光を入射させて主面から光を出射させるエッジライト導光板を複数並べた構成などがある。

また、１画素毎に輝度調整を行う画像表示装置として、レーザプロジェクタが提案されている（例えば特許文献２）。

特開２００７−２１４１４２号公報

特開２００７−１４０００９号公報

しかしながら、ＬＥＤ素子を平面上に並べた構成では、均一な照明を得るために光源と液晶表示パネルの距離を離す必要があるため薄型化が困難であり、薄型化を図るためにＬＥＤ素子の数を増やすと、コストが課題となる。

また、特許文献１に示された構成では、消費電力削減の効果を上げるために画面の縦横の分割数を増やそうとすると、光源である蛍光ランプや点灯回路も増えるため非常にコスト増になる。

また、特許文献２に示された構成は、非常に多くの光ファイバを必要とするので高価であり、また薄型化が難しい。

さらに、特許文献２のように画面を走査して１画素ごとに輝度変調するためには、光源光量を非常に高速に変調する必要があり、少なくとも緑色光源には、外部変調器を用いる必要がある。これは、一般的に緑色レーザ光源には、固体レーザやファイバレーザを基本波とするＳＨＧ光源が用いられ、この種の光源は、高速に変調することができないことを理由とする。そのため、通常、緑色光源を常時発光させた状態で、外部変調器で透過率を変調して光源の変調を実現することが必要となり、消費電力の削減にはならない。

本発明は、装置の薄型化が可能で、多分割された領域毎に輝度の調整が可能な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を目的とする。

本発明の一局面に係る面状照明装置は、光源と、前記光源から出射した光を走査して走査光を生成する走査部と、前記走査部による走査範囲のうちの異なる走査区間の走査光がそれぞれ入射するように構成された複数の導光路と、前記各導光路により導かれた光をそれぞれ出射させる複数の発光領域を有する照明部とを備え、前記発光領域の数は、２以上１０００以下であり、前記各発光領域は、前記各導光路にそれぞれ走査光が入射することに応じて、順次発光する。

また、本発明の他の局面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として前記面状照明装置を用いている。

さらに、本発明のさらに他の局面に係る液晶表示装置によれば、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として請求項３に記載の面状照明装置を用い、光源制御部は、前記液晶表示パネルに表示される画像データの各領域の色毎の輝度分布に応じて、面状照明装置の対応する領域の輝度分布を設定する。

本発明によれば、装置の薄型化が可能で、多分割された領域毎に輝度の調整が可能な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ができる。

図１は、実施の形態１に係る面状照明装置の概略構成を示す斜視図である。 図２は、図１の面状照明装置を背面から見た概略構成図である。 図３は、図２のIIIの方向から見た面状照明装置の主要部の側面図である。 図４は、図２のIVの方向から見た面状照明装置の主要部の断面図である。 図５は、図１〜図４に示す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概略構成を示している。 図６は、図５の液晶表示装置における発光領域の光量制御を説明するための概略図である。 図７は、図１の面状照明装置における分岐導光体の変形例を示す斜視図である。 図８は、３６０度の範囲で光を走査するための走査光学系を搭載した面状照明装置を背面から見た概略構成図である。 図９は、図８の走査光学系を拡大して示す斜視図である。 図１０は、導光路を有する２次元フォトニック結晶を導光板側から見たときの概略構成図である。 図１１は、図１０のXI部の拡大斜視図である。 図１２は、本発明の実施の形態２に係る面状照明装置を背面から見たときの概略構成図である。 図１３は、図１２のXIII部に位置する出射部の斜視図を示している。 図１４は、本発明の実施の形態３に係る面状照明装置を背面から見たときの概略構成図である。 図１５は、図１４のXVの方向から見た側面図である。 図１６は、図１４の符号６４で示す部分の斜視図を示している。 図１７は、光ファイバ束の出射端をシート状に構成した面状照明装置を背面から見たときの概略構成図である。 図１８は、面状照明装置を図１７のXVIIIの方向から見たときの側面図である。 図１９は、図１８の符号６９で示す部分の拡大図である。 図２０は、偏光方向の異なる２のレーザ光を偏光分離する複合プリズムを有する走査光学系を示す図１６相当図である。 図２１は、波長変換機能を持つ複合プリズムを有する走査光学系を示す図１６相当図である。 図２２は、図２１の光ファイバ束の出射端を拡大して示す斜視図である。 図２３は、図２２のXXIII方向から見た側面図である。 図２４は、光源としてＬＥＤ素子を用いた面状照明装置を示す概略図である。 図２５は、図２４の光ファイバ束と導光板との光学的な接続構造の変形例である。 図２６は、レーザ光源からのレーザ光を集光して光ファイバ束に入射させる面状照明装置を示す概略図である。

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もある。また、図面には、発明を理解し易くするために主な構成要素を模式的に示している。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る面状照明装置１０の概略構成を示す斜視図である。図２は、図１の面状照明装置１０を背面から見た概略構成図である。図３は、図２のIIIの方向から見た面状照明装置の主要部の側面図である。図４は、図２のIVの方向から見た面状照明装置の主要部の断面図である。

図１〜図４において、面状照明装置１０は、レーザ光源１１と、レーザ光源１１から出射するレーザ光を合波するためのダイクロイックミラー１３、１４と、集光レンズ１６と、光ファイバ１７と、コリメートレンズ１８と、光ファイバ１７からの出射光を偏光走査するポリゴンミラー１９と、分岐導光体２０と、導光板２１と、光源制御部２２とを備えている。なお、図中の破線は、分岐導光体２０及び導光板２１の内部を伝播する伝播光を示している。

レーザ光源１１は、赤色レーザ光源（Ｒ光源）１１Ｒと、緑色レーザ光源（Ｇ光源）１１Ｇと、青色レーザ光源（Ｂ光源）１１Ｂとを備えている。

ダイクロイックミラー１３、１４は、各レーザ光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから出射する赤色レーザ光（Ｒ光）１２Ｒ、緑色レーザ光（Ｇ光）１２Ｇ及び青色レーザ光（Ｂ光）１２Ｂを合波してレーザ光１５とする。

分岐導光体２０は、ポリゴンミラー１９からの走査光を入射させるための入射面２０ｉと、入射面２０ｉから入射した走査光を導く８つの導光路２６ａ〜２６ｈと、導光路２６ａ〜２６ｈにより導かれた光をそれぞれ線状にして出射するための線状出射部２０ａ〜２０ｈとを備えている。

導光路２６ａ〜２６ｈは、ポリゴンミラー１９による走査範囲のうち異なる走査区間の走査光がそれぞれ入射するようになっている。つまり、入射面２０ｉに入射した走査光は、８つに分岐されて各導光路２６ａ〜２６ｈに導かれる。そして、各導光路２６ａ〜２６ｈは、それぞれ線状出射部２０ａ〜２０ｈに走査光を導くように構成されている。

分岐導光体２０は、例えばアクリルで構成され、分岐導光体２０に入射した光が分岐導光体２０の側面で全反射を繰り返しながら線状出射部へ向かって伝搬するように構成されている。

線状出射部２０ａ〜２０ｈは、略方形の断面形状とされている。また、線状出射部２０ａ〜２０ｈの導光板２１に隣接する面とは反対側の面には、図３に示すように、導光体内部を伝搬してきた伝搬光を導光板２１に向けて偏向する偏向溝２８が形成されている。

導光板２１は、図１〜図４に示すように、分岐導光体２０の線状出射部２０ａ〜２０ｈにそれぞれ密着して配置された複数の入射部と、各入射部から入射した光を偏向する反射部２１ａ〜２１ｈと、前記各入射部に対応する８つの発光領域２７ａ〜２７ｈとを備え、各入射部から入射した光を発光領域２７ａ〜２７ｈから出射するように構成されている。なお、導光板２１から出射した照射光には符号２３を付している。

反射部２１ａ〜２１ｈは、前記各入射部から主面に垂直に入射した光を主面と平行方向に偏向するようになっている。前記導光板２１の各発光領域２７ａ〜２７ｈと対向する面には、各反射部２１ａ〜２１ｈから導かれた伝搬光を発光領域２７ａ〜２７ｈに向けて偏向する偏向溝２９を有している。

なお、本実施形態では、複数の入射部とそれに対応する複数の発光領域２７ａ〜２７ｈを持つ導光板２１について説明しているが、分離された複数の導光板を並べて全体として１つの導光板を構成してもよい。

なお、図１では構成を見やすくするため分岐導光体２０と導光板２１とを離して示しているが、実際には、図２〜図４に示すように、分岐導光体２０の線状出射部２０ａ〜２０ｈと導光板２１の入射部とが密着するように、分岐導光体２０と導光板２１とは重ねられている。

光源制御部２２は、Ｒ光源１１Ｒの出射光量を制御するＲ光源制御部２２Ｒと、Ｇ光源１１Ｇの出射光量を制御するＧ光源制御部２２Ｇと、Ｂ光源１１Ｂの出射光量を制御するＢ光源制御部２２Ｂとを備えている。

ここで、光源の出射光量の制御は、連続発振しているレーザ光の発光量を制御するように構成してもよいし、パルス発光させたレーザ光の発光回数で発光量を制御するように構成してもよい。

次に、このようにして構成される面状照明装置１０の動作について説明する。

図２に示すように、Ｒ光源１１Ｒ、Ｇ光源１１Ｇ及びＢ光源１１Ｂから出射されたレーザ光１２Ｒ、１２Ｇ及び１２Ｂは、ダイクロイックミラー１３、１４によりＲＧＢ光として１本のレーザ光１５にまとめられる。

レーザ光１５は、集光レンズ１６により集光されて光ファイバ１７内に導かれる。光ファイバ１７から出射したレーザ光１５は、コリメートレンズ１８により平行光あるいは収束光となって、ポリゴンミラー１９に到達し、ポリゴンミラー１９によって偏向走査されて、入射面２０ｉから分岐導光体２０に入射する。

分岐導光体２０に入射した走査光は、走査区間に応じて、枝分かれした８つの導光路２６ａ〜２６ｈのいずれかに入射し、導光路２６ａ〜２６ｈの内部を全反射を繰り返しつつ伝搬する。導光路２６ａ〜２６ｈ内を伝播した走査光は、各導光路２６ａ〜２６ｈの先端にそれぞれ位置する線状出射部２０ａ〜２０ｈのいずれかに到達する。走査光が到達する線状出射部２０ａ〜２０ｈは、ポリゴンミラー１９の走査区間に応じて変わるため、複数の線状出射部２０ａ〜２０ｈに同時に走査光が導かれることはなく、ポリゴンミラー１９の走査に応じて、走査光を出射する線状出射部２０ａ〜２０ｈは、順次切り替わることとなる。

ここで、例えば、線状出射部２０ｄに到達した光は、図３に示すように、偏向溝２８によって導光板２１の主面（発光領域２７ｄ）に略垂直な方向へ偏向されて導光板２１に入射する。この光は、図４に示すように、導光板２１の反射部２１ｄで反射して、導光板２１の主面と平行な方向に進行し、導光板２１に形成された偏向溝２９により偏向されて、照射光２３として導光板２１の主面から出射する。このとき、分岐導光体２０から導光板２１に向けて光を出射する線状出射部２０ａ〜２０ｈは、順次切り替わるため、導光板２１の８分割された発光領域２７ａ〜２７ｈは、ポリゴンミラー１９の走査に応じて順に発光することになる。

このように構成された面状照明装置１０によれば、光源の出射光量を一定に保つことにより、均一性の高い照明が実現できる。

また、光源制御部２２を用いて、各発光領域２７ａ〜２７ｈから照射光２３が出射するタイミングに合わせて出射光量を制御することとすれば、各発光領域２７ａ〜２７ｈの輝度を領域毎に変えることもできる。

さらに、各光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから出射する各色の光量を独立に制御することにより、領域毎に出射するＲＧＢ光の比率を変えることもできる。

そして、前記実施形態に係る面状照明装置１０は、介在する光学素子が少ないため、高い光利用効率を実現できるとともに、薄型化も可能である。

図５は、図１〜図４に示す面状照明装置１０をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置２５の概略構成を示している。具体的に、図５は、図３に示す面状照明装置１０と、液晶表示パネル３０の概略断面図とを示している。

図５を参照して、液晶表示装置２５は、液晶表示パネル３０と、面状照明装置１０とを備えている。面状照明装置１０は、図１〜図４に示したものと同様の構成を有しているので説明を省略する。

液晶表示パネル３０は、偏光板３１と、ガラス板３２と、液晶３３と、カラーフィルタ３４と、ガラス板３５と、偏光板３６とを備えている。

このように構成された液晶表示装置２５において、面状照明装置１０から出射した照射光２３は、液晶表示パネル３０の偏光板３１を透過するとともに、ガラス板３２を通過して液晶３３で変調される。そして、液晶３３で変調された照射光２３は、カラーフィルタ３４、ガラス板３５及び偏光板３６を通過して液晶表示装置２５の画像として表示される。

ここで、図６に示すように、液晶表示装置２５に表示される画像をいくつかの領域に区切り、これらの領域における画像の輝度に応じて、当該領域に対応するバックライト（面状照明装置１０の照射光２３）の輝度調整を行うことができる。

具体的に、図６に示す例では、左下の領域に表示される画像の輝度が最も低いため、当該領域のバックライトの輝度が最も小さくされている。一方、上段の中央２つの領域に表示される画像の輝度が最も高いため、当該領域のバックライトの輝度が最も高くされている。このように、画像の輝度に応じてバックライトの輝度を部分的に低くすることができるため、画像のうちの最も高い輝度に合わせて全領域の輝度を高く設定する場合と比較して、消費電力の低減を図ることができる。

以上のように、多分割された発光領域２７ａ〜２７ｈ毎に輝度の調整が可能な面状照明装置１０をバックライトとして用いた液晶表示装置２５によれば、表示する映像の領域毎の輝度情報に応じて領域毎にバックライトの輝度を調整するローカルディミングを行うことにより、全領域が白色で常時全発光している場合と比べて、大きく消費電力を低減することができ、コントラストも向上する。

また、各光源１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂから出射されるＲＧＢ光の光量を独立に輝度調整することにより、各領域を白色で輝度調整する場合よりも消費電力を低減することができる。さらに、前記実施形態のように、光源１１としてレーザ光源を用いることにより色再現性が広く、高画質で薄型の液晶表示装置が実現できる。

なお、本実施の形態では、導光板２１及び液晶表示パネル３０の領域を８分割した場合の実施形態について説明したが、分割数は、８に限定されることはなく、２以上１０００以下の分割数とすることにより、上述した効果を得ることができる。その理由は以下の通りである。

導光板２１及び液晶表示パネル３０の分割数（発光領域の数）が多いほど、分割された発光領域の輝度調整を細かく行うことができるので、消費電力削減の効果は高い。最も細かく輝度調整（ローカルディミング）を行うことができるのは、１画素毎に輝度調整する場合であるが、その場合の消費電力削減効果は、６〜７割程度と言われている。一方、分割数を数百とした場合の輝度調整（ローカルディミング）でも、５割以上の消費電力の削減効果が報告されている。従って、導光板２１の発光領域を２以上１０００以下の数で分割することにより、消費電力の削減効果を有効に得ることができる。

また、分岐導光体２０の導光路２６ａ〜２６ｈの形状を限定する趣旨ではないが、導光路２６ａ〜２６ｈは、図７に示すように、走査光が伝播する方向に向けて徐々に断面積が広がるテーパ形状とされていることが好ましい。

具体的に、図７に示す各導光路２６ａ〜２６ｈは、入射面２０ｉから線状出射部２０ａ〜２０ｈに向けて厚み寸法が徐々に大きくなる形状とされている。

このように導光路２６ａ〜２６ｈは、線状出射部２０ａ〜２０ｈに向かって断面積が広くなるテーパ形状となっている。そのため、線状出射部２０ａ〜２０ｈ内の伝搬光は、導光路２６ａ〜２６ｈ内を進行することに応じて、当該導光路２６ａ〜２６ｈの側面で全反射して、進行方向のばらつきが小さくなり、また、均一化される。その結果、線状出射部２０ａ〜２０ｈから出射する光のばらつきも小さくすることができるので、線状出射部２０ａ〜２０ｈから出射する光のうち、反射部２１ａ〜２１ｈにおいて全反射する光の割合を大きくすることにより、光の利用効率を向上することができる。

また、導光板２１に所定の広がり角で光を入射させることができるので、各発光領域２７ａ〜２７ｈのそれぞれを均一に発光させることができる。

したがって、図７に示す分岐導光体２０を利用することにより、導光板２１の入射部に効率良く光を導き、均一に発光させることができる。

なお、図７に示す分岐導光体２０では、厚み寸法を徐々に増やすことにより、各導光路２６ａ〜２６ｈの断面積を大きくすることとしているが、各導光路２６ａ〜２６ｈの幅寸法を増やすことによっても、断面積を大きくすることができる。

また、本実施の形態では、導光路２６ａ〜２６ｈを中実の導光体（分岐導光体２０）により形成しているが、走査光を反射することができる内側面を有する中空の導光パイプにより構成することもできる。中実の導光体では、導光路が長くなると、導光体自体による光吸収が無視できなくなる場合があるが、導光パイプを用いると光吸収による効率ロスを低減することができる。

さらに、本実施の形態の面状照明装置１０では、導光路２６ａ〜２６ｈが同一平面上に配置されているが、導光路２６ａ〜２６ｈは、入射面２０ｉも含め、複数の導光路を重ねて構成してもよく、複数の導光路を立体的に交差するように構成してもよい。

また、前記実施の形態では、分岐導光体２０に入射する光を走査するためにポリゴンミラー１９を用いているが、一軸あるいは二軸のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いて導光路２６ａ〜２６ｈを切り換えるように構成してもよい。このように構成すれば、走査光学系の小型化が可能となり、さらに薄型の面状照明装置が実現できる。

さらに、走査光学系として、反射面が１つのミラーを光軸に対して傾斜させて配置し、このミラーを光の入射方向（光軸方向）と平行する回転軸周りに回転させることにより、３６０度の範囲で光を走査する構成としてもよい。このように構成すれば、さらに多分割された細かい範囲で輝度調整が可能な面状照明装置が実現できる。以下にこの構成を説明する。

図８は、３６０度の範囲で光を走査するための走査光学系４６を搭載した面状照明装置４０を背面から見た概略構成図である。図９は、図８の走査光学系４６を拡大して示す斜視図である。

図８を参照して、面状照明装置４０は、３６０度の走査光学系４６と、分岐導光体４４と、導光板４５とを備えている。分岐導光体４４及び導光板４５の基本的な構造は、図１〜４に示す分岐導光体２０及び導光板２１と同様であるので、ここでは説明を省略する。ただし、面状照明装置４０では、発光領域の分割数を１２としている点で、図１〜図４に示す面状照明装置１０と相違する。

図８及び図９を参照して、走査光学系４６は、ミラー４１と、回転軸４３の周りに回転するように構成された回転ミラー４２とを示している。

ミラー４１は、回転軸４３に対して略４５度傾斜した反射面を有する。このミラー４１は、光源１１（図２参照）に対して固定されている。本実施形態において、光源１１は、図９に示すように、回転軸４３に直交し、かつ、ミラー４１の反射面に対して略４５度傾斜した光軸に沿ってレーザ光１５を照射するようになっている。

同様に、回転ミラー４２は、回転軸４３に対して４５度傾斜した反射面を有する。回転ミラー４２は、分岐導光体４４に形成された円形の孔４４ｂ内で、回転軸４３周りに回転可能となるように支持されている。なお、本実施形態では、分岐導光体４４の孔４４ｂの内側面が入射部４４ａとして機能する。

このように構成された面状照明装置４０において、レーザ光１５は、ミラー４１において回転軸４３の軸線と平行な方向に偏向されて回転軸４３に沿って進み、回転ミラー４２において回転軸４３と直交する方向に反射する。

回転ミラー４２が回転軸４３周りに回転することにより、レーザ光１５は、分岐導光体４４の入射部４４ａに対して３６０度の範囲で走査され、分岐導光体４４に入射する。

分岐導光体４４に入射した走査光は、走査位置に応じて、１２本に枝分かれした導光路の何れかを通って線状出射部に到達し、線状出射部において導光板４５に向けて偏向され、導光板４５に入射する。なお、本実施形態においても、導光板４５の１２本の導光路は、回転ミラー４２による３６０度の走査範囲のうちの異なる走査区間の走査光がそれぞれ入射するように構成されている。

導光板４５に入射した走査光は、前記導光板４５の主面に設定された１２の発光領域のうち、前記分岐導光体４４の導光路に対応する発光領域から出射する。

この面状照明装置４０によれば、前記面状照明装置１０と同様に、レーザ光１５が分岐導光体４４の入射部４４ａに対して走査されるにより、導光板４５に設定された各発光領域が順次発光する。

また、面状照明装置４０によれば、前記面状照明装置１０と同様に、領域毎の輝度調整を行うことが可能となるため、液晶表示パネル３０（図５参照）と組み合わせてローカルディミングを行うことにより消費電力を削減することができる。

さらに、面状照明装置４０では、３６０度の広い走査範囲が設定されているので、この走査範囲を分割して設定する操作区分の数を増やし易くなる結果、発光領域の数を増やして消費電力の削減効果を高めることができる。

また、面状照明装置４０のように、回転ミラー４２を用いた場合、ポリゴンミラーを用いた場合と異なり、反射面への入射光の入射角を一定にすることができる。したがって、面状照明装置４０によれば、回転ミラー４２に対する反射率の入射角特性の影響を軽減することができるとともに、ポリゴンミラーのエッジ部分で生じる光量ロスも無くなるため、光利用効率の向上することができる。

また、上述した面状照明装置１０、４０の分岐導光体２０、４４及び線状出射部は、屈折率が異なる材料を２次元的に周期配列させたフォトニック結晶を用いて構成することもできる。

このフォトニック結晶は、面内方向の大きさに比べて十分に薄く形成されたスラブ状の本体を有している。この本体は、前記本体とは屈折率の異なる異屈折率部が周期的に配列された領域と、部分的に異屈折率部の数を増やす、あるいは、減らすことにより周期構造を崩した欠陥領域とを有している。異屈折率部が周期的に配列された領域には、フォトニックバンドギャップが形成され、その範囲内のエネルギーを持つ光が存在できなくなるため、このフォトニック結晶に対して特定の波長の光を入射させると、欠陥領域の近傍にのみ光が存在することになる。したがって、この欠陥領域を線状に形成することにより、特定の波長の光に対する導波路とすることができ、また、欠陥領域を点状に形成することにより、その周囲に存在できない光を集めて本体の主面と垂直な方向に光を取り出すこともできる。

図１０は、導光路を有する２次元フォトニック結晶を導光板側から見たときの概略構成図である。図１１は、図１０のXI部の拡大斜視図である。

なお、伝播する光の波長ごとに異なる導光路を形成する必要があるが、異なる導光路を形成するためには周期を異ならせるだけなので、図１０では、省略して１本の導光路として示している。

図１０及び図１１において、２次元フォトニック結晶は、スラブ状の本体１００と、本体１００に形成された空気穴（異屈折率部）１０１と、前記本体１００に形成された線状欠陥導波路１０２と、本体１００に形成された点欠陥部１０３と、本体１００の背面に配置された反射シート１０４とを備えている。

本体１００は、コア層と、このコア層の上下の主面に形成されたクラッド層とを有している。前記コア層は、例えば、シリコンで構成されている。前記クラッド層は、前記コア層よりも低屈折率とされた薄膜である。

空気穴１０１は、本体１００の平面方向に周期的に配置され、コア層を厚み方向に貫通するように形成されている。

線状欠陥導波路１０２は、空気穴１０１の周期構造を調整して形成されたものであり、具体的には、本体１００のうち空気穴１０１が設けられていない欠陥部分を線状に配置することにより形成されたものである。

点欠陥部１０３は、線状欠陥導波路１０２と同様に、空気穴１０１が設けられていない部分として形成されたものである。ここで、点欠陥部１０３は、線状欠陥導波路１０２の近傍位置にのみ設けられ、導光板の入射部に対応して線状に複数個並んで配置されている。したがって、線状欠陥導波路１０２により導かれた特定の波長の光は、当該線状欠陥導波路１０２の近傍に位置する点欠陥部１０３を介して線状の光として導光板側に出射する。つまり、本体１００に形成された点欠陥部１０３は、線状出射部を構成している。

このように構成すれば、回転ミラー４２で３６０度の範囲で走査されて２次元フォトニック結晶（本体１００）に入射した走査光は、入射した走査区間及び波長ごとに分岐され、前記走査区間及び波長に対応する線状欠陥導波路１０２に入射する。

線状欠陥導波路１０２に入射した走査光は、走査位置に応じて、各波長それぞれ１２本に枝分かれした導光路の何れかを通って線状出射部（点欠陥部１０３）に到達する。

ここで、線状欠陥導波路１０２に沿って導かれた走査光の一部は、当該線状欠陥導波路１０２の近傍に配置された線状出射部に相当する点欠陥部１０３を介して、本体１００の主面方向に出射する。

本体１００から出射した光のうち、導光板側に出射した光は、導光板に入射し、本体１００の背面側に出射した光も反射シート１０４で反射して導光板に入射する。

このような２次元フォトニック結晶を用いた導波路を用いると、スラブ状の本体１００に対する空気穴１０１の形成の態様を調整することにより、複数の導光路を形成することができるので、前記実施の形態のように、物理的な導光路を複数本形成する場合と比較して、さらに薄型で効率のよい面状照明装置が実現できる。

（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２に係る面状照明装置５０を背面から見たときの概略構成図である。図１３は、図１２のXIII部に位置する出射部５１ａの斜視図を示している。図１２及び図１３において、光源部分は、第１の実施の形態と同じであるので、図示および説明を省略する。

図１２を参照して、面状照明装置５０は、走査光学系４６（図９参照）と、分岐導光体５１と、拡散シート５４と、反射シート５５とを備えている。走査光学系４６は、図９に示す回転ミラー４２を備えている。

分岐導光体５１は、分岐した各導光路の先端の出射部５１ａから光を出射させるように構成されている。ここで、図１２に示す各導光路について、出射部５１ａは、すべて図１３と同様の構成となっている。

具体的に、出射部５１ａは、導光路の厚み方向に略４５度傾斜して形成された傾斜面５２と、この傾斜面５２で反射した光を拡散して出射させる拡散面５３とを備えている。

出射部５１ａの傾斜面５２は、伝搬光が全反射するように、例えば反射コートを施した構成とされている。

反射シート５５は、拡散シート５４に設定された各発光領域の中央位置に対向する範囲に設けられた開口を備えている。前記導光路の拡散面５３から出射した光は、反射シート５５の開口を通って拡散シート５４に導かれる。

拡散シート５４は、前記導光路の拡散面５３から出射した光のうち、一部の光を拡散しつつ透過させるとともに、残りの部分を反射するようになっている。

具体的に、拡散シート５４の分岐導光体５１の出射部５１ａに面した一方の主面は、導光路からの光のうちの一部を透過し、かつ、一部を反射するように構成されている。また、導光路からの光の拡散は、拡散シート５４の内部の屈折率分布により、あるいは、拡散シート５４の分岐導光体５１と反対側の主面に形成された凹凸形状により実現されている。

このように構成された面状照明装置５０において、光源から出射されたレーザ光は、回転ミラー４２で反射され３６０度の範囲で走査されて、分岐導光体５１に入射する。

分岐導光体５１に入射した走査光は、走査位置に応じて、２４本に枝分かれした導光路部分の何れかを通って出射部５１ａに到達する。出射部５１ａに到達した光は、傾斜面５２により偏向され、拡散面５３で拡散されて分岐導光体５１から出射し、拡散シート５４に到達する。

拡散シート５４の分岐導光体５１側の主面を透過した光は、さらに拡散されて拡散シート５４から出射する。一方、拡散シート５４の分岐導光体５１側の主面で反射した光は、拡散シート５４と反射シート５５の間で反射を繰り返し、いずれ拡散シート５４から拡散されて出射する。これにより、拡散シート５４に設定された複数の発光領域から均一化された光が拡散されて出射する。

この面状照明装置５０では、同一面内に分岐導光体５１の出射部が点在するように構成されているので、分岐導光体５１への入射光を走査することにより、拡散シート５４の各発光領域が順次発光する。

ここで、光源の出射光を一定に保てば、均一性の高い面状照明が実現できる。また、拡散シート５４の各発光領域が発光するタイミングに合わせて光源制御部で出射光量を制御すれば、各照明領域の輝度および発光色を領域毎に変えることができる。これにより、実施の形態１と同様に、液晶表示パネル３０と組み合わせてローカルディミングを行うことが可能であり、低消費電力で高コントラストの液晶表示装置が実現できる。

さらにこの構成では、導光板を用いない直下型の構成としているため、実施の形態１の構成よりも光利用効率を高めることができる。

なお、この実施形態において、拡散シート５４と反射シート５５との間に各発光領域を区切る格子状の内壁を設けるようにすれば、導光路で各発光領域に導かれた光が隣の照明領域に漏れ込まなくなるので、コントラストのよいローカルディミングが実現できる。

（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を背面から見たときの概略構成図である。図１５は、図１４のXVの方向から見た側面図である。図１６は、図１４の符号６４で示す部分の斜視図を示している。図１６において、実施の形態１と同じ構成要素には同じ番号を付して、その説明を省略する。また、光源部分は実施の形態１と同じであるので図示も省略する。

図１４及び図１５を参照して、面状照明装置６０は、走査光学系４６と、光ファイバ束６１と、光ファイバ束６１から出射された光が入射される導光板６２とを備えている。

光ファイバ束６１は、一方の端部である出射端が線状に並ぶように配置された複数の光ファイバを備えている。

導光板６２は、複数の発光領域が設定された出射面６２ｃと、この出射面６２ｃと反対側の面に交互に設けられた入射面６２ａ及び偏向部６２ｂとを備えている。この導光板６２に対して入射面６２ａから入射した光は、偏向部６２ｂで偏向され出射面６２ｃから出射する。

より具体的に、導光板６２の出射面６２ｃの反対側の面には、所定方向に延びる複数の山が形成されており、この山を構成する斜面のうち所定方向を向く斜面に入射面６２ａが、反対方向を向く斜面に偏向部６２ｂがそれぞれ設けられている。

入射面６２ａには、光ファイバ束６１の線状に配列された出射端が光学的に接着されている。また、偏向部６２ｂには、入射面６２ａから入射した光を出射面６２ｃへ向けて偏向するための偏向溝が設けられている。

導光板６２の各発光領域に接続された光ファイバ束６１は、対応する発光領域毎に束ねられている。このように、発光領域ごとに束ねられた複数の光ファイバ束の入射端は、図１６に示すように、回転ミラー４２の周囲に配置されている。

具体的には、回転ミラー４２の３６０度の走査範囲を複数の走査区分に分割し、各走査区分に特定の発光領域に接続された光ファイバ束の入射端が配置されるように、各光ファイバ束６１が回転ミラー４２の周囲に設けられている。したがって、回転ミラー４２の走査区分に応じて、走査光が入射する光ファイバ束６１を順次切り換えることができる。

このように構成された面状照明装置６０において、レーザ光１５は、ミラー４１で偏向されるとともに回転ミラー４２で反射されて３６０度の範囲で走査され、導光板６２の発光領域毎に束ねられた光ファイバ束６１に入射する。

光ファイバ束６１に入射した走査光は、回転ミラー４２の走査位置に応じて何れかの光ファイバ束を通って入射面６２ａから導光板６２内に入射する。

導光板６２に入射した光は、偏向部６２ｂで偏向され、出射面６２ｃから出射する。このとき、回転ミラー４２の走査区分に応じて走査光が入射する光ファイバ束６１を切り換えることができるので、当該光ファイバ束に対応する発光領域を順次発光することができる。

ここで、光源の出射光を一定に保てば、均一性の高い面状照明が実現できる。また、導光板６２の各領域が発光するタイミングに合わせて光源制御部２２で出射光量を制御すると、各照明領域の輝度および発光色を領域毎に変えることができる。これにより、実施の形態１と同様に、液晶表示パネル３０と組み合わせてローカルディミングを行うことが可能であり、低消費電力で高コントラストの液晶表示装置が実現できる。

さらにこの構成では、光ファイバを用いて導光板の各領域に光を導いているので、走査光学系を導光板の背面以外に配置することも可能であり、非常に薄型の面状照明装置及び液晶表示装置を実現できる。

なお、本実施の形態では、１枚の導光板に複数の発光領域を設定する構成としたが、各発光領域毎に個別に導光板を設けてもよい。

また、本実施の形態では、光ファイバ束を構成する各光ファイバの出射端の端面をそれぞれ導光板に接続する形態としているが、複数の光ファイバからなるファイバシートの主面を発光領域として利用することもできる。つまり、互いの軸線が平行となるように複数の光ファイバをシート状に並べたファイバシートの主面、すなわち各光ファイバの側面から光が出射する構成とし、このファイバシートの主面を発光領域として利用することもできる。以下のその構成について説明する。

図１７は、光ファイバ束の出射端をシート状に構成した面状照明装置７０を背面から見たときの概略構成図である。図１８は、面状照明装置７０を図１７のXVIIIの方向から見たときの側面図である。図１９は、図１８の符号６９で示す部分の拡大図である。また、波線は、光ファイバ内を伝搬する光を示している。

図１７〜図１９において、面状照明装置７０は、走査光学系４６と、光ファイバ束６３とを備えている。

光ファイバ束６３は、複数本の光ファイバからなり、その出射側の端がファイバシートに加工されている。具体的に、ファイバシートは、互いの軸線が平行となるように各光ファイバの出射端が並べられることにより構成されている。

このファイバシートは、各光ファイバの軸線を含む平面と直交する方向に光を出射するように構成されている。以下、光が出射する側に位置する各光ファイバの表面をファイバシートの出射面と称して説明する。

図１９に示すように、ファイバシートの出射面と反対側に位置するコア６６及びクラッド６７には、くさび状の溝６８が設けられている。ファイバシート内を伝播する光は、くさび状の溝によってファイバシートの出射面に向けて偏向される。

そして、本実施の形態では、上述した実施の形態と異なり、導光板を設けずに、ファイバシートの出射面を発光領域として利用している。つまり、ファイバシートを同一平面上に並べることにより、全体として複数の発光領域を有する面状照明装置７０が構成されている。

このように、導光板の代わりにファイバシートを用いた構成によれば、上述した実施の形態と比較してさらに薄型化が可能であり、また、ファイバから導光板への接続ロスも無くなり光利用効率が向上する。

上述した実施の形態では、走査光学系４６として回転ミラー４２を用いる構成を説明したが、偏光ビームスプリッタやダイクロイックミラーを用いて偏光分離あるいは波長分離機能を付加することもできる。以下、それらの具体的構成について説明する。

図２０は、偏光方向の異なる２のレーザ光を偏光分離する複合プリズムを有する走査光学系を示す図１６相当図である。

図２０を参照して、本実施の形態に係る面状照明装置は、レーザ光源７１ａと、レーザ光源７２ａと、偏光ビームスプリッタ７３と、１／４波長板７９ａと、前記ミラー４１と、１／４波長板７９ｂと、複合プリズム７４と、２層光ファイバ７５とを備えている。

レーザ光源７１ａは、Ｓ偏光のレーザ光７１を光量制御可能な状態で出射する。

レーザ光源７２ａは、Ｐ偏光のレーザ光７２を光量制御可能な状態で出射する。

偏光ビームスプリッタ７３は、Ｐ偏光のレーザ光７２を透過し、Ｓ偏光のレーザ光７１を反射するようになっている。

１／４波長板７９ａは、レーザ光７１を右回りの円偏光に変換するとともに、レーザ光７２を左周りの円偏光に変換するようになっている。

１／４波長板７９ｂは、右回りの円偏光をＳ偏光に戻すとともに、左回りの円偏光をＰ偏光に戻すようになっている。

複合プリズム７４は、偏光ビームスプリッタ面７４ａと、反射面７４ｂとを備えている。この複合プリズム７４の入射側の端面には、１／４波長板７９ｂが一体に設けられている。そして、複合プリズム７４は、１／４波長板７９ｂとともに回転軸４３の周りに回転可能に構成されている。

２層光ファイバ７５は、光ファイバ束７５ａと、光ファイバ束７５ｂとを備え、これら光ファイバ束７５ａ、７５ｂのそれぞれを通じて導光板の異なる発光領域に光を導くように構成されている。

このような構成において、レーザ光源７１ａ、７２ａから出射されたレーザ光７１、７２は、偏光ビームスプリッタ７３により合波され、１／４波長板７９ａを介してミラー４１に導かれる。

ミラー４１で反射したレーザ光７１、７２は、１／４波長板７９ｂを通り複合プリズム７４に導かれ、この複合プリズム７４によって偏光分離されるとともに回転走査される。

走査されたレーザ光７１は、光ファイバ束７５ａに入射する。一方、走査されたレーザ光７２は、光ファイバ束７５ｂに入射する。光ファイバ束７５ａ、及び光ファイバ束７５ｂに入射したレーザ光７１、７２は、それぞれ導光板の異なる発光領域に導かれる。

このように図２０に示す形態では、走査光学系による３６０度の走査範囲を２つ設定することができるので、レーザ光７１及びレーザ光７２をそれぞれ別々の発光領域に導くことにより、より細かく分割された発光領域の輝度調整が可能となる。

本発明は、面状照明装置の発光領域を細かく分割するとともに、光源の光を時分割して各発光領域を順次照明し、この照明のタイミングに合わせて光源の光量制御を行おうとするものである。

ここで、分割数が多くなるほど各発光領域の照明時間が短くなり、光源の光量制御を高速で行うことが要求されるが、光量制御の速度には限界があるため、光源の数量を一定にした場合には、光量制御の速度の限界に応じて発光領域の分割数が制限される。このため、照明領域をより細かく分割して制御するためには、光源の数を増やすことが必要となる。

ここで、光源の数を増やす場合に、例えば、走査光学系を図２０のように構成すれば、１つの走査光学系で独立した２つの光源７１ａ、７２ａから出射されるレーザ光７１、７２を走査できるため、新たに走査光学系を追加しなくても光量制御の速度を向上することができ、装置の大型化やコストアップを抑えることができる。

また、Ｇ光源にＳＨＧ光源を用いる場合、Ｒ光源、Ｂ光源に比べてＧ光源の光量制御の応答速度は遅くなるため、Ｒ光源、Ｇ光源及びＢ光源の全てについて発光領域の数を一定にすると、照明領域の最大分割数はＧ光源の応答速度によって制限されることになる。そこで、走査光学系で１周期走査する間のＲ光源、Ｂ光源の変調回数をＧ光源より多くすることにより、Ｒ光源、Ｂ光源に対する発光領域の分割数をＧ光源に対する発光領域の分割数よりも増やすことができるので、ＲＧＢ光源の全てに対して同じ分割数でローカルディミングする場合よりも消費電力が削減できる。

あるいは、独立して変調が可能なＧ光源の数を、独立して変調が可能なＲ光源、Ｂ光源の数よりも増やすことにより、ＲＧＢ光の全てについて発光領域の分割数を増やしてローカルディミングの効果を向上させることもできる。この場合には、通常、Ｒ光源、Ｂ光源用の走査光学系が１つとＧ光源用の走査光学系が少なくとも２つ必要であるが、図２０のような構成を用いることにより、走査光学系の数を減らすことができる。

また、独立して変調を行う光源の数を増やしつつ走査光学系の数を減らす又は維持するための方法としては、例えば、走査光学系としてポリゴンミラーを用いて２方向からレーザ光を入射させることもできる。

また、走査光学系として図２１に示すような波長分離機能を持つ複合プリズムを用いることもできる。図２１は、波長変換機能を持つ複合プリズムを有する走査光学系を示す図１６相当図である。

図２１を参照して、本実施の形態に係る面状照明装置の走査光学系は、複合プリズム７６と、３層光ファイバ束７７とを有している点で図１６に示す走査光学系４６と異なる。

複合プリズム７６は、Ｒ光反射面７６ａと、Ｂ光反射面７６ｂと、反射面７６ｃとを備え、ＲＧＢ分離機能を有する。また、複合プリズム７６は、回転軸４３の周りに回転可能に支持されている。

３層光ファイバ束７７は、光ファイバ束７７Ｒと、光ファイバ束７７Ｇと、光ファイバ束７７Ｂとを備えている。この３層光ファイバ束は、図１７〜図１９に示した光ファイバ束６３と概ね同様であるが、以下の点で相違している。

具体的に、光ファイバ束７７Ｒは、Ｒ光を伝播するためのものである。この光ファイバ束７７Ｒの入射端は、図２０に示すように、複合プリズム７６の周囲を取り囲むように配置されている。また、光ファイバ束７７Ｒは、複合プリズム７６の走査区間ごとに複数本ずつ束ねられている。

光ファイバ束７７Ｂは、Ｂ光を伝播するためのものである。この光ファイバ束７７Ｂの入射端は、複合プリズム７６を取り囲むとともに、前記光ファイバ束７７Ｒの下に配置されている。そして、光ファイバ束７７Ｂは、複合プリズム７６の走査区間ごとに複数本ずつ束ねられている。

光ファイバ束７７Ｇは、Ｇ光を伝播するためのものである。この光ファイバ束７７Ｇの入射端は、複合プリズム７６を取り囲むとともに、前記光ファイバ束７７Ｂの下に配置されている。そして、光ファイバ束７７Ｇは、複合プリズム７６の走査区間ごとに複数本ずつ束ねられている。

そして、３層光ファイバ束７７の出射端は、図２２に示すように、ファイバシートとされている。具体的に、図２２は、複合プリズム７６の同一の走査区間に位置する光ファイバ束７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂを示している。

これら光ファイバ束７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂを構成する複数の光ファイバの出射端は、それぞれの軸線が互いに平行となるように並べて配置され、これら光ファイバがシート部材７８上に保持されることにより全体としてファイバシートを構成している。各光ファイバの色の順番及び間隔は、液晶表示パネル３０のサブピクセルについての色の順番及び間隔に対応している。以下、その点について説明する。

図２３は、図２２のXXIII方向から見た側面図である。なお、図２３には、サブピクセルの間隔が分かるように液晶表示パネル３０については断面図が示されている。

図２３を参照して、液晶表示パネル３０は、Ｒ光を透過するカラーフィルタ３４Ｒ（以下、Ｒ光透過ＣＦと称す）と、Ｇ光を透過するカラーフィルタ３４Ｇ（以下、Ｇ光透過ＣＦと称す）と、Ｂ光を透過するカラーフィルタ３４Ｂ（以下、Ｂ光透過ＣＦと称す）とを備えている。

そして、本実施の形態では、Ｒ光透過ＣＦ３４Ｒの真下にＲ光を出射する光ファイバ束７７Ｒを構成する光ファイバが配置され、Ｇ光透過ＣＦ３４Ｇの真下にＧ光を出射する光ファイバ束７７Ｇを構成する光ファイバが配置され、Ｂ光透過ＣＦ３４Ｂの真下にＢ光を出射する光ファイバ束７７Ｂを構成する光ファイバが配置されている。

この構成において、ＲＧＢ光が合波されたレーザ光１５は、複合プリズム７６によりＲ光、Ｇ光、Ｂ光のそれぞれに分離されるとともに回転走査される。走査された光のうち、Ｒ光は、光ファイバ束７７Ｒに入射し、Ｂ光は、光ファイバ束７７Ｂに入射し、Ｇ光は、光ファイバ束７７Ｇに入射する。

光ファイバ束７７Ｒ、７７Ｇ、７７Ｂにそれぞれ入射した光は、それぞれの出射端であるファイバシートに導かれ、各光ファイバからＲ光、Ｂ光、Ｇ光がそれぞれ出射する。

したがってこのように構成すると、各光ファイバが各ＲＧＢ光を透過するカラーフィルタに対応して配置されているため、当該各光ファイバから出射した光を効率良く利用することができる。

なお、導光路として光ファイバを用いる場合、導光路同士を立体交差させても、バックライトの厚みが大きく増えないため、厚みを変えることなく、順次発光する発光領域の発光順序を自由に設定することができる。

したがって、図２１〜図２３に示すように、ＲＧＢ光をそれぞれ分離して照明部に導く構成では、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の発光順序を個別に設定することや、一つの発光領域においてＲ光、Ｇ光、Ｂ光を時間差を持たせて発光させることもできる。このように構成すると、液晶パネルのフィールドシーケンシャル駆動と組み合わせることができるため、高い光利用効率を実現することができる。

なお、図１４〜図１６及び、図１７〜図１９に示した実施の形態では、光源の光を走査する構成としたが、照明領域の分割数と、変調する光源の数を同じにして、個別に輝度調整する構成としてもよい。この場合、低出力の光源を多数使えばよいので、光源をＬＥＤ素子としてもよい。

図２４及び図２５は、光源としてＬＥＤ素子８１を用いた面状照明装置８０を示す概略図である。図示は省略しているが、各ＬＥＤ素子にはそれぞれ出射光量制御部が接続されている。

図２４を参照して、ＬＥＤ素子８１からの光は、複数の光ファイバからなる光ファイバ束６１を通じて導光板６２に導かれるように構成されている。

通常、ＬＥＤ素子から出射された光を１本のファイバに効率よく入射させることは困難であるため、１つのＬＥＤ素子８１から出射した光を複数本の光ファイバに入射させ、それぞれ同じ光源から出射した光は、導光板における同じ発光領域に導かれるようになっている。

ここで、ＬＥＤ素子８１から各光ファイバに入射する光の光量は、均一とはなり難いため、各光ファイバの出射端で均一な線状光となるように、出射光量を考慮して各光ファイバを配列するのが望ましい。

また、図２５に示すように、端面から入射した光を側面から出射することが可能な導光棒８２を用いることもできる。

具体的に、導光棒８２は、光を入射させるための端面から先細りの形状とされている。この導光棒８２の一の側面には、当該導光棒８２内に入射した光を偏光させる偏向部（例えば、溝）が形成されており、この偏向部によって偏向された光は、導光棒８２の偏向部と対向する側面から出射する。

このように導光棒８２を採用した構成とすれば、ＬＥＤ素子から出射した光を効率よく導光板に導くことができる。

なお、図２４及び図２５におけるＬＥＤ素子８１は、レーザ光源とすることもできる。このように構成しても、同様に薄型でローカルディミングが可能な面状照明装置および液晶表示装置が実現できる。

また、薄型で均一な面状照明装置を得ることが目的であれば、図２６に示す面状照明装置９０のように、光ファイバ束６１の入射端に均一な光が入射するように構成してもよい。

具体的に、面状照明装置９０は、レーザ光源１１から出射するレーザ光１５を集光レンズ１６によって集光した上で、光ファイバ束６１の入射端に入射させるようになっている。ここで、集光レンズ１６は、複数（１６束）ある光ファイバ束６１のうちの１束に対してレーザ光１５を入射させてもよいが、複数束に対してレーザ光１５を入射させるように構成することもできる。

面状照明装置９０によれば、導光路が光ファイバにより形成されているので、レーザ光源１１を自由に設計することができるので、薄型化を図ることができる。さらに、面状照明装置９０では、各光ファイバ束６１により導かれたレーザ光１５を導光板の複数の発光領域に導くことができるので、導光板を均一に照明することができる。

なお、上述した具体的実施形態には以下の構成を有する発明が主に含まれている。

本発明の一局面に係る面状照明装置は、光源と、前記光源から出射した光を走査して走査光を生成する走査部と、前記走査部による走査範囲のうちの異なる走査区間の走査光がそれぞれ入射するように構成された複数の導光路と、前記各導光路により導かれた光をそれぞれ出射させる複数の発光領域を有する照明部とを備え、前記発光領域の数は、２以上１０００以下であり、前記各発光領域は、前記各導光路にそれぞれ走査光が入射することに応じて、順次発光する。

本発明によれば、走査部により走査された走査光を複数の導光路に入射させることにより、面状照明装置の照明領域を細かく分割して、発光領域毎に時分割で照明できるので、光源の出射光の光量を一定に保つことにより均一性の高い面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、前記光源の出射光量を制御する光源制御部を有し、前記光源制御部は、前記照明部の各発光領域の発光状態に応じて前記光源の出射光量を制御することにより、前記各発光領域の輝度を制御することが望ましい。

この構成によれば、細かく分割された面状照明装置の各発光領域の輝度を自由に設定できるので、輝度分布を制御可能な面状照明装置が実現できる。

また、本発明に係る面状照明装置を液晶表示装置等のバックライトとして用いた場合には、表示する映像の領域毎の輝度情報に応じて発光領域毎にバックライトの輝度を調整することができるので、全領域を常時発光している場合と比べて、消費電力を大きく低減することができ、コントラストも向上する。

前記面状照明装置において、前記光源は、赤色、緑色及び青色の光をそれぞれ出射する複数の光源を有し、前記光源制御部は、前記各光源を個別に制御することが望ましい。

この構成によれば、細かく分割された各発光領域の輝度および発光色を自由に設定できるので、輝度分布および色分布を制御可能な面状照明装置が実現できる。そのため、前記構成によれば、赤色、緑色及び青色を独立に輝度調整することができるので、白色で輝度調整する場合よりも消費電力を低減することができる。

前記面状照明装置において、前記光源は、レーザ光源からなり、前記走査部による走査の１周期の期間中において、前記赤色及び青色の光を出射するレーザ光源の出射光量の最大の変調回数は、前記緑色の光を出射するレーザ光源の出射光量の最大の変調回数より多いことが望ましい。

この構成によれば、光量制御の速度を早くすることができる赤色光源及び青色光源については、細かく領域分割した発光領域に対して輝度調整が行えるので、光量制御の速度を遅くせざるを得ない緑色光源に合わせて各色の輝度調整を行う場合と比較して、消費電力を削減できる。

前記面状照明装置において、前記光源は、レーザ光源からなり、前記緑色の光を出射するレーザ光源の数は、前記赤色及び青色の光を出射するレーザ光源の数より多いことが望ましい。

この構成によれば、赤色光源及び青色光源よりも応答速度の遅い緑色光源の数を赤色光源及び青色光源の数よりも増やすことにより、緑色光に対する画面の分割数を赤色光、青色光に対する分割数と同等にできるため、さらに消費電力を削減できる。

前記面状照明装置において、前記走査部は、回転多面鏡を備えていることが望ましい。

この構成によれば、簡単な構成で高速に走査することができるので、画面の分割数を増やすことができ、より細かな輝度分布の制御が可能な面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、上記走査部は、一軸あるいは二軸のＭＥＭＳミラーを備えていることが望ましい。

この構成によれば、走査部の小型化が可能となり、より薄型の面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、前記走査部は、回転軸に対して略４５度傾斜した反射面を有する回転ミラーを備え、前記回転軸と平行な方向に沿って前記反射面に光を入射させるとともに前記回転ミラーを前記回転軸の周りに回転させることにより、前記回転軸周りの３６０度の範囲で前記反射面からの反射光が走査されることが望ましい。

この構成によれば、走査部は、反射面の反射率の角度依存性による効率低下の影響を受ないので、より高い光利用効率が得られる。また、３６０度という広い範囲で反射光を走査することとしているため、走査光の分岐数を容易に増やすことができ、この分岐数に対応して照明領域の分割数を増やすことにより、より細かな輝度分布の制御が可能な面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、前記導光路は、前記走査光が伝搬する方向に向けて断面積が広がるテーパ形状に構成されているとともに、前記導光路の側面で全反射しつつ前記走査光を伝搬するように構成されていることが望ましい。

この構成によれば、導光路を伝搬する光の進行方向のばらつきを低減することができるので、各発光領域の導光板に所定の広がり角で光を入射させた場合であっても、発光領域を均一に発光させることができる。

前記面状照明装置において、前記導光路は、前記走査光が伝搬する方向に向けて中空部分の面積が広がるように形成されたテーパ状の内側面を有するパイプからなり、前記内側面で反射しつつ前記走査光を伝搬するように構成されていることが望ましい。

このように構成しても、導光路を伝搬する光の進行方向のばらつきを低減できるので、各発光領域の導光板に所定の広がり角で光を入射させた場合であっても、発光領域を均一に発光させることができる。

前記面状照明装置において、前記導光路は、光ファイバからなることが望ましい。

この構成によれば、光源および走査光学系の配置の自由度が向上し、さらに薄型の面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、前記導光路は、２次元のフォトニック結晶からなり、前記フォトニック結晶は、スラブ状の本体部材からなり、前記本体部材は、前記本体部材と異なる屈折率を有する複数の異屈折率領域と、前記異屈折率領域間に線状に形成された欠陥領域とを有し、前記導光路は、前記欠陥領域により構成されていることが望ましい。

この構成によれば、スラブ状（平板状）の本体部材の欠陥領域を導光路として利用することができるため、薄型で効率の良い導光路を構成することが可能であり、薄型の面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、前記各導光路は、前記各導光路内に導かれた光を出射する出射部をそれぞれ有し、前記各出射部のうちの少なくとも一つの出射部から出射した光の一部を透過し、かつ、残りの部分を反射する第１の反射部と、前記第１の反射部で反射した光を前記第１の反射部に向けて反射する第２の反射部とをさらに備え、前記各発光領域は、前記第１の反射部を透過した光によって発光するように構成されていることが望ましい。

この構成によれば、出射部から出射した光が第１の反射部と第２の反射部との間で反射を繰り返すことにより均一に広げられて第１の反射部から出射するため、均一で光利用効率の高い面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、複数の入射部から入射した光を一方の主面から出射する導光板をさらに備え、前記各導光路は、前記各導光路内に導かれた光を線状の領域から出射して前記入射部に入射させる線状出射部をそれぞれ有し、前記導光板の主面には、前記各入射部から入射した光をそれぞれ出射する前記発光領域が前記入射部の数に対応して複数設定され、前記導光板の入射部には、前記各線状出射部のうちの少なくとも一つの線状出射部から出射された光が入射するように構成されていることが望ましい。

この構成によれば、エッジライト型の構成を採用することにより、薄型の面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、前記線状出射部は、棒状の導光体からなり、前記棒状の導光体における前記導光板の入射部と反対側に位置する面には、前記導光路によって導かれた光を前記導光板の入射部へ向けて偏向する偏向溝が形成されていることが望ましい。

この構成によれば、偏光溝という簡単な構成を用いて導光板に線状の光を入射させることができる。

前記面状照明装置において、前記複数の導光路は、光ファイバからなり、前記光ファイバのうち、前記走査部による同一の走査区間内に入射端が配列された複数の光ファイバの出射端は、それぞれ線状に配列されて前記線状出射部を構成することが望ましい。

この構成によれば、導光路として光ファイバを用いることにより、光源および走査光学系の配置の自由度が向上し、薄型に構成できる。さらに、同一走査区間の走査光を複数の光ファイバを用いて線状にして導光板に導くことができるので、導光板の入射部に均一な光を導くことができ、薄型で均一性の高い面状照明装置が実現できる。

前記面状照明装置において、前記光ファイバのうち、前記走査部による同一の走査区間内に入射端が配列された複数の光ファイバの終端部は、前記各光ファイバが平行となるようにシート状に配置されたファイバシートを構成し、前記ファイバシートは、前記光ファイバの軸線と直交する方向に向く一方のシート面から光が出射するように構成され、前記シート面が前記発光領域を構成するとともに、複数の前記シート面が面状に配列されて前記照明部を構成していることが望ましい。

この構成によれば、導光板の代わりにファイバシートを用いて照明部を構成すことができるため、導光路と照明部とをそれぞれ別々の部材で構成する場合と比較して、さらに薄型化が可能となる。また、導光路と照明部とを光ファイバで構成することができるので、導光路と照明部との間の接続による光のロスも無くなり、光利用効率が向上する。

前記面状照明装置において、前記ファイバシートの前記一方のシート面と反対側のシート面におけるクラッドおよびコアには、くさび状の溝が形成され、前記くさび状の溝は、前記コアの内部を伝搬する光を前記一方のシート面に向けて偏向するように構成されていることが望ましい。

この構成によれば、くさび状の溝という簡単な構成を用いてファイバシートの一方のシート面を有効に発光させることができる。

前記面状照明装置において、前記光源は、偏光方向が互いに直交する光をそれぞれ出射するとともに、前記偏光方向の異なる光の出射光量をそれぞれ独立して制御可能な２つの光源を有し、前記走査部は、前記回転軸に対して略４５度傾斜した光学面を有する偏光ビームスプリッタをさらに備え、前記光学面は、前記偏光方向の異なる２つの光のうちの一方を反射するとともに他方を前記反射面に透過させることが望ましい。

この構成によれば、偏光方向の異なる２つの光を偏光ビームスプリッタにより分離するとともに、偏光分離された光を光学面及び反射面によってそれぞれ異なる領域に走査することができるので、照明領域の分割数を増やすために光源の数を増やした場合であっても、走査光学系の増加を抑えられる。

前記面状照明装置において、前記光源は、赤色光、緑色光、及び青色光を合波した光を出射し、前記走査部は、前記回転軸に対して略４５度傾斜した光学面を有する波長分離素子をさらに備え、前記光学面は、前記光源から出射された光を透過と反射により波長分離するように構成されていることが好ましい。

この構成によれば、１つの走査光学系を用いて赤色、緑色、青色の光を分離して走査することができる。

前記面状照明装置において、前記走査部は、前記赤色光、緑色光及び青色光が同時に同一の発光領域を照明しないように、前記波長分離素子により分離された赤色光、緑色光、青色光を別々の範囲に走査するように構成されていることが望ましい。

この構成によれば、各発光領域に対して赤色、緑色、青色の光を時間差を持って導くことができるので、液晶パネルのフィールドシーケンシャル駆動と組み合わせることができ、光利用効率の高い液晶表示装置が実現できる。

前記面状照明装置において、前記導光路は、複数本の光ファイバからなり、前記光源は、前記赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれを異なる前記光ファイバに入射するように構成され、前記光ファイバの終端部は、前記赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ導く光ファイバが所定の順序で平行となるようにシート状に配置されたファイバシートを構成し、前記ファイバシートは、前記ファイバシートの一方の主面から光が出射するように構成され、前記シート面が前記発光領域を構成するとともに、複数の前記シート面が面状に配列されて前記照明部を構成していることが望ましい。

この構成によれば、液晶表示パネルのＲＧＢ画素の配置に合わせて光ファイバの配列を調整することにより、液晶表示パネルと組み合わせた際に、効率良く赤色光、緑色光及び青色光を各ＲＧＢ画素に光を入射させることができるので、光利用効率の高い液晶表示装置が実現できる。

また、本発明の他の局面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として前記面状照明装置を用いている。

本発明に係る液晶表示装置によれば、大画面にしても色再現性がよく、高輝度で輝度ムラが少ない液晶表示装置が実現できる。また、薄型の液晶表示装置も実現できる。

さらに、本発明のさらに他の局面に係る液晶表示装置によれば、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として、赤色、緑色及び青色の光をそれぞれ出射する複数の光源と、各光源を個別に制御する光源制御部とを有する面状照明装置を用い、光源制御部は、前記液晶表示パネルに表示される画像データの各領域の色毎の輝度分布に応じて、面状照明装置の対応する領域の輝度分布を設定する。

本発明に係る液晶表示装置によれば、ローカルディミングが可能となり、消費電力の削減を図りながら、高いコントラストを実現することができる。さらに、前記液晶表示装置によれば、大画面にしても色再現性がよく、高輝度で輝度ムラが少ない液晶表示装置が実現できる。また、薄型の液晶表示装置も実現できる。

本発明の面状照明装置及びそれを用いた液晶表示装置は、輝度ムラの無いディスプレイが実現できる他、ローカルディミングにより消費電力の削減、高コントラスト化を図ることができる。

また、高輝度で色再現範囲の広いレーザ光源を用いることにより、装置の薄型化も可能であるので、大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野で有用である。

Claims (24)

1. 光源と、
   前記光源から出射した光を走査して走査光を生成する走査部と、
   前記走査部による走査範囲のうちの異なる走査区間の走査光がそれぞれ入射するように構成された複数の導光路と、
   前記各導光路により導かれた光をそれぞれ出射させる複数の発光領域を有する照明部とを備え、
   前記発光領域の数は、２以上１０００以下であり、
   前記各発光領域は、前記各導光路にそれぞれ走査光が入射することに応じて、順次発光するように構成されていることを特徴とする面状照明装置。
2. 前記光源の出射光量を制御する光源制御部を有し、
   前記光源制御部は、前記照明部の各発光領域の発光状態に応じて前記光源の出射光量を制御することにより、前記各発光領域の輝度を制御することを特徴とする請求項１記載の面状照明装置。
3. 前記光源は、赤色、緑色及び青色の光をそれぞれ出射する複数の光源を有し、
   前記光源制御部は、前記各光源を個別に制御することを特徴とする請求項２記載の面状照明装置。
4. 前記光源は、レーザ光源からなり、
   前記走査部による走査の１周期の期間中において、前記赤色及び青色の光を出射するレーザ光源の出射光量の最大の変調回数は、前記緑色の光を出射するレーザ光源の出射光量の最大の変調回数より多いことを特徴とする請求項３記載の面状照明装置。
5. 前記光源は、レーザ光源からなり、
   前記緑色の光を出射するレーザ光源の数は、前記赤色及び青色の光を出射するレーザ光源の数より多いことを特徴とする請求項３記載の面状照明装置。
6. 前記走査部は、回転多面鏡を備えていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の面状照明装置。
7. 前記走査部は、一軸あるいは二軸のＭＥＭＳミラーを備えていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の面状照明装置。
8. 前記走査部は、回転軸に対して略４５度傾斜した反射面を有する回転ミラーを備え、
   前記回転軸と平行な方向に沿って前記反射面に光を入射させるとともに前記回転ミラーを前記回転軸の周りに回転させることにより、前記回転軸周りの３６０度の範囲で前記反射面からの反射光が走査されることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の面状照明装置。
9. 前記導光路は、前記走査光が伝搬する方向に向けて断面積が広がるテーパ形状に構成されているとともに、前記導光路の側面で全反射しつつ前記走査光を伝搬するように構成されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の面状照明装置。
10. 前記導光路は、前記走査光が伝搬する方向に向けて中空部分の面積が広がるように形成されたテーパ状の内側面を有するパイプからなり、前記内側面で反射しつつ前記走査光を伝搬するように構成されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の面状照明装置。
11. 前記導光路は、光ファイバからなることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の面状照明装置。
12. 前記導光路は、２次元のフォトニック結晶からなり、
    前記フォトニック結晶は、スラブ状の本体部材からなり、
    前記本体部材は、
    前記本体部材と異なる屈折率を有する複数の異屈折率領域と、
    前記異屈折率領域間に線状に形成された欠陥領域とを有し、
    前記導光路は、前記欠陥領域により構成されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の面状照明装置。
13. 前記各導光路は、前記各導光路内に導かれた光を出射する出射部をそれぞれ有し、
    前記各出射部のうちの少なくとも一つの出射部から出射した光の一部を透過し、かつ、残りの部分を反射する第１の反射部と、
    前記第１の反射部で反射した光を前記第１の反射部に向けて反射する第２の反射部とをさらに備え、
    前記各発光領域は、前記第１の反射部を透過した光によって発光するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載の面状照明装置。
14. 複数の入射部から入射した光を一方の主面から出射する導光板をさらに備え、
    前記各導光路は、前記各導光路内に導かれた光を線状の領域から出射して前記入射部に入射させる線状出射部をそれぞれ有し、
    前記導光板の主面には、前記各入射部から入射した光をそれぞれ出射する前記発光領域が前記入射部の数に対応して複数設定され、
    前記導光板の入射部には、前記各線状出射部のうちの少なくとも一つの線状出射部から出射された光が入射するように構成されていることを特徴とする請求項１〜１２いずれか１項に記載の面状照明装置。
15. 前記線状出射部は、棒状の導光体からなり、
    前記棒状の導光体における前記導光板の入射部と反対側に位置する面には、前記導光路によって導かれた光を前記導光板の入射部へ向けて偏向する偏向溝が形成されていることを特徴とする請求項１４記載の面状照明装置。
16. 前記複数の導光路は、光ファイバからなり、
    前記光ファイバのうち、前記走査部による同一の走査区間内に入射端が配列された複数の光ファイバの出射端は、それぞれ線状に配列されて前記線状出射部を構成することを特徴とする請求項１４記載の面状照明装置。
17. 前記光ファイバのうち、前記走査部による同一の走査区間内に入射端が配列された複数の光ファイバの終端部は、前記各光ファイバが平行となるようにシート状に配置されたファイバシートを構成し、
    前記ファイバシートは、前記光ファイバの軸線と直交する方向に向く一方のシート面から光が出射するように構成され、
    前記シート面が前記発光領域を構成するとともに、複数の前記シート面が面状に配列されて前記照明部を構成していることを特徴とする請求項１１に記載の面状照明装置。
18. 前記ファイバシートの前記一方のシート面と反対側のシート面におけるクラッドおよびコアには、くさび状の溝が形成され、
    前記くさび状の溝は、前記コアの内部を伝搬する光を前記一方のシート面に向けて偏向するように構成されていることを特徴とする請求項１７記載の面状照明装置。
19. 前記光源は、偏光方向が互いに直交する光をそれぞれ出射するとともに、前記偏光方向の異なる光の出射光量をそれぞれ独立して制御可能な２つの光源を有し、
    前記走査部は、前記回転軸に対して略４５度傾斜した光学面を有する偏光ビームスプリッタをさらに備え、
    前記光学面は、前記偏光方向の異なる２つの光のうちの一方を反射するとともに他方を前記反射面に透過させることを特徴とする請求項８に記載の面状照明装置。
20. 前記光源は、赤色光、緑色光、及び青色光を合波した光を出射し、
    前記走査部は、前記回転軸に対して略４５度傾斜した光学面を有する波長分離素子をさらに備え、
    前記光学面は、前記光源から出射された光を透過と反射により波長分離するように構成されていることを特徴とする請求項８に記載の面状照明装置。
21. 前記走査部は、前記赤色光、緑色光及び青色光が同時に同一の発光領域を照明しないように、前記波長分離素子により分離された赤色光、緑色光、青色光を別々の範囲に走査するように構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の面状照明装置。
22. 前記導光路は、複数本の光ファイバからなり、
    前記光源は、前記赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれを異なる前記光ファイバに入射するように構成され、
    前記光ファイバの終端部は、前記赤色光、緑色光及び青色光をそれぞれ導く光ファイバが所定の順序で平行となるようにシート状に配置されたファイバシートを構成し、
    前記ファイバシートは、前記ファイバシートの一方の主面から光が出射するように構成され、
    前記シート面が前記発光領域を構成するとともに、複数の前記シート面が面状に配列されて前記照明部を構成していることを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の面状照明装置。
23. 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として請求項１から請求項２２のいずれか１項に記載の面状照明装置を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
24. 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として請求項３〜５のいずれか１項に記載の面状照明装置を用い、
    光源制御部は、前記液晶表示パネルに表示される画像データの各領域の色毎の輝度分布に応じて、面状照明装置の対応する領域の輝度分布を設定するように構成したことを特徴とする液晶表示装置。