JPWO2008132796A1 - レーザ背面照射装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

薄型化を実現することができ、輝度を均一にしてコントラストを向上させることができるレーザ背面照射装置及び液晶表示装置を提供する。レーザ背面照射装置１００は、レーザ光源１と、レーザ光源１から出射されたレーザ光を複数に分岐する分岐光学系１０１と、光強度を二次元的に変調する液晶パネル５を背面から照明する複数の照明光学系１０２とを備え、複数の照明光学系１０２は、分岐光学系１０１によって分岐された複数のレーザ光を拡大して、複数の領域に分割された液晶パネル５の各領域をそれぞれ照明する。

Description

本発明は、主にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の光源を用いたレーザ背面照射装置、及び当該レーザ背面照射装置を用いた液晶表示装置に関するものである。

表示装置には、自ら発光する有機発光表示装置及びプラズマ表示装置等の発光型表示装置と、自ら発光せずに、別の光源を必要とする液晶表示装置等の受光型表示装置とがある。一般的な液晶表示装置は、電界生成電極が具備された２個の表示板と、その間にある誘電率異方性を有する液晶層とを含む。電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成し、電圧を変化させてこの電場の強度を調節することでライトバルブを形成し、液晶層を通過する光の透過率を調節して所望する画像を得る。この際、光源には、別途具備された人工光源が使われることが一般的である。液晶表示装置用の光源としては、液晶パネルの後面で液晶パネル全体に均一に光を照射する光源として、冷陰極管蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）のような蛍光ランプを使用するケースが多い。通常は導光板側面から入射した蛍光ランプの光は、導光板前面より略均一な光として液晶パネルを後面から照射するのが一般的である。

ところで近年、環境問題や省電力の観点から水銀を使用しない、より消費電力の少ない光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザ装置を光源とした画像表示装置の開発進められている。特にレーザ装置は、消費電力の低さのみならず、画像表示装置用光源として用いた場合、色再現範囲の広さ等画質上の観点からも、画像表示装置に最適な光源と言える。

一方で、レーザ装置を光源として用いて液晶パネルの後面で液晶パネル全体に均一に光を照射する場合、いくつかの方式が考えられる。ひとつは、特許文献１に示すような、液晶パネルをポリゴンスキャンで走査する方式であり、もうひとつは特許文献２に示すような、液晶パネルをラインスキャンにて走査する方式である。

しかしながら、特許文献１に示すようなポリゴンスキャンで走査する方式では、ポリゴン面から液晶パネルまでの距離が長くなるので、ＣＣＦＬ等を光源として用いた場合のような薄型化を達成することが原理的に難しい。また、特許文献２に示すような液晶パネルをラインスキャンで走査する方式では、大画面を高速で走査することが原理的に困難なため、表示装置としては採り得ない方式と言える。以上のように、レーザ装置を光源として用いた液晶パネルの背面照射は、薄型化を達成することが今まで提案されていなかった。
特開平２−１５７７９０号公報 特許第３２０５４７８号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、薄型化を実現することができ、輝度を均一にしてコントラストを向上させることができるレーザ背面照射装置及び液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一局面に係るレーザ背面照射装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を複数に分岐する分岐光学系と、光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子を背面から照明する複数の照明光学系とを備え、前記複数の照明光学系は、前記分岐光学系によって分岐された複数のレーザ光を拡大して、複数の領域に分割された前記二次元空間変調素子の各領域をそれぞれ照明する。

本発明の他の局面に係る液晶表示装置は、上記のレーザ背面照射装置と、前記レーザ背面照射装置によって照射された光の光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子とを備える。

本発明によれば、複数の照明光学系によって、複数の領域に分割された二次元空間変調素子の各領域がそれぞれ照明されるので、二次元空間変調素子が大型化したとしても、分割する領域の数を増やすことで、装置の厚みを変化させることなく、薄型化を実現することができる。また、複数の照明光学系によって、複数の領域に分割された二次元空間変調素子の各領域がそれぞれ照明されるので、二次元空間変調素子に照射される光の輝度を均一にしてコントラストを向上させることができる。

本発明の目的、特徴及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成を示す正面図である。 図１に示す矢印Ａの方向から液晶表示装置を見た側面図である。 図１のミラーで反射したレーザ光を液晶パネルへ導く照明光学系の構成を示す斜視図である。 図３に示す照明光学系の正面図である。 図３に示す照明光学系の側面図である。 本実施の形態の第１の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す正面図である。 本実施の形態の第２の変形例におけるビームスプリッタの構成を示す図である。 本実施の形態の第３の変形例に係るレーザ背面照射装置の分岐光学系及び照明光学系の構成を示す正面図である。 本実施の形態において、第２の反射素子にシリンダーレンズを用いた照射光学系の側面図である。 本実施の形態において、各セグメントの端部をオーバラップさせて輝度を均一化する照射光学系の側面図である。 本実施の形態において、第２の反射素子にレンチキュラレンズと平面ミラーとを用いた照射光学系の側面図である。 本実施の形態の第４の変形例において、Ｎ個の照明光学系のうちの一つを拡大した斜視図である。 本実施の形態の第５の変形例において、レーザ光源と、Ｎ個の照明光学系のうちの一つとを拡大した斜視図である。 本実施の形態の第６の変形例において、Ｎ個の照明光学系のうちの一つを拡大した斜視図である。 本実施の形態の第７の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す正面図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成を示す正面図であり、図２は、図１に示す矢印Ａの方向から液晶表示装置を見た側面図である。図１に示す液晶表示装置２００は、レーザ背面照射装置１００と、液晶パネル５とを備える。レーザ背面照射装置１００は、レーザ光源１、分岐光学系１０１及び複数の照明光学系１０２を備える。分岐光学系１０１は、ビームスプリッタ１１〜１５及びミラー１６で構成され、照明光学系１０２は、第１の反射素子２及び第２の反射素子３で構成される。

レーザ光源１は、レーザ光を出射する。分岐光学系１０１は、レーザ光源１から出射されたレーザ光を複数に分岐する。複数の照明光学系１０２は、液晶パネル５を背面から照明する。液晶パネル５は、光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子である。複数の照明光学系１０２は、分岐光学系１０１によって分岐された複数のレーザ光を拡大して、複数の領域に分割された液晶パネル５の各領域をそれぞれ照明する。

まず、本構成の動作の仕組みに関して説明する。まず、レーザ光２０をＮ本のレーザ光に分岐する分岐光学系１０１に関して説明する。ここでは、分岐光学系１０１が、レーザ光２０を、縦３列、横４行のＮ＝３列×４行＝計１２本のレーザ光に分割する例に関して説明する。

レーザ光源１から出射したレーザ光２０は、ビームスプリッタ１１にて、所定の光量比に分割される。ビームスプリッタ１１を透過したレーザ光２１は、まずビームスプリッタ１４に到着する。ビームスプリッタ１４は、所定割合の光量を反射してレーザ光２２を生成する。ビームスプリッタ１４を透過した所定光量のレーザ光は、次にビームスプリッタ１５に到着する。ビームスプリッタ１５は、所定割合の光量を反射してレーザ光２３を生成する。ビームスプリッタ１５を透過した所定光量のレーザ光は、次にミラー１６に到着する。最終的に、ミラー１６に到着したレーザ光は、ミラー１６で略全反射してレーザ光２４となる。以上で、まず縦方向に３列分のレーザ光を分岐することができる。

次に、横方向に４行分のレーザ光を分岐する方法について説明する。レーザ光２０の内、ビームスプリッタ１１を反射したレーザ光２５は、ビームスプリッタ１２で所定の光量比で透過光と反射光とに分割される。ビームスプリッタ１２を透過したレーザ光は、ビームスプリッタ１３に入射し、所定の光量比で透過光と反射光とに分割される。さらに、ビームスプリッタ１３を透過したレーザ光は、ミラー１６で反射して図中下向きに進行する。ビームスプリッタ１２，１３及びミラー１６でそれぞれ反射したレーザ光は、レーザ光２１と同様に図中下向きに進行しながら、各列に配置されたビームスプリッタ及びミラーによって反射され、レーザ光２６〜３４として所定の位置に到着する。以上の工程を経て、レーザ光源１を出射したレーザ光２０は、縦３列×横４行＝１２本のレーザ光に分岐される。以上のＮ＝１２本のレーザ光それぞれが、液晶パネル５を図１中の破線および実線で区切られたＮ＝１２個に分割した各領域（セグメント）を照明することになる。

照明光学系１０２は、複数配置されており、本実施の形態では、縦３列×横４行＝１２個の照明光学系１０２がマトリックス状に配置されている。例として、Ｎ＝１２本に分割された後のレーザ光２４が照明する液晶パネル５上のセグメント４に関する照明光学系１０２を図３、図４及び図５を用いて説明する。図３は、図１のミラー１６で反射したレーザ光を液晶パネル５へ導く照明光学系の構成を示す斜視図であり、図４は、図３に示す照明光学系の正面図であり、図５は、図３に示す照明光学系の側面図である。

ミラー１６で反射したレーザ光２４は、第１の反射素子２で反射し、水平面内に拡散しながら第２の反射素子３に向かって進行する。進行したレーザ光２４は、第２の反射素子３で下向きに反射し、二次元的に拡散しながら進行する。進行したレーザ光２４は、液晶パネル５内のセグメント４を照明する。以上の様に、照明光学系１０２は、平行ビームを二次元的に拡散し、自身が担当するセグメントを照明する。以上の構成により、単一のレーザビームをＮ個のセグメントに分割して液晶パネル５を照明することが可能になる。

本実施の形態の効果として、例えば以下の２つが挙げられる。ひとつは、液晶パネル５のサイズが大きくなったとしても、単一のレーザ光源のままで、同じ厚さの液晶パネル用背面照射光学系を構築することが可能になることである。特許文献１に示すようなレーザ装置を光源に用いた背面照射装置は、本実施の形態のようにセグメントに分けずに単一の光学系で液晶パネルを照明する。この場合、液晶パネルのサイズに比例して、液晶パネルから光源までの光学距離は長くなることになり、装置サイズが大型化する。また、液晶パネルのサイズが大きくなった場合でも薄型化を実現しようとすると、光学系を折り畳む等の策が必要になるため、非球面ミラー等複雑な光学系が必要になり、相当なコストアップは免れない。

また、仮に光源としてＣＣＦＬの替わりにレーザ装置を用い、回転多面鏡と走査光学系とを用いて導光板を照明するような構成で薄型化を図った場合、画面サイズが大きくなると、構成する走査レンズのサイズも大きくなる。そのため、さらには画面サイズ間で走査レンズの流用ができず、同一の製造工程を使用できないため、製造適正からも大幅なコストアップが免れない。また、画面サイズ毎に走査光学系を構成する走査レンズ等の最適設計が必要になり、設計工数的にも画面サイズのラインナップ化に時間がかかることになる。

それに対し、本実施の形態におけるレーザ背面照射装置１００では、液晶パネルのサイズが大型化しても、セグメントの数を増やせば装置の厚さは基本的に変わらないという利点がある。本実施の形態におけるレーザ背面照射装置１００では、用いる画面のサイズが大型化しても、セグメントの数が増え、ビームスプリッタ及び反射素子の個数が増えるだけで、コスト上昇も最低限に抑えることが可能である。また、画面サイズのラインナップを増やしても、光学系の設計はセグメントの数を増やすだけであり、画面サイズアップの設計が非常に簡単であり、また画面サイズ間で部材の流用が可能である。そのため、量産効果が大きく安いコストでレーザ背面照射装置１００を製作することが出来る。

また、光源にＬＥＤを用いた液晶パネル用背面照射装置の場合は、一つのＬＥＤで照射できるセグメントの大きさは同じであるため、液晶パネルのサイズに応じてＬＥＤの個数は増えることになる。液晶パネルのサイズに応じてＬＥＤの個数が増えることで、ＬＥＤの駆動基板が増えることになり、駆動基板の部品点数も増えるので、コストアップの要因になっていた。しかしながら、本実施の形態のレーザ背面照射装置１００を用いることで、液晶パネルのサイズが大きくなったとしてもレーザ光源の駆動回路の個数を増やす必要は無く、単にビームスプリッタ及び反射素子等の部材が増えるのみであり、コストアップは最小限で済む。また、光源にファイバ光源を用いておけば、用いるファイバ光源を取り替えれば、明るさ（光量）及び色（波長）をいつでも切り替えることが可能になるという利点もある。

また、図１に示す通り、分岐光学系を出射したレーザ光の全てが同一方向に出射している場合、即ち、ビームスプリッタ１１を透過して分岐光学系を出射したレーザ光２２〜２４と、ビームスプリッタ１２で反射して分岐光学系を出射したレーザ光２６〜２８、ビームスプリッタ１３で反射して分岐光学系を出射したレーザ光２９〜３１、ミラー１６で反射して分岐光学系を出射したレーザ光３２〜３４が、全て同一の進行方向を向いている場合、複数の照明光学系１０２の構成が全て同一であれば、各セグメントを照射するレーザ光の偏光方向は、全て同一方向になる。

なお、図１では、Ｎ本のレーザ光２２〜２４，２６〜３４の全てが同じ方向を向いているが、Ｎ本のうちの一部のレーザ光の進行方向が他部のレーザ光の進行方向に対して真逆方向を向いていても構わない。すなわち、複数の照明光学系１０２に入射する複数のレーザ光の進行方向は、全て同一方向又は一部が逆方向を向いていてもよい。

一般に、液晶パネルは、その前後にクロスニコルに配置した偏光板で挟んで使用するため、所定の偏光方向以外の成分は画像形成に加担しない。すなわち、ＣＣＦＬやＬＥＤのように出射する光の偏光方向がランダムであるような光は、出射光量の半分をロスすることになる。特殊なフィルムシート等で液晶パネルを透過しない偏光成分を反射させ、液晶パネルを透過する偏光成分のみを透過させたとしても、フィルムシートでの透過損や、導光板内を伝播する際の透過損等の影響で、２０〜３０％の光量ロスとなってしまう。

また、前述のような、光源としてＣＣＦＬの替わりにレーザ装置を用い、回転多面鏡と走査光学系とを用いて導光板を照明するような構成で薄型化を図った場合、一度導光板にレーザ光を入射させると、導光板の中でレーザ光が散乱粒子等で散乱する。その為、導光板に入射するレーザ光の偏光方向がそろっていたとしても、導光板から出射するレーザ光の偏光方向は、前述のＣＣＦＬやＬＥＤと同様にランダム偏光になってしまい、やはり２０〜３０％の光量ロスとなってしまう。

光源にレーザ装置を用いる場合、通常はその偏光方向は揃っている。そのため、上記の通り分岐光学系１０１を出射する複数のレーザ光の進行方向が同じになるように構成すれば、液晶パネルを照明するレーザ光の偏光方向は、そのほとんどが揃うことになる。偏光成分が画像形成に寄与する様に液晶パネル前後の偏光板の方向を合わせることで、光利用効率がＣＣＦＬやＬＥＤ光源に対して大幅に向上するという大きな利点がある。

また、ファイバ光源のように一旦ランダム偏光になった光源であっても図６に示す通り、偏光方向を合わせることが可能である。図６は、本実施の形態の第１の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す正面図である。図６に示すレーザ背面照射装置１０３は、ファイバ光源６、偏光ビームスプリッタ７、１／２波長板８、分岐光学系１０１及び複数の照明光学系１０２を備える。分岐光学系１０１は、ビームスプリッタ１１〜１５及びミラー１６から構成され、照明光学系１０２は、第１の反射素子２及び第２の反射素子３から構成されている。なお、図６において、図１と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

ファイバ光源６から出射したレーザ光２０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７によってＰ偏光とＳ偏光とに分岐される。偏光ビームスプリッタ７は、レーザ光のＰ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる。反射したＳ偏光は１／２波長板８に入射する。１／２波長板８は、入射したＳ偏光の偏光方向を９０°回転させることで、Ｐ偏光に変換する。これにより、１／２波長板８を透過したレーザ光の偏光成分と、偏光ビームスプリッタ７を透過したＰ偏光との偏光方向が揃う事になる。各Ｐ偏光のビームは、それぞれが担当するセグメントを照明すべく、図６に示すルートを進行しながら、各セグメントへと分岐されることになる。

以上の通り、光源として、たとえファイバ光源を用いていたとしても非常に簡便な方法で偏光方向を合わせることが可能になり、大幅な光利用効率の向上を達成することが可能になり、低消費電力化にも寄与できる。

また、背面照射装置に要求される性能として、輝度均一性の確保がある。本実施の形態のレーザ背面照射装置１００，１０３では、下記に示すように、輝度均一性を確保することが可能になる。まず、Ｎ本に分岐した複数のレーザ光の光量が、略等しくなっている必要がある。図１の場合、縦３列×横４行＝１２本のレーザ光が分岐されて生成されており、これらのレーザ光の光量が略同等となっている必要がある。理想的には、ビームスプリッタ１１は、透過率が２５％であり、反射率が７５％であり、ビームスプリッタ１２，１４は、透過率が６６．７％であり、反射率が３３．３％であり、ビームスプリッタ１３，１５は、透過率が５０％であり、反射率が５０％であり、ミラー１６は、反射率が１００％であることが望ましい。

しかし、実際にはビームスプリッタの製造ばらつき、内部吸収又は散乱等により、前記の理想的な反射率及び透過率を得ることは難しく、Ｎ本のレーザ光の光量にばらつきが生じる。その結果、液晶パネルを透過した光の輝度にばらつきが生じることになる。さらには、液晶パネルのサイズが大画面化するにしたがって、経由するビームスプリッタの数が増え、透過率や反射率のばらつきによる光量の誤差が蓄積され、Ｎ本のレーザ光の光量のばらつきは大きくなる。もちろん、Ｎ本のレーザ光の光量ばらつきを測定して、液晶パネルの透過率をセグメント毎に調整して輝度を均一にすることも可能である。しかしながら、その場合は、Ｎ本のレーザ光の各光量は、最低のレーザ光量に合わせるため、レーザパワーの損失が大きく、良い策ではない。

そこで、本実施の形態の第２の変形例におけるレーザ背面照射装置では、透過率及び反射率の少なくとも一方が面内で不均一であるビームスプリッタを用いる。具体的には、図７に示すような、ビームスプリッタの反射面内で、所定の方向に反射率が増大しているようなビームスプリッタ１７を用いることで、分岐された複数のレーザ光の輝度を均一にすることができる。図７は、本実施の形態の第２の変形例におけるビームスプリッタの構成を示す図である。なお、ビームスプリッタ以外の構成は、図１に示すレーザ背面照射装置１００と同じであるので説明を省略する。

すなわち、ビームスプリッタ１７は、入射光３５を反射光３６と透過光３７とに分岐する。ビームスプリッタ１７は、中心部分１７ａの反射率が設計中心の値であり、中心部分１７ａからビームスプリッタ１７の上端部１７ｂに向かって反射率が低下し、中心部分１７ａから下端部１７ｃに向かって反射率が増大するようなＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタコートが施されている。すなわち、ビームスプリッタ１７は、中心部分１７ａから矢印Ｙ１方向に沿って反射率が徐々に低下し、中心部分１７ａから矢印Ｙ２方向に沿って反射率が徐々に増大している。

反射光が不足している場合には、ビームスプリッタ１７の位置を上げ、反射光が強すぎる場合には、ビームスプリッタ１７の位置を下げる。これにより、分岐光学系１０１によって分岐されるレーザ光は所望の光量を得ることが可能になり、分岐された複数のレーザ光の輝度を均一にすることができる。この場合、レーザ背面照射装置１００は、ビームスプリッタ１７を上下方向、すなわち反射率が変化している方向に沿って移動させる移動機構をさらに備える。なお、移動機構は、ユーザにより手動でビームスプリッタ１７を移動させてもよいし、モータ等を用いて自動でビームスプリッタ１７を移動させてもよい。

また、本実施の形態では、反射率の変動方向を上下方向にしているが、本発明は特にこれに限定されず、もちろん反射率の変動方向を左右方向にしてもよい。さらに、図１の分岐光学系１０１を構成する全てのビームスプリッタを図７に示すビームスプリッタ１７で構成してもよく、また、一部のビームスプリッタを図７に示すビームスプリッタ１７で構成してもよい。

さらに、ビームスプリッタ１７は、反射率を変化させているが、本発明は特にこれに限定されず透過率を変化させてもよく、透過率及び反射率の少なくとも一方が調整可能である。

また、Ｎ本に分岐した各レーザ光２２〜２４、２６〜３４の一部を図示していないビームスプリッタで分岐して各Ｎ本のレーザ光の光量をセンサでモニタしておき、各Ｎ本のレーザ光を生成するビームスプリッタにアクチュエータを付けておくことで、自動でミラーの位置を調整して光量を最適化する機構を持たせておくとさらに良い。図８は、本実施の形態の第３の変形例に係るレーザ背面照射装置の分岐光学系及び照明光学系の構成を示す正面図である。

図８に示すように、レーザ背面照射装置１００は、ビームスプリッタ５１、センサ５２、制御部５３及びアクチュエータ５４をさらに備える。なお、ビームスプリッタ１５の構成は、図７に示すビームスプリッタ１７と同じ構成である。ビームスプリッタ５１は、ビームスプリッタ１５によって反射されたレーザ光２３をセンサ５２に向けて反射させるとともに、第１の反射素子２へ透過させる。センサ５２は、ビームスプリッタ５１によって反射したレーザ光の光量を検出する。制御部５３は、アクチュエータ５４の駆動を制御し、センサ５２によって検出された光量に応じた駆動信号をアクチュエータ５４に出力する。アクチュエータ５４は、制御部５３によって出力された駆動信号に応じてビームスプリッタ１５を移動させ、レーザ光のビームスプリッタ１５への入射位置を変化させる。なお、アクチュエータ５４は、調整部の一例に相当する。

次に、本実施の形態の第３の変形例におけるレーザ背面照射装置の光量調整動作について説明する。まず、制御部５３は、アクチュエータ５４を駆動し、ビームスプリッタ１５を初期位置に移動させる。なお、この初期位置とは、反射率が設計中心の値である中心部分にレーザ光が入射する位置である。次に、レーザ光源１は、レーザ光を出射する。そして、ビームスプリッタ１５を反射したレーザ光は、ビームスプリッタ５１によって反射され、センサ５２に入射する。センサ５２は、入射したレーザ光の光量を検出する。

次に、制御部５３は、センサ５２によって検出された光量を予め定められている所定の光量と比較する。そして、制御部５３は、光量が不足していると判断した場合、反射率が増大する方向へビームスプリッタ１５を移動させる駆動信号をアクチュエータ５４へ出力する。また、制御部５３は、光量が強すぎると判断した場合、反射率が低下する方向へビームスプリッタ１５を移動させる駆動信号をアクチュエータ５４へ出力する。さらに、制御部５３は、検出された光量が所定の光量と一致していると判断した場合、ビームスプリッタ１５を停止させる駆動信号をアクチュエータ５４へ出力する。

このように、ビームスプリッタ１５によって分岐されたレーザ光の光量がセンサ５２によって検出される。そして、アクチュエータ５４によって、検出される光量が所定の光量となる位置にビームスプリッタ１５が移動される。

この構成により、例えば、テレビ鑑賞中に積極的に任意箇所の光量を向上、低下させることも可能になる。例えば、制御部５３は、画面中央部のレーザ光２７とレーザ光３０との光量が向上する様に、ビームスプリッタ１５の反射率を調整する。これにより、テレビ鑑賞中に通常注視する画面中央部の輝度を上げることが可能になり、レーザ光源１の光量を上げることなく、画像の視認性を上げることが可能になる。

また、液晶パネルに送られる画像データに応じてビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方を調整してもよい。例えば、制御部５３は、映画等を鑑賞する際に、夜のシーン等で画像上暗部になるセグメントに対しては、セグメントに入射するレーザ光の光量が下がるようにビームスプリッタ１５の位置を調整して反射率を下げる。これにより、液晶パネルに入射するレーザ光の光量を下げることが可能になり、コントラストを向上させることができる。もちろん、ミラー１６もビームスプリッタ１７と同様に反射率を不均一にしておけば、画面上のトータル光量を下げることが可能になるので、画面全体の光量をアクティブに制御することが可能になる。

以上の施策により、セグメント間の輝度ばらつきを均一化することができ、さらにコントラストを向上させることができる。次に、セグメント内の輝度ばらつきを均一化する策に関して説明する。図９は、本実施の形態において、第２の反射素子３にシリンダーレンズを用いた照射光学系の側面図であり、図１０は、本実施の形態において、各セグメントの端部をオーバラップさせて輝度を均一化する照射光学系の側面図である。

照明光学系１０２を構成する第１の反射素子２と第２の反射素子３とは、通常はシリンダーミラー等で構成することが考えられる。その場合、図９に示す通り、レーザ光源１から出射されるレーザ光のビームプロファイル４１は、通常、ガウシアン分布になっている。そのため、反射角が大きいほど、光量は低下するので、シリンダーミラー４０で反射したレーザ光は、ビームプロファイル４２に示すように、反射端部での光量が低下することとなる。さらに、例えば図４の点線で囲んだ四角の頂点付近では、偏光がある程度回転しているため、光量が低下することが考えられる。

したがって、照明光学系１０２によって照明されるセグメントを単にタイルを並べるように隙間なく並べただけでは、各セグメントの接合部付近で、光量が低下することになり、画像を見た時に輝度ばらつきとなる。そこで、図１０に示す通り、各セグメントの端部が互いにオーバラップするように各照明光学系１０２を配置する。これにより、液晶パネル５に照射されるレーザ光を、ビームプロファイル４３に示すように、略均一な光量分布にすることが可能になる。

図１０では、第２の反射素子３をシリンダーミラー４０とした時の様子を図示しているが、同じことが図３等に示す第１の反射素子２をシリンダーミラーとした時にももちろん言える。よって、図１の破線で示したセグメント４の通り、偏光方向も考慮して各セグメント４が二次元的にオーバラップするように配置することで、輝度ばらつきの無い、均一な画像を得ることが可能になる。この時、複数の照明光学系１０２のそれぞれによって照明される液晶パネル５上の各セグメント４の面積の総和は、液晶パネル５の面積よりも大きくなることになる。

なお、図９及び図１０では、第２の反射素子３をシリンダーミラー４０としたときの例を示しているが、第２の反射素子３をレンチキュラミラーにするとさらによい。そうすることで、シリンダーミラーの時よりも輝度の均一性が向上するため、オーバラップ面積が小さくても輝度均一化を図ることができることになり、セグメントの数、すなわち照明光学系１０２の数を少なくすることができ、コストダウンに繋がる。

また、本実施の形態では、図１１に示す通り、レーザ光をレンチキュラレンズ４４で広げて平面ミラー４５で折り返す構成でも実現することが可能である。図１１は、本実施の形態において、第２の反射素子にレンチキュラレンズと平面ミラーとを用いた照射光学系の側面図である。しかしながら、一般にレンチキュラレンズはレンチキュラミラー等の反射素子と比較して広げられるビームの角度が狭い。そのため、レンチキュラミラーを使用した場合と比較して、平面ミラー４５（第２の反射素子３）から液晶パネル５までの光路長が長くなる。

その結果、図１１に示す通り平面ミラー４５を用いて折り返す構成であっても、レンチキュラレンズ４４近くに平面ミラー４５を配置してレーザ光を折り曲げると、平面ミラー４５から液晶パネル５までの距離が長くなり、薄型化が困難である。逆に、レンチキュラレンズ４４から離れた位置に平面ミラー４５を配置してレーザ光を折り曲げると、すでにビームが拡散しているため、平面ミラー４５の長さが長くなり、装置としてやはり薄型化が困難である。

一方、図１０の様に第２の反射素子３としてシリンダーミラーやレンチキュラミラーを用いると、ミラーの曲率半径を小さくすることで反射後の広がり角が広くできるため、シリンダーミラー４０から液晶パネル５までの距離を短くすることが可能になり、装置を薄型化することができる。また、反射素子であるためにレーザ光源にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色を用いたとしても、透過素子で見られるような屈折率分散による色ずれの発生が無く、良好な画像を得ることができる。

続いて、セグメント内の輝度ばらつきを均一化する他の方法に関して図１２を用いて説明する。図９〜図１１では、反射素子としてシリンダーミラーやレンチキュラミラー等で反射させることで、反射素子を動作させること無く液晶パネル５を照明しているが、図１２では、反射素子を動作させて照明する。

図１２は、本実施の形態の第４の変形例において、Ｎ個の照明光学系のうちの一つを拡大した図である。第１の反射素子２と第２の反射素子３とは、それぞれ平面ミラー９と平面ミラー１０とで構成され、それぞれ回転軸を中心として回転振動させる。平面ミラー９は、鉛直軸を中心として回転振動することでレーザ光を一次元的に走査する。平面ミラー１０は、水平軸を中心として回転振動することで平面ミラー９を反射したレーザ光を二次元的に走査する。第１のミラー駆動部６１は、照射面に垂直な方向に沿った鉛直軸を回転軸として平面ミラー９を回転振動させる。第２のミラー駆動部６２は、照射面に平行な方向に沿った水平軸を回転軸として平面ミラー１０を回転振動させる。なお、第１のミラー駆動部６１及び第２のミラー駆動部６２は、ミラー駆動部の一例に相当する。

平面ミラー９，１０の走査速度を最適化することで、各セグメントを均一に露光することができる。また、レーザ光が走査されているため、スペックルノイズが低減されるという利点もある。その他、回転軸が水平方向である平面ミラー１０の回転軸を、隣接する照明光学系１０２の平面ミラー１０の回転軸と共通化することで、回転振動させるアクチュエータ（第２のミラー駆動部６２）の数を減らすことも可能である。

もちろん、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等で直接二次元的に液晶パネル５を走査しても構わない。この方式でも、やはり構成している部材が反射素子であるため、レーザ光源にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色を用いたとしても、透過素子で見られるような屈折率分散による色ずれの発生が無く、良好な画像を得ることができる。

続いて、セグメント内の輝度ばらつきを均一化する他の方法に関して図１３を用いて説明する。構成する部材は図１と同じであるが、ここではレーザ光源１を光軸に垂直な面内で二次元的に回転運動させる。

図１３は、本実施の形態の第５の変形例において、レーザ光源と、Ｎ個の照明光学系のうちの一つとを拡大した斜視図である。図１３に示すように、レーザ背面照射装置は、光源回転駆動部６３をさらに備える。光源回転駆動部６３は、レーザ光の光軸に垂直な面内で二次元的にレーザ光源１を回転させる。なお、光源回転駆動部６３は、光源駆動部の一例に相当する。

それにより、レーザ光源１から出射されたレーザ光２０の光軸も円状に回転運動し、進行するレーザ光２４の光路も円状に回転運動することになり、ひいては照明光学系１０２が照明する領域も回転運動することになる。結果的に隣接するセグメントとのオーバラップが発生するため、露光強度が時間積分されることから、振動前と比較して、輝度ばらつきが均一化されることになる。

また、レーザ光源１が回転運動していることから、スペックルノイズが低減されるという利点もある。また、レーザ光源１を回転運動させることは、運動させる部材がレーザ光源１のみでよいので、前述の平面ミラー９，１０を走査する方法と比較して構成も簡便でありコストアップも最小限におさえることができる。もちろん、前述の平面ミラー９，１０で液晶パネル５を走査する方法と、レーザ光源１を回転振動させる方法とを両方組み合わせても構わない。２つの方法を組み合わせることにより、さらに良好な輝度均一性とスペックルノイズの低減とが図られる。

その他にも、レーザ光を振動させる方法としては、分岐光学系内にある、レーザ光をＮ本に分岐するビームスプリッタやミラー等のＮ個の分岐素子を振動させてもよい。図１４は、本実施の形態の第６の変形例において、Ｎ個の照明光学系のうちの一つを拡大した斜視図である。図１４に示すように、レーザ背面照射装置は、分岐素子駆動部６４をさらに備える。分岐素子駆動部６４は、照射面に平行な方向に沿った水平軸を回転軸として分岐光学系１０１であるミラー１６を回転振動させる。なお、ビームスプリッタ１１〜１５及びミラー１６は、分岐素子の一例に相当し、分岐素子駆動部６４は、分岐素子駆動部の一例に相当する。

図１４に示す通り、分岐素子駆動部６４は、例えば分岐光学系１０１のミラー１６を、回転軸を中心として回転振動させる。これにより、ミラー１６を反射したレーザ光２４以降の光路が振動することになる。こうすることで、隣接セグメントとのオーバラップが生じることになり、輝度均一性が向上することになる。図１４では、水平方向に平行な回転軸のみを中心とした回転振動を記載しているが、本発明は特にこれに限定されない。ミラー１６の回転軸は垂直方向に平行でも構わないし、もちろんＭＥＭＳミラー等を用いて水平及び垂直方向の両方向を回転軸として回転振動させても構わない。

なお、本実施の形態に用いるレーザ光源は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の三原色を用いた光源であっても構わない。例えば、図１のレーザ光源１としては、Ｒ，Ｇ，Ｂをファイバでバンドルした白色のファイバ光源を用いても構わない。さらにＲ，Ｇ，Ｂの三原色のレーザ光源をもちいたレーザ背面照射装置を用いて液晶パネルを背面から照明してもよい。この場合、薄型で高効率、輝度が均一で高コントラストのフルカラー液晶ディスプレーを、低コストで構築することが可能である。

図１５は、本実施の形態の第７の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す正面図である。なお、図１に示す液晶表示装置と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図１５に示すレーザ背面照射装置１０４は、赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃ、ミラー４６、ビームスプリッタ４７及びビームスプリッタ４８をさらに備える。

赤色レーザ光源１ａは、赤色レーザ光を出射する。緑色レーザ光源１ｂは、緑色レーザ光を出射する。青色レーザ光源１ｃは、青色レーザ光を出射する。ミラー４６は、赤色レーザ光源１ａから出射した赤色レーザ光を反射させる。ビームスプリッタ４７は、ミラー４６を反射した赤色レーザ光を透過させるとともに、緑色レーザ光源１ｂを出射した緑色レーザ光を反射させる。ビームスプリッタ４８は、ビームスプリッタ４７を透過した赤色レーザ光及びビームスプリッタ４７を反射した緑色レーザ光を透過させるとともに、青色レーザ光源１ｃを出射した青色レーザ光を反射させる。

各レーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃから出射したレーザ光は、同軸化されてビームスプリッタ１１に入射する。なお、同軸化されたレーザ光２０がビームスプリッタ１１に入射してからの動作は図１に示すレーザ背面照射装置１００と同じであるので説明を省略する。

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レーザ背面照射装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を複数に分岐する分岐光学系と、光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子を背面から照明する複数の照明光学系とを備え、前記複数の照明光学系は、前記分岐光学系によって分岐された複数のレーザ光を拡大して、複数の領域に分割された前記二次元空間変調素子の各領域をそれぞれ照明する。

この構成によれば、複数の照明光学系によって、複数の領域に分割された二次元空間変調素子の各領域がそれぞれ照明されるので、二次元空間変調素子が大型化したとしても、分割する領域の数を増やすことで、装置の厚みを変化させることなく、薄型化を実現することができる。また、複数の照明光学系によって、複数の領域に分割された二次元空間変調素子の各領域がそれぞれ照明されるので、二次元空間変調素子に照射される光の輝度を均一にしてコントラストを向上させることができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系に入射する前記複数のレーザ光の進行方向は、全て同一方向又は一部が逆方向を向いており、前記複数の照明光学系は全て同じ構成であることが好ましい。

この構成によれば、複数の照明光学系に入射する複数のレーザ光の進行方向が、全て同一方向又は一部が逆方向を向いているので、照明するレーザ光の偏光方向を揃えることが可能になり、光利用効率を向上させることができる。また、複数の照明光学系が全て同じ構成であるので、製造コストを抑えることができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記分岐光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を透過及び反射させることにより複数に分岐する複数の分岐素子を含み、前記複数の分岐素子の透過率及び反射率の少なくとも一方は調整可能であることが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光を透過及び反射させることにより複数に分岐する複数の分岐素子の透過率及び反射率の少なくとも一方が調整可能であるので、領域間の輝度のばらつきを調整することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記分岐光学系は、少なくとも１つのビームスプリッタを含み、前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方は、面内で不均一であることが好ましい。

この構成によれば、ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方が、面内で不均一であるので、ビームスプリッタ上の所望の光量が得られる位置にレーザ光の入射位置を合わせることにより、領域間の輝度のばらつきを調整することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系のそれぞれは、前記ビームスプリッタによって分岐されたレーザ光の光量を検出するセンサを含み、前記センサによって検出される光量が所定の光量となるように、前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方を調整する調整部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、ビームスプリッタによって分岐されたレーザ光の光量が検出され、検出される光量が所定の光量となるように、ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方が調整される。したがって、ビームスプリッタを通過するレーザ光の光量が所定の光量となるので、領域間の輝度のばらつきを調整することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記調整部は、前記二次元空間変調素子に送られる画像データに応じて前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方を調整することが好ましい。

この構成によれば、二次元空間変調素子に送られる画像データに応じてビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方が調整されるので、画像データに応じて各領域の輝度を調整することができ、コントラストを高めた画像を提供することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系のそれぞれによって照明される前記二次元空間変調素子上の各領域の面積の総和は、前記二次元空間変調素子の面積よりも大きいことが好ましい。

この構成によれば、隣接する領域が重なるように照明されるので、領域間の継ぎ目がなくなり、各領域の輝度のばらつきを抑えることができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系のそれぞれは、少なくとも１つのレンチキュラミラーもしくは少なくとも１つのシリンダーミラーを含むことが好ましい。

この構成によれば、レンチキュラミラー又はシリンダーミラーの曲率半径を小さくすることで、反射後のレーザ光の広がり角を大きくすることができ、レーザ背面照射装置の薄型化を実現することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系は、少なくとも１つのミラーを含み、前記ミラーを回転振動させるミラー駆動部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、ミラーが回転振動されるので、領域間の輝度を均一にすることができるとともに、スペックルノイズを低減することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記レーザ光源を、レーザ光の光軸に垂直な面内で二次元的に回転させる光源駆動部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源が、レーザ光の光軸に垂直な面内で二次元的に回転されるので、領域間の輝度を均一にすることができるとともに、スペックルノイズを低減することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記分岐光学系は、前記複数の照明光学系に向けてレーザ光を複数に分岐する複数の分岐素子を含み、前記複数の分岐素子のそれぞれを振動させる分岐素子駆動部をさらに備え、前記分岐素子駆動部は、前記複数の分岐素子で分岐された前記複数のレーザ光の光路を振動させることが好ましい。

この構成によれば、複数の分岐素子で分岐された複数のレーザ光の光路が振動されるので、領域間の輝度を均一にすることができるとともに、スペックルノイズを低減することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記分岐光学系は、前記複数の照明光学系のそれぞれにレーザ光を入射させる複数の分岐素子を含み、前記複数の照明光学系のそれぞれは、前記分岐素子から入射したレーザ光を反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子によって反射されたレーザ光を前記二次元空間変調素子上の所定の領域に向けて反射させる第２の反射素子とを含むことが好ましい。

この構成によれば、複数の照明光学系のそれぞれにおいて、第１の反射素子によって、分岐素子から入射したレーザ光が反射され、第２の反射素子によって、第１の反射素子により反射されたレーザ光が二次元空間変調素子上の所定の領域に向けて反射される。したがって、分岐素子によって分岐されたレーザ光を二次元空間変調素子に導くことができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記レーザ光源は、赤、緑及び青のレーザ光を出射することが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源によって、赤、緑及び青のレーザ光が出射されるので、フルカラー表示可能なレーザ背面照射装置を提供することができる。

本発明の他の局面に係る液晶表示装置は、上記のレーザ背面照射装置と、前記レーザ背面照射装置によって照射された光の光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子とを備える。

この構成によれば、薄型化を実現することができ、輝度を均一にしてコントラストを向上させることができる液晶表示装置を提供することができる。

本発明に係るレーザ背面照射装置は、薄型化を実現することができ、輝度を均一にしてコントラストを向上させることができ、主にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の光源を用いたレーザ背面照射装置、及び当該レーザ背面照射装置を用いた液晶表示装置として有用である。

本発明は、主にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の光源を用いたレーザ背面照射装置、及び当該レーザ背面照射装置を用いた液晶表示装置に関するものである。

表示装置には、自ら発光する有機発光表示装置及びプラズマ表示装置等の発光型表示装置と、自ら発光せずに、別の光源を必要とする液晶表示装置等の受光型表示装置とがある。一般的な液晶表示装置は、電界生成電極が具備された２個の表示板と、その間にある誘電率異方性を有する液晶層とを含む。電界生成電極に電圧を印加して液晶層に電場を生成し、電圧を変化させてこの電場の強度を調節することでライトバルブを形成し、液晶層を通過する光の透過率を調節して所望する画像を得る。この際、光源には、別途具備された人工光源が使われることが一般的である。液晶表示装置用の光源としては、液晶パネルの後面で液晶パネル全体に均一に光を照射する光源として、冷陰極管蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）のような蛍光ランプを使用するケースが多い。通常は導光板側面から入射した蛍光ランプの光は、導光板前面より略均一な光として液晶パネルを後面から照射するのが一般的である。

ところで近年、環境問題や省電力の観点から水銀を使用しない、より消費電力の少ない光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザ装置を光源とした画像表示装置の開発が進められている。特にレーザ装置は、消費電力の低さのみならず、画像表示装置用光源として用いた場合、色再現範囲の広さ等画質上の観点からも、画像表示装置に最適な光源と言える。

一方で、レーザ装置を光源として用いて液晶パネルの後面で液晶パネル全体に均一に光を照射する場合、いくつかの方式が考えられる。ひとつは、特許文献１に示すような、液晶パネルをポリゴンスキャンで走査する方式であり、もうひとつは特許文献２に示すような、液晶パネルをラインスキャンにて走査する方式である。

特開平２−１５７７９０号公報 特許第３２０５４７８号公報

しかしながら、特許文献１に示すようなポリゴンスキャンで走査する方式では、ポリゴン面から液晶パネルまでの距離が長くなるので、ＣＣＦＬ等を光源として用いた場合のような薄型化を達成することが原理的に難しい。また、特許文献２に示すような液晶パネルをラインスキャンで走査する方式では、大画面を高速で走査することが原理的に困難なため、表示装置としては採り得ない方式と言える。以上のように、レーザ装置を光源として用いた液晶パネルの背面照射は、薄型化を達成することが今まで提案されていなかった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、薄型化を実現することができ、輝度を均一にしてコントラストを向上させることができるレーザ背面照射装置及び液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明の一局面に係るレーザ背面照射装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を複数に分岐する分岐光学系と、光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子を背面から照明する複数の照明光学系とを備え、前記複数の照明光学系は、前記分岐光学系によって分岐された複数のレーザ光を拡大して、複数の領域に分割された前記二次元空間変調素子の各領域をそれぞれ照明する。

本発明の他の局面に係る液晶表示装置は、上記のレーザ背面照射装置と、前記レーザ背面照射装置によって照射された光の光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子とを備える。

本発明によれば、複数の照明光学系によって、複数の領域に分割された二次元空間変調素子の各領域がそれぞれ照明されるので、二次元空間変調素子が大型化したとしても、分割する領域の数を増やすことで、装置の厚みを変化させることなく、薄型化を実現することができる。また、複数の照明光学系によって、複数の領域に分割された二次元空間変調素子の各領域がそれぞれ照明されるので、二次元空間変調素子に照射される光の輝度を均一にしてコントラストを向上させることができる。

本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成を示す正面図である。 図１に示す矢印Ａの方向から液晶表示装置を見た側面図である。 図１のミラーで反射したレーザ光を液晶パネルへ導く照明光学系の構成を示す斜視図である。 図３に示す照明光学系の正面図である。 図３に示す照明光学系の側面図である。 本実施の形態の第１の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す正面図である。 本実施の形態の第２の変形例におけるビームスプリッタの構成を示す図である。 本実施の形態の第３の変形例に係るレーザ背面照射装置の分岐光学系及び照明光学系の構成を示す正面図である。 本実施の形態において、第２の反射素子にシリンダーレンズを用いた照射光学系の側面図である。 本実施の形態において、各セグメントの端部をオーバラップさせて輝度を均一化する照射光学系の側面図である。 本実施の形態において、第２の反射素子にレンチキュラレンズと平面ミラーとを用いた照射光学系の側面図である。 本実施の形態の第４の変形例において、Ｎ個の照明光学系のうちの一つを拡大した斜視図である。 本実施の形態の第５の変形例において、レーザ光源と、Ｎ個の照明光学系のうちの一つとを拡大した斜視図である。 本実施の形態の第６の変形例において、Ｎ個の照明光学系のうちの一つを拡大した斜視図である。 本実施の形態の第７の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す正面図である。

以下添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

図１は、本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成を示す正面図であり、図２は、図１に示す矢印Ａの方向から液晶表示装置を見た側面図である。図１に示す液晶表示装置２００は、レーザ背面照射装置１００と、液晶パネル５とを備える。レーザ背面照射装置１００は、レーザ光源１、分岐光学系１０１及び複数の照明光学系１０２を備える。分岐光学系１０１は、ビームスプリッタ１１〜１５及びミラー１６で構成され、照明光学系１０２は、第１の反射素子２及び第２の反射素子３で構成される。

レーザ光源１は、レーザ光を出射する。分岐光学系１０１は、レーザ光源１から出射されたレーザ光を複数に分岐する。複数の照明光学系１０２は、液晶パネル５を背面から照明する。液晶パネル５は、光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子である。複数の照明光学系１０２は、分岐光学系１０１によって分岐された複数のレーザ光を拡大して、複数の領域に分割された液晶パネル５の各領域をそれぞれ照明する。

まず、本構成の動作の仕組みに関して説明する。まず、レーザ光２０をＮ本のレーザ光に分岐する分岐光学系１０１に関して説明する。ここでは、分岐光学系１０１が、レーザ光２０を、縦３列、横４行のＮ＝３列×４行＝計１２本のレーザ光に分割する例に関して説明する。

レーザ光源１から出射したレーザ光２０は、ビームスプリッタ１１にて、所定の光量比に分割される。ビームスプリッタ１１を透過したレーザ光２１は、まずビームスプリッタ１４に到着する。ビームスプリッタ１４は、所定割合の光量を反射してレーザ光２２を生成する。ビームスプリッタ１４を透過した所定光量のレーザ光は、次にビームスプリッタ１５に到着する。ビームスプリッタ１５は、所定割合の光量を反射してレーザ光２３を生成する。ビームスプリッタ１５を透過した所定光量のレーザ光は、次にミラー１６に到着する。最終的に、ミラー１６に到着したレーザ光は、ミラー１６で略全反射してレーザ光２４となる。以上で、まず縦方向に３列分のレーザ光を分岐することができる。

次に、横方向に４行分のレーザ光を分岐する方法について説明する。レーザ光２０の内、ビームスプリッタ１１を反射したレーザ光２５は、ビームスプリッタ１２で所定の光量比で透過光と反射光とに分割される。ビームスプリッタ１２を透過したレーザ光は、ビームスプリッタ１３に入射し、所定の光量比で透過光と反射光とに分割される。さらに、ビームスプリッタ１３を透過したレーザ光は、ミラー１６で反射して図中下向きに進行する。ビームスプリッタ１２，１３及びミラー１６でそれぞれ反射したレーザ光は、レーザ光２１と同様に図中下向きに進行しながら、各列に配置されたビームスプリッタ及びミラーによって反射され、レーザ光２６〜３４として所定の位置に到着する。以上の工程を経て、レーザ光源１を出射したレーザ光２０は、縦３列×横４行＝１２本のレーザ光に分岐される。以上のＮ＝１２本のレーザ光それぞれが、液晶パネル５を図１中の破線および実線で区切られたＮ＝１２個に分割した各領域（セグメント）を照明することになる。

照明光学系１０２は、複数配置されており、本実施の形態では、縦３列×横４行＝１２個の照明光学系１０２がマトリックス状に配置されている。例として、Ｎ＝１２本に分割された後のレーザ光２４が照明する液晶パネル５上のセグメント４に関する照明光学系１０２を図３、図４及び図５を用いて説明する。図３は、図１のミラー１６で反射したレーザ光を液晶パネル５へ導く照明光学系の構成を示す斜視図であり、図４は、図３に示す照明光学系の正面図であり、図５は、図３に示す照明光学系の側面図である。

ミラー１６で反射したレーザ光２４は、第１の反射素子２で反射し、水平面内に拡散しながら第２の反射素子３に向かって進行する。進行したレーザ光２４は、第２の反射素子３で下向きに反射し、二次元的に拡散しながら進行する。進行したレーザ光２４は、液晶パネル５内のセグメント４を照明する。以上の様に、照明光学系１０２は、平行ビームを二次元的に拡散し、自身が担当するセグメントを照明する。以上の構成により、単一のレーザビームをＮ個のセグメントに分割して液晶パネル５を照明することが可能になる。

本実施の形態の効果として、例えば以下の２つが挙げられる。ひとつは、液晶パネル５のサイズが大きくなったとしても、単一のレーザ光源のままで、同じ厚さの液晶パネル用背面照射光学系を構築することが可能になることである。特許文献１に示すようなレーザ装置を光源に用いた背面照射装置は、本実施の形態のようにセグメントに分けずに単一の光学系で液晶パネルを照明する。この場合、液晶パネルのサイズに比例して、液晶パネルから光源までの光学距離は長くなることになり、装置サイズが大型化する。また、液晶パネルのサイズが大きくなった場合でも薄型化を実現しようとすると、光学系を折り畳む等の策が必要になるため、非球面ミラー等複雑な光学系が必要になり、相当なコストアップは免れない。

また、仮に光源としてＣＣＦＬの替わりにレーザ装置を用い、回転多面鏡と走査光学系とを用いて導光板を照明するような構成で薄型化を図った場合、画面サイズが大きくなると、構成する走査レンズのサイズも大きくなる。そのため、さらには画面サイズ間で走査レンズの流用ができず、同一の製造工程を使用できないため、製造適正からも大幅なコストアップが免れない。また、画面サイズ毎に走査光学系を構成する走査レンズ等の最適設計が必要になり、設計工数的にも画面サイズのラインナップ化に時間がかかることになる。

それに対し、本実施の形態におけるレーザ背面照射装置１００では、液晶パネルのサイズが大型化しても、セグメントの数を増やせば装置の厚さは基本的に変わらないという利点がある。本実施の形態におけるレーザ背面照射装置１００では、用いる画面のサイズが大型化しても、セグメントの数が増え、ビームスプリッタ及び反射素子の個数が増えるだけで、コスト上昇も最低限に抑えることが可能である。また、画面サイズのラインナップを増やしても、光学系の設計はセグメントの数を増やすだけであり、画面サイズアップの設計が非常に簡単であり、また画面サイズ間で部材の流用が可能である。そのため、量産効果が大きく安いコストでレーザ背面照射装置１００を製作することが出来る。

また、光源にＬＥＤを用いた液晶パネル用背面照射装置の場合は、一つのＬＥＤで照射できるセグメントの大きさは同じであるため、液晶パネルのサイズに応じてＬＥＤの個数は増えることになる。液晶パネルのサイズに応じてＬＥＤの個数が増えることで、ＬＥＤの駆動基板が増えることになり、駆動基板の部品点数も増えるので、コストアップの要因になっていた。しかしながら、本実施の形態のレーザ背面照射装置１００を用いることで、液晶パネルのサイズが大きくなったとしてもレーザ光源の駆動回路の個数を増やす必要は無く、単にビームスプリッタ及び反射素子等の部材が増えるのみであり、コストアップは最小限で済む。また、光源にファイバ光源を用いておけば、用いるファイバ光源を取り替えれば、明るさ（光量）及び色（波長）をいつでも切り替えることが可能になるという利点もある。

また、図１に示す通り、分岐光学系を出射したレーザ光の全てが同一方向に出射している場合、即ち、ビームスプリッタ１１を透過して分岐光学系を出射したレーザ光２２〜２４と、ビームスプリッタ１２で反射して分岐光学系を出射したレーザ光２６〜２８、ビームスプリッタ１３で反射して分岐光学系を出射したレーザ光２９〜３１、ミラー１６で反射して分岐光学系を出射したレーザ光３２〜３４が、全て同一の進行方向を向いている場合、複数の照明光学系１０２の構成が全て同一であれば、各セグメントを照射するレーザ光の偏光方向は、全て同一方向になる。

なお、図１では、Ｎ本のレーザ光２２〜２４，２６〜３４の全てが同じ方向を向いているが、Ｎ本のうちの一部のレーザ光の進行方向が他部のレーザ光の進行方向に対して真逆方向を向いていても構わない。すなわち、複数の照明光学系１０２に入射する複数のレーザ光の進行方向は、全て同一方向又は一部が逆方向を向いていてもよい。

一般に、液晶パネルは、その前後にクロスニコルに配置した偏光板で挟んで使用するため、所定の偏光方向以外の成分は画像形成に加担しない。すなわち、ＣＣＦＬやＬＥＤのように出射する光の偏光方向がランダムであるような光は、出射光量の半分をロスすることになる。特殊なフィルムシート等で液晶パネルを透過しない偏光成分を反射させ、液晶パネルを透過する偏光成分のみを透過させたとしても、フィルムシートでの透過損や、導光板内を伝播する際の透過損等の影響で、２０〜３０％の光量ロスとなってしまう。

また、前述のような、光源としてＣＣＦＬの替わりにレーザ装置を用い、回転多面鏡と走査光学系とを用いて導光板を照明するような構成で薄型化を図った場合、一度導光板にレーザ光を入射させると、導光板の中でレーザ光が散乱粒子等で散乱する。その為、導光板に入射するレーザ光の偏光方向がそろっていたとしても、導光板から出射するレーザ光の偏光方向は、前述のＣＣＦＬやＬＥＤと同様にランダム偏光になってしまい、やはり２０〜３０％の光量ロスとなってしまう。

光源にレーザ装置を用いる場合、通常はその偏光方向は揃っている。そのため、上記の通り分岐光学系１０１を出射する複数のレーザ光の進行方向が同じになるように構成すれば、液晶パネルを照明するレーザ光の偏光方向は、そのほとんどが揃うことになる。偏光成分が画像形成に寄与する様に液晶パネル前後の偏光板の方向を合わせることで、光利用効率がＣＣＦＬやＬＥＤ光源に対して大幅に向上するという大きな利点がある。

また、ファイバ光源のように一旦ランダム偏光になった光源であっても図６に示す通り、偏光方向を合わせることが可能である。図６は、本実施の形態の第１の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す正面図である。図６に示すレーザ背面照射装置１０３は、ファイバ光源６、偏光ビームスプリッタ７、１／２波長板８、分岐光学系１０１及び複数の照明光学系１０２を備える。分岐光学系１０１は、ビームスプリッタ１１〜１５及びミラー１６から構成され、照明光学系１０２は、第１の反射素子２及び第２の反射素子３から構成されている。なお、図６において、図１と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。

ファイバ光源６から出射したレーザ光２０は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）７によってＰ偏光とＳ偏光とに分岐される。偏光ビームスプリッタ７は、レーザ光のＰ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射させる。反射したＳ偏光は１／２波長板８に入射する。１／２波長板８は、入射したＳ偏光の偏光方向を９０°回転させることで、Ｐ偏光に変換する。これにより、１／２波長板８を透過したレーザ光の偏光成分と、偏光ビームスプリッタ７を透過したＰ偏光との偏光方向が揃う事になる。各Ｐ偏光のビームは、それぞれが担当するセグメントを照明すべく、図６に示すルートを進行しながら、各セグメントへと分岐されることになる。

以上の通り、光源として、たとえファイバ光源を用いていたとしても非常に簡便な方法で偏光方向を合わせることが可能になり、大幅な光利用効率の向上を達成することが可能になり、低消費電力化にも寄与できる。

また、背面照射装置に要求される性能として、輝度均一性の確保がある。本実施の形態のレーザ背面照射装置１００，１０３では、下記に示すように、輝度均一性を確保することが可能になる。まず、Ｎ本に分岐した複数のレーザ光の光量が、略等しくなっている必要がある。図１の場合、縦３列×横４行＝１２本のレーザ光が分岐されて生成されており、これらのレーザ光の光量が略同等となっている必要がある。理想的には、ビームスプリッタ１１は、透過率が２５％であり、反射率が７５％であり、ビームスプリッタ１２，１４は、透過率が６６．７％であり、反射率が３３．３％であり、ビームスプリッタ１３，１５は、透過率が５０％であり、反射率が５０％であり、ミラー１６は、反射率が１００％であることが望ましい。

しかし、実際にはビームスプリッタの製造ばらつき、内部吸収又は散乱等により、前記の理想的な反射率及び透過率を得ることは難しく、Ｎ本のレーザ光の光量にばらつきが生じる。その結果、液晶パネルを透過した光の輝度にばらつきが生じることになる。さらには、液晶パネルのサイズが大画面化するにしたがって、経由するビームスプリッタの数が増え、透過率や反射率のばらつきによる光量の誤差が蓄積され、Ｎ本のレーザ光の光量のばらつきは大きくなる。もちろん、Ｎ本のレーザ光の光量ばらつきを測定して、液晶パネルの透過率をセグメント毎に調整して輝度を均一にすることも可能である。しかしながら、その場合は、Ｎ本のレーザ光の各光量は、最低のレーザ光量に合わせるため、レーザパワーの損失が大きく、良い策ではない。

そこで、本実施の形態の第２の変形例におけるレーザ背面照射装置では、透過率及び反射率の少なくとも一方が面内で不均一であるビームスプリッタを用いる。具体的には、図７に示すような、ビームスプリッタの反射面内で、所定の方向に反射率が増大しているようなビームスプリッタ１７を用いることで、分岐された複数のレーザ光の輝度を均一にすることができる。図７は、本実施の形態の第２の変形例におけるビームスプリッタの構成を示す図である。なお、ビームスプリッタ以外の構成は、図１に示すレーザ背面照射装置１００と同じであるので説明を省略する。

すなわち、ビームスプリッタ１７は、入射光３５を反射光３６と透過光３７とに分岐する。ビームスプリッタ１７は、中心部分１７ａの反射率が設計中心の値であり、中心部分１７ａからビームスプリッタ１７の上端部１７ｂに向かって反射率が低下し、中心部分１７ａから下端部１７ｃに向かって反射率が増大するようなＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタコートが施されている。すなわち、ビームスプリッタ１７は、中心部分１７ａから矢印Ｙ１方向に沿って反射率が徐々に低下し、中心部分１７ａから矢印Ｙ２方向に沿って反射率が徐々に増大している。

反射光が不足している場合には、ビームスプリッタ１７の位置を上げ、反射光が強すぎる場合には、ビームスプリッタ１７の位置を下げる。これにより、分岐光学系１０１によって分岐されるレーザ光は所望の光量を得ることが可能になり、分岐された複数のレーザ光の輝度を均一にすることができる。この場合、レーザ背面照射装置１００は、ビームスプリッタ１７を上下方向、すなわち反射率が変化している方向に沿って移動させる移動機構をさらに備える。なお、移動機構は、ユーザにより手動でビームスプリッタ１７を移動させてもよいし、モータ等を用いて自動でビームスプリッタ１７を移動させてもよい。

また、本実施の形態では、反射率の変動方向を上下方向にしているが、本発明は特にこれに限定されず、もちろん反射率の変動方向を左右方向にしてもよい。さらに、図１の分岐光学系１０１を構成する全てのビームスプリッタを図７に示すビームスプリッタ１７で構成してもよく、また、一部のビームスプリッタを図７に示すビームスプリッタ１７で構成してもよい。

さらに、ビームスプリッタ１７は、反射率を変化させているが、本発明は特にこれに限定されず透過率を変化させてもよく、透過率及び反射率の少なくとも一方が調整可能である。

また、Ｎ本に分岐した各レーザ光２２〜２４、２６〜３４の一部を図示していないビームスプリッタで分岐して各Ｎ本のレーザ光の光量をセンサでモニタしておき、各Ｎ本のレーザ光を生成するビームスプリッタにアクチュエータを付けておくことで、自動でミラーの位置を調整して光量を最適化する機構を持たせておくとさらに良い。図８は、本実施の形態の第３の変形例に係るレーザ背面照射装置の分岐光学系及び照明光学系の構成を示す正面図である。

図８に示すように、レーザ背面照射装置１００は、ビームスプリッタ５１、センサ５２、制御部５３及びアクチュエータ５４をさらに備える。なお、ビームスプリッタ１５の構成は、図７に示すビームスプリッタ１７と同じ構成である。ビームスプリッタ５１は、ビームスプリッタ１５によって反射されたレーザ光２３をセンサ５２に向けて反射させるとともに、第１の反射素子２へ透過させる。センサ５２は、ビームスプリッタ５１によって反射したレーザ光の光量を検出する。制御部５３は、アクチュエータ５４の駆動を制御し、センサ５２によって検出された光量に応じた駆動信号をアクチュエータ５４に出力する。アクチュエータ５４は、制御部５３によって出力された駆動信号に応じてビームスプリッタ１５を移動させ、レーザ光のビームスプリッタ１５への入射位置を変化させる。なお、アクチュエータ５４は、調整部の一例に相当する。

次に、本実施の形態の第３の変形例におけるレーザ背面照射装置の光量調整動作について説明する。まず、制御部５３は、アクチュエータ５４を駆動し、ビームスプリッタ１５を初期位置に移動させる。なお、この初期位置とは、反射率が設計中心の値である中心部分にレーザ光が入射する位置である。次に、レーザ光源１は、レーザ光を出射する。そして、ビームスプリッタ１５を反射したレーザ光は、ビームスプリッタ５１によって反射され、センサ５２に入射する。センサ５２は、入射したレーザ光の光量を検出する。

次に、制御部５３は、センサ５２によって検出された光量を予め定められている所定の光量と比較する。そして、制御部５３は、光量が不足していると判断した場合、反射率が増大する方向へビームスプリッタ１５を移動させる駆動信号をアクチュエータ５４へ出力する。また、制御部５３は、光量が強すぎると判断した場合、反射率が低下する方向へビームスプリッタ１５を移動させる駆動信号をアクチュエータ５４へ出力する。さらに、制御部５３は、検出された光量が所定の光量と一致していると判断した場合、ビームスプリッタ１５を停止させる駆動信号をアクチュエータ５４へ出力する。

このように、ビームスプリッタ１５によって分岐されたレーザ光の光量がセンサ５２によって検出される。そして、アクチュエータ５４によって、検出される光量が所定の光量となる位置にビームスプリッタ１５が移動される。

この構成により、例えば、テレビ鑑賞中に積極的に任意箇所の光量を向上、低下させることも可能になる。例えば、制御部５３は、画面中央部のレーザ光２７とレーザ光３０との光量が向上する様に、ビームスプリッタ１５の反射率を調整する。これにより、テレビ鑑賞中に通常注視する画面中央部の輝度を上げることが可能になり、レーザ光源１の光量を上げることなく、画像の視認性を上げることが可能になる。

また、液晶パネルに送られる画像データに応じてビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方を調整してもよい。例えば、制御部５３は、映画等を鑑賞する際に、夜のシーン等で画像上暗部になるセグメントに対しては、セグメントに入射するレーザ光の光量が下がるようにビームスプリッタ１５の位置を調整して反射率を下げる。これにより、液晶パネルに入射するレーザ光の光量を下げることが可能になり、コントラストを向上させることができる。もちろん、ミラー１６もビームスプリッタ１７と同様に反射率を不均一にしておけば、画面上のトータル光量を下げることが可能になるので、画面全体の光量をアクティブに制御することが可能になる。

以上の施策により、セグメント間の輝度ばらつきを均一化することができ、さらにコントラストを向上させることができる。次に、セグメント内の輝度ばらつきを均一化する策に関して説明する。図９は、本実施の形態において、第２の反射素子３にシリンダーレンズを用いた照射光学系の側面図であり、図１０は、本実施の形態において、各セグメントの端部をオーバラップさせて輝度を均一化する照射光学系の側面図である。

照明光学系１０２を構成する第１の反射素子２と第２の反射素子３とは、通常はシリンダーミラー等で構成することが考えられる。その場合、図９に示す通り、レーザ光源１から出射されるレーザ光のビームプロファイル４１は、通常、ガウシアン分布になっている。そのため、反射角が大きいほど、光量は低下するので、シリンダーミラー４０で反射したレーザ光は、ビームプロファイル４２に示すように、反射端部での光量が低下することとなる。さらに、例えば図４の点線で囲んだ四角の頂点付近では、偏光がある程度回転しているため、光量が低下することが考えられる。

したがって、照明光学系１０２によって照明されるセグメントを単にタイルを並べるように隙間なく並べただけでは、各セグメントの接合部付近で、光量が低下することになり、画像を見た時に輝度ばらつきとなる。そこで、図１０に示す通り、各セグメントの端部が互いにオーバラップするように各照明光学系１０２を配置する。これにより、液晶パネル５に照射されるレーザ光を、ビームプロファイル４３に示すように、略均一な光量分布にすることが可能になる。

図１０では、第２の反射素子３をシリンダーミラー４０とした時の様子を図示しているが、同じことが図３等に示す第１の反射素子２をシリンダーミラーとした時にももちろん言える。よって、図１の破線で示したセグメント４の通り、偏光方向も考慮して各セグメント４が二次元的にオーバラップするように配置することで、輝度ばらつきの無い、均一な画像を得ることが可能になる。この時、複数の照明光学系１０２のそれぞれによって照明される液晶パネル５上の各セグメント４の面積の総和は、液晶パネル５の面積よりも大きくなることになる。

なお、図９及び図１０では、第２の反射素子３をシリンダーミラー４０としたときの例を示しているが、第２の反射素子３をレンチキュラミラーにするとさらによい。そうすることで、シリンダーミラーの時よりも輝度の均一性が向上するため、オーバラップ面積が小さくても輝度均一化を図ることができることになり、セグメントの数、すなわち照明光学系１０２の数を少なくすることができ、コストダウンに繋がる。

また、本実施の形態では、図１１に示す通り、レーザ光をレンチキュラレンズ４４で広げて平面ミラー４５で折り返す構成でも実現することが可能である。図１１は、本実施の形態において、第２の反射素子にレンチキュラレンズと平面ミラーとを用いた照射光学系の側面図である。しかしながら、一般にレンチキュラレンズはレンチキュラミラー等の反射素子と比較して広げられるビームの角度が狭い。そのため、レンチキュラミラーを使用した場合と比較して、平面ミラー４５（第２の反射素子３）から液晶パネル５までの光路長が長くなる。

その結果、図１１に示す通り平面ミラー４５を用いて折り返す構成であっても、レンチキュラレンズ４４近くに平面ミラー４５を配置してレーザ光を折り曲げると、平面ミラー４５から液晶パネル５までの距離が長くなり、薄型化が困難である。逆に、レンチキュラレンズ４４から離れた位置に平面ミラー４５を配置してレーザ光を折り曲げると、すでにビームが拡散しているため、平面ミラー４５の長さが長くなり、装置としてやはり薄型化が困難である。

一方、図１０の様に第２の反射素子３としてシリンダーミラーやレンチキュラミラーを用いると、ミラーの曲率半径を小さくすることで反射後の広がり角が広くできるため、シリンダーミラー４０から液晶パネル５までの距離を短くすることが可能になり、装置を薄型化することができる。また、反射素子であるためにレーザ光源にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色を用いたとしても、透過素子で見られるような屈折率分散による色ずれの発生が無く、良好な画像を得ることができる。

続いて、セグメント内の輝度ばらつきを均一化する他の方法に関して図１２を用いて説明する。図９〜図１１では、反射素子としてシリンダーミラーやレンチキュラミラー等で反射させることで、反射素子を動作させること無く液晶パネル５を照明しているが、図１２では、反射素子を動作させて照明する。

図１２は、本実施の形態の第４の変形例において、Ｎ個の照明光学系のうちの一つを拡大した図である。第１の反射素子２と第２の反射素子３とは、それぞれ平面ミラー９と平面ミラー１０とで構成され、それぞれ回転軸を中心として回転振動させる。平面ミラー９は、鉛直軸を中心として回転振動することでレーザ光を一次元的に走査する。平面ミラー１０は、水平軸を中心として回転振動することで平面ミラー９を反射したレーザ光を二次元的に走査する。第１のミラー駆動部６１は、照射面に垂直な方向に沿った鉛直軸を回転軸として平面ミラー９を回転振動させる。第２のミラー駆動部６２は、照射面に平行な方向に沿った水平軸を回転軸として平面ミラー１０を回転振動させる。なお、第１のミラー駆動部６１及び第２のミラー駆動部６２は、ミラー駆動部の一例に相当する。

平面ミラー９，１０の走査速度を最適化することで、各セグメントを均一に露光することができる。また、レーザ光が走査されているため、スペックルノイズが低減されるという利点もある。その他、回転軸が水平方向である平面ミラー１０の回転軸を、隣接する照明光学系１０２の平面ミラー１０の回転軸と共通化することで、回転振動させるアクチュエータ（第２のミラー駆動部６２）の数を減らすことも可能である。

もちろん、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー等で直接二次元的に液晶パネル５を走査しても構わない。この方式でも、やはり構成している部材が反射素子であるため、レーザ光源にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色を用いたとしても、透過素子で見られるような屈折率分散による色ずれの発生が無く、良好な画像を得ることができる。

続いて、セグメント内の輝度ばらつきを均一化する他の方法に関して図１３を用いて説明する。構成する部材は図１と同じであるが、ここではレーザ光源１を光軸に垂直な面内で二次元的に回転運動させる。

図１３は、本実施の形態の第５の変形例において、レーザ光源と、Ｎ個の照明光学系のうちの一つとを拡大した斜視図である。図１３に示すように、レーザ背面照射装置は、光源回転駆動部６３をさらに備える。光源回転駆動部６３は、レーザ光の光軸に垂直な面内で二次元的にレーザ光源１を回転させる。なお、光源回転駆動部６３は、光源駆動部の一例に相当する。

それにより、レーザ光源１から出射されたレーザ光２０の光軸も円状に回転運動し、進行するレーザ光２４の光路も円状に回転運動することになり、ひいては照明光学系１０２が照明する領域も回転運動することになる。結果的に隣接するセグメントとのオーバラップが発生するため、露光強度が時間積分されることから、振動前と比較して、輝度ばらつきが均一化されることになる。

また、レーザ光源１が回転運動していることから、スペックルノイズが低減されるという利点もある。また、レーザ光源１を回転運動させることは、運動させる部材がレーザ光源１のみでよいので、前述の平面ミラー９，１０を走査する方法と比較して構成も簡便でありコストアップも最小限におさえることができる。もちろん、前述の平面ミラー９，１０で液晶パネル５を走査する方法と、レーザ光源１を回転振動させる方法とを両方組み合わせても構わない。２つの方法を組み合わせることにより、さらに良好な輝度均一性とスペックルノイズの低減とが図られる。

その他にも、レーザ光を振動させる方法としては、分岐光学系内にある、レーザ光をＮ本に分岐するビームスプリッタやミラー等のＮ個の分岐素子を振動させてもよい。図１４は、本実施の形態の第６の変形例において、Ｎ個の照明光学系のうちの一つを拡大した斜視図である。図１４に示すように、レーザ背面照射装置は、分岐素子駆動部６４をさらに備える。分岐素子駆動部６４は、照射面に平行な方向に沿った水平軸を回転軸として分岐光学系１０１であるミラー１６を回転振動させる。なお、ビームスプリッタ１１〜１５及びミラー１６は、分岐素子の一例に相当し、分岐素子駆動部６４は、分岐素子駆動部の一例に相当する。

図１４に示す通り、分岐素子駆動部６４は、例えば分岐光学系１０１のミラー１６を、回転軸を中心として回転振動させる。これにより、ミラー１６を反射したレーザ光２４以降の光路が振動することになる。こうすることで、隣接セグメントとのオーバラップが生じることになり、輝度均一性が向上することになる。図１４では、水平方向に平行な回転軸のみを中心とした回転振動を記載しているが、本発明は特にこれに限定されない。ミラー１６の回転軸は垂直方向に平行でも構わないし、もちろんＭＥＭＳミラー等を用いて水平及び垂直方向の両方向を回転軸として回転振動させても構わない。

なお、本実施の形態に用いるレーザ光源は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の三原色を用いた光源であっても構わない。例えば、図１のレーザ光源１としては、Ｒ，Ｇ，Ｂをファイバでバンドルした白色のファイバ光源を用いても構わない。さらにＲ，Ｇ，Ｂの三原色のレーザ光源をもちいたレーザ背面照射装置を用いて液晶パネルを背面から照明してもよい。この場合、薄型で高効率、輝度が均一で高コントラストのフルカラー液晶ディスプレーを、低コストで構築することが可能である。

図１５は、本実施の形態の第７の変形例に係る液晶表示装置の構成を示す正面図である。なお、図１に示す液晶表示装置と同じ構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図１５に示すレーザ背面照射装置１０４は、赤色レーザ光源１ａ、緑色レーザ光源１ｂ、青色レーザ光源１ｃ、ミラー４６、ビームスプリッタ４７及びビームスプリッタ４８をさらに備える。

赤色レーザ光源１ａは、赤色レーザ光を出射する。緑色レーザ光源１ｂは、緑色レーザ光を出射する。青色レーザ光源１ｃは、青色レーザ光を出射する。ミラー４６は、赤色レーザ光源１ａから出射した赤色レーザ光を反射させる。ビームスプリッタ４７は、ミラー４６を反射した赤色レーザ光を透過させるとともに、緑色レーザ光源１ｂを出射した緑色レーザ光を反射させる。ビームスプリッタ４８は、ビームスプリッタ４７を透過した赤色レーザ光及びビームスプリッタ４７を反射した緑色レーザ光を透過させるとともに、青色レーザ光源１ｃを出射した青色レーザ光を反射させる。

各レーザ光源１ａ，１ｂ，１ｃから出射したレーザ光は、同軸化されてビームスプリッタ１１に入射する。なお、同軸化されたレーザ光２０がビームスプリッタ１１に入射してからの動作は図１に示すレーザ背面照射装置１００と同じであるので説明を省略する。

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レーザ背面照射装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を複数に分岐する分岐光学系と、光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子を背面から照明する複数の照明光学系とを備え、前記複数の照明光学系は、前記分岐光学系によって分岐された複数のレーザ光を拡大して、複数の領域に分割された前記二次元空間変調素子の各領域をそれぞれ照明する。

この構成によれば、複数の照明光学系によって、複数の領域に分割された二次元空間変調素子の各領域がそれぞれ照明されるので、二次元空間変調素子が大型化したとしても、分割する領域の数を増やすことで、装置の厚みを変化させることなく、薄型化を実現することができる。また、複数の照明光学系によって、複数の領域に分割された二次元空間変調素子の各領域がそれぞれ照明されるので、二次元空間変調素子に照射される光の輝度を均一にしてコントラストを向上させることができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系に入射する前記複数のレーザ光の進行方向は、全て同一方向又は一部が逆方向を向いており、前記複数の照明光学系は全て同じ構成であることが好ましい。

この構成によれば、複数の照明光学系に入射する複数のレーザ光の進行方向が、全て同一方向又は一部が逆方向を向いているので、照明するレーザ光の偏光方向を揃えることが可能になり、光利用効率を向上させることができる。また、複数の照明光学系が全て同じ構成であるので、製造コストを抑えることができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記分岐光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を透過及び反射させることにより複数に分岐する複数の分岐素子を含み、前記複数の分岐素子の透過率及び反射率の少なくとも一方は調整可能であることが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源から出射されたレーザ光を透過及び反射させることにより複数に分岐する複数の分岐素子の透過率及び反射率の少なくとも一方が調整可能であるので、領域間の輝度のばらつきを調整することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記分岐光学系は、少なくとも１つのビームスプリッタを含み、前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方は、面内で不均一であることが好ましい。

この構成によれば、ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方が、面内で不均一であるので、ビームスプリッタ上の所望の光量が得られる位置にレーザ光の入射位置を合わせることにより、領域間の輝度のばらつきを調整することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系のそれぞれは、前記ビームスプリッタによって分岐されたレーザ光の光量を検出するセンサを含み、前記センサによって検出される光量が所定の光量となるように、前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方を調整する調整部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、ビームスプリッタによって分岐されたレーザ光の光量が検出され、検出される光量が所定の光量となるように、ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方が調整される。したがって、ビームスプリッタを通過するレーザ光の光量が所定の光量となるので、領域間の輝度のばらつきを調整することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記調整部は、前記二次元空間変調素子に送られる画像データに応じて前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方を調整することが好ましい。

この構成によれば、二次元空間変調素子に送られる画像データに応じてビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方が調整されるので、画像データに応じて各領域の輝度を調整することができ、コントラストを高めた画像を提供することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系のそれぞれによって照明される前記二次元空間変調素子上の各領域の面積の総和は、前記二次元空間変調素子の面積よりも大きいことが好ましい。

この構成によれば、隣接する領域が重なるように照明されるので、領域間の継ぎ目がなくなり、各領域の輝度のばらつきを抑えることができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系のそれぞれは、少なくとも１つのレンチキュラミラーもしくは少なくとも１つのシリンダーミラーを含むことが好ましい。

この構成によれば、レンチキュラミラー又はシリンダーミラーの曲率半径を小さくすることで、反射後のレーザ光の広がり角を大きくすることができ、レーザ背面照射装置の薄型化を実現することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記複数の照明光学系は、少なくとも１つのミラーを含み、前記ミラーを回転振動させるミラー駆動部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、ミラーが回転振動されるので、領域間の輝度を均一にすることができるとともに、スペックルノイズを低減することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記レーザ光源を、レーザ光の光軸に垂直な面内で二次元的に回転させる光源駆動部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源が、レーザ光の光軸に垂直な面内で二次元的に回転されるので、領域間の輝度を均一にすることができるとともに、スペックルノイズを低減することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記分岐光学系は、前記複数の照明光学系に向けてレーザ光を複数に分岐する複数の分岐素子を含み、前記複数の分岐素子のそれぞれを振動させる分岐素子駆動部をさらに備え、前記分岐素子駆動部は、前記複数の分岐素子で分岐された前記複数のレーザ光の光路を振動させることが好ましい。

この構成によれば、複数の分岐素子で分岐された複数のレーザ光の光路が振動されるので、領域間の輝度を均一にすることができるとともに、スペックルノイズを低減することができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記分岐光学系は、前記複数の照明光学系のそれぞれにレーザ光を入射させる複数の分岐素子を含み、前記複数の照明光学系のそれぞれは、前記分岐素子から入射したレーザ光を反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子によって反射されたレーザ光を前記二次元空間変調素子上の所定の領域に向けて反射させる第２の反射素子とを含むことが好ましい。

この構成によれば、複数の照明光学系のそれぞれにおいて、第１の反射素子によって、分岐素子から入射したレーザ光が反射され、第２の反射素子によって、第１の反射素子により反射されたレーザ光が二次元空間変調素子上の所定の領域に向けて反射される。したがって、分岐素子によって分岐されたレーザ光を二次元空間変調素子に導くことができる。

また、上記のレーザ背面照射装置において、前記レーザ光源は、赤、緑及び青のレーザ光を出射することが好ましい。

この構成によれば、レーザ光源によって、赤、緑及び青のレーザ光が出射されるので、フルカラー表示可能なレーザ背面照射装置を提供することができる。

本発明の他の局面に係る液晶表示装置は、上記のレーザ背面照射装置と、前記レーザ背面照射装置によって照射された光の光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子とを備える。

この構成によれば、薄型化を実現することができ、輝度を均一にしてコントラストを向上させることができる液晶表示装置を提供することができる。

本発明に係るレーザ背面照射装置は、薄型化を実現することができ、輝度を均一にしてコントラストを向上させることができ、主にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の光源を用いたレーザ背面照射装置、及び当該レーザ背面照射装置を用いた液晶表示装置として有用である。

Claims (14)

1. レーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射されたレーザ光を複数に分岐する分岐光学系と、
   光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子を背面から照明する複数の照明光学系とを備え、
   前記複数の照明光学系は、前記分岐光学系によって分岐された複数のレーザ光を拡大して、複数の領域に分割された前記二次元空間変調素子の各領域をそれぞれ照明することを特徴とするレーザ背面照射装置。
2. 前記複数の照明光学系に入射する前記複数のレーザ光の進行方向は、全て同一方向又は一部が逆方向を向いており、
   前記複数の照明光学系は全て同じ構成であることを特徴とする請求項１記載のレーザ背面照射装置。
3. 前記分岐光学系は、前記レーザ光源から出射されたレーザ光を透過及び反射させることにより複数に分岐する複数の分岐素子を含み、
   前記複数の分岐素子の透過率及び反射率の少なくとも一方は調整可能であることを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ背面照射装置。
4. 前記分岐光学系は、少なくとも１つのビームスプリッタを含み、
   前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方は、面内で不均一であることを特徴とする請求項３記載のレーザ背面照射装置。
5. 前記複数の照明光学系のそれぞれは、前記ビームスプリッタによって分岐されたレーザ光の光量を検出するセンサを含み、
   前記センサによって検出される光量が所定の光量となるように、前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方を調整する調整部をさらに備えることを特徴とする請求項３記載のレーザ背面照射装置。
6. 前記調整部は、前記二次元空間変調素子に送られる画像データに応じて前記ビームスプリッタの透過率及び反射率の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項５記載のレーザ背面照射装置。
7. 前記複数の照明光学系のそれぞれによって照明される前記二次元空間変調素子上の各領域の面積の総和は、前記二次元空間変調素子の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のレーザ背面照射装置。
8. 前記複数の照明光学系のそれぞれは、少なくとも１つのレンチキュラミラーもしくは少なくとも１つのシリンダーミラーを含むことを特徴とする請求項７記載のレーザ背面照射装置。
9. 前記複数の照明光学系は、少なくとも１つのミラーを含み、
   前記ミラーを回転振動させるミラー駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項７記載のレーザ背面照射装置。
10. 前記レーザ光源を、レーザ光の光軸に垂直な面内で二次元的に回転させる光源駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のレーザ背面照射装置。
11. 前記分岐光学系は、前記複数の照明光学系に向けてレーザ光を複数に分岐する複数の分岐素子を含み、
    前記複数の分岐素子のそれぞれを振動させる分岐素子駆動部をさらに備え、
    前記分岐素子駆動部は、前記複数の分岐素子で分岐された前記複数のレーザ光の光路を振動させることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のレーザ背面照射装置。
12. 前記分岐光学系は、前記複数の照明光学系のそれぞれにレーザ光を入射させる複数の分岐素子を含み、
    前記複数の照明光学系のそれぞれは、前記分岐素子から入射したレーザ光を反射させる第１の反射素子と、前記第１の反射素子によって反射されたレーザ光を前記二次元空間変調素子上の所定の領域に向けて反射させる第２の反射素子とを含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のレーザ背面照射装置。
13. 前記レーザ光源は、赤、緑及び青のレーザ光を出射することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のレーザ背面照射装置。
14. 前記請求項１〜１３のいずれかに記載のレーザ背面照射装置と、
    前記レーザ背面照射装置によって照射された光の光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子とを備えることを特徴とする液晶表示装置。

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