(57)【要約】  光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる液晶バックライト装置及び液晶ディスプレイを提供する。  液晶バックライト装置１０１は、レーザ光を出射するレーザ光源１と、レーザ光源１からのレーザ光を線状に変換し、線状に変換したレーザ光を面状に変換して出射する導光板３とを備え、導光板３は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面によりレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換する第三側面６を有する。
2009011122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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のレーザ光を線状に変換し、線状に変換したレーザ光を面状に変換して出射する導光部とを備え、
前記導光部は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面により前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換する面状反射面を有する導光板を含むことを特徴とする液晶バックライト装置。
【請求項２】
前記導光部は、前記レーザ光が入射する入射面と、前記入射面に隣接し、前記入射面から入射した前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する線状反射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板を含み、
前記面状反射面は、前記入射面及び前記線状反射面に隣接し、前記複数の反射面により前記線状反射面によって線状に変換された前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することを特徴とする請求項１記載の液晶バックライト装置。
【請求項３】
前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光が入射する入射面と、前記入射面に隣接し、前記入射面から入射した前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する線状反射面と、前記入射面に隣接すると共に前記線状反射面に対向し、前記線状反射面によって線状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光棒と、
前記導光棒の前記出射面から出射した線状の前記レーザ光が入射する入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、
前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面から入射した線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することを特徴とする請求項１記載の液晶バックライト装置。
【請求項４】
前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する自由曲面ミラーと、
前記自由曲面ミラーによって線状に変換された前記レーザ光が入射し、入射した前記レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系が形成された入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、
前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面によってテレセントリックに変換された線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することを特徴とする請求項１記載の液晶バックライト装置。
【請求項５】
前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する自由曲面ミラーと、
前記自由曲面ミラーによって線状に変換された前記レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系と、
前記変換光学系によってテレセントリックに変換された線状の前記レーザ光が入射する入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、
前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面から入射した線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することを特徴とする請求項１記載の液晶バックライト装置。
【請求項６】
前記導光板は、前記面状反射面に対向し、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面と、入射した線状のレーザ光を前記面状反射面又は前記出射面に向けて反射させる反射面とをさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶バックライト装置。
【請求項７】
前記導光板に入射する前記レーザ光は、光軸に垂直な方向に振動していることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶バックライト装置。
【請求項８】
前記面状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶バックライト装置。
【請求項９】
前記導光板は、前記面状反射面に対向し、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面をさらに有し、
前記面状反射面に入射する前記レーザ光が伝搬する方向の長さをＬ１とし、前記面状反射面と前記出射面と間の長さをＬ２とした時、前記面状反射面を構成する前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項８記載の液晶バックライト装置。
【請求項１０】
前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、
前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９記載の液晶バックライト装置。
【請求項１１】
前記線状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されることを特徴とする請求項２又は３記載の液晶バックライト装置。
【請求項１２】
前記線状反射面の長手方向の長さをＬ３とし、前記入射面に入射するレーザ光の直径をＤとした時、前記線状反射面を構成する前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１１記載の液晶バックライト装置。
【請求項１３】
前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、
前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１２記載の液晶バックライト装置。
【請求項１４】
前記少なくとも二枚の拡散板のうちの少なくとも一枚の拡散板は、前記拡散板の面内で振動することを特徴とする請求項１０又は１３記載の液晶バックライト装置。
【請求項１５】
前記導光棒は、前記入射面から入射したレーザ光を前記線状反射面又は前記出射面に向けて反射させる反射面をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の液晶バックライト装置。
【請求項１６】
前記線状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、
前記線状反射面の長手方向の長さをＬ３とし、前記導光棒の前記入射面の前記レーザ光伝搬面内での幅をＷ１とした時、前記線状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の液晶バックライト装置。
【請求項１７】
前記導光棒は、長手方向に（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上の振幅で振動することを特徴とする請求項１６記載の液晶バックライト装置。
【請求項１８】
前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、
前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１６記載の液晶バックライト装置。
【請求項１９】
前記導光棒の前記出射面及び前記導光板の前記入射面のいずれか一方は、シリンドリカルレンズアレイで構成されることを特徴とする請求項３記載の液晶バックライト装置。
【請求項２０】
前記導光板は、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面をさらに有し、
前記導光板の前記出射面は、シリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶バックライト装置。
【請求項２１】
前記自由曲面ミラーの反射面は、８次以上の多項式で表されることを特徴とする請求項４又は５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２２】
前記自由曲面ミラーは、前記自由曲面ミラーに入射するレーザ光の光軸方向に対して垂直な方向に振動することを特徴とする請求項４又は５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２３】
前記変換光学系は、三角プリズムアレイで構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２４】
前記変換光学系は、三角プリズムアレイとフレネルレンズとの複合体で構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２５】
前記導光板の前記入射面の長手方向の長さをＬ４とし、前記自由曲面ミラーから前記変換光学系までの距離をＬ５とした時、前記変換光学系を構成する前記三角プリズムアレイのピッチは、（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２４に記載の液晶バックライト装置。
【請求項２６】
前記変換光学系は、前記変換光学系の長手方向に振動することを特徴とする請求項５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２７】
前記導光板の前記入射面の長手方向の長さをＬ４とし、前記自由曲面ミラーから前記変換光学系までの距離をＬ５とした時、前記変換光学系は、前記変換光学系の一次元長手方向に（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上の振幅で振動することを特徴とする請求項２６記載の液晶バックライト装置。
【請求項２８】
前記導光板の前記出射面の近傍に配置する少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、
前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ４÷Ｌ５）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２６に記載の液晶バックライト装置。
【請求項２９】
前記導光板の前記入射面は、シリンドリカルレンズアレイで構成されることを特徴とする請求項５記載の液晶バックライト装置。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれかに記載の液晶バックライト装置と、
前記液晶バックライト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ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の光源を用いた液晶バックライト装置、及び当該液晶バックライト装置を用いた液晶ディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示装置には、有機発光表示装置及びプラズマ表示装置等の自ら発光することができる発光型表示装置と、液晶表示装置等の自ら発光することができず、別の光源を必要とする受光型表示装置とがある。【０００３】
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。このような液晶表示装置では、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。この際使用される光は、別途具備された人工のバックライト光源からの光が使われることが一般的である。【０００４】
液晶表示装置用のバックライト光源としては、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、バックライト光源としては、導光板側面から入射させられたＣＣＦＬの光を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エッジライト型バックライト光源や、ＣＣＦＬを液晶パネル背面に複数本配列し、拡散板を通して液晶パネルを直接照射する直下型バックライト光源が一般的である。【０００５】
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）やレーザを用いた画像表示装置の開発が進められている。特にレーザは、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。【０００６】
一方で、液晶テレビを簡便に、また薄型に構成するために、一般にはライトボックスや導光板が用いられている。このライトボックスや導光板を用いたバックライト装置として、特許文献１や特許文献２に上げられる様な構成が提案されている。【０００７】
例えば特許文献１では、レーザ光の単色性、偏光及び直進性を利用して、レーザ光をホログラムミラーで線状に反射してライトボックス内に入射させ、ハーフミラーアレイで平面状に照射する系が提案されている。また、特許文献２では、導光板の左右に光源をアレイ状に配置し、導光板底面に設けた三角形状の溝により、光を平面状に照射する系が提案されている。これらの系では光源に偏光方向の揃ったレーザ光を用いた場合、偏光を維持することで、無偏光の場合と比較して、光利用効率の高いバックライトを構成できるという利点がある。【０００８】
しかしながら、特許文献１に挙げた様なホログラムミラーを用いてレーザ光を反射させた系では、レーザ光源として例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色を用いた場合、色毎にホログラムミラーでの反射方向が違うことで、最終的に導光板から出射される光の分布に色ムラが生じる可能性がある。また、平面のホログラムミラーで反射されたレーザ光の光量分布は、レーザ光のプロファイルをそのまま反映することになる。例えばガウシアン形状の光量分布を有するレーザ光であれば、導光板中央部の輝度が上昇することになり、不均一な輝度しか得られなくなり、都合が悪い。【０００９】
また、一般にホログラムミラーの反射率は波長によっては回折効率が低く、どうしても光量ロスが生じる。さらにはレーザ光を二次元に立ち上げる構成にハーフミラーが用いられていることから、ハーフミラーの反射率誤差が輝度分布に反映される。さらには各ハーフミラーで反射されたレーザ光の分布にも、そのまま光源の光量分布が反映されることになり、ハーフミラーのピッチで、光源プロファイルの輝度ムラが生じることになる。また、大面積を薄型に照射する場合には透過特性を微妙に違えた多数のハーフミラーが必要になり、製造上非常に困難で高コストになる等、課題が山積しており、現実性が極めて乏しい。【００１０】
また、特許文献２に挙げたような導光板側面に光源をアレイ状に配置する系でも、やはり光源のプロファイルがそのまま導光板内で反映され、複数の光源のプロファイルが足し合わせられたような輝度ムラが生じることになる。また、特許文献２の光源としてレーザを用いた場合は、その直進性から、導光板に入射したレーザ光はそのまま入射した側の導光板側面の逆側の側面に到達してしまい、当該側面から透過して損失してしまう。もしくは反射部材等で折り返した場合でも、水平に伝播するレーザ光はそのまま反射しながら長距離を伝搬し続け、導光板の吸収により光量ロスとなる。逆に導光板入口付近で拡げて入射した場合には、入口付近の輝度が上昇してしまい、輝度ムラとなってしまう等、この系でも問題点を多くはらんでいる。
【特許文献１】特開２００２−１６９４８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２７０３号公報
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる液晶バックライト装置及び液晶ディスプレイを提供することを目的とするものである。
【００１２】
本発明の一局面に係る液晶バックライト装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を線状に変換し、線状に変換したレーザ光を面状に変換して出射する導光部とを備え、前記導光部は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面により前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換する面状反射面を有する導光板を含む。
【００１３】
本発明の他の局面に係る液晶ディスプレイは、上記の液晶バックライト装置と、前記液晶バックライト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。
【００１４】
本発明によれば、導光板に設けられた面状反射面によって、入射した線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光が面状に変換されるので、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の導光板の第二側面の一部を拡大した図である。
【図４】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の導光板の第三側面の一部を拡大した図である。
【図５】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置にファイバ光源を用いた例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例における液晶バックライト装置の導光板の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例における液晶バックライト装置の導光板の第三側面の一部を拡大した図である。
【図８】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の導光板の第三側面をさらに拡大した図である。
【図９】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の導光板の第二側面をさらに拡大した図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における拡散板の配置について説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第１の方法を説明するための概念図である。
【図１２】本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第２の方法を説明するための概念図である。
【図１３】本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第３の方法を説明するための概念図である。
【図１４】本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第４の方法を説明するための概念図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における液晶バックライト装置の構成を示す正面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２の変形例における液晶バックライト装置の導光棒の構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態２の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す正面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２のさらに別の変形例における導光棒のレーザ光反射面を拡大した図である。
【図２１】本発明の実施の形態２におけるスペックルノイズを除去する方法を説明するための概念図である。
【図２２】本発明の実施の形態３における液晶バックライト装置の構成を示す正面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。
【図２４】本発明の実施の形態３における自由曲面ミラーについて説明するための図である。
【図２５】本発明の実施の形態３におけるプリズムアレイについて説明するための概念図である。
【図２６】本発明の実施の形態３の変形例における液晶バックライト装置の導光板の構成を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態３におけるプリズムアレイのピッチを説明するための図である。
【図２８】本発明の実施の形態３の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態４における液晶ディスプレイの構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の構成を示す正面図であり、図２は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。なお、図２は、図１に示す液晶バックライト装置をレーザ光源側から見た図である。本実施の形態１における液晶バックライト装置１０１は、レーザ光源１、コリメータレンズ２及び導光板３のわずか三点から構成されている。【００１９】
ここで、本実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の動作の仕組みに関して説明する。レーザ光源１から出射されたレーザ光は、まずコリメータレンズ２にて略平行光に変換される。略平行に変換されたレーザ光は、導光板３の第一側面４から導光板３の内部に入射される。レーザ光は、導光板３の第一側面４の端部から導光板３の内部に入射する。導光板３の内部に入射されたレーザ光は、第一側面４に隣接する第二側面５に到達する。第二側面５は、所定の曲線上に三角プリズムアレイが構成されている。【００２０】
図３は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の導光板３の第二側面５の一部を拡大した図である。三角プリズムアレイのピッチをＰ１とし、各三角プリズムの第一側面４側の斜面５ａが光軸方向５ｂとなす角度をθ１とする。角度θ１を４５°とすると、各三角プリズムに到着したレーザ光は、到着した各三角プリズムの斜面で次々に９０°の角度で反射され、線状に変換される。各三角プリズムの頂点５ｃの位置は、第一側面４と第二側面５との交点に最も近い三角プリズムの頂点を原点として、使用するレーザ光源のプロファイルに応じて、２次項以上の多項式（１）の線上で表現する。すなわち、第二側面５の三角プリズムアレイを構成する各三角プリズムの導光板３側の頂点５ｃを結ぶ点列は、下記の（１）式に示す２次以上の多項式で表される。【００２１】
2009011122.tif 000003
【００２２】
ここで、ｎは多項式の次数であり、Ａｎは各次の係数であり、第一側面４と第二側面５との交点を原点とした時のレーザ光の進行方向をＸ軸としている。この多項式の係数Ａｎに、光源のプロファイルに依存した適当な数値が入力されることで、三角プリズムで反射して線状になったレーザ光のプロファイルを略均一にすることができる。【００２３】
一般に、ｎ＝１の一次式では、第二側面５は曲面ではなく直線になる。この場合、均一に線状に変換されるには、第一側面４に入射するレーザ光は、均一なトップハット形状である必要がある。しかしながら、理想的なトップハット形状を得る事は難しく、またある程度の距離を進んだレーザ光は、回折により両端がなだらかな形状を持つため、理想的なトップハット形状を維持し続けることは出来ない。そのため、第二側面５の断面の形状、すなわち、第二側面５の各三角プリズムの頂点を結ぶ線の形状は一次式では不十分で、２次式以上の多項式が必要となる。【００２４】
第二側面５で全反射したレーザ光は、一部が導光板表面７で全反射しながら導光板３の中を長手方向に略平行に伝搬し、第一側面４と第二側面５に隣接する第三側面６で全反射し導光板表面７から略垂直に出射する。第三側面６も、所定の位置から三角プリズムアレイが所定の曲線上に構成されている。【００２５】
図４は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の導光板３の第三側面６の一部を拡大した図である。三角プリズムアレイのピッチをＰ２とし、各三角プリズムの第二側面５側の斜面６ａが光軸方向６ｂとなす角度をθ２とする。角度θ２を４５°とすると、各三角プリズムに到着したレーザ光は、到着した各三角プリズムの斜面で次々に９０°の角度で反射され、面状に変換される。各三角プリズムの頂点６ｃの位置は、第三側面６内で最も第二側面５に近い側の三角プリズムの頂点を原点として、導光板表面７から均一に出射される様に、２次項以上の多項式（２）の線上で表現する。すなわち、第三側面６の三角プリズムアレイを構成する各三角プリズムの導光板３側の頂点６ｃを結ぶ点列は、下記の（２）式に示す２次以上の多項式で表される。【００２６】
2009011122.tif 000004
【００２７】
ここで、ｎは多項式の次数であり、Ｂｎは各次の係数であり、第三側面６内で最も第二側面５に近い側の三角プリズムの頂点を原点とした時のレーザ光の進行方向をＹ軸としている。この多項式の係数Ｂｎに、光源のプロファイルに依存した適当な数値が入力されることで、三角プリズムで反射して面状になったレーザ光のプロファイルを略均一にすることができる。第三側面６の断面の形状、すなわち、第二側面５の各三角プリズムの頂点を結ぶ線の形状も、第二側面５の断面の形状と同じ理由で、２次式以上の多項式が必要となる。【００２８】
なお、線状のレーザ光とは、光源から出射されたレーザ光に対し、照明したい２次元領域の縦方向及び横方向のいずれか一方の大きさまで拡大したレーザ光のことを言い、面状のレーザ光とは、線状に拡大したレーザ光に対してさらに所定の方向に拡大することで、照明したい２次元領域まで拡大したレーザ光のことを言う。【００２９】
また、本実施の形態において、第三側面６が面状反射面の一例に相当し、導光板表面７が導光板の出射面の一例に相当し、第一側面４が導光板の入射面の一例に相当し、第二側面５が導光板の線状反射面の一例に相当する。【００３０】
さらに、本実施の形態において、導光板３が導光部の一例に相当する。導光板３は、レーザ光が入射する第一側面４（入射面）と、第一側面４に隣接し、第一側面４から入射したレーザ光を反射させることで、レーザ光を線状に変換する第二側面５（線状反射面）と、第一側面４及び第二側面５に隣接し、複数の反射面により第二側面５によって線状に変換されたレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換する第三側面６（面状反射面）と、第三側面６によって面状に変換されたレーザ光を出射する導光板表面７（出射面）とを有する。【００３１】
レーザ光源１として例えば半導体レーザを用いた場合、レーザ光源１から出射されたレーザ光の偏光方向は揃っている。しかしながら、レーザ光源１として、例えば遠方の光源にて発せられたレーザ光をファイバにて導光するファイバ光源を用いる場合、ファイバから出射されたレーザ光の偏光方向はランダムになっている。【００３２】
図５は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置にファイバ光源を用いた例を示す図である。この場合、例えば図５に示す通り、液晶バックライト装置は、図１のレーザ光源１及びコリメータレンズ２に替えて、ファイバ光源８、コリメータレンズ９、偏光ビームスプリッタ１０、１／２波長板１１、ミラー１２及びリデューサ１３を備える。【００３３】
ファイバ光源８から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ９で略平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０でＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光ビームスプリッタ１０は、入射したレーザ光のＰ偏光成分を反射し、Ｓ偏光成分を透過する。その後、偏光ビームスプリッタ１０で反射したＳ偏光成分はミラー１２で折り返し、偏光ビームスプリッタ１０で透過したＰ偏光成分は、１／２波長板１１で偏光方向を９０°回転させる。分離したレーザ光の偏光方向を同じにした状態で、リデューサ１３によりビーム径を小径化する。これにより、光源にファイバ光源を用いたとしても偏光方向の揃った略平行のレーザ光を得ることができる。【００３４】
本実施の形態１における液晶バックライト装置１０１を採用する効果として、以下が挙げられる。ひとつ目は、構成部材が非常に少なく、光利用効率が高くかつ安価ということである。最小構成部材は、レーザ光源１、コリメータレンズ２及び導光板３の三点である。光源としてレーザ光源を用いたこと、及び導光板３の第二側面５に線状反射機能を持たせたことで、単一光源でありながら、特許文献１に見られたような、ホログラムミラーを持たせる必要が無くなったため、光利用効率を高くし、かつ安価に構成することが可能になった。【００３５】
特許文献１に見られるようなホログラムミラーを反射体に持たせると、ホログラムミラーでの回折効率から光量ロスが生じる。しかしながら、本実施の形態１では、光量ロスは導光板３への入口（第一側面４）と出口（導光板表面７）とにおける表面反射と、導光板３内部での吸収のみであり、特許文献１におけるホログラムミラーでの反射損失や各ハーフミラーでの透過損失と比較して格段に小さい。【００３６】
本実施の形態１における系は、導光板を用いる系としては光量損失を導光板の入口及び出口での表面反射と、導光板内部での吸収のみという、最も光量損失を抑えた系の一つと考えられる。表面反射も、通常は一面あたり３．５％程度の光量損失であるが、コーティングを施すことで、１％程度まで低減することができる。また、内部吸収による光量損失も、レーザを光源に用い、さらには略平行にして入射しているため、その直進性から導光板内部での多重反射等が基本的に無く、長く伝搬したとしてもその伝搬距離は導光板表面７の長辺と短辺との和以下である。そのため、本実施の形態１は、内部吸収による光量損失がもっとも少ない系を実現している。【００３７】
また、本実施の形態１では、レーザ光が導光板３に第一側面４から入射してから、導光板表面７から出射するまで、基本的には９０°の反射しかないため、光源として偏光方向のそろったレーザ光を用いると、その偏光方向は維持されたまま、導光板表面７から出射される。そのため、液晶パネルでの光量損失が極めてすくなく、さらに光利用効率の高い系を実現している。【００３８】
二つ目は、略平行な光源で、通常見られるガウシアン等のプロファイルの光源であれば、上記（１）式及び（２）式の係数Ａｎ及び係数Ｂｎに適当な数値を指定すれば、高い光利用効率を維持しながら均一な面状輝度分布を積極的に持たせることが可能であるということである。通常、二次元輝度分布を均一化させるためには、特許文献１のように、ハーフミラーを複数枚用いることや、特許文献２にあるように、導光板内で乱反射させることにより、均一化していた。【００３９】
特許文献１のようにハーフミラーを複数枚用いると、先述の通り、各ハーフミラーで反射されたレーザ光の光量分布にも、そのまま光源の光量分布が反映されることになり、ハーフミラーのピッチで、光源プロファイルの色ムラが生じることになる。特許文献２のように導光板内で乱反射させると、結果的に均一にはなるが、レーザ光を光源として用いると、その直進性から、導光板に入射したレーザ光はそのまま入射した側の導光板側面の逆側端に到達してしまい、透過して損失してしまう。もしくは、反射部材等で折り返した場合でも、水平に伝播するレーザ光はそのまま反射しながら長距離を伝搬し続け、導光板の内部吸収により大きな光量ロスとなる。【００４０】
本実施の形態１では、導光板内を導光する光を端から順に反射させることで均一化しているため、光源プロファイルに応じた光量ムラは原理的に発生せず、かつ導光板の端まで到達した光を何度も反射させたりしないので、吸収ロスが最小の系となり得る。すなわち、均一な輝度を積極的に確保しながら光量損失も最低限に抑えることが可能という大きな特徴を有している。【００４１】
３つ目は、色ムラが発生しにくい系であるため、高画質という点である。特許文献１では、ホログラムミラーを用いているため、光源にＲ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の各色を用いると、回折角がＲ、Ｇ及びＢ毎に異なるため、色ムラが生じることが考えられる。これに対し、本実施の形態１では、屈折しているのはコリメータレンズ２のみであり、コリメータレンズ２以降はすべて反射、もしくは垂直入射であるため、波長依存性はほとんど発生せず、色ムラのきわめて少ない光学系を構築することが出来る。【００４２】
また、導光板を用いているため、きわめて薄型に液晶バックライト装置を構成できることは言うまでもない。【００４３】
なお、第二側面５及び第三側面６における三角プリズムの配列形状は、頂点の座標に関して規定したが、もちろん三角プリズムの頂点以外の底辺両端のどちらかの底角に関して規定しても構わない。その場合の数式も上記の（１）式及び（２）式と同様に規定可能である。【００４４】
なお、本実施の形態１では、第二側面５及び第三側面６におけるプリズムアレイのプリズム形状を三角プリズムとして説明したが、台形プリズムであっても同様の効果が得られるのは言うまでもなく、改めての説明は省略する。以下で三角プリズムを用いて説明する場合も同様である。【００４５】
次に、本実施の形態１に関する導光板の他の形状に関して説明する。図６は、本発明の実施の形態１の変形例における液晶バックライト装置の導光板の断面図である。図６に示す導光板１４では、導光板１４の第二側面１５までは、図１に示す導光板３と同じ光路を経由するが、導光板１４では、第二側面１５で反射したレーザ光の一部は第三側面１６で反射し、他部は第四側面１７まで到達する。第四側面１７は、下向きに角度φ傾けてあり、レーザ光を反射するコートを施してある。こうすることで、第四側面１７まで到達したレーザ光を、第三側面１６に向けて反射させることになり、第四側面１７で反射して第三側面１６に到達したレーザ光は、第三側面１６の第四側面１７側の斜面で全反射して、導光板表面１８から出射させることが出来る。なお、本実施の形態の変形例における第四側面１７が導光板の反射面の一例に相当する。【００４６】
図７は、本発明の実施の形態１の変形例における液晶バックライト装置の導光板１４の第三側面１６の一部を拡大した図である。図７において、第三側面１６の各三角プリズムの第四側面１７側の斜面１６ａが光軸方向１６ｂとなす角度をθ３とする。【００４７】
この場合、図７に示す通り、第三側面１６の第四側面１７側の角度θ３は、第四側面１７の傾き角（第四側面１７と光軸に垂直な平面とがなす角度）をφとすると、（４５−φ）度とすることで、レーザ光を略垂直に導光板表面１８から出射させることが出来る。ただし、傾き角度φを大きくしすぎると、第三側面１６で全反射条件を満たさない場合がでるので、全反射条件を満たす条件で傾き角度φを選択する必要がある。もしくは、第三側面１６の表面に反射コートを設けて反射させることも可能である。また、各三角プリズムの頂点１６ｃの位置は、上記（２）式に示す２次項以上の多項式で表され、第四側面１７からの反射光の分も加味して多項式の係数Ｂｎを決めれば、上記と同様に均一な二次元輝度分布を得ることが可能である。【００４８】
この構成により、導光板１４の加工がさらに簡便になるというメリットがある。即ち、射出成形で導光板を成形する場合、面内での厚さのばらつきが小さく、かつ極端に薄い場所もないため、加工が簡便になり、製造コストを下げることが可能になる。また、導光板１４の様に第四側面１７を傾けて一部を反射させ、かつ第三側面１６の形状を最適化することにより、レーザ光が導光板１４の第二側面１５側まで戻ることによるレーザ光の漏れによる光量ロスも防ぎ、二次元の輝度分布を均一に保つことももちろん可能である。【００４９】
また、図６において、第四側面１７は第三側面１６に向けて下向きに傾けているが、導光板表面１８側に向けて上向きに傾けてもよい。この際、第四側面１７を反射したレーザ光は、導光板表面１８で全反射して、やがて第三側面１６に到達し、第三側面１６で反射させることで、導光板表面１８から出射させることが可能である。この場合、第四側面１７の傾き角度φをマイナスにとれば、第三側面１６の三角プリズムの第四側面１７側の角度θ３は（４５＋φ）度とすれば、レーザ光を略垂直に導光板表面１８から出射させることが可能である。【００５０】
この場合、三角プリズムの頂点の位置は、上記（２）式に示す２次項以上の多項式で表され、先と同様に第四側面１７からの反射光の分も加味して多項式の係数Ｂｎを決めれば、上記と同様に均一な二次元輝度分布を得ることが可能である。さらには、第四側面１７を導光板表面１８側に向けて上向きに傾けることで、第四側面１７の傾きは射出成形時の抜き勾配と兼ねることもできるため、さらに導光板１４を非常に簡便に成形することが可能になり、コストも安価に抑えられるという利点も併せ持つ。【００５１】
次に、実施の形態１における第三側面６を構成する三角プリズムアレイのピッチに関して詳しく説明する。図８は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の導光板３の第三側面６をさらに拡大した図である。【００５２】
一般に、樹脂製品を成形により製作する場合、所望の形状を転写する金属型をまず製作することになる。図８に示すような三角プリズム形状を金型により製作する場合、先の尖ったダイヤモンドバイト等で金型を削ることにより三角プリズムの頂点を形成する。しかし、ダイヤモンドバイトも先が尖っているとは言えサブミクロンの曲率を持っており、さらには長距離を削る間にダイヤモンドバイトの先も数ミクロンまで丸くなってしまう。そのため、転写される樹脂の形状も頂点に数ミクロンの曲率を持つことになり、具体的には図８に示すように曲率Ｒ１は数ミクロンの曲率を持つことになる。この部分にレーザ光が照射されると、レーザ光は垂直には立ち上げられず、反射前の進行方向に傾いた方向に反射することになる。【００５３】
一方で、略平行のレーザ光を三角プリズムの斜面で垂直に立ち上げるため、隣接する三角プリズムアレイのピッチＰ２が狭いと、一つのプリズムあたりでレーザ光が垂直に反射される領域Ｓ１が狭くなり、トータルとして垂直に反射される成分が少なくなる。そのため、ピッチＰ２はできるだけ広いほうがよい。【００５４】
具体的には、導光板３の第三側面６の面状に照明する領域における第二側面５で反射したレーザ光が伝搬する方向の長さをＬ１（ｍｍ）とし、導光板３の第一側面４と第二側面５とが成す稜線の長さ、すなわち、第一側面４又は第二側面５の短手方向の長さをＬ２（ｍｍ）とした時（図２参照）、三角プリズムアレイのピッチＰ２は（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）ｍｍ以上とする。この場合、三角プリズムの頂点で反射する割合が無視できる範囲に小さく出来るため、より光利用効率の高い導光板を達成することが可能になる。例えばＬ１＝７００ｍｍとし、Ｌ２＝１０ｍｍとした時、三角プリズムアレイのピッチＰ２は０．７ｍｍ以上であることが要求される。この時、第三側面６で垂直方向に反射される割合は、全体の９７％以上になるため、光利用効率のロスもほとんど無視できる範囲に収まる。【００５５】
同様のことは第二側面５に関しても当てはめることができる。図９は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の導光板３の第二側面５をさらに拡大した図である。【００５６】
図９に示すように、第二側面５を構成する三角プリズムの頂点の曲率Ｒ２は、数ミクロンの曲率を持つことになる。この部分にレーザ光が照射されると、レーザ光は垂直には立ち上げられず、反射前の進行方向に傾いた方向に反射することになる。一方で、略平行のレーザ光を三角プリズムの斜面で垂直に立ち上げるため、隣接する三角プリズムアレイのピッチＰ１が狭いと、一つのプリズムあたりでレーザ光が垂直に反射される領域Ｓ２が狭くなり、トータルとして垂直に反射される成分が少なくなる。そのため、ピッチＰ１はできるだけ広いほうがよい。【００５７】
第三側面６の面状に照明する領域における第二側面５で反射したレーザ光が伝搬する方向の長さＬ１に該当するものが、第二側面５と第三側面６とが成す稜線の長さ、すなわち、第二側面５の長手方向の長さＬ３（ｍｍ）であり、第一側面４と第二側面５とが成す稜線の長さＬ２に該当するものが、第一側面４に入射するレーザ光のビーム径、すなわち、ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）の２倍の径Ｄ（ｍｍ）である（図１参照）。【００５８】
この時、図９に示した第二側面５を形成する三角プリズムアレイのピッチＰ１は（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）ｍｍ以上と規定することができる。例えば、Ｌ３＝４００ｍｍとし、Ｄ＝１０ｍｍとした場合、三角プリズムアレイのピッチＰ１は０．４ｍｍ以上であることが要求される。この時、第二側面５で垂直に反射される割合は、同じく全体の９７％以上になるため、光利用効率のロスは無視できる範囲に収まる。この様に、三角プリズムアレイのピッチＰ１，Ｐ２を所定値以上に設定すると、光量ロスの無い系を実現できる。【００５９】
なお、ピッチＰ１，Ｐ２の縞模様が視認される場合や、さらには視野角を拡大させる場合、拡散板を挿入してもよい。図１０は、本発明の実施の形態１における拡散板の配置について説明するための図である。図１０に示す通り、導光板表面７の上に第一の拡散板１９を挿入し、導光板表面７から出射したレーザ光を拡散させる。さらに、第一の拡散板１９からある間隔ｋ離した位置に第二の拡散板２０を配置することで、さらに輝度が均一でかつ視野角を画面全体に持たせることが可能になる。このとき、第一の拡散板１９の拡散角をαとすると、ピッチＰ２離れた位置のレーザ光が確実にオーバラップできる様に間隔ｋを決定するとさらによい。【００６０】
すなわち、間隔ｋは、｛（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）÷ｔａｎα｝ｍｍと、｛（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）÷ｔａｎα｝ｍｍとのうちのいずれか大きい方以上あれば、縞のピッチをオーバラップさせることができ、さらに良好な画像が得られることになる。なお、Ｌ１は、導光板３の第三側面６の面状に照明する領域における第二側面５で反射したレーザ光が伝搬する方向の長さを表し（図２参照）、Ｌ２は、導光板３の第一側面４と第二側面５とが成す稜線の長さ、すなわち、第一側面４又は第二側面５の短手方向の長さを表し（図２参照）、Ｌ３は、第二側面５と第三側面６とが成す稜線の長さ、すなわち、第二側面５の長手方向の長さを表し、Ｄは、第一側面４に入射するレーザ光のビーム径を表している。【００６１】
例えば、拡散角α＝３０°であれば、第一の拡散板１９と第二の拡散板２０との間には、１．２ｍｍ以上の空隙があれば良い事になる。なお、本構成は導光板３に関して説明したが、導光板１４に関しても同様な系を構築できることは言うまでも無い。なお、ここで拡散角αは、第一の拡散板１９を透過した後に光軸方向に進行するレーザ光の光密度が１／ｅ２になる角度で定義する。【００６２】
次に、導光板３を用いた系でのスペックルノイズ対策に関して説明する。図１１は、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第１の方法を説明するための概念図である。【００６３】
一般に、レーザを光源に用いた場合、その単色性からスペックルノイズと呼ばれる干渉によるギラツキが発生し、液晶ディスプレイとして鑑賞上の問題点となる。それに対して、例えば図１１に示す通り、コリメータレンズ２を第一側面４の面内長手方向（図１１中の矢印Ｙ１に示す方向）に振動させることで、第一側面４に入射するレーザ光を光軸に垂直な方向に振動させることができる。こうすることで、導光板表面７から出射されるレーザ光が振動することになり、時系列でスペックルパターンが変動することにより、スペックルノイズが除去されることになる。この場合、第二側面５の形状は、コリメータレンズ２の振動後の第二側面５からの照射パターンが均一になるように、多項式の係数Ａｎを選択しておけばよい。こうすることで、均一性を確保しながら簡便にスペックルノイズを除去することが可能になる。【００６４】
また、図１１のように構成することで、光源プロファイルのばらつきや変動に対しても、均一性が変動し難いという利点もある。すなわち、レーザ光源１から出射されるレーザ光の拡がり角の個体ばらつきや変動によるコリメータレンズ２からの出射ビーム径のばらつきや変動、レーザ光源１の光源サイズの個体ばらつきや変動によるコリメータレンズ２からの出射ビームの拡がり角のばらつきや変動、及びコリメータレンズ２の焦点距離の個体ばらつきによるコリメータレンズ２からの出射ビーム径のばらつき等の要因は、導光板表面７から出射されるレーザ光の均一度に影響する。しかしながら、図１１のように構成することで、光源プロファイルが平均化されるため、均一度が悪化しにくくなる。なお、この場合、液晶バックライト装置１０１は、コリメータレンズ２を第一側面４の長手方向に振動させる駆動部をさらに備える。【００６５】
次に、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第２の方法について説明する。図１２は、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第２の方法を説明するための概念図である。図１２に示す液晶バックライト装置は、レーザ光源１、コリメータレンズ２、導光板３及び三角プリズム２１を備える。【００６６】
図１２では、コリメータレンズ２から出射したレーザ光は、三角プリズム２１に入射する。三角プリズム２１は、入射したレーザ光を９０°折り曲げ、折り曲げたレーザ光を導光板３に向けて出射している。このとき、三角プリズム２１を第一側面４に垂直な方向（図１２中の矢印Ｙ２の方向）に振動させることで、導光板３に入射するレーザ光の入射位置を振動させることができる。こうすることでも、図１１と同じく、スペックルノイズを抑制し、光源プロファイルのばらつきや変動がレーザ光の均一度に影響しにくい系を構築することができる。この場合も、第二側面５の形状は、三角プリズム２１の振動後の第二側面５からの出射パターンが均一になるように、多項式の係数Ａｎを選択すればよい。【００６７】
続いて、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第３の方法について説明する。図１３は、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第３の方法を説明するための概念図である。図１３に示す液晶バックライト装置は、レーザ光源１、コリメータレンズ２、導光板３及びミラー２２ａ，２２ｂを備える。【００６８】
図１３では、コリメータレンズ２から出射したレーザ光は、ミラー２２ｂに入射する。ミラー２２ｂは、入射したレーザ光を９０°折り曲げ、折り曲げたレーザ光をミラー２２ａに向けて出射している。ミラー２２ａは、入射したレーザ光を９０°折り曲げ、折り曲げたレーザ光を導光板３に向けて出射している。このとき、ミラー２２ａ，２２ｂを第一側面４の面内長手方向（図１３中の矢印Ｙ３に示す方向）に同期して振動させることで、導光板３に入射するレーザ光の入射位置を振動させることができる。こうすることでも、図１１及び図１２と同じく、スペックルノイズを抑制し、光源プロファイルのばらつきや変動がレーザ光の均一度に影響しにくい系を構築することができる。この場合も、第二側面５の形状は、ミラー２２ａ，２２ｂの振動後の第二側面５からの出射パターンが均一になるように、多項式の係数Ａｎを選択すればよい。なお、ここでは、ミラー２２ａ，２２ｂの両方を同期させて振動させているが、どちらか一方のみを振動させてもよい。【００６９】
さらに、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第４の方法について説明する。図１４は、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第４の方法を説明するための概念図である。【００７０】
スペックルノイズを除去する第４の方法としては、図１４に示す通り、導光板表面７から出射したレーザ光に対して拡散させる第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０のうちの少なくとも一方を面内で振動させることによりスペックルノイズを確実に除去することが可能である。なお、この場合、液晶バックライト装置１０１は、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０のうちの少なくとも一方を面内で振動させる駆動部をさらに備える。なお、本構成については導光板３に関して説明したが、導光板１４に関しても同様な系を構築できることは言うまでも無い。【００７１】
（実施の形態２）
図１５は、本発明の実施の形態２における液晶バックライト装置の構成を示す正面図であり、図１６は、本発明の実施の形態２における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。なお、図１６は、図１５に示す液晶バックライト装置をレーザ光源側から見た図である。本実施の形態２における液晶バックライト装置２０１は、レーザ光源３１、コリメータレンズ３２、導光板３３及び導光棒３４のわずか四点から構成されている。【００７２】
ここで、本実施の形態２における液晶バックライト装置２０１の動作の仕組みに関して説明する。レーザ光源３１から出射されたレーザ光は、まずコリメータレンズ３２にて略平行光に変換される。略平行に変換されたレーザ光は、導光棒３４のレーザ光入射面３５から導光棒３４の内部に入射される。導光棒３４の内部に入射されたレーザ光は、一部が導光棒３４のレーザ光出射面３７で全反射されながら、レーザ光入射面３５と隣接するレーザ光反射面３６に到達する。【００７３】
レーザ光反射面３６は、実施の形態１での第二側面５と同様に、所定の曲線上に三角プリズムアレイが構成されている。三角プリズムアレイを構成する各三角プリズムのレーザ光入射面３５側の斜面が光軸となす角度を４５°とすると、図３に示した実施の形態１と同様に、各三角プリズムに到着したレーザ光は、到着した各三角プリズムの斜面で、各斜面に入射した角度に応じて９０°前後の角度で次々に反射され、線状に変換される。線状に変換されたレーザ光は、導光棒３４のレーザ光出射面３７から出射される。導光棒３４から出射したレーザ光は、そのまま直接導光板３３のレーザ光入射面４１に入射し、あとは実施の形態１と同様に、導光板３３のレーザ光反射面３８で略直角に全反射し、レーザ光出射面３９から垂直に出射する。【００７４】
この場合、導光棒３４のレーザ光反射面３６の形状は、実施の形態１の第二側面５と同様に決めればよい。すなわち、三角プリズムの頂点の位置は、レーザ光入射面３５とレーザ光反射面３６との交点に最も近い三角プリズムの頂点を原点として、使用するレーザ光源のプロファイルに応じて、２次項以上の多項式（３）の線上で表現する。導光棒３４のレーザ光出射面３７から出射される線状のレーザ光のプロファイルが略均一になる様に、２次項以上の多項式（３）の係数Ａｎを決定すればよい。【００７５】
2009011122.tif 000005
【００７６】
ここで、ｎは多項式の次数であり、Ａｎはｎ次の係数であり、レーザ光入射面３５とレーザ光反射面３６との交点を原点とした時のレーザ光の進行方向をＸ軸としている。また、導光板３３のレーザ光反射面３８の形状は、実施の形態１と同様であり、係数Ｂｎを決定すれば良いので、ここでは説明は省略する。【００７７】
実施の形態１では、実施の形態２の導光板３３と導光棒３４とを一体成形していたが、実施の形態２では別体に成形している。例えばレーザ光源３１に図５に示したようなファイバ光源を用いた場合、特にコア径が１ｍｍに近いような太いマルチモードファイバであれば、コリメータレンズ３２でコリメートした後のレーザ光は平行にはならずに、コリメータレンズ３２の焦点距離及びファイバの開口数に依存した角度で広がりながら伝搬することになる。この場合、導光板３３と導光棒３４とを別体にした方が、より小型化が図れることになる。【００７８】
さらに、本実施の形態２においても、実施の形態１で説明したような、高い光利用効率、安価、輝度均一性、及び色ムラ無しといった特性は実施の形態１と同様であり、本実施の形態２においてもこれらの特性がほとんど失われていないことは明確である。通常、線状にレーザ光を変換するためは、特許文献１に示した通り、ホログラムミラー等で反射させていたが、先述の通り回折効率の観点から、Ｒ、Ｇ及びＢの三色ともに高い光利用効率で反射させることは難しい。しかしながら、本実施の形態２では、導光棒３４を用いながらも、レーザ光が導光棒３４に入ってから出るまでには、一部が導光棒３４のレーザ光出射面３７で全反射しながらも長くても導光棒３４の長手方向の距離程度しか伝搬しない。そのため、導光板内部での吸収損も最低限に抑えることができ、表面反射も導光棒３４のレーザ光入射面３５と導光棒３４のレーザ光出射面３７との二箇所の表面反射しか発生しない。表面反射も、ノンコートで光量ロスは各面３．５％程度と小さく、さらにはコーティングを施すことで各面１％程度にまで下げることも可能であるため、高い光利用効率を維持したまま構成することが可能である。【００７９】
なお、本実施の形態において、レーザ光入射面３５が導光棒の入射面の一例に相当し、レーザ光反射面３６が導光棒の線状反射面の一例に相当し、レーザ光出射面３７が導光棒の出射面の一例に相当し、レーザ光入射面４１が導光板の入射面の一例に相当し、レーザ光反射面３８が導光板の面状反射面の一例に相当し、レーザ光出射面３９が導光板の出射面の一例に相当する。【００８０】
さらに、本実施の形態において、導光棒３４と導光板３３とが導光部の一例に相当する。導光棒３４は、レーザ光源からのレーザ光が入射するレーザ光入射面３５（入射面）と、レーザ光入射面３５に隣接し、レーザ光入射面３５から入射したレーザ光を反射させることで、レーザ光を線状に変換するレーザ光反射面３６（線状反射面）と、レーザ光入射面３５に隣接すると共にレーザ光反射面３６に対向し、レーザ光反射面３６によって線状に変換されたレーザ光を出射するレーザ光出射面３７（出射面）とを有する。導光板３３は、導光棒３４のレーザ光出射面３７から出射した線状のレーザ光が入射するレーザ光入射面４１（入射面）と、レーザ光入射面４１に隣接し、複数の反射面によりレーザ光入射面４１から入射した線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換するレーザ光反射面３８（面状反射面）と、レーザ光反射面３８によって面状に変換されたレーザ光を出射するレーザ光出射面３９（出射面）とを有する。【００８１】
レーザ光が入射する第一側面４（入射面）と、第一側面４に隣接し、第一側面４から入射したレーザ光を反射させることで、レーザ光を線状に変換する第二側面５（線状反射面）と、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面によりレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換する第三側面６（面状反射面）と、第三側面６によって面状に変換されたレーザ光を出射する導光板表面７（出射面）とを有する導光板３が、導光部の一例に相当する。【００８２】
次に、図１７を用いて、導光棒３４の取り得る他の構成に関して述べる。図１７は、本発明の実施の形態２の変形例における液晶バックライト装置の導光棒の構成を示す図である。実施の形態１の図６では、第四側面１７を設け、第四側面１７に到達したレーザ光を第三側面６に向けて反射させて、導光板３の加工適正を向上させている。それと同様のことが、導光棒３４に関しても適用可能である。即ち、実施の形態２の変形例における導光棒３４は、レーザ光入射面３５に対向する位置に反射面４０をさらに備える。反射面４０は、光軸に垂直な平面に対して所定の角度で傾いている。なお、本実施の形態において、反射面４０が導光棒の反射面の一例に相当する。【００８３】
レーザ光源３１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ３２を経由して導光棒３４のレーザ光入射面３５から入射し、一部が導光棒３４のレーザ光出射面３７で全反射されながら、反射面４０に到達する。反射面４０は、反射コートが施されており、入射したレーザ光をレーザ光反射面３６側に向けて反射させる。反射面４０からレーザ光反射面３６に到達したレーザ光は、三角プリズムの反射面４０側の斜面で導光棒３４のレーザ光出射面３７に向けて略垂直に反射される。【００８４】
こうすることで、実施の形態１の導光板１４と同様に、導光棒３４は厚みのばらつきが低減されるため、加工が簡便になり、ひいては製造コストを下げることが可能になる。また、図１７においても、反射面４０はレーザ光反射面３６側に向けて傾けているが、導光棒３４のレーザ光出射面３７側に向けて傾けてもよい。この際、反射面４０を反射したレーザ光は、導光棒３４のレーザ光出射面３７で全反射して、やがてレーザ光反射面３６に到達し、レーザ光反射面３６で反射させることで、レーザ光出射面３７から出射させることが可能である。この場合、三角プリズムの頂点の位置は、上記（３）式に示す２次項以上の多項式で表され、反射面４０からの反射光の分も加味して多項式の係数Ａｎを決めれば、上記と同様に均一な輝度分布を得ることが可能である。【００８５】
また、反射面４０をレーザ光出射面３７側に向けて傾けることで、反射面４０の傾きは射出成形時の抜き勾配と兼ねることもできるため、導光棒３４を非常に簡便に成形することが可能になり、コストも安価に抑えられるという利点も同様に併せ持つ。また、この系においても、導光棒３４を用いながらも、レーザ光が導光棒３４に入ってから出るまでには、一部がレーザ光出射面３７で全反射しながらも長くても導光棒３４の長手方向の２倍程度の距離しか伝搬しない。そのため、高い光利用効率を維持したまま反射面４０を構成することが可能である。なお、本実施の形態２においても、導光板３３に対して実施の形態１の導光板１４の第四側面１７と同じ形状を持たせることができるのは明らかであるため、実施の形態２における改めての説明は省略する。【００８６】
次に、レーザ光反射面３６を構成する三角プリズムアレイのピッチに関して説明する。実施の形態１と同様に、加工上の制約から、三角プリズムの頂点は、一定の曲率半径を持つ事になる。実施の形態１では、第二側面５の三角プリズムアレイのピッチＰ１は、第一側面４に入射するレーザ光のビーム径（ＦＷＨＭの２倍の径）Ｄと、第二側面５と第三側面６とが成す稜線の長さＬ３とを用いて規定している。これに対し、本実施の形態２では、導光棒３４のレーザ光入射面３５の幅Ｗ１が実施の形態１のビーム径Ｄに該当し、レーザ光反射面３６の長手方向の長さＬ３’が実施の形態１の長さＬ３に該当する。即ち、導光棒３４のレーザ光反射面３６のピッチＰ３は、（０．０１×Ｌ３’÷Ｗ１）ｍｍ以上と規定することができる。この時、実施の形態１と同様に、レーザ光反射面３６で垂直に反射される割合は、同じく全体の９７％以上になるため、光利用効率のロスは無視できる範囲に収まり、高い光利用効率を維持している。【００８７】
なお、本実施の形態２においても、実施の形態１における第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０を適用することが可能であり、実施の形態１と同様に拡散角α及び間隔ｋを設定し、スペックルノイズ対策を行うことができるのは明らかなため、実施の形態２における改めての説明は省略する。また、実施の形態１におけるコリメータレンズ２、三角プリズム２１及びミラー２２ａ，２２ｂの振動による、スペックルノイズの抑制や、光源プロファイルの変動ばらつきによるレーザ光の均一度への影響の低減は、本実施の形態２においても同様に行うことができるのは明らかであるため、実施の形態２における改めての説明は省略する。【００８８】
また、図１８に示す通り、実施の形態２において、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０のうちのいずれか一枚又は両方を用いなくとも、導光棒３４のレーザ光出射面３７又は導光板３３のレーザ光入射面４１と、レーザ光出射面３９とにシリンドリカルレンズアレイを構築することでも、視野角の向上や輝度のさらなる均一化を図ることが出来る。【００８９】
図１８は、本発明の実施の形態２の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す正面図であり、図１９は、本発明の実施の形態２の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。なお、図１９は、図１８に示す液晶バックライト装置をレーザ光源側から見た図である。【００９０】
図１８に示す液晶バックライト装置２０２において、導光板３３のレーザ光入射面４１は、レーザ光入射面４１の長手方向にレーザ光を拡大させるシリンドリカルレンズアレイで構成され、導光板３３のレーザ光出射面３９は球面レンズアレイで構成される。【００９１】
なお、本実施の形態２では、導光板３３のレーザ光出射面３９を球面レンズアレイで構成しているが、本発明は特にこれに限定されず、導光板３３のレーザ光出射面３９をシリンドリカルレンズアレイで構成してもよい。【００９２】
例えば図１８においては、導光棒３４のレーザ光反射面３６で線状に反射してレーザ光出射面３７から出射したレーザ光は、導光板３３のレーザ光入射面４１に形成されたシリンドリカルレンズアレイにより面内で拡大される。シリンドリカルレンズアレイによって拡大されたレーザ光は、一部が導光板３３の側面で全反射されながら導光板３３内を伝搬し、レーザ光反射面３８にて反射されてレーザ光出射面３９から略垂直に出射する。その際、レーザ光は、レーザ光入射面４１に設けられたシリンドリカルレンズアレイにて導光板３３の長手方向に拡大されることにより、第一の拡散板１９の所定の向きの拡散と同じ効果を持たせることが出来る。【００９３】
また、レーザ光反射面３８にて面状に反射されたレーザ光は、導光板３３のレーザ光出射面３９に形成された球面レンズアレイにより面内で拡散され、球面レンズアレイによって拡散されたレーザ光が導光板３３から出射する。なお、導光板３３のレーザ光入射面４１にシリンドリカルレンズアレイを設けると共に、導光板３３のレーザ光出射面３９に球面レンズアレイを設けた場合、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０は設けなくてもよい。【００９４】
また、導光板３３のレーザ光入射面４１にシリンドリカルレンズアレイを設け、導光板３３のレーザ光出射面３９に球面レンズアレイを設けない場合、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０のうちのいずれか一枚だけを配置すれば、さらに輝度が均一でかつ視野角を画面全体に持たせることが可能になる。こうすることで、一枚分の拡散板を透過する際に発生する光量損失（主に表面反射で、７％程度）を無くすことが可能になり、輝度の均一性及び広視野角を確保しながら、光利用効率のさらなる高効率化を達成することが出来る。【００９５】
なお、図１８において導光板３３のレーザ光入射面４１に設けたシリンドリカルレンズアレイを導光棒３４のレーザ光出射面３７に設けることも可能である。また、導光板３３のレーザ光入射面４１又は導光棒３４のレーザ光出射面３７にシリンドリカルレンズアレイを配置することなく、導光板３３のレーザ光出射面３９のみに球面レンズアレイを配置することでも同様な効果が期待できる。さらに、導光板３３のレーザ光出射面３９に球面レンズアレイを配置することなく、導光板３３のレーザ光入射面４１及び導光棒３４のレーザ光出射面３７のいずれかにシリンドリカルレンズアレイを配置してもよい。【００９６】
なお、導光板３３のレーザ光入射面４１又はレーザ光出射面３９にレンズアレイを配置する他に、導光棒３４のレーザ光反射面３６の三角プリズムの頂点又は導光板３３のレーザ光反射面３８の頂点を曲面にすることで、レーザ光の出射角を拡げることが可能である。図２０は、本発明の実施の形態２のさらに別の変形例における導光棒のレーザ光反射面を拡大した図である。図２０に示すように、導光棒３４のレーザ光反射面３６の三角プリズムの頂点付近に曲面部４２が形成される。これにより、曲面部４２に入射したレーザ光は、拡散しながら反射することとなる。なお、図示しないが、導光板３３のレーザ光反射面３８の三角プリズムの頂点付近に曲面部を形成してもよい。【００９７】
次に、本実施の形態２におけるスペックルノイズ対策に関して図２１を用いて説明する。図２１は、本発明の実施の形態２におけるスペックルノイズを除去する方法を説明するための概念図である。領域Ｓ３は、レーザ光反射面３６を構成するある一箇所の三角プリズムにおいてレーザ光を反射する領域である。導光棒３４を図１５中の導光棒３４の長手方向にピッチＰ３分だけ移動させると、領域Ｓ３で反射していたレーザ光の位置がピッチＰ３分だけシフトすることになる。即ち、図１５中の導光棒３４のレーザ光出射面３７の長手方向にピッチＰ３の振幅で導光棒３４を振動させることで、レーザ光は、各三角プリズムのピッチＰ３の幅を有する微小領域の中を水平シフトで走査することになる。なお、この場合、液晶バックライト装置２０１は、導光棒３４のレーザ光出射面３７の長手方向にピッチＰ３の振幅で導光棒３４を振動させる駆動部をさらに備える。【００９８】
こうすることで、照明領域が時系列で変動し、時系列でスペックルパターンが変動するため、スペックルノイズを消すことができる。このことは、三角プリズムの替わりに台形プリズムを用いた場合でも同様である。【００９９】
（実施の形態３）
図２２は、本発明の実施の形態３における液晶バックライト装置の構成を示す正面図であり、図２３は、本発明の実施の形態３における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。なお、図２３は、図２２に示す液晶バックライト装置をレーザ光源側から見た図である。本実施の形態３における液晶バックライト装置３０１は、レーザ光源５０、コリメータレンズ５１、自由曲面ミラー５２及び導光板５４から構成されおり、導光板５４のレーザ光入射面５４１にはプリズムアレイ５３が構成されている。【０１００】
ここで、本実施の形態３における液晶バックライト装置３０１の動作の仕組みに関して説明する。レーザ光源５０から出射されたレーザ光は、まずコリメータレンズ５１にて略平行光に変換される。略平行に変換されたレーザ光は、自由曲面ミラー５２に入射する。自由曲面ミラー５２の反射面の形状は、反射されたレーザ光が、導光板５４の自由曲面ミラー５２側の側面に形成されたプリズムアレイ５３上で略均一な線状の光量分布を持つ様に、決定されている。【０１０１】
プリズムアレイ５３は、自由曲面ミラー５２によって反射されたレーザ光をテレセントリックに変換する。プリズムアレイ５３でテレセントリックに変換されたレーザ光は、導光板５４内に入射し、実施の形態１，２と同様に、導光板５４のレーザ光反射面５５に形成された三角プリズムアレイで全反射して導光板５４のレーザ光出射面５６から略垂直に出射する。【０１０２】
なお、本実施の形態において、レーザ光入射面５４１が導光板の入射面の一例に相当し、プリズムアレイ５３が変換光学系の一例に相当し、レーザ光反射面５５が導光板の面状反射面の一例に相当し、レーザ光出射面５６が導光板の出射面の一例に相当する。【０１０３】
さらに、本実施の形態において、自由曲面ミラー５２と導光板５４とが導光部の一例に相当する。自由曲面ミラー５２は、レーザ光源５０からのレーザ光を拡散反射させることで、レーザ光を線状に変換する。導光板５４は、自由曲面ミラー５２によって線状に変換されたレーザ光が入射し、入射したレーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系が形成されたレーザ光入射面５４１（入射面）と、レーザ光入射面５４１に隣接し、複数の反射面によりレーザ光入射面５４１によってテレセントリックに変換された線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換するレーザ光反射面５５（面状反射面）と、レーザ光反射面５５によって面状に変換されたレーザ光を出射するレーザ光出射面５６（出射面）とを有する。【０１０４】
図２４は、本発明の実施の形態３における自由曲面ミラーについて説明するための図である。ここで、自由曲面ミラー５２の反射面は、図２４のＯ点を原点として、下記の（４）式に示す通り８次以上の多項式で表すことができる。【０１０５】
2009011122.tif 000006
【０１０６】
ここで、ｎは多項式の次数であり、Ｃｎはｎ次の係数であり、Ｙ方向は、自由曲面ミラー５２に入射するレーザ光の入射方向に対して直行する方向をＹ軸とし、導光板５４に向かう方向をＹ軸の正方向としている。なお、７次以下の多項式では、略均一な光量分布を得ることができない。【０１０７】
本構成を採用した効果として、線状に変換する素子を導光板と別体で持たせているのにもかかわらず、光利用効率が高くかつ安価ということが挙げられる。通常、ミラーによる反射で線状にレーザ光を変換するためは、特許文献１に示した通り、ホログラムミラー等で反射させていたが、回折効率の観点から、Ｒ、Ｇ及びＢの三色ともに高い光利用効率でに反射させることは難しい。それに対し、本実施の形態３では、ミラーにホログラムを形成せずにミラーの形状だけで均一性を確保しているため、自由曲面ミラー５２の表面にＨＲ（Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）コートを施すことによりほとんど反射損失が発生しないという特徴をもつ。【０１０８】
また、実施の形態１や２と同様に、レーザ光は、導光板５４内に入った後は、基本的には導光板５４のレーザ光伝搬方向の長さ分しか伝搬しないため、特許文献２で見られるような多重反射に起因する伝搬距離の長距離化による吸収損の増大は見られない。その他、輝度分布の均一化、偏光方向の保持による光利用効率の高効率化、及び色ムラの発生が基本的には無いことは、実施の形態１や２と同様に確保されている。【０１０９】
次に、導光板５４の自由曲面ミラー５２側の側面に形成されたプリズムアレイ５３に関して、図２５を用いて説明する。図２５は、本発明の実施の形態３におけるプリズムアレイについて説明するための概念図である。プリズムアレイ５３は、一つ一つのプリズムがレーザ光源５０側の斜面５３ａと、自由曲面ミラー５２側の斜面５３ｂとから形成されており、各斜面５３ａ，５３ｂは入射面５３ｃに対してそれぞれ角度θａ，θｂ傾けてある。なお、角度θａ，θｂはプリズム一つ一つで異なっていても構わない。【０１１０】
自由曲面ミラー５２で反射したレーザ光は、各プリズムの斜面５３ｂを透過して入射し、斜面５３ａで全反射し、各プリズムからテレセントリックに導光板５４内を伝搬する。この場合、自由曲面ミラー５２と導光板５４との間の距離は、理屈上コリメータレンズ５１から自由曲面ミラー５２へ伝搬するレーザ光に干渉しない限りは近づけることが可能であり、本実施の形態３の光学系の構成を極めて小型化することができる。一般に、レーザ光をテレセントリックに変換するためにはフレネルレンズが用いられるケースが多いが、フレネルレンズでは、その焦点距離の分だけ離して使う必要があり、光学系の大型化に繋がる。しかしながら、本実施の形態３のようにプリズムアレイを用いることで極めて小型に液晶バックライト装置を構成できる。【０１１１】
図２６は、本発明の実施の形態３の変形例における液晶バックライト装置の導光板の構成を示す図である。図２６に示す通り、導光板５４は、図２６中の領域５３１の部分をフレネルレンズで構成し、図２６中の領域５３２の部分をプリズムアレイで構成してもよい。すなわち、導光板５４のレーザ光入射面において、自由曲面ミラー５２側の領域５３１をフレネルレンズで構成し、レーザ光源５０側の領域５３２をプリズムアレイで構成してもよい。この構成により、自由曲面ミラー５２をレーザ光源５０側に近づけることができ、さらに小型化を達成することが可能になる。【０１１２】
即ち、自由曲面ミラー５２で一定以上垂直に近い角度で反射したレーザ光は、図２６中の領域５３２のプリズムアレイではテレセントリックに変換することは出来ないが、図２６中の領域５３１のフレネルレンズであれば、屈折によりテレセントリックに変換することが可能である。また、一定以上の水平方向に近い角度で反射したレーザ光はフレネルレンズではテレセントリックに屈折できないが、図２６中の領域５３２のプリズムアレイであればテレセントリックに変換することが可能である。即ち、フレネルレンズとプリズムアレイとの互いのメリットを活かすことで、どちらかだけでは成しえないさらにコンパクトな構成を達成することが可能になる。【０１１３】
次に、実施の形態３におけるプリズムアレイのピッチに関して説明する。図２７は、本発明の実施の形態３におけるプリズムアレイのピッチを説明するための図である。図２７に示す通り、実施の形態１の導光板３や実施の形態２の導光棒３４等のプリズムアレイと同様の理由で、プリズムアレイ５３の各プリズムの頂点にも、数ミクロン程度の加工上の曲率が生じる。曲率の部分に入射したレーザ光は、プリズム内への透過率が低くなるため、曲率部分の割合を出来るだけ減らすことが望ましい。そのため、プリズムアレイ５３のピッチＰ５は（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上であることが望ましい。ここで、Ｌ４は、導光板５４のプリズムアレイ５３側の長さ、すなわち、導光板５４のレーザ光入射面の長手方向の長さであり、Ｌ５は、自由曲面ミラー５２からプリズムアレイ５３までの距離、すなわち、自由曲面ミラー５２の中心（自由曲面ミラー５２に入射するレーザ光の光軸）から導光板５４のレーザ光入射面までの長さである（図２６参照）。こうすることで、レーザ光がプリズムアレイ５３から導光板５４に入る時の光量損失を無視できる範囲に少なくすることが出来る。【０１１４】
次に、本実施の形態３でのスペックルノイズ対策に関して図２８を用いて説明する。図２８は、本発明の実施の形態３の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す図である。図２８に示す液晶バックライト装置３０２は、レーザ光源５０、コリメータレンズ５１、自由曲面ミラー５２、プリズムアレイ５７及び導光板５８を備える。図２２に示す液晶バックライト装置３０１は、プリズムアレイ５３と導光板５４とが一体に設けられているのに対し、図２８に示す液晶バックライト装置３０２は、プリズムアレイ５７と導光板５８とが別体に設けられている。【０１１５】
レーザ光源５０から出射されたレーザ光は、まずコリメータレンズ５１にて略平行光に変換される。略平行に変換されたレーザ光は、自由曲面ミラー５２に入射する。自由曲面ミラー５２の反射面の形状は、反射されたレーザ光が、導光板５４の自由曲面ミラー５２側の側面に形成されたプリズムアレイ５７上で略均一な線状の光量分布を持つ様に、決定されている。【０１１６】
プリズムアレイ５７は、自由曲面ミラー５２によって反射されたレーザ光をテレセントリックに変換する。プリズムアレイ５７でテレセントリックに変換されたレーザ光は、導光板５８のレーザ光入射面５８１に入射し、導光板５８のレーザ光反射面に形成された三角プリズムアレイで全反射して導光板５８のレーザ光出射面から略垂直に出射する。なお、導光板５８のレーザ光反射面及びレーザ光出射面は、図２３における導光板５４のレーザ光反射面５５及びレーザ光出射面５６と同じ構成である。また、本実施の形態の別の変形例において、プリズムアレイ５７が変換光学系の一例に相当し、レーザ光入射面５８１が導光板の入射面の一例に相当する。【０１１７】
さらに、本実施の形態の別の変形例において、自由曲面ミラー５２とプリズムアレイ５７と導光板５８とが導光部の一例に相当する。自由曲面ミラー５２は、レーザ光源５０からのレーザ光を拡散反射させることで、レーザ光を線状に変換する。プリズムアレイ５７は、自由曲面ミラー５２によって線状に変換されたレーザ光をテレセントリックに変換する。導光板５８は、プリズムアレイ５７によってテレセントリックに変換された線状のレーザ光が入射するレーザ光入射面５８１（入射面）と、レーザ光入射面５８１に隣接し、複数の反射面によりレーザ光入射面５８１から入射した線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換するレーザ光反射面５５（面状反射面）と、レーザ光反射面５５によって面状に変換されたレーザ光を出射するレーザ光出射面５６（出射面）とを有する。【０１１８】
ひとつ目のスペックルノイズ除去方法として、プリズムアレイ５７を導光板５８と別体化して、プリズムアレイ５７をプリズムアレイ５７の長手方向（図２８の矢印Ｙ４に示す方向）にプリズムアレイ５７のピッチＰ５以上の間隔で振動させることで、スペックルノイズを低減させることが可能である。【０１１９】
前述の通り、プリズムアレイ５７の各プリズムはピッチＰ５の間隔で配置されている。そのため、プリズムアレイ５７をピッチＰ５以上に長手方向に振動させることで、実施の形態２の導光棒３４と同じく、プリズムアレイ５７を透過したレーザ光は、プリズムアレイ５７のピッチＰ５の幅を有する微小領域の中を水平シフトで走査することになる。こうすることで、スペックルパターンが時系列で変動するために、スペックルノイズを消すことができ、さらなる輝度の均一化も同時に成される。なお、この場合、液晶バックライト装置３０２は、プリズムアレイ５７をピッチＰ５以上に長手方向に振動させる駆動部をさらに備える。【０１２０】
もうひとつのスペックルノイズ除去方法として、自由曲面ミラー５２を、自由曲面ミラー５２に入射するレーザ光の入射方向（光軸）に対して垂直な方向（図２８の矢印Ｙ５に示す方向）に、レーザ光の伝搬平面内で振動させることで、スペックルノイズを低減することが可能になる。自由曲面ミラー５２を光軸に垂直な方向に振動させることで、自由曲面ミラー５２で反射する方向を変動させることが可能になる。それにより、導光板５８内でのレーザ光の伝搬方向が時系列で変動することになりスペックルパターンが時系列で変動するため、スペックルノイズが視認されなくなる。なお、この場合、液晶バックライト装置３０２は、自由曲面ミラー５２を光軸に垂直な方向に振動させる駆動部をさらに備える。このスペックルノイズ除去方法は、もちろんプリズムアレイ５７を別体にしなくても効果がある。【０１２１】
なお、本実施の形態３においても、導光板５４のレーザ光反射面５５の頂点の位置、及びレーザ光反射面５５を形成する三角プリズムアレイのピッチは実施の形態１及び２と同様であるので、本実施の形態３における改めての説明は省略する。【０１２２】
なお、本実施の形態３においても、導光板５４又は５８に実施の形態１の導光板１４の第四側面１７と同じ形状を持たせることで、実施の形態１と同様の効果が期待できることは言うまでもない。すなわち、導光板５４又は５８は、導光板５４又は５８のレーザ光入射面に対向する位置に、レーザ光反射面５５側又はレーザ光出射面５６側に表面を傾けた反射面を設けてもよい。【０１２３】
なお、本実施の形態３においても、実施の形態１における第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０を適用することが可能であり、実施の形態１と同様に拡散角α及び間隔ｋを設定し、スペックルノイズ対策を行うことができるのは言うまでもない。【０１２４】
なお、本実施の形態３においても、実施の形態２における導光板３３のレーザ光入射面４１に形成されたシリンドリカルレンズアレイのように、導光板５８のレーザ光入射面５８１にシリンドリカルレンズアレイを形成ことにより、拡散板の枚数を減らすことが可能である。また、実施の形態２における導光板３３のレーザ光出射面３９に形成されたシリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイのように、導光板５４又は５８のレーザ光出射面５４１にシリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイを形成することにより、拡散板の枚数を減らすことが可能である。【０１２５】
（実施の形態４）
図２９は、本発明の実施の形態４における液晶ディスプレイの構成を示す図である。本実施の形態４における液晶ディスプレイは、液晶バックライト装置４０１、液晶パネル５９、第一の偏光フィルタ６０、カラーフィルタ６４及び第二の偏光フィルタ６３から構成されている。液晶バックライト装置４０１は、レーザ光源６１、ファイバ６２、コリメータレンズ２、導光板３、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０を備える。液晶バックライト装置４０１は、レーザ光源１に替えてレーザ光源６１及びファイバ６２を備える以外は、実施の形態１の液晶バックライト装置１０１と同じ構成である。【０１２６】
ここで、本実施の形態４における液晶ディスプレイの動作の仕組みについて説明する。レーザ光源６１から出射されたレーザ光は、ファイバ６２にカップリングされて、導光板３近傍まで導光される。なお、レーザ光源６１は、Ｒ，Ｇ及びＢの各色のレーザ光を混合したレーザ光を出射する。ファイバ６２から出射したレーザ光はコリメータレンズ２によって略平行光に変換される。略平行光に変換されたレーザ光は、図示しない偏光ビームスプリッタ、１／２波長板及びリデューサにより偏光方向が揃えられた後、導光板３に入射する。導光板３に入射されたレーザ光は、実施の形態１にて説明した通り、第二側面５と第三側面６とで反射されて二次元に変換された後、出射する。【０１２７】
導光板３から出射したレーザ光は、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０を透過後、第一の偏光フィルタ６０を透過する。第一の偏光フィルタ６０は、所定の偏光方向の光のみを透過させる。その後、第一の偏光フィルタ６０を透過したレーザ光は、液晶パネル５９を透過した後、カラーフィルタ６４を透過する。液晶パネル５９は、入射したレーザ光を画素毎に所定の光量で透過する。液晶パネル５９は、レーザ光の光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子の一例である。カラーフィルタ６４は、入射したレーザ光のＲ、Ｇ及びＢの各色に該当する箇所を透過させる。カラーフィルタ６４を透過したレーザ光は、第一の偏光フィルタ６０とクロスニコルに配置した第二の偏光フィルタ６３を透過する。このようにして、所望の画像が得られる。【０１２８】
本液晶ディスプレイは、実施の形態１で説明した液晶バックライト装置を用いており、部品点数も少なく、きわめて薄く、軽くすることが出来る。そのため、本実施の形態４の様にレーザ光源６１を液晶ディスプレイ本体から別体とすることで、液晶ディスプレイ自体を非常に軽量にできるため、液晶ディスプレイを壁に掛けることも可能になるという利便性も併せ持つ。【０１２９】
なお、本実施の形態４における液晶ディスプレイは、実施の形態１における液晶バックライト装置を備えているが、本発明は特にこれに限定されず、実施の形態２及び実施の形態３における液晶バックライト装置を備えてもよい。【０１３０】
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。【０１３１】
本発明の一局面に係る液晶バックライト装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を線状に変換し、線状に変換したレーザ光を面状に変換して出射する導光部とを備え、前記導光部は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面により前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換する面状反射面を有する導光板を含む。【０１３２】
この構成によれば、導光部によって、レーザ光源からのレーザ光が線状に変換されるとともに、線状に変換されたレーザ光が面状に変換されて出射される。そして、導光板に設けられた面状反射面によって、線状に変換されたレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面によりレーザ光を反射させることで、レーザ光が面状に変換されるので、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる。【０１３３】
なお、面状反射面は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面によりレーザ光を全反射させてもよい。また、面状反射面は、線状に変換したレーザ光の入射方向に垂直な方向に沿って前記レーザ光を複数に分割した場合に、分割した各レーザ光を複数の反射面により反射させてもよい。【０１３４】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光部は、前記レーザ光が入射する入射面と、前記入射面に隣接し、前記入射面から入射した前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する線状反射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板を含み、前記面状反射面は、前記入射面及び前記線状反射面に隣接し、前記複数の反射面により前記線状反射面によって線状に変換された前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することが好ましい。【０１３５】
この構成によれば、レーザ光源からのレーザ光は、導光板の入射面に入射する。入射面から入射したレーザ光は、入射面に隣接する線状反射面によって線状に変換され、線状反射面により線状に変換されたレーザ光は、入射面及び線状反射面に隣接する面状反射面によって面状に変換される。そして、面状反射面によって面状に変換されたレーザ光は、出射面から出射する。【０１３６】
したがって、光量損失を、入射面及び出射面における表面反射と、導光板内での吸収とに抑えることができる。また、複数のハーフミラーで反射させるのではなく、線状のレーザ光を面状反射面で反射させるので、輝度を均一にすることができる。【０１３７】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光が入射する入射面と、前記入射面に隣接し、前記入射面から入射した前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する線状反射面と、前記入射面に隣接すると共に前記線状反射面に対向し、前記線状反射面によって線状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光棒と、前記導光棒の前記出射面から出射した線状の前記レーザ光が入射する入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面から入射した線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することが好ましい。【０１３８】
この構成によれば、レーザ光源からのレーザ光は、導光棒の入射面に入射する。そして、入射面から入射したレーザ光は、入射面に隣接する線状反射面によって線状に変換され、線状に変換されたレーザ光は、入射面に隣接すると共に線状反射面に対向する出射面から出射する。その後、導光棒の出射面から出射した線状のレーザ光は、導光板の入射面に入射する。そして、前記面状反射面は、入射面から入射した線状のレーザ光は、入射面に隣接する面状反射面によって面状に変換される。そして、面状反射面によって面状に変換されたレーザ光は、出射面から出射する。【０１３９】
したがって、導光棒に入射してから出射するまでのレーザ光の光量損失を、導光棒の入射面及び導光棒の出射面における表面反射と、導光棒内での吸収とに抑えることができ、導光板に入射してから出射するまでのレーザ光の光量損失を、導光板の入射面及び導光板の出射面における表面反射と、導光板内での吸収とに抑えることができる。また、複数のハーフミラーで反射させるのではなく、線状のレーザ光を面状反射面で反射させるので、輝度を均一にすることができる。【０１４０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する自由曲面ミラーと、前記自由曲面ミラーによって線状に変換された前記レーザ光が入射し、入射した前記レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系が形成された入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面によってテレセントリックに変換された線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することが好ましい。【０１４１】
この構成によれば、レーザ光源からのレーザ光は、光を拡散反射させる自由曲面ミラーによって線状に変換される。そして、自由曲面ミラーによって線状に変換されたレーザ光は、レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系が形成された導光板の入射面に入射する。入射面によってテレセントリックに変換された線状のレーザ光は、入射面に隣接する面状反射面によって面状に変換される。そして、面状反射面によって面状に変換されたレーザ光は、出射面から出射する。【０１４２】
したがって、レーザ光の光量損失を、自由曲面ミラーにおける表面反射と、導光板の入射面及び導光板の出射面における表面反射と、導光板内での吸収とに抑えることができる。また、複数のハーフミラーで反射させるのではなく、線状のレーザ光を面状反射面で反射させるので、輝度を均一にすることができる。【０１４３】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する自由曲面ミラーと、前記自由曲面ミラーによって線状に変換された前記レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系と、前記変換光学系によってテレセントリックに変換された線状の前記レーザ光が入射する入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面から入射した線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することが好ましい。【０１４４】
この構成によれば、レーザ光源からのレーザ光は、光を拡散反射させる自由曲面ミラーによって線状に変換される。そして、自由曲面ミラーによって線状に変換されたレーザ光は、変換光学系によってテレセントリックに変換される。変換光学系によってテレセントリックに変換された線状のレーザ光は、導光板の入射面に入射する。入射面から入射した線状のレーザ光は、入射面に隣接する面状反射面によって面状に変換される。そして、面状反射面によって面状に変換されたレーザ光は、出射面から出射する。【０１４５】
したがって、レーザ光の光量損失を、自由曲面ミラーにおける表面反射と、変換光学系の入射面及び変換光学系の出射面における表面反射と、変換光学系内での吸収と、導光板の入射面及び導光板の出射面における表面反射と、導光板内での吸収とに抑えることができる。また、複数のハーフミラーで反射させるのではなく、線状のレーザ光を面状反射面で反射させるので、輝度を均一にすることができる。【０１４６】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板は、前記面状反射面に対向し、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面と、入射した線状のレーザ光を前記面状反射面又は前記出射面に向けて反射させる反射面とをさらに有することが好ましい。この構成によれば、入射した線状のレーザ光を面状反射面又は出射面に向けて反射させる反射面を導光板に設けることで、導光板の成形が容易になり、低コストで製造可能となる。【０１４７】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板に入射する前記レーザ光は、光軸に垂直な方向に振動していることが好ましい。この構成によれば、導光板の入射面に入射するレーザ光が、光軸に垂直な方向に振動するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。また、レーザ光源の径や出射角がばらついたり変動したりしても、面状に変換されたレーザ光のプロファイルの均一度に与える影響を軽減することができる。【０１４８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記面状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されることが好ましい。【０１４９】
この構成によれば、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されるので、面状反射面の断面は直線状ではなく曲線状となり、レーザ光のプロファイルを均一にし、輝度を均一にすることができる。【０１５０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板は、前記面状反射面に対向し、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面をさらに有し、前記面状反射面に入射する前記レーザ光が伝搬する方向の長さをＬ１とし、前記面状反射面と前記出射面と間の長さをＬ２とした時、前記面状反射面を構成する前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）ｍｍ以上であることが好ましい。【０１５１】
この構成によれば、面状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチを（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムにおいてレーザ光が垂直に反射する領域を拡げることができ、光利用効率を向上させることができる。【０１５２】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることが好ましい。【０１５３】
この構成によれば、導光板の出射面の近傍には、少なくとも二枚の拡散板が配置される。そして、導光板に最も近い第１の拡散板と、第１の拡散板の次に導光板に近い第２の拡散板との間隔を｛（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムを反射したレーザ光を確実にオーバラップさせることができ、さらに良好な画像を得ることができる。【０１５４】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記線状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されることが好ましい。【０１５５】
この構成によれば、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されるので、線状反射面の断面は直線状ではなく曲線状となり、レーザ光のプロファイルを均一にし、輝度を均一にすることができる。【０１５６】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記線状反射面の長手方向の長さをＬ３とし、前記入射面に入射するレーザ光の直径をＤとした時、前記線状反射面を構成する前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）ｍｍ以上であることが好ましい。【０１５７】
この構成によれば、線状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチを（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムにおいてレーザ光が垂直に反射する領域を拡げることができ、光利用効率を向上させることができる。【０１５８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることが好ましい。【０１５９】
この構成によれば、導光板の出射面の近傍には、少なくとも二枚の拡散板が配置される。そして、導光板に最も近い第１の拡散板と、第１の拡散板の次に導光板に近い第２の拡散板との間隔を｛（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムを反射したレーザ光を確実にオーバラップさせることができ、さらに良好な画像を得ることができる。【０１６０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記少なくとも二枚の拡散板のうちの少なくとも一枚の拡散板は、前記拡散板の面内で振動することが好ましい。この構成によれば、拡散板から出射するレーザ光が、光軸に垂直な方向に振動するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。【０１６１】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光棒は、前記入射面から入射したレーザ光を前記線状反射面又は前記出射面に向けて反射させる反射面をさらに含むことが好ましい。【０１６２】
この構成によれば、入射したレーザ光を線状反射面又は出射面に向けて反射させる反射面を導光棒に設けることで、導光棒の成形が容易になり、低コストで製造可能となる。【０１６３】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記線状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記線状反射面の長手方向の長さをＬ３とし、前記導光棒の前記入射面の前記レーザ光伝搬面内での幅をＷ１とした時、前記線状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上であることが好ましい。【０１６４】
この構成によれば、線状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチを（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムにおいてレーザ光が垂直に反射する領域を拡げることができ、光利用効率を向上させることができる。【０１６５】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光棒は、長手方向に（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上の振幅で振動することが好ましい。この構成によれば、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチの幅を有する微小領域の中を水平に走査するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。【０１６６】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることが好ましい。【０１６７】
この構成によれば、導光板の出射面の近傍には、少なくとも二枚の拡散板が配置される。そして、導光板に最も近い第１の拡散板と、第１の拡散板の次に導光板に近い第２の拡散板との間隔を｛（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムを反射したレーザ光を確実にオーバラップさせることができ、さらに良好な画像を得ることができる。【０１６８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板は、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面をさらに有し、前記導光棒の前記出射面及び前記導光板の前記入射面のいずれか一方は、シリンドリカルレンズアレイで構成されることが好ましい。【０１６９】
この構成によれば、シリンドリカルレンズアレイによりレーザ光を拡大させるので、導光板の出射面の近傍に配置する拡散板の数を減らすことができ、光利用効率を向上させることができる。【０１７０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面は、シリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイで構成されることが好ましい。【０１７１】
この構成によれば、シリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイによりレーザ光を拡大させるので、導光板の出射面の近傍に配置する拡散板の数を減らすことができ、光利用効率を向上させることができる。【０１７２】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記自由曲面ミラーの反射面は、８次以上の多項式で表されることが好ましい。この構成によれば、自由曲面ミラーの反射面は、８次以上の多項式により表されるので、レーザ光のプロファイルを均一にし、輝度を均一にすることができる。【０１７３】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記自由曲面ミラーは、前記自由曲面ミラーに入射するレーザ光の光軸方向に対して垂直な方向に振動することが好ましい。この構成によれば、導光板に入射するレーザ光が、光軸に垂直な方向に振動するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。【０１７４】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記変換光学系は、三角プリズムアレイで構成されていることが好ましい。この構成によれば、自由曲面ミラーと変換光学系との距離を短縮することができ、液晶バックライト装置の小型化を実現することができる。【０１７５】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記変換光学系は、三角プリズムアレイとフレネルレンズとの複合体で構成されていることが好ましい。この構成によれば、自由曲面ミラーと変換光学系との距離をさらに短縮することができ、液晶バックライト装置のさらなる小型化を実現することができる。【０１７６】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記入射面の長手方向の長さをＬ４とし、前記自由曲面ミラーから前記変換光学系までの距離をＬ５とした時、前記変換光学系を構成する前記三角プリズムアレイのピッチは、（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上であることが好ましい。【０１７７】
この構成によれば、変換光学系を構成する三角プリズムアレイのピッチを（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズムにおいてレーザ光が垂直に反射する領域を拡げることができ、光利用効率を向上させることができる。【０１７８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記変換光学系は、前記変換光学系の長手方向に振動することが好ましい。【０１７９】
この構成によれば、変換光学系を長手方向に振動させることにより、導光板から出射するレーザ光が、光軸に垂直な方向に振動するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。【０１８０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記入射面の長手方向の長さをＬ４とし、前記自由曲面ミラーから前記変換光学系までの距離をＬ５とした時、前記変換光学系は、前記変換光学系の一次元長手方向に（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上の振幅で振動することが好ましい。【０１８１】
この構成によれば、三角プリズムアレイのピッチの幅を有する微小領域の中を水平に走査するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。【０１８２】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面の近傍に配置する少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ４÷Ｌ５）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることが好ましい。【０１８３】
この構成によれば、導光板の出射面の近傍には、少なくとも二枚の拡散板が配置される。そして、導光板に最も近い第１の拡散板と、第１の拡散板の次に導光板に近い第２の拡散板との間隔を｛（０．０１×Ｌ４÷Ｌ５）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズムを反射したレーザ光を確実にオーバラップさせることができ、さらに良好な画像を得ることができる。【０１８４】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記入射面は、シリンドリカルレンズアレイで構成されることが好ましい。【０１８５】
この構成によれば、シリンドリカルレンズアレイによりレーザ光を拡大させるので、導光板の出射面の近傍に配置する拡散板の数を減らすことができ、光利用効率を向上させることができる。【０１８６】
また、上記の液晶バックライト装置において、レーザ光源から出射されたレーザ光は、線状に変換される前に略平行光に変換されることが好ましい。この構成によれば、導光板内での光量ロスを減少させることができ、液晶バックライト装置の小型化を実現することができる。【０１８７】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記レーザ光源から出射されるレーザ光は、線状に変換される前に偏光方向を揃えることが好ましい。この構成によれば、偏光方向の揃ったレーザ光を用いることで、光量損失を極めて少なくすることができ、光利用効率を向上させることができる。【０１８８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記レーザ光源は、ファイバ光源であることが好ましい。この構成によれば、光源からのレーザ光がファイバにより導光されるので、光源をディスプレイから離して設け、ディスプレイを小型化することができる。【０１８９】
本発明の他の局面に係る液晶ディスプレイは、上記のいずれかに記載の液晶バックライト装置と、前記液晶バックライト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。【０１９０】
この構成によれば、導光板に設けられた面状反射面によって、入射した線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光が面状に変換されるので、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる液晶ディスプレイを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本発明にかかる液晶バックライト装置及び液晶ディスプレイは、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる液晶ディスプレイを提供することができ、主にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の光源を用いた液晶バックライト装置、及び当該液晶バックライト装置を用いた液晶ディスプレイとして有用である。また、本発明にかかる液晶バックライト装置及び液晶ディスプレイは、液晶テレビ等に利用することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2009011122.tif 000033
【図２８】
2009011122.tif 000034
【図２９】
2009011122.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月6日(2009.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項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のレーザ光を略垂直方向に折り返すことで線状に変換し、かつ線状に変換したレーザ光を面状に変換して出射する導光部とを備え、
前記レーザ光は、前記導光部に対して略平行光で入射し、
前記導光部は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面により前記レーザ光を略垂直方向に反射させることで、前記レーザ光を面状に変換する面状反射面を有する導光板を含むことを特徴とする液晶バックライト装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月12日(2010.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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のレーザ光を略垂直方向に折り返すことで線状に変換し、かつ線状に変換したレーザ光を面状に変換して出射する導光部とを備え、
前記レーザ光は、前記導光部に対して略平行光で入射し、
前記導光部は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面により前記レーザ光を略垂直方向に反射させることで、前記レーザ光を面状に変換する面状反射面を有する導光板を含むことを特徴とする液晶バックライト装置。
【請求項２】
前記導光部は、前記レーザ光が入射する入射面と、前記入射面に隣接し、前記入射面から入射した前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する線状反射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板を含み、
前記面状反射面は、前記入射面及び前記線状反射面に隣接し、前記複数の反射面により前記線状反射面によって線状に変換された前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することを特徴とする請求項１記載の液晶バックライト装置。
【請求項３】
前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光が入射する入射面と、前記入射面に隣接し、前記入射面から入射した前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する線状反射面と、前記入射面に隣接すると共に前記線状反射面に対向し、前記線状反射面によって線状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光棒と、
前記導光棒の前記出射面から出射した線状の前記レーザ光が入射する入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、
前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面から入射した線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することを特徴とする請求項１記載の液晶バックライト装置。
【請求項４】
前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する自由曲面ミラーと、
前記自由曲面ミラーによって線状に変換された前記レーザ光が入射し、入射した前記レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系が形成された入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、
前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面によってテレセントリックに変換された線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することを特徴とする請求項１記載の液晶バックライト装置。
【請求項５】
前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する自由曲面ミラーと、
前記自由曲面ミラーによって線状に変換された前記レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系と、
前記変換光学系によってテレセントリックに変換された線状の前記レーザ光が入射する入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、
前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面から入射した線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することを特徴とする請求項１記載の液晶バックライト装置。
【請求項６】
前記導光板は、前記面状反射面に対向し、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面と、入射した線状のレーザ光を前記面状反射面又は前記出射面に向けて反射させる反射面とをさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶バックライト装置。
【請求項７】
前記導光板に入射する前記レーザ光は、光軸に垂直な方向に振動していることを特徴とする請求項１又は２記載の液晶バックライト装置。
【請求項８】
前記面状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の液晶バックライト装置。
【請求項９】
前記導光板は、前記面状反射面に対向し、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面をさらに有し、
前記面状反射面に入射する前記レーザ光が伝搬する方向の長さをＬ１とし、前記面状反射面と前記出射面と間の長さをＬ２とした時、前記面状反射面を構成する前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項８記載の液晶バックライト装置。
【請求項１０】
前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、
前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９記載の液晶バックライト装置。
【請求項１１】
前記線状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されることを特徴とする請求項２又は３記載の液晶バックライト装置。
【請求項１２】
前記線状反射面の長手方向の長さをＬ３とし、前記入射面に入射するレーザ光の直径をＤとした時、前記線状反射面を構成する前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１１記載の液晶バックライト装置。
【請求項１３】
前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、
前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１２記載の液晶バックライト装置。
【請求項１４】
前記少なくとも二枚の拡散板のうちの少なくとも一枚の拡散板は、前記拡散板の面内で振動することを特徴とする請求項１０又は１３記載の液晶バックライト装置。
【請求項１５】
前記導光棒は、前記入射面から入射したレーザ光を前記線状反射面又は前記出射面に向けて反射させる反射面をさらに含むことを特徴とする請求項３記載の液晶バックライト装置。
【請求項１６】
前記線状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、
前記線状反射面の長手方向の長さをＬ３とし、前記導光棒の前記入射面の前記レーザ光伝搬面内での幅をＷ１とした時、前記線状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の液晶バックライト装置。
【請求項１７】
前記導光棒は、長手方向に（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上の振幅で振動することを特徴とする請求項１６記載の液晶バックライト装置。
【請求項１８】
前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、
前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１６記載の液晶バックライト装置。
【請求項１９】
前記導光棒の前記出射面及び前記導光板の前記入射面のいずれか一方は、シリンドリカルレンズアレイで構成されることを特徴とする請求項３記載の液晶バックライト装置。
【請求項２０】
前記導光板は、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面をさらに有し、
前記導光板の前記出射面は、シリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の液晶バックライト装置。
【請求項２１】
前記自由曲面ミラーの反射面は、８次以上の多項式で表されることを特徴とする請求項４又は５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２２】
前記自由曲面ミラーは、前記自由曲面ミラーに入射するレーザ光の光軸方向に対して垂直な方向に振動することを特徴とする請求項４又は５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２３】
前記変換光学系は、三角プリズムアレイで構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２４】
前記変換光学系は、三角プリズムアレイとフレネルレンズとの複合体で構成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２５】
前記導光板の前記入射面の長手方向の長さをＬ４とし、前記自由曲面ミラーから前記変換光学系までの距離をＬ５とした時、前記変換光学系を構成する前記三角プリズムアレイのピッチは、（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２４に記載の液晶バックライト装置。
【請求項２６】
前記変換光学系は、前記変換光学系の長手方向に振動することを特徴とする請求項５記載の液晶バックライト装置。
【請求項２７】
前記導光板の前記入射面の長手方向の長さをＬ４とし、前記自由曲面ミラーから前記変換光学系までの距離をＬ５とした時、前記変換光学系は、前記変換光学系の一次元長手方向に（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上の振幅で振動することを特徴とする請求項２６記載の液晶バックライト装置。
【請求項２８】
前記導光板の前記出射面の近傍に配置する少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、
前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ４÷Ｌ５）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２６に記載の液晶バックライト装置。
【請求項２９】
前記導光板の前記入射面は、シリンドリカルレンズアレイで構成されることを特徴とする請求項５記載の液晶バックライト装置。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれかに記載の液晶バックライト装置と、
前記液晶バックライト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ディスプレイ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の光源を用いた液晶バックライト装置、及び当該液晶バックライト装置を用いた液晶ディスプレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
表示装置には、有機発光表示装置及びプラズマ表示装置等の自ら発光することができる発光型表示装置と、液晶表示装置等の自ら発光することができず、別の光源を必要とする受光型表示装置とがある。
【０００３】
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。このような液晶表示装置では、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。この際使用される光は、別途具備された人工のバックライト光源からの光が使われることが一般的である。
【０００４】
液晶表示装置用のバックライト光源としては、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、バックライト光源としては、導光板側面から入射させられたＣＣＦＬの光を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エッジライト型バックライト光源や、ＣＣＦＬを液晶パネル背面に複数本配列し、拡散板を通して液晶パネルを直接照射する直下型バックライト光源が一般的である。
【０００５】
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）やレーザを用いた画像表示装置の開発が進められている。特にレーザは、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。
【０００６】
一方で、液晶テレビを簡便に、また薄型に構成するために、一般にはライトボックスや導光板が用いられている。このライトボックスや導光板を用いたバックライト装置として、特許文献１や特許文献２に上げられる様な構成が提案されている。
【０００７】
例えば特許文献１では、レーザ光の単色性、偏光及び直進性を利用して、レーザ光をホログラムミラーで線状に反射してライトボックス内に入射させ、ハーフミラーアレイで平面状に照射する系が提案されている。また、特許文献２では、導光板の左右に光源をアレイ状に配置し、導光板底面に設けた三角形状の溝により、光を平面状に照射する系が提案されている。これらの系では光源に偏光方向の揃ったレーザ光を用いた場合、偏光を維持することで、無偏光の場合と比較して、光利用効率の高いバックライトを構成できるという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１６９４８０号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に挙げた様なホログラムミラーを用いてレーザ光を反射させた系では、レーザ光源として例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色を用いた場合、色毎にホログラムミラーでの反射方向が違うことで、最終的に導光板から出射される光の分布に色ムラが生じる可能性がある。また、平面のホログラムミラーで反射されたレーザ光の光量分布は、レーザ光のプロファイルをそのまま反映することになる。例えばガウシアン形状の光量分布を有するレーザ光であれば、導光板中央部の輝度が上昇することになり、不均一な輝度しか得られなくなり、都合が悪い。
【００１０】
また、一般にホログラムミラーの反射率は波長によっては回折効率が低く、どうしても光量ロスが生じる。さらにはレーザ光を二次元に立ち上げる構成にハーフミラーが用いられていることから、ハーフミラーの反射率誤差が輝度分布に反映される。さらには各ハーフミラーで反射されたレーザ光の分布にも、そのまま光源の光量分布が反映されることになり、ハーフミラーのピッチで、光源プロファイルの輝度ムラが生じることになる。また、大面積を薄型に照射する場合には透過特性を微妙に違えた多数のハーフミラーが必要になり、製造上非常に困難で高コストになる等、課題が山積しており、現実性が極めて乏しい。
【００１１】
また、特許文献２に挙げたような導光板側面に光源をアレイ状に配置する系でも、やはり光源のプロファイルがそのまま導光板内で反映され、複数の光源のプロファイルが足し合わせられたような輝度ムラが生じることになる。また、特許文献２の光源としてレーザを用いた場合は、その直進性から、導光板に入射したレーザ光はそのまま入射した側の導光板側面の逆側の側面に到達してしまい、当該側面から透過して損失してしまう。もしくは反射部材等で折り返した場合でも、水平に伝播するレーザ光はそのまま反射しながら長距離を伝搬し続け、導光板の吸収により光量ロスとなる。逆に導光板入口付近で拡げて入射した場合には、入口付近の輝度が上昇してしまい、輝度ムラとなってしまう等、この系でも問題点を多くはらんでいる。
【００１２】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる液晶バックライト装置及び液晶ディスプレイを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一局面に係る液晶バックライト装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を線状に変換し、線状に変換したレーザ光を面状に変換して出射する導光部とを備え、前記導光部は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面により前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換する面状反射面を有する導光板を含む。
【００１４】
本発明の他の局面に係る液晶ディスプレイは、上記の液晶バックライト装置と、前記液晶バックライト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。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、導光板に設けられた面状反射面によって、入射した線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光が面状に変換されるので、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の導光板の第二側面の一部を拡大した図である。
【図４】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の導光板の第三側面の一部を拡大した図である。
【図５】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置にファイバ光源を用いた例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１の変形例における液晶バックライト装置の導光板の断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１の変形例における液晶バックライト装置の導光板の第三側面の一部を拡大した図である。
【図８】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の導光板の第三側面をさらに拡大した図である。
【図９】本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の導光板の第二側面をさらに拡大した図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における拡散板の配置について説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第１の方法を説明するための概念図である。
【図１２】本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第２の方法を説明するための概念図である。
【図１３】本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第３の方法を説明するための概念図である。
【図１４】本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第４の方法を説明するための概念図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における液晶バックライト装置の構成を示す正面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２の変形例における液晶バックライト装置の導光棒の構成を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態２の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す正面図である。
【図１９】本発明の実施の形態２の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２のさらに別の変形例における導光棒のレーザ光反射面を拡大した図である。
【図２１】本発明の実施の形態２におけるスペックルノイズを除去する方法を説明するための概念図である。
【図２２】本発明の実施の形態３における液晶バックライト装置の構成を示す正面図である。
【図２３】本発明の実施の形態３における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。
【図２４】本発明の実施の形態３における自由曲面ミラーについて説明するための図である。
【図２５】本発明の実施の形態３におけるプリズムアレイについて説明するための概念図である。
【図２６】本発明の実施の形態３の変形例における液晶バックライト装置の導光板の構成を示す図である。
【図２７】本発明の実施の形態３におけるプリズムアレイのピッチを説明するための図である。
【図２８】本発明の実施の形態３の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す図である。
【図２９】本発明の実施の形態４における液晶ディスプレイの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の構成を示す正面図であり、図２は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。なお、図２は、図１に示す液晶バックライト装置をレーザ光源側から見た図である。本実施の形態１における液晶バックライト装置１０１は、レーザ光源１、コリメータレンズ２及び導光板３のわずか三点から構成されている。
【００１９】
ここで、本実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の動作の仕組みに関して説明する。レーザ光源１から出射されたレーザ光は、まずコリメータレンズ２にて略平行光に変換される。略平行に変換されたレーザ光は、導光板３の第一側面４から導光板３の内部に入射される。レーザ光は、導光板３の第一側面４の端部から導光板３の内部に入射する。導光板３の内部に入射されたレーザ光は、第一側面４に隣接する第二側面５に到達する。第二側面５は、所定の曲線上に三角プリズムアレイが構成されている。
【００２０】
図３は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の導光板３の第二側面５の一部を拡大した図である。三角プリズムアレイのピッチをＰ１とし、各三角プリズムの第一側面４側の斜面５ａが光軸方向５ｂとなす角度をθ１とする。角度θ１を４５°とすると、各三角プリズムに到着したレーザ光は、到着した各三角プリズムの斜面で次々に９０°の角度で反射され、線状に変換される。各三角プリズムの頂点５ｃの位置は、第一側面４と第二側面５との交点に最も近い三角プリズムの頂点を原点として、使用するレーザ光源のプロファイルに応じて、２次項以上の多項式（１）の線上で表現する。すなわち、第二側面５の三角プリズムアレイを構成する各三角プリズムの導光板３側の頂点５ｃを結ぶ点列は、下記の（１）式に示す２次以上の多項式で表される。
【００２１】
【数１】
2009011122.tif 000036
【００２２】
ここで、ｎは多項式の次数であり、Ａｎは各次の係数であり、第一側面４と第二側面５との交点を原点とした時のレーザ光の進行方向をＸ軸としている。この多項式の係数Ａｎに、光源のプロファイルに依存した適当な数値が入力されることで、三角プリズムで反射して線状になったレーザ光のプロファイルを略均一にすることができる。
【００２３】
一般に、ｎ＝１の一次式では、第二側面５は曲面ではなく直線になる。この場合、均一に線状に変換されるには、第一側面４に入射するレーザ光は、均一なトップハット形状である必要がある。しかしながら、理想的なトップハット形状を得る事は難しく、またある程度の距離を進んだレーザ光は、回折により両端がなだらかな形状を持つため、理想的なトップハット形状を維持し続けることは出来ない。そのため、第二側面５の断面の形状、すなわち、第二側面５の各三角プリズムの頂点を結ぶ線の形状は一次式では不十分で、２次式以上の多項式が必要となる。
【００２４】
第二側面５で全反射したレーザ光は、一部が導光板表面７で全反射しながら導光板３の中を長手方向に略平行に伝搬し、第一側面４と第二側面５に隣接する第三側面６で全反射し導光板表面７から略垂直に出射する。第三側面６も、所定の位置から三角プリズムアレイが所定の曲線上に構成されている。
【００２５】
図４は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の導光板３の第三側面６の一部を拡大した図である。三角プリズムアレイのピッチをＰ２とし、各三角プリズムの第二側面５側の斜面６ａが光軸方向６ｂとなす角度をθ２とする。角度θ２を４５°とすると、各三角プリズムに到着したレーザ光は、到着した各三角プリズムの斜面で次々に９０°の角度で反射され、面状に変換される。各三角プリズムの頂点６ｃの位置は、第三側面６内で最も第二側面５に近い側の三角プリズムの頂点を原点として、導光板表面７から均一に出射される様に、２次項以上の多項式（２）の線上で表現する。すなわち、第三側面６の三角プリズムアレイを構成する各三角プリズムの導光板３側の頂点６ｃを結ぶ点列は、下記の（２）式に示す２次以上の多項式で表される。
【００２６】
【数２】
2009011122.tif 000037
【００２７】
ここで、ｎは多項式の次数であり、Ｂｎは各次の係数であり、第三側面６内で最も第二側面５に近い側の三角プリズムの頂点を原点とした時のレーザ光の進行方向をＹ軸としている。この多項式の係数Ｂｎに、光源のプロファイルに依存した適当な数値が入力されることで、三角プリズムで反射して面状になったレーザ光のプロファイルを略均一にすることができる。第三側面６の断面の形状、すなわち、第二側面５の各三角プリズムの頂点を結ぶ線の形状も、第二側面５の断面の形状と同じ理由で、２次式以上の多項式が必要となる。
【００２８】
なお、線状のレーザ光とは、光源から出射されたレーザ光に対し、照明したい２次元領域の縦方向及び横方向のいずれか一方の大きさまで拡大したレーザ光のことを言い、面状のレーザ光とは、線状に拡大したレーザ光に対してさらに所定の方向に拡大することで、照明したい２次元領域まで拡大したレーザ光のことを言う。
【００２９】
また、本実施の形態において、第三側面６が面状反射面の一例に相当し、導光板表面７が導光板の出射面の一例に相当し、第一側面４が導光板の入射面の一例に相当し、第二側面５が導光板の線状反射面の一例に相当する。
【００３０】
さらに、本実施の形態において、導光板３が導光部の一例に相当する。導光板３は、レーザ光が入射する第一側面４（入射面）と、第一側面４に隣接し、第一側面４から入射したレーザ光を反射させることで、レーザ光を線状に変換する第二側面５（線状反射面）と、第一側面４及び第二側面５に隣接し、複数の反射面により第二側面５によって線状に変換されたレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換する第三側面６（面状反射面）と、第三側面６によって面状に変換されたレーザ光を出射する導光板表面７（出射面）とを有する。
【００３１】
レーザ光源１として例えば半導体レーザを用いた場合、レーザ光源１から出射されたレーザ光の偏光方向は揃っている。しかしながら、レーザ光源１として、例えば遠方の光源にて発せられたレーザ光をファイバにて導光するファイバ光源を用いる場合、ファイバから出射されたレーザ光の偏光方向はランダムになっている。
【００３２】
図５は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置にファイバ光源を用いた例を示す図である。この場合、例えば図５に示す通り、液晶バックライト装置は、図１のレーザ光源１及びコリメータレンズ２に替えて、ファイバ光源８、コリメータレンズ９、偏光ビームスプリッタ１０、１／２波長板１１、ミラー１２及びリデューサ１３を備える。
【００３３】
ファイバ光源８から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ９で略平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１０でＰ偏光とＳ偏光とに分離される。偏光ビームスプリッタ１０は、入射したレーザ光のＳ偏光成分を反射し、Ｐ偏光成分を透過する。その後、偏光ビームスプリッタ１０で反射したＳ偏光成分はミラー１２で折り返し、偏光ビームスプリッタ１０で透過したＰ偏光成分は、１／２波長板１１で偏光方向を９０°回転させる。分離したレーザ光の偏光方向を同じにした状態で、リデューサ１３によりビーム径を小径化する。これにより、光源にファイバ光源を用いたとしても偏光方向の揃った略平行のレーザ光を得ることができる。
【００３４】
本実施の形態１における液晶バックライト装置１０１を採用する効果として、以下が挙げられる。ひとつ目は、構成部材が非常に少なく、光利用効率が高くかつ安価ということである。最小構成部材は、レーザ光源１、コリメータレンズ２及び導光板３の三点である。光源としてレーザ光源を用いたこと、及び導光板３の第二側面５に線状反射機能を持たせたことで、単一光源でありながら、特許文献１に見られたような、ホログラムミラーを持たせる必要が無くなったため、光利用効率を高くし、かつ安価に構成することが可能になった。
【００３５】
特許文献１に見られるようなホログラムミラーを反射体に持たせると、ホログラムミラーでの回折効率から光量ロスが生じる。しかしながら、本実施の形態１では、光量ロスは導光板３への入口（第一側面４）と出口（導光板表面７）とにおける表面反射と、導光板３内部での吸収のみであり、特許文献１におけるホログラムミラーでの反射損失や各ハーフミラーでの透過損失と比較して格段に小さい。
【００３６】
本実施の形態１における系は、導光板を用いる系としては光量損失を導光板の入口及び出口での表面反射と、導光板内部での吸収のみという、最も光量損失を抑えた系の一つと考えられる。表面反射も、通常は一面あたり３．５％程度の光量損失であるが、コーティングを施すことで、１％程度まで低減することができる。また、内部吸収による光量損失も、レーザを光源に用い、さらには略平行にして入射しているため、その直進性から導光板内部での多重反射等が基本的に無く、長く伝搬したとしてもその伝搬距離は導光板表面７の長辺と短辺との和以下である。そのため、本実施の形態１は、内部吸収による光量損失がもっとも少ない系を実現している。
【００３７】
また、本実施の形態１では、レーザ光が導光板３に第一側面４から入射してから、導光板表面７から出射するまで、基本的には９０°の反射しかないため、光源として偏光方向のそろったレーザ光を用いると、その偏光方向は維持されたまま、導光板表面７から出射される。そのため、液晶パネルでの光量損失が極めてすくなく、さらに光利用効率の高い系を実現している。
【００３８】
二つ目は、略平行な光源で、通常見られるガウシアン等のプロファイルの光源であれば、上記（１）式及び（２）式の係数Ａｎ及び係数Ｂｎに適当な数値を指定すれば、高い光利用効率を維持しながら均一な面状輝度分布を積極的に持たせることが可能であるということである。通常、二次元輝度分布を均一化させるためには、特許文献１のように、ハーフミラーを複数枚用いることや、特許文献２にあるように、導光板内で乱反射させることにより、均一化していた。
【００３９】
特許文献１のようにハーフミラーを複数枚用いると、先述の通り、各ハーフミラーで反射されたレーザ光の光量分布にも、そのまま光源の光量分布が反映されることになり、ハーフミラーのピッチで、光源プロファイルの色ムラが生じることになる。特許文献２のように導光板内で乱反射させると、結果的に均一にはなるが、レーザ光を光源として用いると、その直進性から、導光板に入射したレーザ光はそのまま入射した側の導光板側面の逆側端に到達してしまい、透過して損失してしまう。もしくは、反射部材等で折り返した場合でも、水平に伝播するレーザ光はそのまま反射しながら長距離を伝搬し続け、導光板の内部吸収により大きな光量ロスとなる。
【００４０】
本実施の形態１では、導光板内を導光する光を端から順に反射させることで均一化しているため、光源プロファイルに応じた光量ムラは原理的に発生せず、かつ導光板の端まで到達した光を何度も反射させたりしないので、吸収ロスが最小の系となり得る。すなわち、均一な輝度を積極的に確保しながら光量損失も最低限に抑えることが可能という大きな特徴を有している。
【００４１】
３つ目は、色ムラが発生しにくい系であるため、高画質という点である。特許文献１では、ホログラムミラーを用いているため、光源にＲ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）の各色を用いると、回折角がＲ、Ｇ及びＢ毎に異なるため、色ムラが生じることが考えられる。これに対し、本実施の形態１では、屈折しているのはコリメータレンズ２のみであり、コリメータレンズ２以降はすべて反射、もしくは垂直入射であるため、波長依存性はほとんど発生せず、色ムラのきわめて少ない光学系を構築することが出来る。
【００４２】
また、導光板を用いているため、きわめて薄型に液晶バックライト装置を構成できることは言うまでもない。
【００４３】
なお、第二側面５及び第三側面６における三角プリズムの配列形状は、頂点の座標に関して規定したが、もちろん三角プリズムの頂点以外の底辺両端のどちらかの底角に関して規定しても構わない。その場合の数式も上記の（１）式及び（２）式と同様に規定可能である。
【００４４】
なお、本実施の形態１では、第二側面５及び第三側面６におけるプリズムアレイのプリズム形状を三角プリズムとして説明したが、台形プリズムであっても同様の効果が得られるのは言うまでもなく、改めての説明は省略する。以下で三角プリズムを用いて説明する場合も同様である。
【００４５】
次に、本実施の形態１に関する導光板の他の形状に関して説明する。図６は、本発明の実施の形態１の変形例における液晶バックライト装置の導光板の断面図である。図６に示す導光板１４では、導光板１４の第二側面１５までは、図１に示す導光板３と同じ光路を経由するが、導光板１４では、第二側面１５で反射したレーザ光の一部は第三側面１６で反射し、他部は第四側面１７まで到達する。第四側面１７は、下向きに角度φ傾けてあり、レーザ光を反射するコートを施してある。こうすることで、第四側面１７まで到達したレーザ光を、第三側面１６に向けて反射させることになり、第四側面１７で反射して第三側面１６に到達したレーザ光は、第三側面１６の第四側面１７側の斜面で全反射して、導光板表面１８から出射させることが出来る。なお、本実施の形態の変形例における第四側面１７が導光板の反射面の一例に相当する。
【００４６】
図７は、本発明の実施の形態１の変形例における液晶バックライト装置の導光板１４の第三側面１６の一部を拡大した図である。図７において、第三側面１６の各三角プリズムの第四側面１７側の斜面１６ａが光軸方向１６ｂとなす角度をθ３とする。
【００４７】
この場合、図７に示す通り、第三側面１６の第四側面１７側の角度θ３は、第四側面１７の傾き角（第四側面１７と光軸に垂直な平面とがなす角度）をφとすると、（４５−φ）度とすることで、レーザ光を略垂直に導光板表面１８から出射させることが出来る。ただし、傾き角度φを大きくしすぎると、第三側面１６で全反射条件を満たさない場合がでるので、全反射条件を満たす条件で傾き角度φを選択する必要がある。もしくは、第三側面１６の表面に反射コートを設けて反射させることも可能である。また、各三角プリズムの頂点１６ｃの位置は、上記（２）式に示す２次項以上の多項式で表され、第四側面１７からの反射光の分も加味して多項式の係数Ｂｎを決めれば、上記と同様に均一な二次元輝度分布を得ることが可能である。
【００４８】
この構成により、導光板１４の加工がさらに簡便になるというメリットがある。即ち、射出成形で導光板を成形する場合、面内での厚さのばらつきが小さく、かつ極端に薄い場所もないため、加工が簡便になり、製造コストを下げることが可能になる。また、導光板１４の様に第四側面１７を傾けて一部を反射させ、かつ第三側面１６の形状を最適化することにより、レーザ光が導光板１４の第二側面１５側まで戻ることによるレーザ光の漏れによる光量ロスも防ぎ、二次元の輝度分布を均一に保つことももちろん可能である。
【００４９】
また、図６において、第四側面１７は第三側面１６に向けて下向きに傾けているが、導光板表面１８側に向けて上向きに傾けてもよい。この際、第四側面１７を反射したレーザ光は、導光板表面１８で全反射して、やがて第三側面１６に到達し、第三側面１６で反射させることで、導光板表面１８から出射させることが可能である。この場合、第四側面１７の傾き角度φをマイナスにとれば、第三側面１６の三角プリズムの第四側面１７側の角度θ３は（４５＋φ）度とすれば、レーザ光を略垂直に導光板表面１８から出射させることが可能である。
【００５０】
この場合、三角プリズムの頂点の位置は、上記（２）式に示す２次項以上の多項式で表され、先と同様に第四側面１７からの反射光の分も加味して多項式の係数Ｂｎを決めれば、上記と同様に均一な二次元輝度分布を得ることが可能である。さらには、第四側面１７を導光板表面１８側に向けて上向きに傾けることで、第四側面１７の傾きは射出成形時の抜き勾配と兼ねることもできるため、さらに導光板１４を非常に簡便に成形することが可能になり、コストも安価に抑えられるという利点も併せ持つ。
【００５１】
次に、実施の形態１における第三側面６を構成する三角プリズムアレイのピッチに関して詳しく説明する。図８は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の導光板３の第三側面６をさらに拡大した図である。
【００５２】
一般に、樹脂製品を成形により製作する場合、所望の形状を転写する金属型をまず製作することになる。図８に示すような三角プリズム形状を金型により製作する場合、先の尖ったダイヤモンドバイト等で金型を削ることにより三角プリズムの頂点を形成する。しかし、ダイヤモンドバイトも先が尖っているとは言えサブミクロンの曲率を持っており、さらには長距離を削る間にダイヤモンドバイトの先も数ミクロンまで丸くなってしまう。そのため、転写される樹脂の形状も頂点に数ミクロンの曲率を持つことになり、具体的には図８に示すように曲率Ｒ１は数ミクロンの曲率を持つことになる。この部分にレーザ光が照射されると、レーザ光は垂直には立ち上げられず、反射前の進行方向に傾いた方向に反射することになる。
【００５３】
一方で、略平行のレーザ光を三角プリズムの斜面で垂直に立ち上げるため、隣接する三角プリズムアレイのピッチＰ２が狭いと、一つのプリズムあたりでレーザ光が垂直に反射される領域Ｓ１が狭くなり、トータルとして垂直に反射される成分が少なくなる。そのため、ピッチＰ２はできるだけ広いほうがよい。
【００５４】
具体的には、導光板３の第三側面６の面状に照明する領域における第二側面５で反射したレーザ光が伝搬する方向の長さをＬ１（ｍｍ）とし、導光板３の第一側面４と第二側面５とが成す稜線の長さ、すなわち、第一側面４又は第二側面５の短手方向の長さをＬ２（ｍｍ）とした時（図２参照）、三角プリズムアレイのピッチＰ２は（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）ｍｍ以上とする。この場合、三角プリズムの頂点で反射する割合が無視できる範囲に小さく出来るため、より光利用効率の高い導光板を達成することが可能になる。例えばＬ１＝７００ｍｍとし、Ｌ２＝１０ｍｍとした時、三角プリズムアレイのピッチＰ２は０．７ｍｍ以上であることが要求される。この時、第三側面６で垂直方向に反射される割合は、全体の９７％以上になるため、光利用効率のロスもほとんど無視できる範囲に収まる。
【００５５】
同様のことは第二側面５に関しても当てはめることができる。図９は、本発明の実施の形態１における液晶バックライト装置１０１の導光板３の第二側面５をさらに拡大した図である。
【００５６】
図９に示すように、第二側面５を構成する三角プリズムの頂点の曲率Ｒ２は、数ミクロンの曲率を持つことになる。この部分にレーザ光が照射されると、レーザ光は垂直には立ち上げられず、反射前の進行方向に傾いた方向に反射することになる。一方で、略平行のレーザ光を三角プリズムの斜面で垂直に立ち上げるため、隣接する三角プリズムアレイのピッチＰ１が狭いと、一つのプリズムあたりでレーザ光が垂直に反射される領域Ｓ２が狭くなり、トータルとして垂直に反射される成分が少なくなる。そのため、ピッチＰ１はできるだけ広いほうがよい。
【００５７】
第三側面６の面状に照明する領域における第二側面５で反射したレーザ光が伝搬する方向の長さＬ１に該当するものが、第二側面５と第三側面６とが成す稜線の長さ、すなわち、第二側面５の長手方向の長さＬ３（ｍｍ）であり、第一側面４と第二側面５とが成す稜線の長さＬ２に該当するものが、第一側面４に入射するレーザ光のビーム径、すなわち、ＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ）の２倍の径Ｄ（ｍｍ）である（図１参照）。
【００５８】
この時、図９に示した第二側面５を形成する三角プリズムアレイのピッチＰ１は（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）ｍｍ以上と規定することができる。例えば、Ｌ３＝４００ｍｍとし、Ｄ＝１０ｍｍとした場合、三角プリズムアレイのピッチＰ１は０．４ｍｍ以上であることが要求される。この時、第二側面５で垂直に反射される割合は、同じく全体の９７％以上になるため、光利用効率のロスは無視できる範囲に収まる。この様に、三角プリズムアレイのピッチＰ１，Ｐ２を所定値以上に設定すると、光量ロスの無い系を実現できる。
【００５９】
なお、ピッチＰ１，Ｐ２の縞模様が視認される場合や、さらには視野角を拡大させる場合、拡散板を挿入してもよい。図１０は、本発明の実施の形態１における拡散板の配置について説明するための図である。図１０に示す通り、導光板表面７の上に第一の拡散板１９を挿入し、導光板表面７から出射したレーザ光を拡散させる。さらに、第一の拡散板１９からある間隔ｋ離した位置に第二の拡散板２０を配置することで、さらに輝度が均一でかつ視野角を画面全体に持たせることが可能になる。このとき、第一の拡散板１９の拡散角をαとすると、ピッチＰ２離れた位置のレーザ光が確実にオーバラップできる様に間隔ｋを決定するとさらによい。
【００６０】
すなわち、間隔ｋは、｛（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）÷ｔａｎα｝ｍｍと、｛（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）÷ｔａｎα｝ｍｍとのうちのいずれか大きい方以上あれば、縞のピッチをオーバラップさせることができ、さらに良好な画像が得られることになる。なお、Ｌ１は、導光板３の第三側面６の面状に照明する領域における第二側面５で反射したレーザ光が伝搬する方向の長さを表し（図２参照）、Ｌ２は、導光板３の第一側面４と第二側面５とが成す稜線の長さ、すなわち、第一側面４又は第二側面５の短手方向の長さを表し（図２参照）、Ｌ３は、第二側面５と第三側面６とが成す稜線の長さ、すなわち、第二側面５の長手方向の長さを表し、Ｄは、第一側面４に入射するレーザ光のビーム径を表している。
【００６１】
例えば、拡散角α＝３０°であれば、第一の拡散板１９と第二の拡散板２０との間には、１．２ｍｍ以上の空隙があれば良い事になる。なお、本構成は導光板３に関して説明したが、導光板１４に関しても同様な系を構築できることは言うまでも無い。なお、ここで拡散角αは、第一の拡散板１９を透過した後に光軸方向に進行するレーザ光の光密度が１／ｅ２になる角度で定義する。
【００６２】
次に、導光板３を用いた系でのスペックルノイズ対策に関して説明する。図１１は、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第１の方法を説明するための概念図である。
【００６３】
一般に、レーザを光源に用いた場合、その単色性からスペックルノイズと呼ばれる干渉によるギラツキが発生し、液晶ディスプレイとして鑑賞上の問題点となる。それに対して、例えば図１１に示す通り、コリメータレンズ２を第一側面４の面内長手方向（図１１中の矢印Ｙ１に示す方向）に振動させることで、第一側面４に入射するレーザ光を光軸に垂直な方向に振動させることができる。こうすることで、導光板表面７から出射されるレーザ光が振動することになり、時系列でスペックルパターンが変動することにより、スペックルノイズが除去されることになる。この場合、第二側面５の形状は、コリメータレンズ２の振動後の第二側面５からの照射パターンが均一になるように、多項式の係数Ａｎを選択しておけばよい。こうすることで、均一性を確保しながら簡便にスペックルノイズを除去することが可能になる。
【００６４】
また、図１１のように構成することで、光源プロファイルのばらつきや変動に対しても、均一性が変動し難いという利点もある。すなわち、レーザ光源１から出射されるレーザ光の拡がり角の個体ばらつきや変動によるコリメータレンズ２からの出射ビーム径のばらつきや変動、レーザ光源１の光源サイズの個体ばらつきや変動によるコリメータレンズ２からの出射ビームの拡がり角のばらつきや変動、及びコリメータレンズ２の焦点距離の個体ばらつきによるコリメータレンズ２からの出射ビーム径のばらつき等の要因は、導光板表面７から出射されるレーザ光の均一度に影響する。しかしながら、図１１のように構成することで、光源プロファイルが平均化されるため、均一度が悪化しにくくなる。なお、この場合、液晶バックライト装置１０１は、コリメータレンズ２を第一側面４の長手方向に振動させる駆動部をさらに備える。
【００６５】
次に、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第２の方法について説明する。図１２は、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第２の方法を説明するための概念図である。図１２に示す液晶バックライト装置は、レーザ光源１、コリメータレンズ２、導光板３及び三角プリズム２１を備える。
【００６６】
図１２では、コリメータレンズ２から出射したレーザ光は、三角プリズム２１に入射する。三角プリズム２１は、入射したレーザ光を９０°折り曲げ、折り曲げたレーザ光を導光板３に向けて出射している。このとき、三角プリズム２１を第一側面４に垂直な方向（図１２中の矢印Ｙ２の方向）に振動させることで、導光板３に入射するレーザ光の入射位置を振動させることができる。こうすることでも、図１１と同じく、スペックルノイズを抑制し、光源プロファイルのばらつきや変動がレーザ光の均一度に影響しにくい系を構築することができる。この場合も、第二側面５の形状は、三角プリズム２１の振動後の第二側面５からの出射パターンが均一になるように、多項式の係数Ａｎを選択すればよい。
【００６７】
続いて、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第３の方法について説明する。図１３は、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第３の方法を説明するための概念図である。図１３に示す液晶バックライト装置は、レーザ光源１、コリメータレンズ２、導光板３及びミラー２２ａ，２２ｂを備える。
【００６８】
図１３では、コリメータレンズ２から出射したレーザ光は、ミラー２２ｂに入射する。ミラー２２ｂは、入射したレーザ光を９０°折り曲げ、折り曲げたレーザ光をミラー２２ａに向けて出射している。ミラー２２ａは、入射したレーザ光を９０°折り曲げ、折り曲げたレーザ光を導光板３に向けて出射している。このとき、ミラー２２ａ，２２ｂを第一側面４の面内長手方向（図１３中の矢印Ｙ３に示す方向）に同期して振動させることで、導光板３に入射するレーザ光の入射位置を振動させることができる。こうすることでも、図１１及び図１２と同じく、スペックルノイズを抑制し、光源プロファイルのばらつきや変動がレーザ光の均一度に影響しにくい系を構築することができる。この場合も、第二側面５の形状は、ミラー２２ａ，２２ｂの振動後の第二側面５からの出射パターンが均一になるように、多項式の係数Ａｎを選択すればよい。なお、ここでは、ミラー２２ａ，２２ｂの両方を同期させて振動させているが、どちらか一方のみを振動させてもよい。
【００６９】
さらに、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第４の方法について説明する。図１４は、本発明の実施の形態１におけるスペックルノイズを除去する第４の方法を説明するための概念図である。
【００７０】
スペックルノイズを除去する第４の方法としては、図１４に示す通り、導光板表面７から出射したレーザ光に対して拡散させる第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０のうちの少なくとも一方を面内で振動させることによりスペックルノイズを確実に除去することが可能である。なお、この場合、液晶バックライト装置１０１は、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０のうちの少なくとも一方を面内で振動させる駆動部をさらに備える。なお、本構成については導光板３に関して説明したが、導光板１４に関しても同様な系を構築できることは言うまでも無い。
【００７１】
（実施の形態２）
図１５は、本発明の実施の形態２における液晶バックライト装置の構成を示す正面図であり、図１６は、本発明の実施の形態２における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。なお、図１６は、図１５に示す液晶バックライト装置をレーザ光源側から見た図である。本実施の形態２における液晶バックライト装置２０１は、レーザ光源３１、コリメータレンズ３２、導光板３３及び導光棒３４のわずか四点から構成されている。
【００７２】
ここで、本実施の形態２における液晶バックライト装置２０１の動作の仕組みに関して説明する。レーザ光源３１から出射されたレーザ光は、まずコリメータレンズ３２にて略平行光に変換される。略平行に変換されたレーザ光は、導光棒３４のレーザ光入射面３５から導光棒３４の内部に入射される。導光棒３４の内部に入射されたレーザ光は、一部が導光棒３４のレーザ光出射面３７で全反射されながら、レーザ光入射面３５と隣接するレーザ光反射面３６に到達する。
【００７３】
レーザ光反射面３６は、実施の形態１での第二側面５と同様に、所定の曲線上に三角プリズムアレイが構成されている。三角プリズムアレイを構成する各三角プリズムのレーザ光入射面３５側の斜面が光軸となす角度を４５°とすると、図３に示した実施の形態１と同様に、各三角プリズムに到着したレーザ光は、到着した各三角プリズムの斜面で、各斜面に入射した角度に応じて９０°前後の角度で次々に反射され、線状に変換される。線状に変換されたレーザ光は、導光棒３４のレーザ光出射面３７から出射される。導光棒３４から出射したレーザ光は、そのまま直接導光板３３のレーザ光入射面４１に入射し、あとは実施の形態１と同様に、導光板３３のレーザ光反射面３８で略直角に全反射し、レーザ光出射面３９から垂直に出射する。
【００７４】
この場合、導光棒３４のレーザ光反射面３６の形状は、実施の形態１の第二側面５と同様に決めればよい。すなわち、三角プリズムの頂点の位置は、レーザ光入射面３５とレーザ光反射面３６との交点に最も近い三角プリズムの頂点を原点として、使用するレーザ光源のプロファイルに応じて、２次項以上の多項式（３）の線上で表現する。導光棒３４のレーザ光出射面３７から出射される線状のレーザ光のプロファイルが略均一になる様に、２次項以上の多項式（３）の係数Ａｎを決定すればよい。
【００７５】
【数３】
2009011122.tif 000038
【００７６】
ここで、ｎは多項式の次数であり、Ａｎはｎ次の係数であり、レーザ光入射面３５とレーザ光反射面３６との交点を原点とした時のレーザ光の進行方向をＸ軸としている。また、導光板３３のレーザ光反射面３８の形状は、実施の形態１と同様であり、係数Ｂｎを決定すれば良いので、ここでは説明は省略する。
【００７７】
実施の形態１では、実施の形態２の導光板３３と導光棒３４とを一体成形していたが、実施の形態２では別体に成形している。例えばレーザ光源３１に図５に示したようなファイバ光源を用いた場合、特にコア径が１ｍｍに近いような太いマルチモードファイバであれば、コリメータレンズ３２でコリメートした後のレーザ光は平行にはならずに、コリメータレンズ３２の焦点距離及びファイバの開口数に依存した角度で広がりながら伝搬することになる。この場合、導光板３３と導光棒３４とを別体にした方が、より小型化が図れることになる。
【００７８】
さらに、本実施の形態２においても、実施の形態１で説明したような、高い光利用効率、安価、輝度均一性、及び色ムラ無しといった特性は実施の形態１と同様であり、本実施の形態２においてもこれらの特性がほとんど失われていないことは明確である。通常、線状にレーザ光を変換するためは、特許文献１に示した通り、ホログラムミラー等で反射させていたが、先述の通り回折効率の観点から、Ｒ、Ｇ及びＢの三色ともに高い光利用効率で反射させることは難しい。しかしながら、本実施の形態２では、導光棒３４を用いながらも、レーザ光が導光棒３４に入ってから出るまでには、一部が導光棒３４のレーザ光出射面３７で全反射しながらも長くても導光棒３４の長手方向の距離程度しか伝搬しない。そのため、導光板内部での吸収損も最低限に抑えることができ、表面反射も導光棒３４のレーザ光入射面３５と導光棒３４のレーザ光出射面３７との二箇所の表面反射しか発生しない。表面反射も、ノンコートで光量ロスは各面３．５％程度と小さく、さらにはコーティングを施すことで各面１％程度にまで下げることも可能であるため、高い光利用効率を維持したまま構成することが可能である。
【００７９】
なお、本実施の形態において、レーザ光入射面３５が導光棒の入射面の一例に相当し、レーザ光反射面３６が導光棒の線状反射面の一例に相当し、レーザ光出射面３７が導光棒の出射面の一例に相当し、レーザ光入射面４１が導光板の入射面の一例に相当し、レーザ光反射面３８が導光板の面状反射面の一例に相当し、レーザ光出射面３９が導光板の出射面の一例に相当する。
【００８０】
さらに、本実施の形態において、導光棒３４と導光板３３とが導光部の一例に相当する。導光棒３４は、レーザ光源からのレーザ光が入射するレーザ光入射面３５（入射面）と、レーザ光入射面３５に隣接し、レーザ光入射面３５から入射したレーザ光を反射させることで、レーザ光を線状に変換するレーザ光反射面３６（線状反射面）と、レーザ光入射面３５に隣接すると共にレーザ光反射面３６に対向し、レーザ光反射面３６によって線状に変換されたレーザ光を出射するレーザ光出射面３７（出射面）とを有する。導光板３３は、導光棒３４のレーザ光出射面３７から出射した線状のレーザ光が入射するレーザ光入射面４１（入射面）と、レーザ光入射面４１に隣接し、複数の反射面によりレーザ光入射面４１から入射した線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換するレーザ光反射面３８（面状反射面）と、レーザ光反射面３８によって面状に変換されたレーザ光を出射するレーザ光出射面３９（出射面）とを有する。
【００８１】
レーザ光が入射する第一側面４（入射面）と、第一側面４に隣接し、第一側面４から入射したレーザ光を反射させることで、レーザ光を線状に変換する第二側面５（線状反射面）と、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面によりレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換する第三側面６（面状反射面）と、第三側面６によって面状に変換されたレーザ光を出射する導光板表面７（出射面）とを有する導光板３が、導光部の一例に相当する。
【００８２】
次に、図１７を用いて、導光棒３４の取り得る他の構成に関して述べる。図１７は、本発明の実施の形態２の変形例における液晶バックライト装置の導光棒の構成を示す図である。実施の形態１の図６では、第四側面１７を設け、第四側面１７に到達したレーザ光を第三側面６に向けて反射させて、導光板３の加工適正を向上させている。それと同様のことが、導光棒３４に関しても適用可能である。即ち、実施の形態２の変形例における導光棒３４は、レーザ光入射面３５に対向する位置に反射面４０をさらに備える。反射面４０は、光軸に垂直な平面に対して所定の角度で傾いている。なお、本実施の形態において、反射面４０が導光棒の反射面の一例に相当する。
【００８３】
レーザ光源３１から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ３２を経由して導光棒３４のレーザ光入射面３５から入射し、一部が導光棒３４のレーザ光出射面３７で全反射されながら、反射面４０に到達する。反射面４０は、反射コートが施されており、入射したレーザ光をレーザ光反射面３６側に向けて反射させる。反射面４０からレーザ光反射面３６に到達したレーザ光は、三角プリズムの反射面４０側の斜面で導光棒３４のレーザ光出射面３７に向けて略垂直に反射される。
【００８４】
こうすることで、実施の形態１の導光板１４と同様に、導光棒３４は厚みのばらつきが低減されるため、加工が簡便になり、ひいては製造コストを下げることが可能になる。また、図１７においても、反射面４０はレーザ光反射面３６側に向けて傾けているが、導光棒３４のレーザ光出射面３７側に向けて傾けてもよい。この際、反射面４０を反射したレーザ光は、導光棒３４のレーザ光出射面３７で全反射して、やがてレーザ光反射面３６に到達し、レーザ光反射面３６で反射させることで、レーザ光出射面３７から出射させることが可能である。この場合、三角プリズムの頂点の位置は、上記（３）式に示す２次項以上の多項式で表され、反射面４０からの反射光の分も加味して多項式の係数Ａｎを決めれば、上記と同様に均一な輝度分布を得ることが可能である。
【００８５】
また、反射面４０をレーザ光出射面３７側に向けて傾けることで、反射面４０の傾きは射出成形時の抜き勾配と兼ねることもできるため、導光棒３４を非常に簡便に成形することが可能になり、コストも安価に抑えられるという利点も同様に併せ持つ。また、この系においても、導光棒３４を用いながらも、レーザ光が導光棒３４に入ってから出るまでには、一部がレーザ光出射面３７で全反射しながらも長くても導光棒３４の長手方向の２倍程度の距離しか伝搬しない。そのため、高い光利用効率を維持したまま反射面４０を構成することが可能である。なお、本実施の形態２においても、導光板３３に対して実施の形態１の導光板１４の第四側面１７と同じ形状を持たせることができるのは明らかであるため、実施の形態２における改めての説明は省略する。
【００８６】
次に、レーザ光反射面３６を構成する三角プリズムアレイのピッチに関して説明する。実施の形態１と同様に、加工上の制約から、三角プリズムの頂点は、一定の曲率半径を持つ事になる。実施の形態１では、第二側面５の三角プリズムアレイのピッチＰ１は、第一側面４に入射するレーザ光のビーム径（ＦＷＨＭの２倍の径）Ｄと、第二側面５と第三側面６とが成す稜線の長さＬ３とを用いて規定している。これに対し、本実施の形態２では、導光棒３４のレーザ光入射面３５の幅Ｗ１が実施の形態１のビーム径Ｄに該当し、レーザ光反射面３６の長手方向の長さＬ３’が実施の形態１の長さＬ３に該当する。即ち、導光棒３４のレーザ光反射面３６のピッチＰ３は、（０．０１×Ｌ３’÷Ｗ１）ｍｍ以上と規定することができる。この時、実施の形態１と同様に、レーザ光反射面３６で垂直に反射される割合は、同じく全体の９７％以上になるため、光利用効率のロスは無視できる範囲に収まり、高い光利用効率を維持している。
【００８７】
なお、本実施の形態２においても、実施の形態１における第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０を適用することが可能であり、実施の形態１と同様に拡散角α及び間隔ｋを設定し、スペックルノイズ対策を行うことができるのは明らかなため、実施の形態２における改めての説明は省略する。また、実施の形態１におけるコリメータレンズ２、三角プリズム２１及びミラー２２ａ，２２ｂの振動による、スペックルノイズの抑制や、光源プロファイルの変動ばらつきによるレーザ光の均一度への影響の低減は、本実施の形態２においても同様に行うことができるのは明らかであるため、実施の形態２における改めての説明は省略する。
【００８８】
また、図１８に示す通り、実施の形態２において、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０のうちのいずれか一枚又は両方を用いなくとも、導光棒３４のレーザ光出射面３７又は導光板３３のレーザ光入射面４１と、レーザ光出射面３９とにシリンドリカルレンズアレイを構築することでも、視野角の向上や輝度のさらなる均一化を図ることが出来る。
【００８９】
図１８は、本発明の実施の形態２の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す正面図であり、図１９は、本発明の実施の形態２の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。なお、図１９は、図１８に示す液晶バックライト装置をレーザ光源側から見た図である。
【００９０】
図１８に示す液晶バックライト装置２０２において、導光板３３のレーザ光入射面４１は、レーザ光入射面４１の長手方向にレーザ光を拡大させるシリンドリカルレンズアレイで構成され、導光板３３のレーザ光出射面３９は球面レンズアレイで構成される。
【００９１】
なお、本実施の形態２では、導光板３３のレーザ光出射面３９を球面レンズアレイで構成しているが、本発明は特にこれに限定されず、導光板３３のレーザ光出射面３９をシリンドリカルレンズアレイで構成してもよい。
【００９２】
例えば図１８においては、導光棒３４のレーザ光反射面３６で線状に反射してレーザ光出射面３７から出射したレーザ光は、導光板３３のレーザ光入射面４１に形成されたシリンドリカルレンズアレイにより面内で拡大される。シリンドリカルレンズアレイによって拡大されたレーザ光は、一部が導光板３３の側面で全反射されながら導光板３３内を伝搬し、レーザ光反射面３８にて反射されてレーザ光出射面３９から略垂直に出射する。その際、レーザ光は、レーザ光入射面４１に設けられたシリンドリカルレンズアレイにて導光板３３の長手方向に拡大されることにより、第一の拡散板１９の所定の向きの拡散と同じ効果を持たせることが出来る。
【００９３】
また、レーザ光反射面３８にて面状に反射されたレーザ光は、導光板３３のレーザ光出射面３９に形成された球面レンズアレイにより面内で拡散され、球面レンズアレイによって拡散されたレーザ光が導光板３３から出射する。なお、導光板３３のレーザ光入射面４１にシリンドリカルレンズアレイを設けると共に、導光板３３のレーザ光出射面３９に球面レンズアレイを設けた場合、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０は設けなくてもよい。
【００９４】
また、導光板３３のレーザ光入射面４１にシリンドリカルレンズアレイを設け、導光板３３のレーザ光出射面３９に球面レンズアレイを設けない場合、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０のうちのいずれか一枚だけを配置すれば、さらに輝度が均一でかつ視野角を画面全体に持たせることが可能になる。こうすることで、一枚分の拡散板を透過する際に発生する光量損失（主に表面反射で、７％程度）を無くすことが可能になり、輝度の均一性及び広視野角を確保しながら、光利用効率のさらなる高効率化を達成することが出来る。
【００９５】
なお、図１８において導光板３３のレーザ光入射面４１に設けたシリンドリカルレンズアレイを導光棒３４のレーザ光出射面３７に設けることも可能である。また、導光板３３のレーザ光入射面４１又は導光棒３４のレーザ光出射面３７にシリンドリカルレンズアレイを配置することなく、導光板３３のレーザ光出射面３９のみに球面レンズアレイを配置することでも同様な効果が期待できる。さらに、導光板３３のレーザ光出射面３９に球面レンズアレイを配置することなく、導光板３３のレーザ光入射面４１及び導光棒３４のレーザ光出射面３７のいずれかにシリンドリカルレンズアレイを配置してもよい。
【００９６】
なお、導光板３３のレーザ光入射面４１又はレーザ光出射面３９にレンズアレイを配置する他に、導光棒３４のレーザ光反射面３６の三角プリズムの頂点又は導光板３３のレーザ光反射面３８の頂点を曲面にすることで、レーザ光の出射角を拡げることが可能である。図２０は、本発明の実施の形態２のさらに別の変形例における導光棒のレーザ光反射面を拡大した図である。図２０に示すように、導光棒３４のレーザ光反射面３６の三角プリズムの頂点付近に曲面部４２が形成される。これにより、曲面部４２に入射したレーザ光は、拡散しながら反射することとなる。なお、図示しないが、導光板３３のレーザ光反射面３８の三角プリズムの頂点付近に曲面部を形成してもよい。
【００９７】
次に、本実施の形態２におけるスペックルノイズ対策に関して図２１を用いて説明する。図２１は、本発明の実施の形態２におけるスペックルノイズを除去する方法を説明するための概念図である。領域Ｓ３は、レーザ光反射面３６を構成するある一箇所の三角プリズムにおいてレーザ光を反射する領域である。導光棒３４を図１５中の導光棒３４の長手方向にピッチＰ３分だけ移動させると、領域Ｓ３で反射していたレーザ光の位置がピッチＰ３分だけシフトすることになる。即ち、図１５中の導光棒３４のレーザ光出射面３７の長手方向にピッチＰ３の振幅で導光棒３４を振動させることで、レーザ光は、各三角プリズムのピッチＰ３の幅を有する微小領域の中を水平シフトで走査することになる。なお、この場合、液晶バックライト装置２０１は、導光棒３４のレーザ光出射面３７の長手方向にピッチＰ３の振幅で導光棒３４を振動させる駆動部をさらに備える。
【００９８】
こうすることで、照明領域が時系列で変動し、時系列でスペックルパターンが変動するため、スペックルノイズを消すことができる。このことは、三角プリズムの替わりに台形プリズムを用いた場合でも同様である。
【００９９】
（実施の形態３）
図２２は、本発明の実施の形態３における液晶バックライト装置の構成を示す正面図であり、図２３は、本発明の実施の形態３における液晶バックライト装置の構成を示す側面図である。なお、図２３は、図２２に示す液晶バックライト装置をレーザ光源側から見た図である。本実施の形態３における液晶バックライト装置３０１は、レーザ光源５０、コリメータレンズ５１、自由曲面ミラー５２及び導光板５４から構成されおり、導光板５４のレーザ光入射面５４１にはプリズムアレイ５３が構成されている。
【０１００】
ここで、本実施の形態３における液晶バックライト装置３０１の動作の仕組みに関して説明する。レーザ光源５０から出射されたレーザ光は、まずコリメータレンズ５１にて略平行光に変換される。略平行に変換されたレーザ光は、自由曲面ミラー５２に入射する。自由曲面ミラー５２の反射面の形状は、反射されたレーザ光が、導光板５４の自由曲面ミラー５２側の側面に形成されたプリズムアレイ５３上で略均一な線状の光量分布を持つ様に、決定されている。
【０１０１】
プリズムアレイ５３は、自由曲面ミラー５２によって反射されたレーザ光をテレセントリックに変換する。プリズムアレイ５３でテレセントリックに変換されたレーザ光は、導光板５４内に入射し、実施の形態１，２と同様に、導光板５４のレーザ光反射面５５に形成された三角プリズムアレイで全反射して導光板５４のレーザ光出射面５６から略垂直に出射する。
【０１０２】
なお、本実施の形態において、レーザ光入射面５４１が導光板の入射面の一例に相当し、プリズムアレイ５３が変換光学系の一例に相当し、レーザ光反射面５５が導光板の面状反射面の一例に相当し、レーザ光出射面５６が導光板の出射面の一例に相当する。
【０１０３】
さらに、本実施の形態において、自由曲面ミラー５２と導光板５４とが導光部の一例に相当する。自由曲面ミラー５２は、レーザ光源５０からのレーザ光を拡散反射させることで、レーザ光を線状に変換する。導光板５４は、自由曲面ミラー５２によって線状に変換されたレーザ光が入射し、入射したレーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系が形成されたレーザ光入射面５４１（入射面）と、レーザ光入射面５４１に隣接し、複数の反射面によりレーザ光入射面５４１によってテレセントリックに変換された線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換するレーザ光反射面５５（面状反射面）と、レーザ光反射面５５によって面状に変換されたレーザ光を出射するレーザ光出射面５６（出射面）とを有する。
【０１０４】
図２４は、本発明の実施の形態３における自由曲面ミラーについて説明するための図である。ここで、自由曲面ミラー５２の反射面は、図２４のＯ点を原点として、下記の（４）式に示す通り８次以上の多項式で表すことができる。
【０１０５】
【数４】
2009011122.tif 000039
【０１０６】
ここで、ｎは多項式の次数であり、Ｃｎはｎ次の係数であり、Ｙ方向は、自由曲面ミラー５２に入射するレーザ光の入射方向に対して直行する方向をＹ軸とし、導光板５４に向かう方向をＹ軸の正方向としている。なお、７次以下の多項式では、略均一な光量分布を得ることができない。
【０１０７】
本構成を採用した効果として、線状に変換する素子を導光板と別体で持たせているのにもかかわらず、光利用効率が高くかつ安価ということが挙げられる。通常、ミラーによる反射で線状にレーザ光を変換するためは、特許文献１に示した通り、ホログラムミラー等で反射させていたが、回折効率の観点から、Ｒ、Ｇ及びＢの三色ともに高い光利用効率でに反射させることは難しい。それに対し、本実施の形態３では、ミラーにホログラムを形成せずにミラーの形状だけで均一性を確保しているため、自由曲面ミラー５２の表面にＨＲ（Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）コートを施すことによりほとんど反射損失が発生しないという特徴をもつ。
【０１０８】
また、実施の形態１や２と同様に、レーザ光は、導光板５４内に入った後は、基本的には導光板５４のレーザ光伝搬方向の長さ分しか伝搬しないため、特許文献２で見られるような多重反射に起因する伝搬距離の長距離化による吸収損の増大は見られない。その他、輝度分布の均一化、偏光方向の保持による光利用効率の高効率化、及び色ムラの発生が基本的には無いことは、実施の形態１や２と同様に確保されている。
【０１０９】
次に、導光板５４の自由曲面ミラー５２側の側面に形成されたプリズムアレイ５３に関して、図２５を用いて説明する。図２５は、本発明の実施の形態３におけるプリズムアレイについて説明するための概念図である。プリズムアレイ５３は、一つ一つのプリズムがレーザ光源５０側の斜面５３ａと、自由曲面ミラー５２側の斜面５３ｂとから形成されており、各斜面５３ａ，５３ｂは入射面５３ｃに対してそれぞれ角度θａ，θｂ傾けてある。なお、角度θａ，θｂはプリズム一つ一つで異なっていても構わない。
【０１１０】
自由曲面ミラー５２で反射したレーザ光は、各プリズムの斜面５３ｂを透過して入射し、斜面５３ａで全反射し、各プリズムからテレセントリックに導光板５４内を伝搬する。この場合、自由曲面ミラー５２と導光板５４との間の距離は、理屈上コリメータレンズ５１から自由曲面ミラー５２へ伝搬するレーザ光に干渉しない限りは近づけることが可能であり、本実施の形態３の光学系の構成を極めて小型化することができる。一般に、レーザ光をテレセントリックに変換するためにはフレネルレンズが用いられるケースが多いが、フレネルレンズでは、その焦点距離の分だけ離して使う必要があり、光学系の大型化に繋がる。しかしながら、本実施の形態３のようにプリズムアレイを用いることで極めて小型に液晶バックライト装置を構成できる。
【０１１１】
図２６は、本発明の実施の形態３の変形例における液晶バックライト装置の導光板の構成を示す図である。図２６に示す通り、導光板５４は、図２６中の領域５３１の部分をフレネルレンズで構成し、図２６中の領域５３２の部分をプリズムアレイで構成してもよい。すなわち、導光板５４のレーザ光入射面において、自由曲面ミラー５２側の領域５３１をフレネルレンズで構成し、レーザ光源５０側の領域５３２をプリズムアレイで構成してもよい。この構成により、自由曲面ミラー５２をレーザ光源５０側に近づけることができ、さらに小型化を達成することが可能になる。
【０１１２】
即ち、自由曲面ミラー５２で一定以上垂直に近い角度で反射したレーザ光は、図２６中の領域５３２のプリズムアレイではテレセントリックに変換することは出来ないが、図２６中の領域５３１のフレネルレンズであれば、屈折によりテレセントリックに変換することが可能である。また、一定以上の水平方向に近い角度で反射したレーザ光はフレネルレンズではテレセントリックに屈折できないが、図２６中の領域５３２のプリズムアレイであればテレセントリックに変換することが可能である。即ち、フレネルレンズとプリズムアレイとの互いのメリットを活かすことで、どちらかだけでは成しえないさらにコンパクトな構成を達成することが可能になる。
【０１１３】
次に、実施の形態３におけるプリズムアレイのピッチに関して説明する。図２７は、本発明の実施の形態３におけるプリズムアレイのピッチを説明するための図である。図２７に示す通り、実施の形態１の導光板３や実施の形態２の導光棒３４等のプリズムアレイと同様の理由で、プリズムアレイ５３の各プリズムの頂点にも、数ミクロン程度の加工上の曲率が生じる。曲率の部分に入射したレーザ光は、プリズム内への透過率が低くなるため、曲率部分の割合を出来るだけ減らすことが望ましい。そのため、プリズムアレイ５３のピッチＰ５は（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上であることが望ましい。ここで、Ｌ４は、導光板５４のプリズムアレイ５３側の長さ、すなわち、導光板５４のレーザ光入射面の長手方向の長さであり、Ｌ５は、自由曲面ミラー５２からプリズムアレイ５３までの距離、すなわち、自由曲面ミラー５２の中心（自由曲面ミラー５２に入射するレーザ光の光軸）から導光板５４のレーザ光入射面までの長さである（図２６参照）。こうすることで、レーザ光がプリズムアレイ５３から導光板５４に入る時の光量損失を無視できる範囲に少なくすることが出来る。
【０１１４】
次に、本実施の形態３でのスペックルノイズ対策に関して図２８を用いて説明する。図２８は、本発明の実施の形態３の別の変形例における液晶バックライト装置の構成を示す図である。図２８に示す液晶バックライト装置３０２は、レーザ光源５０、コリメータレンズ５１、自由曲面ミラー５２、プリズムアレイ５７及び導光板５８を備える。図２２に示す液晶バックライト装置３０１は、プリズムアレイ５３と導光板５４とが一体に設けられているのに対し、図２８に示す液晶バックライト装置３０２は、プリズムアレイ５７と導光板５８とが別体に設けられている。
【０１１５】
レーザ光源５０から出射されたレーザ光は、まずコリメータレンズ５１にて略平行光に変換される。略平行に変換されたレーザ光は、自由曲面ミラー５２に入射する。自由曲面ミラー５２の反射面の形状は、反射されたレーザ光が、導光板５４の自由曲面ミラー５２側の側面に形成されたプリズムアレイ５７上で略均一な線状の光量分布を持つ様に、決定されている。
【０１１６】
プリズムアレイ５７は、自由曲面ミラー５２によって反射されたレーザ光をテレセントリックに変換する。プリズムアレイ５７でテレセントリックに変換されたレーザ光は、導光板５８のレーザ光入射面５８１に入射し、導光板５８のレーザ光反射面に形成された三角プリズムアレイで全反射して導光板５８のレーザ光出射面から略垂直に出射する。なお、導光板５８のレーザ光反射面及びレーザ光出射面は、図２３における導光板５４のレーザ光反射面５５及びレーザ光出射面５６と同じ構成である。また、本実施の形態の別の変形例において、プリズムアレイ５７が変換光学系の一例に相当し、レーザ光入射面５８１が導光板の入射面の一例に相当する。
【０１１７】
さらに、本実施の形態の別の変形例において、自由曲面ミラー５２とプリズムアレイ５７と導光板５８とが導光部の一例に相当する。自由曲面ミラー５２は、レーザ光源５０からのレーザ光を拡散反射させることで、レーザ光を線状に変換する。プリズムアレイ５７は、自由曲面ミラー５２によって線状に変換されたレーザ光をテレセントリックに変換する。導光板５８は、プリズムアレイ５７によってテレセントリックに変換された線状のレーザ光が入射するレーザ光入射面５８１（入射面）と、レーザ光入射面５８１に隣接し、複数の反射面によりレーザ光入射面５８１から入射した線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光を面状に変換するレーザ光反射面５５（面状反射面）と、レーザ光反射面５５によって面状に変換されたレーザ光を出射するレーザ光出射面５６（出射面）とを有する。
【０１１８】
ひとつ目のスペックルノイズ除去方法として、プリズムアレイ５７を導光板５８と別体化して、プリズムアレイ５７をプリズムアレイ５７の長手方向（図２８の矢印Ｙ４に示す方向）にプリズムアレイ５７のピッチＰ５以上の間隔で振動させることで、スペックルノイズを低減させることが可能である。
【０１１９】
前述の通り、プリズムアレイ５７の各プリズムはピッチＰ５の間隔で配置されている。そのため、プリズムアレイ５７をピッチＰ５以上に長手方向に振動させることで、実施の形態２の導光棒３４と同じく、プリズムアレイ５７を透過したレーザ光は、プリズムアレイ５７のピッチＰ５の幅を有する微小領域の中を水平シフトで走査することになる。こうすることで、スペックルパターンが時系列で変動するために、スペックルノイズを消すことができ、さらなる輝度の均一化も同時に成される。なお、この場合、液晶バックライト装置３０２は、プリズムアレイ５７をピッチＰ５以上に長手方向に振動させる駆動部をさらに備える。
【０１２０】
もうひとつのスペックルノイズ除去方法として、自由曲面ミラー５２を、自由曲面ミラー５２に入射するレーザ光の入射方向（光軸）に対して垂直な方向（図２８の矢印Ｙ５に示す方向）に、レーザ光の伝搬平面内で振動させることで、スペックルノイズを低減することが可能になる。自由曲面ミラー５２を光軸に垂直な方向に振動させることで、自由曲面ミラー５２で反射する方向を変動させることが可能になる。それにより、導光板５８内でのレーザ光の伝搬方向が時系列で変動することになりスペックルパターンが時系列で変動するため、スペックルノイズが視認されなくなる。なお、この場合、液晶バックライト装置３０２は、自由曲面ミラー５２を光軸に垂直な方向に振動させる駆動部をさらに備える。このスペックルノイズ除去方法は、もちろんプリズムアレイ５７を別体にしなくても効果がある。
【０１２１】
なお、本実施の形態３においても、導光板５４のレーザ光反射面５５の頂点の位置、及びレーザ光反射面５５を形成する三角プリズムアレイのピッチは実施の形態１及び２と同様であるので、本実施の形態３における改めての説明は省略する。
【０１２２】
なお、本実施の形態３においても、導光板５４又は５８に実施の形態１の導光板１４の第四側面１７と同じ形状を持たせることで、実施の形態１と同様の効果が期待できることは言うまでもない。すなわち、導光板５４又は５８は、導光板５４又は５８のレーザ光入射面に対向する位置に、レーザ光反射面５５側又はレーザ光出射面５６側に表面を傾けた反射面を設けてもよい。
【０１２３】
なお、本実施の形態３においても、実施の形態１における第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０を適用することが可能であり、実施の形態１と同様に拡散角α及び間隔ｋを設定し、スペックルノイズ対策を行うことができるのは言うまでもない。
【０１２４】
なお、本実施の形態３においても、実施の形態２における導光板３３のレーザ光入射面４１に形成されたシリンドリカルレンズアレイのように、導光板５８のレーザ光入射面５８１にシリンドリカルレンズアレイを形成ことにより、拡散板の枚数を減らすことが可能である。また、実施の形態２における導光板３３のレーザ光出射面３９に形成されたシリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイのように、導光板５４又は５８のレーザ光出射面５４１にシリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイを形成することにより、拡散板の枚数を減らすことが可能である。
【０１２５】
（実施の形態４）
図２９は、本発明の実施の形態４における液晶ディスプレイの構成を示す図である。本実施の形態４における液晶ディスプレイは、液晶バックライト装置４０１、液晶パネル５９、第一の偏光フィルタ６０、カラーフィルタ６４及び第二の偏光フィルタ６３から構成されている。液晶バックライト装置４０１は、レーザ光源６１、ファイバ６２、コリメータレンズ２、導光板３、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０を備える。液晶バックライト装置４０１は、レーザ光源１に替えてレーザ光源６１及びファイバ６２を備える以外は、実施の形態１の液晶バックライト装置１０１と同じ構成である。
【０１２６】
ここで、本実施の形態４における液晶ディスプレイの動作の仕組みについて説明する。レーザ光源６１から出射されたレーザ光は、ファイバ６２にカップリングされて、導光板３近傍まで導光される。なお、レーザ光源６１は、Ｒ，Ｇ及びＢの各色のレーザ光を混合したレーザ光を出射する。ファイバ６２から出射したレーザ光はコリメータレンズ２によって略平行光に変換される。略平行光に変換されたレーザ光は、図示しない偏光ビームスプリッタ、１／２波長板及びリデューサにより偏光方向が揃えられた後、導光板３に入射する。導光板３に入射されたレーザ光は、実施の形態１にて説明した通り、第二側面５と第三側面６とで反射されて二次元に変換された後、出射する。
【０１２７】
導光板３から出射したレーザ光は、第一の拡散板１９及び第二の拡散板２０を透過後、第一の偏光フィルタ６０を透過する。第一の偏光フィルタ６０は、所定の偏光方向の光のみを透過させる。その後、第一の偏光フィルタ６０を透過したレーザ光は、液晶パネル５９を透過した後、カラーフィルタ６４を透過する。液晶パネル５９は、入射したレーザ光を画素毎に所定の光量で透過する。液晶パネル５９は、レーザ光の光強度を二次元的に変調する二次元空間変調素子の一例である。カラーフィルタ６４は、入射したレーザ光のＲ、Ｇ及びＢの各色に該当する箇所を透過させる。カラーフィルタ６４を透過したレーザ光は、第一の偏光フィルタ６０とクロスニコルに配置した第二の偏光フィルタ６３を透過する。このようにして、所望の画像が得られる。
【０１２８】
本液晶ディスプレイは、実施の形態１で説明した液晶バックライト装置を用いており、部品点数も少なく、きわめて薄く、軽くすることが出来る。そのため、本実施の形態４の様にレーザ光源６１を液晶ディスプレイ本体から別体とすることで、液晶ディスプレイ自体を非常に軽量にできるため、液晶ディスプレイを壁に掛けることも可能になるという利便性も併せ持つ。
【０１２９】
なお、本実施の形態４における液晶ディスプレイは、実施の形態１における液晶バックライト装置を備えているが、本発明は特にこれに限定されず、実施の形態２及び実施の形態３における液晶バックライト装置を備えてもよい。
【０１３０】
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。
【０１３１】
本発明の一局面に係る液晶バックライト装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光を線状に変換し、線状に変換したレーザ光を面状に変換して出射する導光部とを備え、前記導光部は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面により前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換する面状反射面を有する導光板を含む。
【０１３２】
この構成によれば、導光部によって、レーザ光源からのレーザ光が線状に変換されるとともに、線状に変換されたレーザ光が面状に変換されて出射される。そして、導光板に設けられた面状反射面によって、線状に変換されたレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面によりレーザ光を反射させることで、レーザ光が面状に変換されるので、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる。
【０１３３】
なお、面状反射面は、線状に変換したレーザ光の入射方向に沿って形成された複数の反射面によりレーザ光を全反射させてもよい。また、面状反射面は、線状に変換したレーザ光の入射方向に垂直な方向に沿って前記レーザ光を複数に分割した場合に、分割した各レーザ光を複数の反射面により反射させてもよい。
【０１３４】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光部は、前記レーザ光が入射する入射面と、前記入射面に隣接し、前記入射面から入射した前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する線状反射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板を含み、前記面状反射面は、前記入射面及び前記線状反射面に隣接し、前記複数の反射面により前記線状反射面によって線状に変換された前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することが好ましい。
【０１３５】
この構成によれば、レーザ光源からのレーザ光は、導光板の入射面に入射する。入射面から入射したレーザ光は、入射面に隣接する線状反射面によって線状に変換され、線状反射面により線状に変換されたレーザ光は、入射面及び線状反射面に隣接する面状反射面によって面状に変換される。そして、面状反射面によって面状に変換されたレーザ光は、出射面から出射する。
【０１３６】
したがって、光量損失を、入射面及び出射面における表面反射と、導光板内での吸収とに抑えることができる。また、複数のハーフミラーで反射させるのではなく、線状のレーザ光を面状反射面で反射させるので、輝度を均一にすることができる。
【０１３７】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光が入射する入射面と、前記入射面に隣接し、前記入射面から入射した前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する線状反射面と、前記入射面に隣接すると共に前記線状反射面に対向し、前記線状反射面によって線状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光棒と、前記導光棒の前記出射面から出射した線状の前記レーザ光が入射する入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面から入射した線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することが好ましい。
【０１３８】
この構成によれば、レーザ光源からのレーザ光は、導光棒の入射面に入射する。そして、入射面から入射したレーザ光は、入射面に隣接する線状反射面によって線状に変換され、線状に変換されたレーザ光は、入射面に隣接すると共に線状反射面に対向する出射面から出射する。その後、導光棒の出射面から出射した線状のレーザ光は、導光板の入射面に入射する。そして、入射面から入射した線状のレーザ光は、入射面に隣接する面状反射面によって面状に変換される。そして、面状反射面によって面状に変換されたレーザ光は、出射面から出射する。
【０１３９】
したがって、導光棒に入射してから出射するまでのレーザ光の光量損失を、導光棒の入射面及び導光棒の出射面における表面反射と、導光棒内での吸収とに抑えることができ、導光板に入射してから出射するまでのレーザ光の光量損失を、導光板の入射面及び導光板の出射面における表面反射と、導光板内での吸収とに抑えることができる。また、複数のハーフミラーで反射させるのではなく、線状のレーザ光を面状反射面で反射させるので、輝度を均一にすることができる。
【０１４０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する自由曲面ミラーと、前記自由曲面ミラーによって線状に変換された前記レーザ光が入射し、入射した前記レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系が形成された入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面によってテレセントリックに変換された線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することが好ましい。
【０１４１】
この構成によれば、レーザ光源からのレーザ光は、光を拡散反射させる自由曲面ミラーによって線状に変換される。そして、自由曲面ミラーによって線状に変換されたレーザ光は、レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系が形成された導光板の入射面に入射する。入射面によってテレセントリックに変換された線状のレーザ光は、入射面に隣接する面状反射面によって面状に変換される。そして、面状反射面によって面状に変換されたレーザ光は、出射面から出射する。
【０１４２】
したがって、レーザ光の光量損失を、自由曲面ミラーにおける表面反射と、導光板の入射面及び導光板の出射面における表面反射と、導光板内での吸収とに抑えることができる。また、複数のハーフミラーで反射させるのではなく、線状のレーザ光を面状反射面で反射させるので、輝度を均一にすることができる。
【０１４３】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光部は、前記レーザ光源からのレーザ光を拡散反射させることで、前記レーザ光を線状に変換する自由曲面ミラーと、前記自由曲面ミラーによって線状に変換された前記レーザ光をテレセントリックに変換する変換光学系と、前記変換光学系によってテレセントリックに変換された線状の前記レーザ光が入射する入射面と、前記面状反射面と、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面とを有する導光板とを含み、前記面状反射面は、前記入射面に隣接し、前記複数の反射面により前記入射面から入射した線状の前記レーザ光を反射させることで、前記レーザ光を面状に変換することが好ましい。
【０１４４】
この構成によれば、レーザ光源からのレーザ光は、光を拡散反射させる自由曲面ミラーによって線状に変換される。そして、自由曲面ミラーによって線状に変換されたレーザ光は、変換光学系によってテレセントリックに変換される。変換光学系によってテレセントリックに変換された線状のレーザ光は、導光板の入射面に入射する。入射面から入射した線状のレーザ光は、入射面に隣接する面状反射面によって面状に変換される。そして、面状反射面によって面状に変換されたレーザ光は、出射面から出射する。
【０１４５】
したがって、レーザ光の光量損失を、自由曲面ミラーにおける表面反射と、変換光学系の入射面及び変換光学系の出射面における表面反射と、変換光学系内での吸収と、導光板の入射面及び導光板の出射面における表面反射と、導光板内での吸収とに抑えることができる。また、複数のハーフミラーで反射させるのではなく、線状のレーザ光を面状反射面で反射させるので、輝度を均一にすることができる。
【０１４６】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板は、前記面状反射面に対向し、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面と、入射した線状のレーザ光を前記面状反射面又は前記出射面に向けて反射させる反射面とをさらに有することが好ましい。この構成によれば、入射した線状のレーザ光を面状反射面又は出射面に向けて反射させる反射面を導光板に設けることで、導光板の成形が容易になり、低コストで製造可能となる。
【０１４７】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板に入射する前記レーザ光は、光軸に垂直な方向に振動していることが好ましい。この構成によれば、導光板の入射面に入射するレーザ光が、光軸に垂直な方向に振動するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。また、レーザ光源の径や出射角がばらついたり変動したりしても、面状に変換されたレーザ光のプロファイルの均一度に与える影響を軽減することができる。
【０１４８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記面状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されることが好ましい。
【０１４９】
この構成によれば、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されるので、面状反射面の断面は直線状ではなく曲線状となり、レーザ光のプロファイルを均一にし、輝度を均一にすることができる。
【０１５０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板は、前記面状反射面に対向し、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面をさらに有し、前記面状反射面に入射する前記レーザ光が伝搬する方向の長さをＬ１とし、前記面状反射面と前記出射面と間の長さをＬ２とした時、前記面状反射面を構成する前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１５１】
この構成によれば、面状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチを（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムにおいてレーザ光が垂直に反射する領域を拡げることができ、光利用効率を向上させることができる。
【０１５２】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１５３】
この構成によれば、導光板の出射面の近傍には、少なくとも二枚の拡散板が配置される。そして、導光板に最も近い第１の拡散板と、第１の拡散板の次に導光板に近い第２の拡散板との間隔を｛（０．０１×Ｌ１÷Ｌ２）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムを反射したレーザ光を確実にオーバラップさせることができ、さらに良好な画像を得ることができる。
【０１５４】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記線状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されることが好ましい。
【０１５５】
この構成によれば、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイの各三角プリズム又は各台形プリズムの頂点のうちの少なくとも一つの頂点を接続した点列は、２次以上の多項式により表されるので、線状反射面の断面は直線状ではなく曲線状となり、レーザ光のプロファイルを均一にし、輝度を均一にすることができる。
【０１５６】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記線状反射面の長手方向の長さをＬ３とし、前記入射面に入射するレーザ光の直径をＤとした時、前記線状反射面を構成する前記三角プリズムアレイ又は前記台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１５７】
この構成によれば、線状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチを（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムにおいてレーザ光が垂直に反射する領域を拡げることができ、光利用効率を向上させることができる。
【０１５８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１５９】
この構成によれば、導光板の出射面の近傍には、少なくとも二枚の拡散板が配置される。そして、導光板に最も近い第１の拡散板と、第１の拡散板の次に導光板に近い第２の拡散板との間隔を｛（０．０１×Ｌ３÷Ｄ）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムを反射したレーザ光を確実にオーバラップさせることができ、さらに良好な画像を得ることができる。
【０１６０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記少なくとも二枚の拡散板のうちの少なくとも一枚の拡散板は、前記拡散板の面内で振動することが好ましい。この構成によれば、拡散板から出射するレーザ光が、光軸に垂直な方向に振動するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。
【０１６１】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光棒は、前記入射面から入射したレーザ光を前記線状反射面又は前記出射面に向けて反射させる反射面をさらに含むことが好ましい。
【０１６２】
この構成によれば、入射したレーザ光を線状反射面又は出射面に向けて反射させる反射面を導光棒に設けることで、導光棒の成形が容易になり、低コストで製造可能となる。
【０１６３】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記線状反射面は、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイで構成され、前記線状反射面の長手方向の長さをＬ３とし、前記導光棒の前記入射面の前記レーザ光伝搬面内での幅をＷ１とした時、前記線状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチは（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１６４】
この構成によれば、線状反射面を構成する三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチを（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムにおいてレーザ光が垂直に反射する領域を拡げることができ、光利用効率を向上させることができる。
【０１６５】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光棒は、長手方向に（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）ｍｍ以上の振幅で振動することが好ましい。この構成によれば、三角プリズムアレイ又は台形プリズムアレイのピッチの幅を有する微小領域の中を水平に走査するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。
【０１６６】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面の近傍に配置される少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１６７】
この構成によれば、導光板の出射面の近傍には、少なくとも二枚の拡散板が配置される。そして、導光板に最も近い第１の拡散板と、第１の拡散板の次に導光板に近い第２の拡散板との間隔を｛（０．０１×Ｌ３÷Ｗ１）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズム又は各台形プリズムを反射したレーザ光を確実にオーバラップさせることができ、さらに良好な画像を得ることができる。
【０１６８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板は、前記面状反射面によって面状に変換された前記レーザ光を出射する出射面をさらに有し、前記導光棒の前記出射面及び前記導光板の前記入射面のいずれか一方は、シリンドリカルレンズアレイで構成されることが好ましい。
【０１６９】
この構成によれば、シリンドリカルレンズアレイによりレーザ光を拡大させるので、導光板の出射面の近傍に配置する拡散板の数を減らすことができ、光利用効率を向上させることができる。
【０１７０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面は、シリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイで構成されることが好ましい。
【０１７１】
この構成によれば、シリンドリカルレンズアレイ又は球面レンズアレイによりレーザ光を拡大させるので、導光板の出射面の近傍に配置する拡散板の数を減らすことができ、光利用効率を向上させることができる。
【０１７２】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記自由曲面ミラーの反射面は、８次以上の多項式で表されることが好ましい。この構成によれば、自由曲面ミラーの反射面は、８次以上の多項式により表されるので、レーザ光のプロファイルを均一にし、輝度を均一にすることができる。
【０１７３】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記自由曲面ミラーは、前記自由曲面ミラーに入射するレーザ光の光軸方向に対して垂直な方向に振動することが好ましい。この構成によれば、導光板に入射するレーザ光が、光軸に垂直な方向に振動するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。
【０１７４】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記変換光学系は、三角プリズムアレイで構成されていることが好ましい。この構成によれば、自由曲面ミラーと変換光学系との距離を短縮することができ、液晶バックライト装置の小型化を実現することができる。
【０１７５】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記変換光学系は、三角プリズムアレイとフレネルレンズとの複合体で構成されていることが好ましい。この構成によれば、自由曲面ミラーと変換光学系との距離をさらに短縮することができ、液晶バックライト装置のさらなる小型化を実現することができる。
【０１７６】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記入射面の長手方向の長さをＬ４とし、前記自由曲面ミラーから前記変換光学系までの距離をＬ５とした時、前記変換光学系を構成する前記三角プリズムアレイのピッチは、（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１７７】
この構成によれば、変換光学系を構成する三角プリズムアレイのピッチを（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズムにおいてレーザ光が垂直に反射する領域を拡げることができ、光利用効率を向上させることができる。
【０１７８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記変換光学系は、前記変換光学系の長手方向に振動することが好ましい。
【０１７９】
この構成によれば、変換光学系を長手方向に振動させることにより、導光板から出射するレーザ光が、光軸に垂直な方向に振動するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。
【０１８０】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記入射面の長手方向の長さをＬ４とし、前記自由曲面ミラーから前記変換光学系までの距離をＬ５とした時、前記変換光学系は、前記変換光学系の一次元長手方向に（０．１×Ｌ４÷Ｌ５）ｍｍ以上の振幅で振動することが好ましい。
【０１８１】
この構成によれば、三角プリズムアレイのピッチの幅を有する微小領域の中を水平に走査するので、スペックルノイズを低減し、良好な画質を簡便に得ることができる。
【０１８２】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記出射面の近傍に配置する少なくとも二枚の拡散板をさらに備え、前記導光板に最も近い第１の拡散板の拡散角をαとした時、前記第１の拡散板と、前記第１の拡散板の次に前記導光板に近い第２の拡散板との間隔は｛（０．０１×Ｌ４÷Ｌ５）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上であることが好ましい。
【０１８３】
この構成によれば、導光板の出射面の近傍には、少なくとも二枚の拡散板が配置される。そして、導光板に最も近い第１の拡散板と、第１の拡散板の次に導光板に近い第２の拡散板との間隔を｛（０．０１×Ｌ４÷Ｌ５）÷ｔａｎα｝ｍｍ以上とすることにより、各三角プリズムを反射したレーザ光を確実にオーバラップさせることができ、さらに良好な画像を得ることができる。
【０１８４】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記導光板の前記入射面は、シリンドリカルレンズアレイで構成されることが好ましい。
【０１８５】
この構成によれば、シリンドリカルレンズアレイによりレーザ光を拡大させるので、導光板の出射面の近傍に配置する拡散板の数を減らすことができ、光利用効率を向上させることができる。
【０１８６】
また、上記の液晶バックライト装置において、レーザ光源から出射されたレーザ光は、線状に変換される前に略平行光に変換されることが好ましい。この構成によれば、導光板内での光量ロスを減少させることができ、液晶バックライト装置の小型化を実現することができる。
【０１８７】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記レーザ光源から出射されるレーザ光は、線状に変換される前に偏光方向を揃えることが好ましい。この構成によれば、偏光方向の揃ったレーザ光を用いることで、光量損失を極めて少なくすることができ、光利用効率を向上させることができる。
【０１８８】
また、上記の液晶バックライト装置において、前記レーザ光源は、ファイバ光源であることが好ましい。この構成によれば、光源からのレーザ光がファイバにより導光されるので、光源をディスプレイから離して設け、ディスプレイを小型化することができる。
【０１８９】
本発明の他の局面に係る液晶ディスプレイは、上記のいずれかに記載の液晶バックライト装置と、前記液晶バックライト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。
【０１９０】
この構成によれば、導光板に設けられた面状反射面によって、入射した線状のレーザ光を反射させることで、レーザ光が面状に変換されるので、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる液晶ディスプレイを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本発明にかかる液晶バックライト装置及び液晶ディスプレイは、光量損失を抑えることができ、輝度を均一にすることができる液晶ディスプレイを提供することができ、主にＲ（赤）、Ｇ（緑）及びＢ（青）の三色の光源を用いた液晶バックライト装置、及び当該液晶バックライト装置を用いた液晶ディスプレイとして有用である。また、本発明にかかる液晶バックライト装置及び液晶ディスプレイは、液晶テレビ等に利用することが可能である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2009011122.tif 000046
【図８】
2009011122.tif 000047
【図９】
2009011122.tif 000048
【図１０】
2009011122.tif 000049
【図１１】
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【図１２】
2009011122.tif 000051
【図１３】
2009011122.tif 000052
【図１４】
2009011122.tif 000053
【図１５】
2009011122.tif 000054
【図１６】
2009011122.tif 000055
【図１７】
2009011122.tif 000056
【図１８】
2009011122.tif 000057
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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