(57)【要約】  波長選択基板２３は、赤色レーザ光のみを透過して他の光を反射する波長選択部２３Ｒ、緑色レーザ光のみを透過して他の光を反射する波長選択部２３Ｇ、及び青色レーザ光のみを透過して他の光を反射する波長選択部２３Ｂで構成される。導光板１４から出射されたレーザ光１２のうち、波長選択部の透過色と一致するレーザ光は、そのまま波長選択基板２３を通過して液晶パネル２２に入射され、一致しないレーザ光は、波長選択基板２３で反射されて導光板１４へ戻る。導光板１４へ戻ったレーザ光は、反射板２１で反射されて波長選択基板２３へ再び入射される。このレーザ光の往復は、波長選択部を透過するまで繰り返し行われる。この透過及び反射を繰り返し行うことで、レーザ光１２は、赤緑青の各色に分離されて波長選択基板２３から出射される。
2010052886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッジライト方式のバックライトを用いた液晶表示装置であって、
異なる複数の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記レーザ光を側面から入射し、当該側面と垂直な上面から所定の拡がり角度を持った二次元のレーザ光として出射する導光板と、
前記複数の波長に対応したカラーフィルタを内部に有する液晶パネルと、
前記液晶パネルと前記導光板の上面側との間に前記カラーフィルタの配列に対応して設けられ、所定波長のレーザ光を透過しかつ当該所定波長以外のレーザ光を反射する波長選択部を、前記複数の波長の各々について配列した波長選択基板と、
前記導光板の上面と対向する底面側に設けられ、前記波長選択基板で反射して前記導光板を通過してくるレーザ光を反射して、前記導光板を介して前記波長選択基板に再度入射させる反射体とを備える、液晶表示装置。
【請求項２】
前記波長選択基板は、前記波長選択部の幅及び長さが前記カラーフィルタの幅及び長さよりも短く、前記波長選択部が隣接する境界部分には、前記レーザ光源ユニットから出力される全ての波長のレーザ光を５０％以上反射させる反射部を有することを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射部は、金属薄膜又は誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射部は、隣接する前記波長選択部の両方と一部がオーバラップする位置に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記波長選択基板は、前記波長選択部の配列方向に垂直な軸と前記波長選択部に入射されるレーザ光の主光線の光軸とがなす角度θ、及び前記カラーフィルタと前記波長選択基板との距離に基づいて、前記波長選択部の配置が前記カラーフィルタの配列とずれていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記なす角度θは、前記波長選択部の配列方向のピッチＰｇ、前記波長選択基板と反射体との距離Ｈｇ、及び前記波長選択部の配列方向と直交する平面における導光板から前記波長選択基板へ出射されるレーザ光の拡がり角度αを用いて、次式を満足する値に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
１０≧θ≧ｓｉｎ−１（Ｐｇ／（１０×Ｈｇ×ｔａｎα））
【請求項７】
前記導光板は、前記波長選択部の配列方向に平行な平面及び直交する平面の少なくともいずれかにおいて、所定の拡がり角度でレーザ光を出射することを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記導光板は、前記底面の少なくとも一部に、前記側面から入射されるレーザ光の進行方向を前記上面方向へ曲げる反射部を備えており、
前記反射部には、三角プリズム、台形プリズム、及び曲面を有するプリズムのいずれかが傾斜を持って複数形成され、前記入射されるレーザ光が照射されるプリズムの範囲が、前記導光板の上面に平行な方向に１μｍ以上２０μｍ以下となるように設定されていることを特徴とする、請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記反射体は、前記導光板の底面に設けた全反射プリズムであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光を、前記導光板の幅方向及び厚み方向の少なくともいずれかの方向に振動させる振動部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記振動部は、前記導光板の輝度分布又は前記液晶パネルで表示する画像データに基づいて、前記複数の波長のそれぞれについて前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整する制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記レーザ光源ユニットから前記導光板に入射されるレーザ光の位置に基づいて、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整することを特徴とする、請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記レーザ光源ユニットから既定光量のレーザ光を前記導光板に入射した時に前記導光板から出射されるレーザ光の各波長の一次元又は二次元の輝度分布に基づいて、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整することを特徴とする、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記レーザ光源ユニットは、所定方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生し、当該レーザ光を当該所定方向に略平行に変換した平行光を、前記導光板の側面に入射することを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記レーザ光源ユニットは、活性層の厚み方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生する半導体レーザ光源を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
エッジライト方式のバックライトを用いた液晶表示装置であって、
異なる複数の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記レーザ光を側面から入射し、当該側面と垂直な上面から所定の拡がり角度を持った二次元のレーザ光として出射する導光板と、
前記導光板の上面側に設けられ、所定波長のレーザ光を透過しかつ当該所定波長以外のレーザ光を反射する波長選択部を、前記複数の波長の各々について配列した波長選択基板を内部に有する液晶パネルと、
前記導光板の上面と対向する底面側に設けられ、前記波長選択基板で反射して前記導光板を通過してくるレーザ光を反射して、前記導光板を介して前記波長選択基板に再度入射させる反射体とを備える、液晶表示装置。
【請求項１７】
前記波長選択部が隣接する境界部分には、前記レーザ光源ユニットから出力される全ての波長のレーザ光を５０％以上反射させる反射部を有することを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記反射部は、金属薄膜又は誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記反射部は、隣接する前記波長選択部の両方と一部がオーバラップする位置に設けられていることを特徴とする、請求項１８に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記波長選択部の配列方向に垂直な軸と前記波長選択部に入射されるレーザ光の主光線の光軸とがなす角度θは、前記波長選択部の配列方向のピッチＰｇ、前記波長選択基板と反射体との距離Ｈｇ、及び前記波長選択部の配列方向と直交する平面における導光板から前記波長選択基板へ出射されるレーザ光の拡がり角度αを用いて、次式を満足する値に設定されることを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
１０≧θ≧ｓｉｎ−１（Ｐｇ／（１０×Ｈｇ×ｔａｎα））
【請求項２１】
前記導光板は、前記波長選択部の配列方向に平行な平面及び直交する平面の少なくともいずれかにおいて、所定の拡がり角度でレーザ光を出射することを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記導光板は、前記底面の少なくとも一部に、前記側面から入射されるレーザ光の進行方向を前記上面方向へ曲げる反射部を備えており、
前記反射部には、三角プリズム、台形プリズム、及び曲面を有するプリズムのいずれかが傾斜を持って複数形成され、前記入射されるレーザ光が照射されるプリズムの範囲が、前記導光板の上面に平行な方向に１μｍ以上２０μｍ以下となるように設定されていることを特徴とする、請求項２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記反射体は、前記導光板の底面に設けた全反射プリズムであることを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光を、前記導光板の幅方向及び厚み方向の少なくともいずれかの方向に振動させる振動部をさらに備えることを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記振動部は、前記導光板の輝度分布又は前記液晶パネルで表示する画像データに基づいて、前記複数の波長のそれぞれについて前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整する制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項２４に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記制御部は、前記レーザ光源ユニットから前記導光板に入射されるレーザ光の位置に基づいて、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整することを特徴とする、請求項２５に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記制御部は、前記レーザ光源ユニットから既定光量のレーザ光を前記導光板に入射した時に前記導光板から出射されるレーザ光の各波長の一次元又は二次元の輝度分布に基づいて、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整することを特徴とする、請求項２６に記載の液晶表示装置。
【請求項２８】
前記レーザ光源ユニットは、所定の方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生し、当該レーザ光を当該所定の方向に略平行に変換した平行光を、前記導光板の側面に入射することを特徴とする、請求項２６に記載の液晶表示装置。
【請求項２９】
前記レーザ光源ユニットは、活性層の厚み方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生する半導体レーザ光源を含むことを特徴とする、請求項２８に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源にレーザ光源を使用して高効率かつ均一輝度を実現する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示装置用の光源には、冷陰極管蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬと記す）が多く使用されている。このＣＣＦＬを使用したバックライト方式としては、ＣＣＦＬの光を導光板の側面から入射して導光板の前面より略均一な面状光として出射し、液晶パネルを後面から面状光を照射するエッジライト方式や、ＣＣＦＬを液晶パネル背面に複数本配列し、ＣＣＦＬの光で液晶パネルを直接照射する直下方式が、一般に知られている。【０００３】
ところで近年、環境問題や省電力の観点から、水銀を使用せずかつ消費電力の少ない光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体材料からなる光源を利用した画像表示装置の開発が進められている。特に、レーザ光源は、消費電力の低さだけでなく、色再現範囲の広さ等の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。さらに、単一のレーザ光源でＷ級の光出力が出射できることも、画像表示装置の光源部分の小型化及び簡素化の観点から有利である。【０００４】
一方で、液晶表示装置を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。導光板を用いた液晶バックライトとして、例えば特許文献１の液晶表示装置が提案されている。この特許文献１に記載の液晶表示装置では、光ガイドロッドの両端部にＬＥＤを取り付けて、光ガイドロッドの反導光板側面に設けられた三角形の溝によって、ＬＥＤからの光を反射する。そして、その光を導光板に導き、導光板の光出射面に対向する反射面に形成されたプリズムアレイで反射して液晶パネルの偏光板を透過する光の透過率を高めている。【０００５】
また、レーザ光源の配置及び光学系の工夫により、均一な光量分布で照射することができ、かつ、低消費電力を実現する液晶バックライトが提案されている（特許文献２及び３を参照）。
また、レーザ光源からのレーザ光を少なくとも２個の光学レンズにより導光板に結合させて、かつレーザ光の偏光方向を液晶パネルの入射側の偏光方向に対して調整できるようにする技術も提案されている（特許文献４を参照）。【０００６】
さらに、光源から出射される光に含まれる赤緑青の各色光をそれぞれ導光板内部で分離して、液晶パネル内の赤色サブピクセル、青色サブピクセル、及び緑色サブピクセルにそれぞれ入射させることで、液晶パネル内のカラーフィルタで吸収される光の成分を減じ、高効率化させる技術も提案されている（特許文献５を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３１２２８号公報
【特許文献２】特開２００６−３３１６８３号公報
【特許文献３】国際公開第２００７／０１５４０２号パンフレット
【特許文献４】特開２００８−６６１６２号公報
【特許文献５】特開２００６−１２７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術では、導光板から出射された光を液晶パネルへ供給するときの利用効率がまだまだ低い。特に、液晶パネルで反射して導光板に戻ってくる光については、再利用する概念はなく光を無駄にしている。このため、上記従来の技術では、光の利用効率の向上には限界があった。【０００９】
それ故に、本発明の目的は、液晶パネルで反射して導光板に戻ってくるレーザ光を有効に再利用して、高効率かつ簡便に均一輝度を実現できる液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、エッジライト方式のバックライトを用いた液晶表示装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、異なる複数の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、レーザ光を側面から入射し、側面と垂直な上面から所定の拡がり角度を持った二次元のレーザ光として出射する導光板と、複数の波長に対応したカラーフィルタを内部に有する液晶パネルと、液晶パネルと導光板の上面側との間にカラーフィルタの配列に対応して設けられ、所定波長のレーザ光を透過しかつ所定波長以外のレーザ光を反射する波長選択部を、複数の波長の各々について配列した波長選択基板と、導光板の上面と対向する底面側に設けられ、波長選択基板で反射して導光板を通過してくるレーザ光を反射して、導光板を介して波長選択基板に再度入射させる反射体とを備える。所定の拡がり角度は、波長選択部の配列方向に平行な平面及び／又は配列方向と直交する平面に持たせる。また、波長選択基板を液晶パネルの内部に持たせてもよく、この場合にはカラーフィルタを省ける。【００１１】
波長選択基板は、波長選択部の幅及び長さがカラーフィルタの幅及び長さよりも短く、波長選択部が隣接する境界部分には、レーザ光源ユニットから出力される全ての波長のレーザ光を５０％以上反射させる反射部を有してもよい。この反射部は、典型的には金属薄膜又は誘電体多層膜で構成されている。なお、反射部は、隣接する波長選択部の両方と一部がオーバラップする位置に設けられていてもよい。【００１２】
波長選択基板は、波長選択部の配列方向に垂直な軸と波長選択部に入射されるレーザ光の主光線の光軸とがなす角度θ、及びカラーフィルタと波長選択基板との距離に基づいて、波長選択部の配置がカラーフィルタの配列とずれていてもよい。このなす角度θは、波長選択部の配列方向のピッチＰｇ、波長選択基板と反射体との距離Ｈｇ、及び波長選択部の配列方向と直交する平面における導光板から波長選択基板へ出射されるレーザ光の拡がり角度αを用いて、１０≧θ≧ｓｉｎ−１（Ｐｇ／（１０×Ｈｇ×ｔａｎα））を満足する値に設定される。【００１３】
導光板は、底面の少なくとも一部に、側面から入射されるレーザ光の進行方向を上面方向へ曲げる反射部を備えており、反射部には、三角プリズム、台形プリズム、及び曲面を有するプリズムのいずれかが傾斜を持って複数形成され、入射されるレーザ光が照射されるプリズムの範囲が、導光板の上面に平行な方向に１μｍ以上２０μｍ以下となるように設定されていることが好ましい。なお、反射体は、導光板の底面に設けた全反射プリズムであってもよい。【００１４】
なお、レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光を、導光板の幅方向及び厚み方向の少なくともいずれかの方向に振動させる振動部をさらに備えてもよい。振動部は、導光板の輝度分布又は液晶パネルで表示する画像データに基づいて、複数の波長のそれぞれについてレーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整する制御部をさらに備えてもよい。また、制御部は、レーザ光源ユニットから導光板に入射されるレーザ光の位置、又はレーザ光源ユニットから既定光量のレーザ光を導光板に入射した時に導光板から出射されるレーザ光の各波長の一次元又は二次元の輝度分布に基づいて、レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整してもよい。【００１５】
レーザ光源ユニットは、所定方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生し、レーザ光を所定方向に略平行に変換した平行光を、導光板の側面に入射してもよい。レーザ光源ユニットには、活性層の厚み方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生する半導体レーザ光源を使用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、少ない吸収ロスで波長選択基板において波長分離された各色レーザ光をそのまま各色カラーフィルタに入射させることができる。これにより、液晶パネルに何ら改造を加えることなく、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の各実施形態で説明する液晶表示装置の概略構造を模式的に示した図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する矢視図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、導光板１４の底面１４ｃに形成される立ち上げプリズム１４ｐの形状例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、導光板１４の底面１４ｃに形成される立ち上げプリズム１４ｐの形状例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、反射板２１を備えた導光板１４の構成例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、反射板２１を備えた導光板１４の構成例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、反射板２１を備えた導光板１４の構成例を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する矢視図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図７Ａ】図７Ａは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図８Ａ】図８Ａは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０の構成を説明する矢視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０の構成を説明する断面図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０の構成を説明する断面図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、カラーフィルタアレイ２４の構造例を説明する図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３０の構成を説明する矢視図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３０の構成を説明する断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置４０の構成を説明する断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａの一部を拡大した断面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、図１２Ａの一部を拡大した断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の全実施形態に適用できる構成を説明する図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置５０の構成を説明する図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、高出力の半導体レーザ１６の概略構成図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置５０の構成を説明する図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、レーザ光の拡がり角度と導光板１４における輝度強度分布との関係を測定した図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、レーザ光の拡がり角度と導光板１４における輝度強度分布との関係を測定した図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、レーザ光の拡がり角度と導光板１４における輝度強度分布との関係を測定した図である。
【図１６】図１６は、半導体レーザ１６が出射するレーザ光１２を三角プリズム５１へ入射するまでの構成例を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０の構成を説明する図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０の構成を説明する図である。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０の構成を説明する図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置７０の構成を説明する図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置７０の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の各実施形態で説明する液晶表示装置の概略構造を模式的に示した図である。図１において、本発明の液晶表示装置は、レーザ光源ユニット１１、導光板１４、反射板２１、波長選択基板２３、及び液晶パネル２２で構成される。レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光は、導光板１４に入射される。入射されたレーザ光は、導光板１４の全体に拡がった後に、反射板２１及び波長選択基板２３を介して液晶パネル２２に供給される。
以下、本発明の液晶表示装置の様々な実施形態を順に説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図２Ａ〜Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する図である。図２Ａは、図１における点Ａからの矢視図であり、図２Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図であり、図２Ｃは、図１におけるＣ−Ｃ線でのＸＹ平面による垂直断面図である。なお、図２Ａでは、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
【００２０】
図２Ａにおいて、レーザ光源ユニット１１は、赤色レーザ光源１１ｒと、緑色レーザ光源１１ｇと、青色レーザ光源１１ｂと、コリメータレンズ１３ｒ、１３ｇ、及び１３ｂと、ダイクロイックミラー１２Ｋ及び１２Ｌとを備える。赤色レーザ光源１１ｒは赤色レーザ光を、緑色レーザ光源１１ｇは緑色レーザ光を、青色レーザ光源１１ｂは青色レーザ光を、それぞれ出射する。光源から出射された各色レーザ光は、コリメータレンズ１３ｒ、１３ｇ、及び１３ｂによってそれぞれ略平行光１２ｒ、１２ｇ、及び１２ｂに変換される。この略平行光１２ｒ、１２ｇ、及び１２ｂに変換された各色レーザ光は、ダイクロイックミラー１２Ｋ及び１２Ｌを介して１つのレーザ光１２に合波され、出射される。
【００２１】
導光板１４は、直方体の第１側面１４ａと底面１４ｃとに傾斜を設けた形状であり、この傾斜には反射部が設けてある。レーザ光源ユニット１１から出射されたレーザ光１２は、第１側面１４ａと接する第２側面１４ｄから導光板１４内に入り、第１側面１４ａの傾斜する反射部に当たって伝播方向が９０度曲げられて線状光となる（図２Ａ）。この線状光は、底面１４ｃの傾斜する反射部に当たってさらに伝播方向が９０度曲げられて面状光となり、波長選択基板２３がある上面１４ｂから出射される（図２Ｃ）。
【００２２】
第１側面１４ａの傾斜には、例えば図２Ａに示すように、複数の三角プリズムを所定のピッチで形成した反射部を設けることで、全反射により高効率にレーザ光１２の伝播方向を９０度変えることができる。同様に、底面１４ｃの傾斜にも、例えば図２Ｃに示すように、立ち上げプリズム１４ｐを所定のピッチで形成した反射部を設けることで、全反射により光ロスのない均一な面状光をつくることができる。この立ち上げプリズム１４ｐで反射したレーザ光１２は、反射前のレーザ光進行方向を含む導光板１４の厚み方向（以下、ＸＹ平面と記す）に所定の拡がり角度Ｓを持つ。レーザ光の拡がり角度Ｓについては、後述する。
【００２３】
導光板１４の上面１４ｂから出射された面状のレーザ光１２は、波長選択基板２３に入射される。この波長選択基板２３は、赤色レーザ光のみを透過して他の光を反射する機能を有した波長選択部２３Ｒ、緑色レーザ光のみを透過して他の光を反射する機能を有した波長選択部２３Ｇ、及び青色レーザ光のみを透過して他の光を反射する機能を有した波長選択部２３Ｂから構成される。
【００２４】
図２Ｂにおいて、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの透過色と一致するレーザ光は、そのまま波長選択基板２３を通過して液晶パネル２２に入射される。一方、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの透過色と一致しないレーザ光は、波長選択基板２３で反射されて導光板１４へ再度入射される。導光板１４へ再度入射された色不一致のレーザ光は、反射板２１によって反射されて波長選択基板２３へ再び入射される。このレーザ光は、再び到達した波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの透過色と色が一致する場合には、波長選択基板２３を通過して液晶パネル２２に入射され、一致しなければ導光板１４へ戻って同様のことが繰り返し行われる。この透過及び反射を繰り返し行うことで、最終的に三原色が合成されて成るレーザ光１２は、赤色、緑色、及び青色に分離されて波長選択基板２３から出射されることになる。
【００２５】
液晶パネル２２は、液晶層２２ａと、カラーフィルタアレイ２４と、下側ガラス板２２ｂと、上側ガラス板２２ｃと、下側偏光板２２ｄと、上側偏光板２２ｅとを備える。カラーフィルタアレイ２４は、赤色カラーフィルタ２４Ｒ、緑色カラーフィルタ２４Ｇ、及び青色カラーフィルタ２４Ｂを含み、各色カラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの配列及び垂直方向位置は、波長選択基板２３の波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂとで各色一致している（図２Ｂ）。
【００２６】
以上の構造により、本発明の液晶表示装置１０は、少ない吸収ロスで波長選択基板２３において波長分離された各色レーザ光をそのままカラーフィルタアレイ２４に入射させることができる。よって、温度が変動しても常に光利用効率の高い液晶表示装置を構成することが可能になる。以下、各構成の具体的な実施例を説明する。
【００２７】
図３Ａ及びＢは、導光板１４の底面１４ｃに形成される立ち上げプリズム１４ｐの形状例を示す図である。図３Ａは、立ち上げプリズム１４ｐを三角プリズムの一部に曲面１４ｆを持たせた形状にした例であり、図３Ｂは、立ち上げプリズム１４ｐを全体が曲面１４ｇである形状にした例である。立ち上げプリズム１４ｐを図３Ａ及びＢのような形状で構成することで、所定の拡がり角度Ｓを持つレーザ光１２を波長選択基板２３へ出射することができる。
【００２８】
特に、ＸＹ平面においてレーザ光が照射される立ち上げプリズム１４ｐの範囲、すなわち立ち上げプリズム１４ｐの幅Ｗｄを２０μｍ以下にすれば、立ち上げプリズム１４ｐで立ち上げたレーザ光の拡がり角度Ｓをさらに広げることができる。これは、反射する幅を狭くすることにより、光の回折が起こるためである。例えば、赤色レーザ光の場合、幅Ｗｄが２０μｍであれば、±１．２度の拡がり角度Ｓを持たせることができる。なお、幅Ｗｄは、２０μｍよりも小さくすればするほど拡がり角度Ｓを広くできるが、光波長程度の幅になると回折限界がくるため、１μｍ以上であることが望ましい。また、図３Ｂでは、曲面１４ｇの広さを調整することで、ＸＹ平面だけでなく、反射前のレーザ光進行方向を含む導光板１４の幅方向（以下、ＸＺ平面と記す）へも所定の拡がり角度を持たせることが可能となる。
【００２９】
なお、波長選択基板２３に入射するレーザ光１２に拡がり角度Ｓを持たせる方法は、上述した曲面を持った立ち上げプリズム１４ｐを利用した光反射だけに限られない。例えば、導光板１４に入射するレーザ光１２を予めＸＹ平面に所定の拡がり角度を持って入射させてもよい。レーザ光１２はＸＹ平面上を全反射しながら進行するため、導光板１４に入射した際の角度分布が保存される。よって、立ち上げプリズム１４ｐを三角プリズムや台形プリズムで構成しておけば、拡がり角度を持って入射されるレーザ光１２は、その拡がり角度を維持したまま波長選択基板２３に向けて反射されることになる。
【００３０】
このように、波長選択基板２３に入射するレーザ光に予め所定の拡がり角度Ｓを持たせておけば、波長選択基板２３で反射する色不一致レーザ光の発生割合を低減することができる。また、隣接する立ち上げプリズム１４ｐで反射されたレーザ光同士がオーバラップするため、一定の輝度を保てるという効果も有する。
【００３１】
また、導光板１４の厚みは、波長選択基板２３と協働して薄くすることができる。つまり、ＸＹ平面上でＹ方向に伝播するレーザ光を立ち上げプリズム１４ｐで全反射させて、上面１４ｂからＸ軸方向に出射させる場合、立ち上げプリズム１４ｐの全反射条件を満たす拡がり角度Ｓは、６度程度以下である。上面１４ｂと液晶パネル２２との間に波長選択基板２３がある場合、立ち上げプリズム１４ｐのピッチは１ｍｍ程度であれば均一な照明が可能である（導光板１４の屈折率は１．４９、導光板１４と波長選択基板２３との距離は１０ｍｍ）。一方、波長選択基板２３がなければ、立ち上げプリズム１４ｐのピッチを０．５ｍｍ程度にしなければ均一な照明ができない。これは、波長選択基板２３を用いると、波長選択基板２３と反射板２１との間で生じる多重反射によって、立ち上げプリズム１４ｐの位置から広い範囲でレーザ光１２が到達するためである。このように、波長選択基板２３を用いれば、立ち上げプリズム１４ｐの個数ｎを減らすことができる、すなわち導光板１４の厚み（＝図３Ａの幅Ｗｈ×ｎ）を薄くすることができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、導光板１４と反射板２１とが独立している構造を説明したが、反射板２１は導光板１４と一体になっていてもよい。図４Ａ〜Ｃは、反射板２１を備えた導光板１４の構成例を示す図である。図４Ａは、図１における点Ｄからの矢視図であり、図４Ｂは、図１における点Ｅからの矢視図であり、図４Ｃは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図である。
【００３３】
図４Ａにおける導光板１４は、図２Ａに示すように第１側面１４ａに三角プリズムが、図２Ｃに示すように上面１４ｂに立ち上げプリズム１４ｐが所定の間隔で設けてある。この立ち上げプリズム１４ｐは、三角プリズムや台形プリズム等で構成される。さらに、底面１４ｃには、隣接する立ち上げプリズム１４ｐの間に、反射板２１の代わりとして機能する全反射プリズム１４ｑが、立ち上げプリズム１４ｐに対して反射面が直交する方向に設けてある。この導光板１４を用いた場合、図４Ｃに示す通り、導光板１４へ再度入射された色不一致のレーザ光は、全反射プリズム１４ｑにおける二度全反射によって最初と異なる波長選択部へ再入射され、高い確率で波長選択部を透過する。全反射プリズム１４ｑはレーザ光を全反射するため、反射ロスが全く存在せず光利用効率が高い。
【００３４】
図５Ａ〜Ｄは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
図５Ａは、ガラスや樹脂等の基板２３ａの表面に、異なる膜厚のコートを蒸着や塗布等によって成膜することで、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂを形成した例である。このコーティングは、例えば誘電体多層膜である高屈折率膜１５ａと低屈折率膜１５ｂとを交互に複数積層させることにより行う。高屈折率膜１５ａにはＴｉＯ２（屈折率は２．４）やＮｂ２Ｏ５（屈折率は２．３３）等が、低屈折率膜１５ｂにはＳｉＯ２（屈折率は１．４）等が用いられることが多い。図５Ｂは、基板２３ａの表面に、異なるピッチの表面格子を設け、その上に均一に高屈折率膜１５ａと低屈折率膜１５ｂとを複数蒸着することで、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂを形成した例である。この方法によると、蒸着するコートの膜厚が波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂ全て同じであるので、ある程度広い面積に蒸着するには都合がよい。図５Ｃは、基板２３ａの表面に、均一の膜厚のコートを蒸着や塗布等によって成膜するが、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂに基づいたスペーサ層１５ｃを層間に挿入する（一層エッチング等）ことで、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂを形成した例である。図５Ｄは、基板２３ａの表面に、異なるサブ波長オーダの格子パターン２３ｃを二層積層させて、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂを形成した例である。この場合は、型で転写することで格子パターンを設けることができるため、特に蒸着等の手間がなく、一度に広い面積の加工をするには都合がよい。
【００３５】
ところで、これまではレーザ光１２が、ＸＺ平面では拡がり角度を持たないことを前提に説明した。しかし、レーザ光源ユニット１１から出射するレーザ光１２を拡げる場合や、導光板１４の第１側面１４ａで所定の角度φ（図６Ａを参照）の拡がりを持たせて反射させる場合もある。このような拡がり角度φを持つレーザ光１２を使用する場合には、波長選択基板２３及び液晶パネル２２に、次のような工夫をすることが好ましい。なお、図６Ａでは、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
【００３６】
拡がり角度φで導光板１４に入射されるレーザ光１２は、立ち上げプリズム１４ｐで全反射されて、図６Ｂのように拡がり角度φを維持したまま波長選択基板２３に到達する。このような場合、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの幅をカラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの幅よりも短くし、各波長選択部の境界部分にレーザ光１２の全波長を反射させる反射部２５を設けておく。反射部２５の幅Ｗは、レーザ光１２の拡がり角度φ及び波長選択基板２３とカラーフィルタアレイ２４との距離ｄを用いて、次式で求められる。
Ｗ≧２ｄ×ｔａｎφ
【００３７】
この反射部２５を設けることで、波長選択基板２３に入射するレーザ光が拡がり角度φを有している場合であっても、波長選択基板２３を透過したある色のレーザ光が隣接する他色のカラーフィルタに入射されることを防ぐことができる。従って、他色フィルタによる吸収ロスをなくすことができ、光利用効率を高くすることができる。この反射部２５は、金属薄膜（アルミ、銀等）や誘電体多層膜等で構成され、各色波長について５０％以上の反射率を有することが望ましい。
【００３８】
また、図７Ａに示すように、カラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの境界部分にブラックマトリクス２４Ｍが存在する場合や、液晶層２２ａ内にＴＦＴや配線部２４Ｔが存在する場合も同様である。すなわち、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの幅をカラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの幅よりも短くして、各波長選択部の境界部分にレーザ光１２の全波長を反射させる反射部２５を設けておけば、光利用効率を高くすることができる。なお、上記内容は、画面水平方向に隣接するカラーフィルタ間だけではなく、画面垂直方向に隣接する画素間にも言える。すなわち、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの長さ（画素単位）をカラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの長さ（画素単位）よりも短くして、各波長選択部の画素境界部分にレーザ光１２の全波長を反射させる反射部２５を設けておく（図７Ｂ）。
【００３９】
なお、反射部２５は、隣接する波長選択部間に挟まれる位置に設けられるだけでなく、図８Ａ〜Ｃのように設けてもよい。図８Ａは、反射部２５の上に波長選択部が一部オーバラップするように配置されている例である。図８Ｂは、各波長選択部の境界部分の上に反射部２５がオーバラップするように配置されている例である。
【００４０】
例えば、各波長選択部を誘電体多層膜で構成した場合、各波長選択部の端部は成膜時の「膜厚ダレ」による特性の悪化が発生する場合がある。この「膜厚ダレ」とは、成膜時に蒸着される向き等の影響によりマスク２４Ｍの端部に近い領域において蒸着した膜厚が本来の厚みよりも薄くなることを言う（図８Ｃ中の円部）。この領域においては、所望の特性が得られなくなる。その場合、波長選択部の端部付近から本来透過しないはずの波長の光が透過し、ロスが多くなることが考えられる。また、隣接して成膜する場合、端部の位置精度が厳しくなる。それに対して、図８ＡやＢのように一部をオーバラップして成膜することで、端部の「膜厚ダレ」による影響を無くすことができ、各波長選択部の端部の位置精度も緩和することができる。
【００４１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０によれば、少ない吸収ロスで波長選択基板２３において波長分離された各色レーザ光をそのままカラーフィルタアレイ２４に入射させることができる。これにより、液晶パネル２２に何ら改造を加えることなく、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
図９Ａ及びＢは、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０の構成を説明する図である。図９Ａは、図１における点Ａからの矢視図であり、図９Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図であり、図９Ｃは、図１におけるＣ−Ｃ線でのＸＹ平面による垂直断面図である。なお、図９Ａでは、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
この第２の実施形態に係る液晶表示装置２０は、上記第１の実施形態に係る液晶表示装置１０と比べて、導光板３１と波長選択基板３３とが異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置２０を説明する。
【００４３】
導光板３１は、導光板１４の構造と基本的に同じであり、第１側面３１ａの三角プリズムの傾斜角度が少し異なる。レーザ光源ユニット１１から出射されたレーザ光１２は、第１側面３１ａと接する第２側面３１ｄから導光板３１内に入り、第１側面３１ａの傾斜する反射部に当たって伝播方向が９０＋θ度曲げられて線状光となる（図９Ａ）。このため、導光板３１の上面３１ｂからは、ＸＹ平面に対して角度θだけ光軸が傾いた面状のレーザ光１２が出射される（図９Ｂ）。
【００４４】
このように、角度θだけ光軸が傾いた面状のレーザ光１２を波長選択基板３３へ出射することで、波長選択部において色不一致となったレーザ光が反射板２１で反射された後も再度同じ色の波長選択部へ戻ることを防げる。よって、導光板３１内での光の伝播距離を短くすることができるため、導光板３１による光の吸収や反射ロスが極力抑えられて、高い光利用効率を得ることができる。なお、角度θは１０度以下が望ましい。この角度にすれば、偏光の回転によって発生するロスが無視できる１．５％程度に抑えられる。
【００４５】
この時、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの配列方向のピッチＰｇ、波長選択基板３３と反射板２１との距離Ｈｇ、及びＸＹ平面（波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの配列方向と直交する平面）における導光板１４から波長選択基板３３へ出射されるレーザ光の拡がり角度αから（図９Ｂ及びＣ）、あるカラーフィルタに入射されたレーザ光が隣接するカラーフィルタに移るまでの反射回数Ｎは、次式で表される。
Ｎ＝Ｐｇ／（２×Ｈｇ×ｔａｎα×ｓｉｎθ）
【００４６】
多重反射回数が少ないほど光利用効率の高い液晶表示装置を構成できる。例えば、波長選択基板３３と反射板２１との間を５回以内の反射回数で隣接するカラーフィルタに入射させることを考えると、仮にピッチＰｇが１００μｍ、距離Ｈｇが１５ｍｍ、及び角度αが５度である場合、角度θは０．４５度以上とすればよい。すなわち、角度θは、次式を満足する値であることが望ましい。
θ≧ｓｉｎ−１（Ｐｇ／（１０×Ｈｇ×ｔａｎα））
【００４７】
また、図９Ｂでも分かるように、波長選択基板３３を透過するレーザ光も角度θを持ってカラーフィルタアレイ２４に入射されることになる。よって、波長選択基板３３とカラーフィルタアレイ２４との位置関係をずらす必要がある。一般に、カラーフィルタアレイ２４の各カラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂは、図９Ｄのように、各色がストライプ状に配列されている。よって、波長選択基板３３とカラーフィルタアレイ２４との距離Ｌとすると、波長選択基板３３は、上述した垂直方向位置で各色が一致していた波長選択基板２３を、δ＝Ｌ×ｔａｎθだけずらした位置となる。このように、波長選択基板３３の位置をδだけずらしてやれば、波長選択基板３３を透過したレーザ光を所望色のカラーフィルタに入射させることができる。
【００４８】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０によれば、上記第１の実施形態と同様に、液晶パネル２２に何ら改造を加えることなく、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。もちろん、上記第１の実施形態で説明したように、波長選択基板３３には、液晶パネル２２内のブラックマトリクス２４Ｍ、ＴＦＴや配線部２４Ｔによる影響を回避するための反射部２５の構成を含めることも可能である。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
図１０Ａ及びＢは、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３０の構成を説明する図である。図１０Ａは、図１における点Ａからの矢視図であり、図１０Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図である。なお、図１０Ａでは、液晶パネル３２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
この第３の実施形態に係る液晶表示装置３０は、上記第１の実施形態に係る液晶表示装置１０と比べて、波長選択基板２３及び液晶パネル３２の構成が異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置３０を説明する。
【００５０】
液晶パネル３２は、液晶層２２ａと、波長選択基板２３と、下側ガラス板２２ｂと、上側ガラス板２２ｃと、下側偏光板２２ｄと、上側偏光板２２ｅとを備える。この液晶パネル３２は、液晶表示装置１０において液晶パネル２２の外部にあった波長選択基板２３を液晶パネル３２に内蔵した構造である。また、液晶層２２ａが、波長選択基板２３の上側に配置されている。
【００５１】
導光板１４の上面１４ｂから出射された面状のレーザ光１２の内、偏光方向が一致するレーザ光は、下側偏光板２２ｄを透過して波長選択基板２３に入射される。波長選択基板２３は、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂによって所定の色だけを透過し、所定の色以外を反射する。反射された色不一致のレーザ光は、導光板１４へ再度入射されて反射板２１で反射された後、再び導光板１４及び下側偏光板２２ｄを通って波長選択基板２３に入射される。この透過及び反射を繰り返し行う。
【００５２】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３０によれば、少ない吸収ロスで波長選択基板２３において波長分離された各色レーザ光をそのまま液晶層２２ａに入射させることができる。これにより、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。また、波長選択基板２３を液晶パネル３２に内蔵してカラーフィルタアレイを省くと共に液晶層２２ａの配置を工夫したため、低製作コスト及び光吸収ロスの削減を同時に期待できる。
【００５３】
なお、この液晶表示装置３０においても、レーザ光１２が拡がり角度φで導光板１４に入射される場合には（図６Ａを参照）、反射部２５を設けることで光吸収ロスを抑えることができる。また、波長選択部の境界部分の上に反射部２５がオーバラップするように配置しても構わない。図１１Ａ及びＢは、波長選択基板２３内にレーザ光１２の全波長を反射させる反射部２５を設けた例である。反射部２５の幅及び長さは、ＴＦＴや配線部２４Ｔの面積と同じか、波長選択基板２３にレーザ光が角度θで入射される場合には（図９Ａを参照）、その角度θを考慮した反射部２５の幅及び長さにしておけばよい。
【００５４】
＜第４の実施形態＞
図１２Ａ及びＢは、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置４０の構成を説明する図である。図１２Ａは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの円部を拡大した図である。
この第４の実施形態に係る液晶表示装置４０は、上記第３の実施形態に係る液晶表示装置３０と比べて、下側偏光板２２ｄに代えて金属細線２６を設けていることが異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置４０を説明する。
【００５５】
液晶表示装置４０では、波長選択基板２３と下側ガラス板２２ｂとの間に金属細線２６を設けている。この金属細線は、ワイヤーグリッドの役割を果たす。金属細線にワイヤーグリッドの役割を持たせるためには、例えば幅が３０ｎｍ及び厚みが１００ｎｍ程度のアルミ線を、各色波長選択部の配列方向（図９Ｄを参照）に１５０ｎｍ程度のピッチで複数本並べればよい。この並びでは、下側ガラス板２２ｂから波長選択基板２３に入射されるレーザ光が、各波長選択部の配列方向（ＸＺ平面）の偏光を持っている場合、そのレーザ光は金属細線を透過し、各波長選択部の配列方向と直交する方向（ＸＹ平面）の偏光を持っている場合、そのレーザ光は金属細線で反射される。
【００５６】
一般に、液晶パネル３２に使用される下側偏光板２２ｄは、ヨウ素等の二色性を利用した偏光板であるが、透過軸方向に偏光した光の吸収はワイヤーグリッドの方が少ない。よって、金属細線２６を用いる方が下側偏光板２２ｄを用いるよりも光利用効率が高くなる。なお、反射部２５と金属細線２６とを同一材料（アルミ等）で成形する場合には、同一の工程で加工することができるため、下側偏光板２２ｄを用いた場合と比較して、大幅なコストダウンに繋がる。
【００５７】
この金属細線２６は、波長選択基板２３と液晶層２２ａとの間に設けてもよい（図１２Ｃ）。この構造の場合、波長選択基板２３と反射板２１との間に、光を吸収する部材が無くなり、波長選択基板２３と反射板２１との間を往復反射するレーザ光の吸収ロスを無くすことができる。なお、液晶層２２ａに入射するレーザ光１２の偏光方向は、金属細線２６により維持されているのは言うまでもない。
【００５８】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置４０によれば、少ない吸収ロスで波長選択基板２３において波長分離された各色レーザ光をそのまま液晶層２２ａに入射させることができる。これにより、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。
【００５９】
なお、上述した第１〜第４の実施形態に係る液晶表示装置１０〜４０において、導光板１４又は３４に入射する前にレーザ光１２の消光比を所定以上にするために、偏光板２７を挿入することも考えられる。図１３は、偏光板２７を挿入した液晶表示装置の一例を示す図１における点Ａからの矢視図である。なお、図１３では、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
【００６０】
一般に、液晶層２２ａに入射するレーザ光は、３０００：１以上の消光比が必要とされており、それ以下だとコントラストの低い画像となり問題になる。また、下側偏光板２２ｄがヨウ素等の二色性を利用した偏光板であり消光比が３０００：１程度の場合、透過軸方向に偏光したレーザ光に対しても１２％程度は吸収することが分かっている。下側偏光板２２ｄとしてワイヤーグリッドを用いた場合でも、透過軸方向に偏光したレーザ光に対して１０％程度吸収することが分かっている。よって、仮に波長選択基板２３と反射板２１との間を５回往復すると、ヨウ素等の二色性を利用した偏光板ではレーザ光の強度は７０％が吸収され、ワイヤーグリッドであっても６５％以上が吸収されることになる。
【００６１】
そこで、図１３の例では、レーザ光源ユニット１１と導光板１４との間に偏光板２７を挿入して偏光度を上げている。例えば、１００：１程度の消光比を持つ偏光板２７と、３０：１程度の消光比を持つ下側偏光板２２ｄを用いれば、液晶層２２ａに入射するレーザ光は３０００：１の消光比を持つことになる。もちろん、偏光板２７の代わりに、１００：１以上に偏光したレーザ光１２をレーザ光源ユニット１１から出射してもよい。
【００６２】
＜第５の実施形態＞
図１４Ａは、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置５０の構成を説明する図である。図１４Ａは、図１における点Ａからの矢視図である。なお、図１４Ａでは、反射板２１、波長選択基板２３、及び液晶パネル２２を省いた構成の矢視図を描いている。
この第５の実施形態に係る液晶表示装置５０は、上記第１〜第４の実施形態に係る液晶表示装置１０〜４０と比べて、三角プリズム５１、アクチュエータ５２、及び制御装置５３を含む振動部をさらに加えたことが異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置５０を説明する。
【００６３】
レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光１２は、三角プリズム５１によって伝播方向が９０度曲げられた後、第２側面１４ｄから導光板１４へ入る。アクチュエータ５２は、導光板１４の幅方向に三角プリズム５１を振動（水平移動）させ、導光板１４へ入射するレーザ光１２を一次元的に走査する。このように、導光板１４へ入射するレーザ光１２を走査させることで、レーザ光１２のプロファイルが変動した場合でも、液晶パネル２２又は３２の輝度を均一に維持することができる。以下、この効果を具体的に説明する。
【００６４】
一般に、半導体レーザ１６は、固体差、温度変動、及び経時変動を考慮すると、光の拡がり角度が垂直方向θｓに３０〜５０度程度の範囲かつ水平方向θｔに５〜２０度程度の範囲でばらつく（図１４Ｂ）。図１５Ａ〜Ｃは、ばらつきの影響を確認するために、レーザ光の水平方向θｔの拡がり角度を４０度として輝度が均一に設計された導光板に、拡がり角度が５０度のレーザ光を入射させた場合の強度を例示した図である。
【００６５】
レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光１２を走査しない場合、図１５Ａに示すように導光板の中心部分の輝度が低下してムラが生じる。一方、レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光１２を走査する場合、図１５Ｂ及びＣに示すように導光板の全体にわたって大きな輝度差が出ず、結果として視認できるムラが生じない。なお、図１５Ｂは、レーザ光を正弦波状に走査する場合のデータであり、図１５Ｂは、レーザ光をのこぎり状に走査する場合のデータである。
【００６６】
なお、レーザ光１２を走査できるのであれば、上述した三角プリズム５１及びアクチュエータ５２を用いた構成でなくても、例えばポリゴンミラー及びｆθレンズを用いた構成でもよい。
【００６７】
また、走査と同期してレーザ光１２の光量を変えることも考えられる。例えば、導光板１４の上面１４ｂにおける輝度の不均一箇所及び必要な光量をアクチュエータ５２の位置と関連付けて予め求めて、制御装置５３に記憶しておく。そうすれば、制御装置５３が、記憶情報とアクチュエータ５２の位置とに従って、レーザ光源ユニット１１から出力されるレーザ光１２の光量を最適に調整することができる。
【００６８】
また、光量を検出するセンサアレイ５４を使用する場合を考える。例えば、図１４Ｃに示すように、図１４Ａの構成において導光板１４上にセンサアレイ５４を設けて、センサアレイ５４の検出した情報を制御装置５３にフィードバック接続する。これにより、初期状態の輝度の不均一箇所及び必要な光量を、センサアレイ５４から制御装置５３に通知して、レーザ光源ユニット１１から出力されるレーザ光１２の光量を調整する（例えば、導光板１４の一部分（図１４Ｃの点線矩形部分）だけレーザ光を伝播させる）ことができるので、輝度ばらつきを補正することができる。なお、三原色レーザ光源を使用している場合には、センサアレイ５４で各色の情報を検出することで、輝度ばらつきだけでなく色ばらつきの補正も可能となる。
【００６９】
また、液晶パネル２２又は３２に入力された画像データの色毎の明暗に応じてレーザ光の光量を制御することも考えられる。例えば、液晶パネル２２又は３２に入力された画像データを制御装置５３に接続する。これにより、画像データの暗い部分を走査するタイミングでレーザ光１２の光量を下げ、明るい部分を走査するタイミングで光量を上げるような制御ができる。従って、単一光源でありながら、部分的に光量を制御することができ、コントラストの向上や低消費電力化に寄与できる。特に、レーザ光源ユニット１１から出射するレーザ光１２の横モード（導光板１４の幅方向）がシングルモードであった場合、レーザ光１２をその幅方向に略平行に伝播させることができるため、画像データのより小さな領域に応じて光量を制御できる。
【００７０】
なお、レーザ光源ユニット１１にＷ級のハイパワー半導体レーザを用いる場合には、レーザの出射径が数μｍ以上になるため、以下のように構成することが望ましい。図１４Ｂには、一般的なハイパワーの半導体レーザ１６の構造を示している。この半導体レーザ１６は、クラッド層１６ｂに挟まれた活性層１６ａが基板１６ｃ上に載置された構成である。活性層１６ａの屈折率は、クラッド層１６ｂの屈折率より大きく設定されている。半導体レーザ１６では、出射するレーザ光のパワー密度を一定以下にするために、活性層の幅Ｗａを数十〜数百μｍ、活性層の厚みＤａを５μｍ程度にしている。このため、半導体レーザ１６は、幅方向には横モードがマルチモードで発振し、厚み方向には横モードがシングルモードで発振するため、厚み方向について点光源として扱うことができる。よって、導光板１４の幅方向と、半導体レーザ１６厚み方向とを一致させる配置でレーザ光源ユニット１１を構成するのがよい。
【００７１】
また、上記説明では、導光板１４の幅方向に関するレーザ光のプロファイル変動を吸収する方法を説明したが、以下のように構成すれば、導光板１４の厚み方向に関するレーザ光のプロファイル変動を吸収することも可能である。例えば、導光板１４の厚み方向に対して横モードがマルチモードを有することになる上記半導体レーザ１６を光源に用いた場合を考える。図１６は、半導体レーザ１６が出射するレーザ光１２を三角プリズム５１へ入射するまでの構成例を示す図である。
【００７２】
図１６において、半導体レーザ１６から出射したレーザ光１２は、コリメータレンズ１３ｈを透過しても平行にはならずに広がり角度ψで伝播する。ここで、半導体レーザ１６からのレーザ光１２が全て入射するよう設計されたロッドインテグレータ８２を設ける。このロッドインテグレータ８２の先端には、導光板１４の厚み方向のみパワーを持つレンチキュラレンズ８１が設けられている。レンチキュラレンズ１８のパワーには、平行ビームに対して角度ψよりも十分に大きい角度ωまでレーザ光１２を拡げる作用を持たせる。こうすることで、ロッドインテグレータ８２から出射するレーザ光１２は、レンチキュラレンズ８１で拡げられ、ロッドインテグレータ８２で混合される。これにより、レーザ光１２のロッドインテグレータ８２出射端面内分布は均一となり、かつその拡がり角度ωが角度ψより十分に大きいために略角度ωとなる。よって、仮にレーザ光１２の拡がり角度が変動したとしても、ロッドインテグレータ８２からの出射角の変動はわずかになる。また、半導体レーザ１６から出射したレーザ光１２の光量分布が偏ったとしても、レンチキュラレンズ８１とロッドインテグレータ８２とにより混合されるため、ロッドインテグレータ８２の出射面では面内分布は均一になっている。
【００７３】
以上のように、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置５０によれば、導光板１４へ入射するレーザ光１２を一次元的に走査させることで、レーザ光１２のプロファイルが変動した場合でも、液晶パネル２２又は３２の輝度を均一に維持することができる。
【００７４】
なお、この第５の実施形態で説明した三角プリズム５１、アクチュエータ５２、制御装置５３、及びセンサアレイ５４を含む振動部を用いて、レーザ光１２を走査して輝度の均一化を図る手法や、走査と同期したり、センサアレイ５４の測定データに基づいたり、液晶パネル２２又は３２への入力画像データに基づいたりして、レーザ光１２の光量を変える手法を、上記第１〜第４の実施形態で説明した導光板１４、反射板２１、及び液晶パネル２２及び３２を用いた構成以外に適用した場合でも、本実施形態で説明した効果を同様に奏することができる。
【００７５】
＜第６の実施形態＞
図１７Ａ及びＢは、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０の構成を説明する図である。図１７Ａは、図１における点Ａからの矢視図である。図１７Ｂは、図１７Ａの点Ｆからの矢視図である。なお、図１７Ａでは、反射板２１、波長選択基板２３、及び液晶パネル２２を省いた構成の矢視図を描いている。
この第６の実施形態に係る液晶表示装置６０は、上記第５の実施形態に係る液晶表示装置５０と比べて、反射ミラー７１、三角プリズム７２、及びアクチュエータ７３をさらに振動部に加えたことが異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置６０を説明する。
【００７６】
レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光１２は、反射ミラー７１によって伝播方向が９０度曲げられて導光板１４の厚み方向に進む。このレーザ光１２は、さらに三角プリズム７２によって伝播方向が９０度曲げられて導光板１４の幅方向に進む。このレーザ光１２は、三角プリズム５１に入射される。アクチュエータ７３は、アクチュエータ５２と直交する方向に三角プリズム７２を振動（水平移動）させる。アクチュエータ５２は、上述のように導光板１４の幅方向に三角プリズム５１を振動（水平移動）させる。この２つの振動により、アクチュエータ７３によって導光板１４の厚み方向に振動を、アクチュエータ５２によって導光板１４の幅方向に振動をさせることになり、結果として導光板１４へ入射するレーザ光１２を二次元的に走査できる。
【００７７】
以上のように、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０によれば、導光板１４へ入射するレーザ光１２を二次元的に走査させることで、レーザ光１２のプロファイルが変動した場合でも、液晶パネル２２又は３２の輝度を均一に維持することができる。
【００７８】
なお、この第６の実施形態で説明した三角プリズム５１、アクチュエータ５２、制御装置５３、センサアレイ５４、反射ミラー７１、三角プリズム７２、及びアクチュエータ７３を含む振動部を用いて、レーザ光１２を走査して輝度の均一化を図る手法や、走査と同期したり、センサアレイ５４の測定データに基づいたり、液晶パネル２２又は３２への入力画像データに基づいたりして、レーザ光１２の光量を変える手法（図１７Ｃを参照）を、上記第１〜第４の実施形態で説明した導光板１４、反射板２１、及び液晶パネル２２及び３２を用いた構成以外に適用した場合でも、本実施形態で説明した効果を同様に奏することができる。
【００７９】
＜第７の実施形態＞
図１８Ａ及びＢは、本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置７０の構成を説明する図である。図１８Ａは、図１における点Ａからの矢視図であり、図１８Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線での垂直断面図である。なお、図１８Ａでは、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
この第７の実施形態に係る液晶表示装置７０は、上記第１〜第６の実施形態に係る液晶表示装置１０〜６０に適用できる、波長選択基板２３及び液晶パネル２２の導光板１４への固定構造を提供するものである。
【００８０】
導光板１４の上面１４ｂには、波長選択基板２３を嵌め込むための凹部１０１が設けられている。この凹部１０１の周囲２辺又は４辺にはリブ１０２が立てられており、このリブ１０２の内側には波長選択基板２３の上に液晶パネル２２を載置するための段差１０３が設けられている。
【００８１】
液晶表示装置７０を製造する際には、まず波長選択基板２３が、リブ１０２のいずれか２辺に突き当てられる状態で凹部１０１に嵌め込まれる。波長選択基板２３とリブ１０２とに隙間がある場合には、板バネ１０５を挿入する等して固定すればよい。次に、液晶パネル２２が、リブ１０２のいずれか２辺に突き当てられる状態で段差１０３に載置される。液晶パネル２２とリブ１０２とに隙間がある場合には、板バネ１０５を挿入する等して固定すればよい。なお、固定手法は、板バネ１０５以外にも周知の技術が様々に利用できる。
【００８２】
以上のように、本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置７０によれば、波長選択基板２３と液晶パネル２２との位置決めを容易にできる。また、リブ１０２が曲げや捻りに対する補強の役目を果たすため、特に剛性を高めたい大型の液晶テレビ等に輝度ムラ対策として有効である。
【００８３】
なお、上記各実施形態では、レーザ光源ユニット１１の例として、赤色レーザ光源１１ｒ、緑色レーザ光源１１ｇ、及び青色レーザ光源１１ｂを用いた例を示した。しかし、レーザ光源ユニット１１は、これに限定されない。例えば、青色レーザ励起のプラセオ：フッ化物レーザを光源として用いれば、複数の波長の光を単一の光源で発生させることが可能である。また、複数の波長の半導体レーザを１つのパッケージ内に構成した半導体レーザを用いても構わない。また、各色に複数の光源をそれぞれ用意して、複数の光を合波しても構わない。この場合、横モードがシングルモードの複数の同色光源からの光を合波してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、光源にレーザ光源を使用する液晶表示装置等に利用可能であり、特に高効率かつ簡便に均一輝度を得たい場合に等に適している。
【符号の説明】
【００８５】
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０  液晶表示装置
１１  レーザ光源ユニット
１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ  光源
１２、１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ  レーザ光
１２Ｋ、１２Ｌ  ダイクロイックミラー
１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ  コリメータレンズ
１４  導光板
１４ｐ  立ち上げプリズム
１４ｆ、１４ｇ  曲面
１５ａ、１５ｂ  屈折率膜
１６  半導体レーザ
２１  反射板
２２、３２  液晶パネル
２２ａ  液晶層
２２ｂ、２２ｃ  ガラス板
２２ｄ、２２ｅ、２７  偏光板
２３  波長選択基板
２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ  波長選択部
２３ｃ  格子パターン
２３Ｍ  マスク
２４  カラーフィルタアレイ
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ  カラーフィルタ
２４Ｍ  ブラックマトリクス
２４Ｔ  ＴＦＴや配線部
２５  反射部
２６  金属細線
５１、７２  三角プリズム
５２、７３  アクチュエータ
５３  制御装置
５４  センサアレイ
７１  反射ミラー
８１  レンチキュラレンズ
８２  ロッドインテグレータ
１０１  凹部
１０２  リブ
１０３  段差
１０５  板バネ
【図１】
2010052886.tif 000003
【図２Ａ】
2010052886.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
2010052886.tif 000006
【図３Ａ】
2010052886.tif 000007
【図３Ｂ】
2010052886.tif 000008
【図４Ａ】
2010052886.tif 000009
【図４Ｂ】
2010052886.tif 000010
【図４Ｃ】
2010052886.tif 000011
【図５Ａ】
2010052886.tif 000012
【図５Ｂ】
2010052886.tif 000013
【図５Ｃ】
2010052886.tif 000014
【図５Ｄ】
2010052886.tif 000015
【図６Ａ】
2010052886.tif 000016
【図６Ｂ】
2010052886.tif 000017
【図７Ａ】
2010052886.tif 000018
【図７Ｂ】
2010052886.tif 000019
【図８Ａ】
2010052886.tif 000020
【図８Ｂ】
2010052886.tif 000021
【図８Ｃ】
2010052886.tif 000022
【図９Ａ】
2010052886.tif 000023
【図９Ｂ】
2010052886.tif 000024
【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
2010052886.tif 000026
【図１０Ａ】
2010052886.tif 000027
【図１０Ｂ】
2010052886.tif 000028
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
2010052886.tif 000030
【図１２Ａ】
2010052886.tif 000031
【図１２Ｂ】
2010052886.tif 000032
【図１２Ｃ】
2010052886.tif 000033
【図１３】
2010052886.tif 000034
【図１４Ａ】
2010052886.tif 000035
【図１４Ｂ】
2010052886.tif 000036
【図１４Ｃ】
2010052886.tif 000037
【図１５Ａ】
2010052886.tif 000038
【図１５Ｂ】
2010052886.tif 000039
【図１５Ｃ】
2010052886.tif 000040
【図１６】
2010052886.tif 000041
【図１７Ａ】
2010052886.tif 000042
【図１７Ｂ】
2010052886.tif 000043
【図１７Ｃ】
2010052886.tif 000044
【図１８Ａ】
2010052886.tif 000045
【図１８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年6月28日(2010.6.28)
【手続補正１】
【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、光源にレーザ光源を使用して高効率かつ均一輝度を実現する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示装置用の光源には、冷陰極管蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬと記す）が多く使用されている。このＣＣＦＬを使用したバックライト方式としては、ＣＣＦＬの光を導光板の側面から入射して導光板の前面より略均一な面状光として出射し、液晶パネルを後面から面状光を照射するエッジライト方式や、ＣＣＦＬを液晶パネル背面に複数本配列し、ＣＣＦＬの光で液晶パネルを直接照射する直下方式が、一般に知られている。
【０００３】
ところで近年、環境問題や省電力の観点から、水銀を使用せずかつ消費電力の少ない光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体材料からなる光源を利用した画像表示装置の開発が進められている。特に、レーザ光源は、消費電力の低さだけでなく、色再現範囲の広さ等の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。さらに、単一のレーザ光源でＷ級の光出力が出射できることも、画像表示装置の光源部分の小型化及び簡素化の観点から有利である。
【０００４】
一方で、液晶表示装置を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。導光板を用いた液晶バックライトとして、例えば特許文献１の液晶表示装置が提案されている。この特許文献１に記載の液晶表示装置では、光ガイドロッドの両端部にＬＥＤを取り付けて、光ガイドロッドの反導光板側面に設けられた三角形の溝によって、ＬＥＤからの光を反射する。そして、その光を導光板に導き、導光板の光出射面に対向する反射面に形成されたプリズムアレイで反射して液晶パネルの偏光板を透過する光の透過率を高めている。
【０００５】
また、レーザ光源の配置及び光学系の工夫により、均一な光量分布で照射することができ、かつ、低消費電力を実現する液晶バックライトが提案されている（特許文献２及び３を参照）。
また、レーザ光源からのレーザ光を少なくとも２個の光学レンズにより導光板に結合させて、かつレーザ光の偏光方向を液晶パネルの入射側の偏光方向に対して調整できるようにする技術も提案されている（特許文献４を参照）。
【０００６】
さらに、光源から出射される光に含まれる赤緑青の各色光をそれぞれ導光板内部で分離して、液晶パネル内の赤色サブピクセル、青色サブピクセル、及び緑色サブピクセルにそれぞれ入射させることで、液晶パネル内のカラーフィルタで吸収される光の成分を減じ、高効率化させる技術も提案されている（特許文献５を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１３１２２８号公報
【特許文献２】特開２００６−３３１６８３号公報
【特許文献３】国際公開第２００７／０１５４０２号パンフレット
【特許文献４】特開２００８−６６１６２号公報
【特許文献５】特開２００６−１２７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の技術では、導光板から出射された光を液晶パネルへ供給するときの利用効率がまだまだ低い。特に、液晶パネルで反射して導光板に戻ってくる光については、再利用する概念はなく光を無駄にしている。このため、上記従来の技術では、光の利用効率の向上には限界があった。
【０００９】
それ故に、本発明の目的は、液晶パネルで反射して導光板に戻ってくるレーザ光を有効に再利用して、高効率かつ簡便に均一輝度を実現できる液晶表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、エッジライト方式のバックライトを用いた液晶表示装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、異なる複数の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、レーザ光を側面から入射し、側面と垂直な上面から所定の拡がり角度を持った二次元のレーザ光として出射する導光板と、複数の波長に対応したカラーフィルタを内部に有する液晶パネルと、液晶パネルと導光板の上面側との間にカラーフィルタの配列に対応して設けられ、所定波長のレーザ光を透過しかつ所定波長以外のレーザ光を反射する波長選択部を、複数の波長の各々について配列した波長選択基板と、導光板の上面と対向する底面側に設けられ、波長選択基板で反射して導光板を通過してくるレーザ光を反射して、導光板を介して波長選択基板に再度入射させる反射体とを備える。所定の拡がり角度は、波長選択部の配列方向に平行な平面及び／又は配列方向と直交する平面に持たせる。また、波長選択基板を液晶パネルの内部に持たせてもよく、この場合にはカラーフィルタを省ける。
【００１１】
波長選択基板は、波長選択部の幅及び長さがカラーフィルタの幅及び長さよりも短く、波長選択部が隣接する境界部分には、レーザ光源ユニットから出力される全ての波長のレーザ光を５０％以上反射させる反射部を有してもよい。この反射部は、典型的には金属薄膜又は誘電体多層膜で構成されている。なお、反射部は、隣接する波長選択部の両方と一部がオーバラップする位置に設けられていてもよい。
【００１２】
波長選択基板は、波長選択部の配列方向に垂直な軸と波長選択部に入射されるレーザ光の主光線の光軸とがなす角度θ、及びカラーフィルタと波長選択基板との距離に基づいて、波長選択部の配置がカラーフィルタの配列とずれていてもよい。このなす角度θは、波長選択部の配列方向のピッチＰｇ、波長選択基板と反射体との距離Ｈｇ、及び波長選択部の配列方向と直交する平面における導光板から波長選択基板へ出射されるレーザ光の拡がり角度αを用いて、１０≧θ≧ｓｉｎ-1（Ｐｇ／（１０×Ｈｇ×ｔａｎα））を満足する値に設定される。
【００１３】
導光板は、底面の少なくとも一部に、側面から入射されるレーザ光の進行方向を上面方向へ曲げる反射部を備えており、反射部には、三角プリズム、台形プリズム、及び曲面を有するプリズムのいずれかが傾斜を持って複数形成され、入射されるレーザ光が照射されるプリズムの範囲が、導光板の上面に平行な方向に１μｍ以上２０μｍ以下となるように設定されていることが好ましい。なお、反射体は、導光板の底面に設けた全反射プリズムであってもよい。
【００１４】
なお、レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光を、導光板の幅方向及び厚み方向の少なくともいずれかの方向に振動させる振動部をさらに備えてもよい。振動部は、導光板の輝度分布又は液晶パネルで表示する画像データに基づいて、複数の波長のそれぞれについてレーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整する制御部をさらに備えてもよい。また、制御部は、レーザ光源ユニットから導光板に入射されるレーザ光の位置、又はレーザ光源ユニットから既定光量のレーザ光を導光板に入射した時に導光板から出射されるレーザ光の各波長の一次元又は二次元の輝度分布に基づいて、レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整してもよい。
【００１５】
レーザ光源ユニットは、所定方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生し、レーザ光を所定方向に略平行に変換した平行光を、導光板の側面に入射してもよい。レーザ光源ユニットには、活性層の厚み方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生する半導体レーザ光源を使用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、少ない吸収ロスで波長選択基板において波長分離された各色レーザ光をそのまま各色カラーフィルタに入射させることができる。これにより、液晶パネルに何ら改造を加えることなく、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の各実施形態で説明する液晶表示装置の概略構造を模式的に示した図
【図２Ａ】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する矢視図
【図２Ｂ】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する断面図
【図２Ｃ】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する断面図
【図３Ａ】導光板１４の底面１４ｃに形成される立ち上げプリズム１４ｐの形状例を示す図
【図３Ｂ】導光板１４の底面１４ｃに形成される立ち上げプリズム１４ｐの形状例を示す図
【図４Ａ】反射板２１を備えた導光板１４の構成例を示す図
【図４Ｂ】反射板２１を備えた導光板１４の構成例を示す図
【図４Ｃ】反射板２１を備えた導光板１４の構成例を示す図
【図５Ａ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図５Ｂ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図５Ｃ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図５Ｄ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図６Ａ】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する矢視図
【図６Ｂ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図７Ａ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図７Ｂ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図８Ａ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図８Ｂ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図８Ｃ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図９Ａ】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０の構成を説明する矢視図
【図９Ｂ】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０の構成を説明する断面図
【図９Ｃ】本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０の構成を説明する断面図
【図９Ｄ】カラーフィルタアレイ２４の構造例を説明する図
【図１０Ａ】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３０の構成を説明する矢視図
【図１０Ｂ】本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３０の構成を説明する断面図
【図１１Ａ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図１１Ｂ】波長選択基板２３の構造例を説明する図
【図１２Ａ】本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置４０の構成を説明する断面図
【図１２Ｂ】図１２Ａの一部を拡大した断面図
【図１２Ｃ】図１２Ａの一部を拡大した断面図
【図１３】本発明の全実施形態に適用できる構成を説明する図
【図１４Ａ】本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置５０の構成を説明する図
【図１４Ｂ】高出力の半導体レーザ１６の概略構成図
【図１４Ｃ】本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置５０の構成を説明する図
【図１５Ａ】レーザ光の拡がり角度と導光板１４における輝度強度分布との関係を測定した図
【図１５Ｂ】レーザ光の拡がり角度と導光板１４における輝度強度分布との関係を測定した図
【図１５Ｃ】レーザ光の拡がり角度と導光板１４における輝度強度分布との関係を測定した図
【図１６】半導体レーザ１６が出射するレーザ光１２を三角プリズム５１へ入射するまでの構成例を示す図
【図１７Ａ】本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０の構成を説明する図
【図１７Ｂ】本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０の構成を説明する図
【図１７Ｃ】本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０の構成を説明する図
【図１８Ａ】本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置７０の構成を説明する図
【図１８Ｂ】本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置７０の構成を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の各実施形態で説明する液晶表示装置の概略構造を模式的に示した図である。図１において、本発明の液晶表示装置は、レーザ光源ユニット１１、導光板１４、反射板２１、波長選択基板２３、及び液晶パネル２２で構成される。レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光は、導光板１４に入射される。入射されたレーザ光は、導光板１４の全体に拡がった後に、反射板２１及び波長選択基板２３を介して液晶パネル２２に供給される。
以下、本発明の液晶表示装置の様々な実施形態を順に説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図２Ａ〜Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０の構成を説明する図である。図２Ａは、図１における点Ａからの矢視図であり、図２Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図であり、図２Ｃは、図１におけるＣ−Ｃ線でのＸＹ平面による垂直断面図である。なお、図２Ａでは、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
【００２０】
図２Ａにおいて、レーザ光源ユニット１１は、赤色レーザ光源１１ｒと、緑色レーザ光源１１ｇと、青色レーザ光源１１ｂと、コリメータレンズ１３ｒ、１３ｇ、及び１３ｂと、ダイクロイックミラー１２Ｋ及び１２Ｌとを備える。赤色レーザ光源１１ｒは赤色レーザ光を、緑色レーザ光源１１ｇは緑色レーザ光を、青色レーザ光源１１ｂは青色レーザ光を、それぞれ出射する。光源から出射された各色レーザ光は、コリメータレンズ１３ｒ、１３ｇ、及び１３ｂによってそれぞれ略平行光１２ｒ、１２ｇ、及び１２ｂに変換される。この略平行光１２ｒ、１２ｇ、及び１２ｂに変換された各色レーザ光は、ダイクロイックミラー１２Ｋ及び１２Ｌを介して１つのレーザ光１２に合波され、出射される。
【００２１】
導光板１４は、直方体の第１側面１４ａと底面１４ｃとに傾斜を設けた形状であり、この傾斜には反射部が設けてある。レーザ光源ユニット１１から出射されたレーザ光１２は、第１側面１４ａと接する第２側面１４ｄから導光板１４内に入り、第１側面１４ａの傾斜する反射部に当たって伝播方向が９０度曲げられて線状光となる（図２Ａ）。この線状光は、底面１４ｃの傾斜する反射部に当たってさらに伝播方向が９０度曲げられて面状光となり、波長選択基板２３がある上面１４ｂから出射される（図２Ｃ）。
【００２２】
第１側面１４ａの傾斜には、例えば図２Ａに示すように、複数の三角プリズムを所定のピッチで形成した反射部を設けることで、全反射により高効率にレーザ光１２の伝播方向を９０度変えることができる。同様に、底面１４ｃの傾斜にも、例えば図２Ｃに示すように、立ち上げプリズム１４ｐを所定のピッチで形成した反射部を設けることで、全反射により光ロスのない均一な面状光をつくることができる。この立ち上げプリズム１４ｐで反射したレーザ光１２は、反射前のレーザ光進行方向を含む導光板１４の厚み方向（以下、ＸＹ平面と記す）に所定の拡がり角度Ｓを持つ。レーザ光の拡がり角度Ｓについては、後述する。
【００２３】
導光板１４の上面１４ｂから出射された面状のレーザ光１２は、波長選択基板２３に入射される。この波長選択基板２３は、赤色レーザ光のみを透過して他の光を反射する機能を有した波長選択部２３Ｒ、緑色レーザ光のみを透過して他の光を反射する機能を有した波長選択部２３Ｇ、及び青色レーザ光のみを透過して他の光を反射する機能を有した波長選択部２３Ｂから構成される。
【００２４】
図２Ｂにおいて、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの透過色と一致するレーザ光は、そのまま波長選択基板２３を通過して液晶パネル２２に入射される。一方、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの透過色と一致しないレーザ光は、波長選択基板２３で反射されて導光板１４へ再度入射される。導光板１４へ再度入射された色不一致のレーザ光は、反射板２１によって反射されて波長選択基板２３へ再び入射される。このレーザ光は、再び到達した波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの透過色と色が一致する場合には、波長選択基板２３を通過して液晶パネル２２に入射され、一致しなければ導光板１４へ戻って同様のことが繰り返し行われる。この透過及び反射を繰り返し行うことで、最終的に三原色が合成されて成るレーザ光１２は、赤色、緑色、及び青色に分離されて波長選択基板２３から出射されることになる。
【００２５】
液晶パネル２２は、液晶層２２ａと、カラーフィルタアレイ２４と、下側ガラス板２２ｂと、上側ガラス板２２ｃと、下側偏光板２２ｄと、上側偏光板２２ｅとを備える。カラーフィルタアレイ２４は、赤色カラーフィルタ２４Ｒ、緑色カラーフィルタ２４Ｇ、及び青色カラーフィルタ２４Ｂを含み、各色カラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの配列及び垂直方向位置は、波長選択基板２３の波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂとで各色一致している（図２Ｂ）。
【００２６】
以上の構造により、本発明の液晶表示装置１０は、少ない吸収ロスで波長選択基板２３において波長分離された各色レーザ光をそのままカラーフィルタアレイ２４に入射させることができる。よって、温度が変動しても常に光利用効率の高い液晶表示装置を構成することが可能になる。以下、各構成の具体的な実施例を説明する。
【００２７】
図３Ａ及びＢは、導光板１４の底面１４ｃに形成される立ち上げプリズム１４ｐの形状例を示す図である。図３Ａは、立ち上げプリズム１４ｐを三角プリズムの一部に曲面１４ｆを持たせた形状にした例であり、図３Ｂは、立ち上げプリズム１４ｐを全体が曲面１４ｇである形状にした例である。立ち上げプリズム１４ｐを図３Ａ及びＢのような形状で構成することで、所定の拡がり角度Ｓを持つレーザ光１２を波長選択基板２３へ出射することができる。
【００２８】
特に、ＸＹ平面においてレーザ光が照射される立ち上げプリズム１４ｐの範囲、すなわち立ち上げプリズム１４ｐの幅Ｗｄを２０μｍ以下にすれば、立ち上げプリズム１４ｐで立ち上げたレーザ光の拡がり角度Ｓをさらに広げることができる。これは、反射する幅を狭くすることにより、光の回折が起こるためである。例えば、赤色レーザ光の場合、幅Ｗｄが２０μｍであれば、±１．２度の拡がり角度Ｓを持たせることができる。なお、幅Ｗｄは、２０μｍよりも小さくすればするほど拡がり角度Ｓを広くできるが、光波長程度の幅になると回折限界がくるため、１μｍ以上であることが望ましい。また、図３Ｂでは、曲面１４ｇの広さを調整することで、ＸＹ平面だけでなく、反射前のレーザ光進行方向を含む導光板１４の幅方向（以下、ＸＺ平面と記す）へも所定の拡がり角度を持たせることが可能となる。
【００２９】
なお、波長選択基板２３に入射するレーザ光１２に拡がり角度Ｓを持たせる方法は、上述した曲面を持った立ち上げプリズム１４ｐを利用した光反射だけに限られない。例えば、導光板１４に入射するレーザ光１２を予めＸＹ平面に所定の拡がり角度を持って入射させてもよい。レーザ光１２はＸＹ平面上を全反射しながら進行するため、導光板１４に入射した際の角度分布が保存される。よって、立ち上げプリズム１４ｐを三角プリズムや台形プリズムで構成しておけば、拡がり角度を持って入射されるレーザ光１２は、その拡がり角度を維持したまま波長選択基板２３に向けて反射されることになる。
【００３０】
このように、波長選択基板２３に入射するレーザ光に予め所定の拡がり角度Ｓを持たせておけば、波長選択基板２３で反射する色不一致レーザ光の発生割合を低減することができる。また、隣接する立ち上げプリズム１４ｐで反射されたレーザ光同士がオーバラップするため、一定の輝度を保てるという効果も有する。
【００３１】
また、導光板１４の厚みは、波長選択基板２３と協働して薄くすることができる。つまり、ＸＹ平面上でＹ方向に伝播するレーザ光を立ち上げプリズム１４ｐで全反射させて、上面１４ｂからＸ軸方向に出射させる場合、立ち上げプリズム１４ｐの全反射条件を満たす拡がり角度Ｓは、６度程度以下である。上面１４ｂと液晶パネル２２との間に波長選択基板２３がある場合、立ち上げプリズム１４ｐのピッチは１ｍｍ程度であれば均一な照明が可能である（導光板１４の屈折率は１．４９、導光板１４と波長選択基板２３との距離は１０ｍｍ）。一方、波長選択基板２３がなければ、立ち上げプリズム１４ｐのピッチを０．５ｍｍ程度にしなければ均一な照明ができない。これは、波長選択基板２３を用いると、波長選択基板２３と反射板２１との間で生じる多重反射によって、立ち上げプリズム１４ｐの位置から広い範囲でレーザ光１２が到達するためである。このように、波長選択基板２３を用いれば、立ち上げプリズム１４ｐの個数ｎを減らすことができる、すなわち導光板１４の厚み（＝図３Ａの幅Ｗｈ×ｎ）を薄くすることができる。
【００３２】
なお、上記実施例では、導光板１４と反射板２１とが独立している構造を説明したが、反射板２１は導光板１４と一体になっていてもよい。図４Ａ〜Ｃは、反射板２１を備えた導光板１４の構成例を示す図である。図４Ａは、図１における点Ｄからの矢視図であり、図４Ｂは、図１における点Ｅからの矢視図であり、図４Ｃは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図である。
【００３３】
図４Ａにおける導光板１４は、図２Ａに示すように第１側面１４ａに三角プリズムが、図２Ｃに示すように上面１４ｂに立ち上げプリズム１４ｐが所定の間隔で設けてある。この立ち上げプリズム１４ｐは、三角プリズムや台形プリズム等で構成される。さらに、底面１４ｃには、隣接する立ち上げプリズム１４ｐの間に、反射板２１の代わりとして機能する全反射プリズム１４ｑが、立ち上げプリズム１４ｐに対して反射面が直交する方向に設けてある。この導光板１４を用いた場合、図４Ｃに示す通り、導光板１４へ再度入射された色不一致のレーザ光は、全反射プリズム１４ｑにおける二度全反射によって最初と異なる波長選択部へ再入射され、高い確率で波長選択部を透過する。全反射プリズム１４ｑはレーザ光を全反射するため、反射ロスが全く存在せず光利用効率が高い。
【００３４】
図５Ａ〜Ｄは、波長選択基板２３の構造例を説明する図である。
図５Ａは、ガラスや樹脂等の基板２３ａの表面に、異なる膜厚のコートを蒸着や塗布等によって成膜することで、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂを形成した例である。このコーティングは、例えば誘電体多層膜である高屈折率膜１５ａと低屈折率膜１５ｂとを交互に複数積層させることにより行う。高屈折率膜１５ａにはＴｉＯ2（屈折率は２．４）やＮｂ2Ｏ5（屈折率は２．３３）等が、低屈折率膜１５ｂにはＳｉＯ2（屈折率は１．４）等が用いられることが多い。図５Ｂは、基板２３ａの表面に、異なるピッチの表面格子を設け、その上に均一に高屈折率膜１５ａと低屈折率膜１５ｂとを複数蒸着することで、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂを形成した例である。この方法によると、蒸着するコートの膜厚が波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂ全て同じであるので、ある程度広い面積に蒸着するには都合がよい。図５Ｃは、基板２３ａの表面に、均一の膜厚のコートを蒸着や塗布等によって成膜するが、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂに基づいたスペーサ層１５ｃを層間に挿入する（一層エッチング等）ことで、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂを形成した例である。図５Ｄは、基板２３ａの表面に、異なるサブ波長オーダの格子パターン２３ｃを二層積層させて、各波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂを形成した例である。この場合は、型で転写することで格子パターンを設けることができるため、特に蒸着等の手間がなく、一度に広い面積の加工をするには都合がよい。
【００３５】
ところで、これまではレーザ光１２が、ＸＺ平面では拡がり角度を持たないことを前提に説明した。しかし、レーザ光源ユニット１１から出射するレーザ光１２を拡げる場合や、導光板１４の第１側面１４ａで所定の角度φ（図６Ａを参照）の拡がりを持たせて反射させる場合もある。このような拡がり角度φを持つレーザ光１２を使用する場合には、波長選択基板２３及び液晶パネル２２に、次のような工夫をすることが好ましい。なお、図６Ａでは、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
【００３６】
拡がり角度φで導光板１４に入射されるレーザ光１２は、立ち上げプリズム１４ｐで全反射されて、図６Ｂのように拡がり角度φを維持したまま波長選択基板２３に到達する。このような場合、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの幅をカラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの幅よりも短くし、各波長選択部の境界部分にレーザ光１２の全波長を反射させる反射部２５を設けておく。反射部２５の幅Ｗは、レーザ光１２の拡がり角度φ及び波長選択基板２３とカラーフィルタアレイ２４との距離ｄを用いて、次式で求められる。
Ｗ≧２ｄ×ｔａｎφ
【００３７】
この反射部２５を設けることで、波長選択基板２３に入射するレーザ光が拡がり角度φを有している場合であっても、波長選択基板２３を透過したある色のレーザ光が隣接する他色のカラーフィルタに入射されることを防ぐことができる。従って、他色フィルタによる吸収ロスをなくすことができ、光利用効率を高くすることができる。この反射部２５は、金属薄膜（アルミ、銀等）や誘電体多層膜等で構成され、各色波長について５０％以上の反射率を有することが望ましい。
【００３８】
また、図７Ａに示すように、カラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの境界部分にブラックマトリクス２４Ｍが存在する場合や、液晶層２２ａ内にＴＦＴや配線部２４Ｔが存在する場合も同様である。すなわち、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの幅をカラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの幅よりも短くして、各波長選択部の境界部分にレーザ光１２の全波長を反射させる反射部２５を設けておけば、光利用効率を高くすることができる。なお、上記内容は、画面水平方向に隣接するカラーフィルタ間だけではなく、画面垂直方向に隣接する画素間にも言える。すなわち、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの長さ（画素単位）をカラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂの長さ（画素単位）よりも短くして、各波長選択部の画素境界部分にレーザ光１２の全波長を反射させる反射部２５を設けておく（図７Ｂ）。
【００３９】
なお、反射部２５は、隣接する波長選択部間に挟まれる位置に設けられるだけでなく、図８Ａ〜Ｃのように設けてもよい。図８Ａは、反射部２５の上に波長選択部が一部オーバラップするように配置されている例である。図８Ｂは、各波長選択部の境界部分の上に反射部２５がオーバラップするように配置されている例である。
【００４０】
例えば、各波長選択部を誘電体多層膜で構成した場合、各波長選択部の端部は成膜時の「膜厚ダレ」による特性の悪化が発生する場合がある。この「膜厚ダレ」とは、成膜時に蒸着される向き等の影響によりマスク２４Ｍの端部に近い領域において蒸着した膜厚が本来の厚みよりも薄くなることを言う（図８Ｃ中の円部）。この領域においては、所望の特性が得られなくなる。その場合、波長選択部の端部付近から本来透過しないはずの波長の光が透過し、ロスが多くなることが考えられる。また、隣接して成膜する場合、端部の位置精度が厳しくなる。それに対して、図８ＡやＢのように一部をオーバラップして成膜することで、端部の「膜厚ダレ」による影響を無くすことができ、各波長選択部の端部の位置精度も緩和することができる。
【００４１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置１０によれば、少ない吸収ロスで波長選択基板２３において波長分離された各色レーザ光をそのままカラーフィルタアレイ２４に入射させることができる。これにより、液晶パネル２２に何ら改造を加えることなく、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。
【００４２】
＜第２の実施形態＞
図９Ａ及びＢは、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０の構成を説明する図である。図９Ａは、図１における点Ａからの矢視図であり、図９Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図であり、図９Ｃは、図１におけるＣ−Ｃ線でのＸＹ平面による垂直断面図である。なお、図９Ａでは、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
この第２の実施形態に係る液晶表示装置２０は、上記第１の実施形態に係る液晶表示装置１０と比べて、導光板３１と波長選択基板３３とが異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置２０を説明する。
【００４３】
導光板３１は、導光板１４の構造と基本的に同じであり、第１側面３１ａの三角プリズムの傾斜角度が少し異なる。レーザ光源ユニット１１から出射されたレーザ光１２は、第１側面３１ａと接する第２側面３１ｄから導光板３１内に入り、第１側面３１ａの傾斜する反射部に当たって伝播方向が９０＋θ度曲げられて線状光となる（図９Ａ）。このため、導光板３１の上面３１ｂからは、ＸＹ平面に対して角度θだけ光軸が傾いた面状のレーザ光１２が出射される（図９Ｂ）。
【００４４】
このように、角度θだけ光軸が傾いた面状のレーザ光１２を波長選択基板３３へ出射することで、波長選択部において色不一致となったレーザ光が反射板２１で反射された後も再度同じ色の波長選択部へ戻ることを防げる。よって、導光板３１内での光の伝播距離を短くすることができるため、導光板３１による光の吸収や反射ロスが極力抑えられて、高い光利用効率を得ることができる。なお、角度θは１０度以下が望ましい。この角度にすれば、偏光の回転によって発生するロスが無視できる１．５％程度に抑えられる。
【００４５】
この時、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの配列方向のピッチＰｇ、波長選択基板３３と反射板２１との距離Ｈｇ、及びＸＹ平面（波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂの配列方向と直交する平面）における導光板１４から波長選択基板３３へ出射されるレーザ光の拡がり角度αから（図９Ｂ及びＣ）、あるカラーフィルタに入射されたレーザ光が隣接するカラーフィルタに移るまでの反射回数Ｎは、次式で表される。
Ｎ＝Ｐｇ／（２×Ｈｇ×ｔａｎα×ｓｉｎθ）
【００４６】
多重反射回数が少ないほど光利用効率の高い液晶表示装置を構成できる。例えば、波長選択基板３３と反射板２１との間を５回以内の反射回数で隣接するカラーフィルタに入射させることを考えると、仮にピッチＰｇが１００μｍ、距離Ｈｇが１５ｍｍ、及び角度αが５度である場合、角度θは０．４５度以上とすればよい。すなわち、角度θは、次式を満足する値であることが望ましい。
θ≧ｓｉｎ-1（Ｐｇ／（１０×Ｈｇ×ｔａｎα））
【００４７】
また、図９Ｂでも分かるように、波長選択基板３３を透過するレーザ光も角度θを持ってカラーフィルタアレイ２４に入射されることになる。よって、波長選択基板３３とカラーフィルタアレイ２４との位置関係をずらす必要がある。一般に、カラーフィルタアレイ２４の各カラーフィルタ２４Ｒ、２４Ｇ、及び２４Ｂは、図９Ｄのように、各色がストライプ状に配列されている。よって、波長選択基板３３とカラーフィルタアレイ２４との距離Ｌとすると、波長選択基板３３は、上述した垂直方向位置で各色が一致していた波長選択基板２３を、δ＝Ｌ×ｔａｎθだけずらした位置となる。このように、波長選択基板３３の位置をδだけずらしてやれば、波長選択基板３３を透過したレーザ光を所望色のカラーフィルタに入射させることができる。
【００４８】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置２０によれば、上記第１の実施形態と同様に、液晶パネル２２に何ら改造を加えることなく、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。もちろん、上記第１の実施形態で説明したように、波長選択基板３３には、液晶パネル２２内のブラックマトリクス２４Ｍ、ＴＦＴや配線部２４Ｔによる影響を回避するための反射部２５の構成を含めることも可能である。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
図１０Ａ及びＢは、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３０の構成を説明する図である。図１０Ａは、図１における点Ａからの矢視図であり、図１０Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図である。なお、図１０Ａでは、液晶パネル３２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
この第３の実施形態に係る液晶表示装置３０は、上記第１の実施形態に係る液晶表示装置１０と比べて、波長選択基板２３及び液晶パネル３２の構成が異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置３０を説明する。
【００５０】
液晶パネル３２は、液晶層２２ａと、波長選択基板２３と、下側ガラス板２２ｂと、上側ガラス板２２ｃと、下側偏光板２２ｄと、上側偏光板２２ｅとを備える。この液晶パネル３２は、液晶表示装置１０において液晶パネル２２の外部にあった波長選択基板２３を液晶パネル３２に内蔵した構造である。また、液晶層２２ａが、波長選択基板２３の上側に配置されている。
【００５１】
導光板１４の上面１４ｂから出射された面状のレーザ光１２の内、偏光方向が一致するレーザ光は、下側偏光板２２ｄを透過して波長選択基板２３に入射される。波長選択基板２３は、波長選択部２３Ｒ、２３Ｇ、及び２３Ｂによって所定の色だけを透過し、所定の色以外を反射する。反射された色不一致のレーザ光は、導光板１４へ再度入射されて反射板２１で反射された後、再び導光板１４及び下側偏光板２２ｄを通って波長選択基板２３に入射される。この透過及び反射を繰り返し行う。
【００５２】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る液晶表示装置３０によれば、少ない吸収ロスで波長選択基板２３において波長分離された各色レーザ光をそのまま液晶層２２ａに入射させることができる。これにより、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。また、波長選択基板２３を液晶パネル３２に内蔵してカラーフィルタアレイを省くと共に液晶層２２ａの配置を工夫したため、低製作コスト及び光吸収ロスの削減を同時に期待できる。
【００５３】
なお、この液晶表示装置３０においても、レーザ光１２が拡がり角度φで導光板１４に入射される場合には（図６Ａを参照）、反射部２５を設けることで光吸収ロスを抑えることができる。また、波長選択部の境界部分の上に反射部２５がオーバラップするように配置しても構わない。図１１Ａ及びＢは、波長選択基板２３内にレーザ光１２の全波長を反射させる反射部２５を設けた例である。反射部２５の幅及び長さは、ＴＦＴや配線部２４Ｔの面積と同じか、波長選択基板２３にレーザ光が角度θで入射される場合には（図９Ａを参照）、その角度θを考慮した反射部２５の幅及び長さにしておけばよい。
【００５４】
＜第４の実施形態＞
図１２Ａ及びＢは、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置４０の構成を説明する図である。図１２Ａは、図１におけるＢ−Ｂ線でのＸＺ平面による垂直断面図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの円部を拡大した図である。
この第４の実施形態に係る液晶表示装置４０は、上記第３の実施形態に係る液晶表示装置３０と比べて、下側偏光板２２ｄに代えて金属細線２６を設けていることが異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置４０を説明する。
【００５５】
液晶表示装置４０では、波長選択基板２３と下側ガラス板２２ｂとの間に金属細線２６を設けている。この金属細線は、ワイヤーグリッドの役割を果たす。金属細線にワイヤーグリッドの役割を持たせるためには、例えば幅が３０ｎｍ及び厚みが１００ｎｍ程度のアルミ線を、各色波長選択部の配列方向（図９Ｄを参照）に１５０ｎｍ程度のピッチで複数本並べればよい。この並びでは、下側ガラス板２２ｂから波長選択基板２３に入射されるレーザ光が、各波長選択部の配列方向（ＸＺ平面）の偏光を持っている場合、そのレーザ光は金属細線を透過し、各波長選択部の配列方向と直交する方向（ＸＹ平面）の偏光を持っている場合、そのレーザ光は金属細線で反射される。
【００５６】
一般に、液晶パネル３２に使用される下側偏光板２２ｄは、ヨウ素等の二色性を利用した偏光板であるが、透過軸方向に偏光した光の吸収はワイヤーグリッドの方が少ない。よって、金属細線２６を用いる方が下側偏光板２２ｄを用いるよりも光利用効率が高くなる。なお、反射部２５と金属細線２６とを同一材料（アルミ等）で成形する場合には、同一の工程で加工することができるため、下側偏光板２２ｄを用いた場合と比較して、大幅なコストダウンに繋がる。
【００５７】
この金属細線２６は、波長選択基板２３と液晶層２２ａとの間に設けてもよい（図１２Ｃ）。この構造の場合、波長選択基板２３と反射板２１との間に、光を吸収する部材が無くなり、波長選択基板２３と反射板２１との間を往復反射するレーザ光の吸収ロスを無くすことができる。なお、液晶層２２ａに入射するレーザ光１２の偏光方向は、金属細線２６により維持されているのは言うまでもない。
【００５８】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る液晶表示装置４０によれば、少ない吸収ロスで波長選択基板２３において波長分離された各色レーザ光をそのまま液晶層２２ａに入射させることができる。これにより、温度が変動しても均一輝度かつ高い光利用効率が得られる液晶表示装置を簡単に構成することができる。
【００５９】
なお、上述した第１〜第４の実施形態に係る液晶表示装置１０〜４０において、導光板１４又は３４に入射する前にレーザ光１２の消光比を所定以上にするために、偏光板２７を挿入することも考えられる。図１３は、偏光板２７を挿入した液晶表示装置の一例を示す図１における点Ａからの矢視図である。なお、図１３では、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
【００６０】
一般に、液晶層２２ａに入射するレーザ光は、３０００：１以上の消光比が必要とされており、それ以下だとコントラストの低い画像となり問題になる。また、下側偏光板２２ｄがヨウ素等の二色性を利用した偏光板であり消光比が３０００：１程度の場合、透過軸方向に偏光したレーザ光に対しても１２％程度は吸収することが分かっている。下側偏光板２２ｄとしてワイヤーグリッドを用いた場合でも、透過軸方向に偏光したレーザ光に対して１０％程度吸収することが分かっている。よって、仮に波長選択基板２３と反射板２１との間を５回往復すると、ヨウ素等の二色性を利用した偏光板ではレーザ光の強度は７０％が吸収され、ワイヤーグリッドであっても６５％以上が吸収されることになる。
【００６１】
そこで、図１３の例では、レーザ光源ユニット１１と導光板１４との間に偏光板２７を挿入して偏光度を上げている。例えば、１００：１程度の消光比を持つ偏光板２７と、３０：１程度の消光比を持つ下側偏光板２２ｄを用いれば、液晶層２２ａに入射するレーザ光は３０００：１の消光比を持つことになる。もちろん、偏光板２７の代わりに、消光比を１００：１以上に偏光したレーザ光１２をレーザ光源ユニット１１から出射してもよい。
【００６２】
＜第５の実施形態＞
図１４Ａは、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置５０の構成を説明する図である。図１４Ａは、図１における点Ａからの矢視図である。なお、図１４Ａでは、反射板２１、波長選択基板２３、及び液晶パネル２２を省いた構成の矢視図を描いている。
この第５の実施形態に係る液晶表示装置５０は、上記第１〜第４の実施形態に係る液晶表示装置１０〜４０と比べて、三角プリズム５１、アクチュエータ５２、及び制御装置５３を含む振動部をさらに加えたことが異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置５０を説明する。
【００６３】
レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光１２は、三角プリズム５１によって伝播方向が９０度曲げられた後、第２側面１４ｄから導光板１４へ入る。アクチュエータ５２は、導光板１４の幅方向に三角プリズム５１を振動（水平移動）させ、導光板１４へ入射するレーザ光１２を一次元的に走査する。このように、導光板１４へ入射するレーザ光１２を走査させることで、レーザ光１２のプロファイルが変動した場合でも、液晶パネル２２又は３２の輝度を均一に維持することができる。以下、この効果を具体的に説明する。
【００６４】
一般に、半導体レーザ１６は、固体差、温度変動、及び経時変動を考慮すると、垂直方向の光の拡がり角度θｓが３０〜５０度程度の範囲でばらつき、かつ水平方向の光の拡がり角度θｔが５〜２０度程度の範囲でばらつく（図１４Ｂ）。図１５Ａ〜Ｃは、ばらつきの影響を確認するために、レーザ光の水平方向の拡がり角度θｔを４０度として輝度が均一に設計された導光板に、拡がり角度が５０度のレーザ光を入射させた場合の強度を例示した図である。
【００６５】
レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光１２を走査しない場合、図１５Ａに示すように導光板の中心部分の輝度が低下してムラが生じる。一方、レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光１２を走査する場合、図１５Ｂ及びＣに示すように導光板の全体にわたって大きな輝度差が出ず、結果として視認できるムラが生じない。なお、図１５Ｂは、レーザ光を正弦波状に走査する場合のデータであり、図１５Ｃは、レーザ光をのこぎり状に走査する場合のデータである。
【００６６】
なお、レーザ光１２を走査できるのであれば、上述した三角プリズム５１及びアクチュエータ５２を用いた構成でなくても、例えばポリゴンミラー及びｆθレンズを用いた構成でもよい。
【００６７】
また、走査と同期してレーザ光１２の光量を変えることも考えられる。例えば、導光板１４の上面１４ｂにおける輝度の不均一箇所及び必要な光量をアクチュエータ５２の位置と関連付けて予め求めて、制御装置５３に記憶しておく。そうすれば、制御装置５３が、記憶情報とアクチュエータ５２の位置とに従って、レーザ光源ユニット１１から出力されるレーザ光１２の光量を最適に調整することができる。
【００６８】
また、光量を検出するセンサアレイ５４を使用する場合を考える。例えば、図１４Ｃに示すように、図１４Ａの構成において導光板１４上にセンサアレイ５４を設けて、センサアレイ５４の検出した情報を制御装置５３にフィードバック接続する。これにより、初期状態の輝度の不均一箇所及び必要な光量を、センサアレイ５４から制御装置５３に通知して、レーザ光源ユニット１１から出力されるレーザ光１２の光量を調整する（例えば、導光板１４の一部分（図１４Ｃの点線矩形部分）だけレーザ光を伝播させる）ことができるので、輝度ばらつきを補正することができる。なお、三原色レーザ光源を使用している場合には、センサアレイ５４で各色の情報を検出することで、輝度ばらつきだけでなく色ばらつきの補正も可能となる。
【００６９】
また、液晶パネル２２又は３２に入力された画像データの色毎の明暗に応じてレーザ光の光量を制御することも考えられる。例えば、液晶パネル２２又は３２に入力された画像データを制御装置５３に接続する。これにより、画像データの暗い部分を走査するタイミングでレーザ光１２の光量を下げ、明るい部分を走査するタイミングで光量を上げるような制御ができる。従って、単一光源でありながら、部分的に光量を制御することができ、コントラストの向上や低消費電力化に寄与できる。特に、レーザ光源ユニット１１から出射するレーザ光１２の横モード（導光板１４の幅方向）がシングルモードであった場合、レーザ光１２をその幅方向に略平行に伝播させることができるため、画像データのより小さな領域に応じて光量を制御できる。
【００７０】
なお、レーザ光源ユニット１１にＷ級のハイパワー半導体レーザを用いる場合には、レーザの出射径が数μｍ以上になるため、以下のように構成することが望ましい。図１４Ｂには、一般的なハイパワーの半導体レーザ１６の構造を示している。この半導体レーザ１６は、クラッド層１６ｂに挟まれた活性層１６ａが基板１６ｃ上に載置された構成である。活性層１６ａの屈折率は、クラッド層１６ｂの屈折率より大きく設定されている。半導体レーザ１６では、出射するレーザ光のパワー密度を一定以下にするために、活性層の幅Ｗａを数十〜数百μｍ、活性層の厚みＤａを５μｍ程度にしている。このため、半導体レーザ１６は、幅方向には横モードがマルチモードで発振し、厚み方向には横モードがシングルモードで発振するため、厚み方向について点光源として扱うことができる。よって、導光板１４の幅方向と、半導体レーザ１６の厚み方向とを一致させる配置でレーザ光源ユニット１１を構成するのがよい。
【００７１】
また、上記説明では、導光板１４の幅方向に関するレーザ光のプロファイル変動を吸収する方法を説明したが、以下のように構成すれば、導光板１４の厚み方向に関するレーザ光のプロファイル変動を吸収することも可能である。例えば、導光板１４の厚み方向に対して横モードがマルチモードを有することになる上記半導体レーザ１６を光源に用いた場合を考える。図１６は、半導体レーザ１６が出射するレーザ光１２を三角プリズム５１へ入射するまでの構成例を示す図である。
【００７２】
図１６において、半導体レーザ１６から出射したレーザ光１２は、コリメータレンズ１３ｈを透過しても平行にはならずに広がり角度ψで伝播する。ここで、半導体レーザ１６からのレーザ光１２が全て入射するよう設計されたロッドインテグレータ８２を設ける。このロッドインテグレータ８２の先端には、導光板１４の厚み方向のみパワーを持つレンチキュラレンズ８１が設けられている。レンチキュラレンズ１８のパワーには、平行ビームに対して角度ψよりも十分に大きい角度ωまでレーザ光１２を拡げる作用を持たせる。こうすることで、ロッドインテグレータ８２から出射するレーザ光１２は、レンチキュラレンズ８１で拡げられ、ロッドインテグレータ８２で混合される。これにより、レーザ光１２のロッドインテグレータ８２出射端面内分布は均一となり、かつその拡がり角度ωが角度ψより十分に大きいために、ロッドインテグレータ８２からの出射角は略角度ωとなる。よって、仮にレーザ光１２の拡がり角度が変動したとしても、ロッドインテグレータ８２からの出射角の変動はわずかになる。また、半導体レーザ１６から出射したレーザ光１２の光量分布が偏ったとしても、レンチキュラレンズ８１とロッドインテグレータ８２とにより混合されるため、レーザ光１２はロッドインテグレータ８２の出射面では面内分布は均一になっている。
【００７３】
以上のように、本発明の第５の実施形態に係る液晶表示装置５０によれば、導光板１４へ入射するレーザ光１２を一次元的に走査させることで、レーザ光１２のプロファイルが変動した場合でも、液晶パネル２２又は３２の輝度を均一に維持することができる。
【００７４】
なお、この第５の実施形態で説明した三角プリズム５１、アクチュエータ５２、制御装置５３、及びセンサアレイ５４を含む振動部を用いて、レーザ光１２を走査して輝度の均一化を図る手法や、走査と同期したり、センサアレイ５４の測定データに基づいたり、液晶パネル２２又は３２への入力画像データに基づいたりして、レーザ光１２の光量を変える手法を、上記第１〜第４の実施形態で説明した導光板１４、反射板２１、及び液晶パネル２２及び３２を用いた構成以外に適用した場合でも、本実施形態で説明した効果を同様に奏することができる。
【００７５】
＜第６の実施形態＞
図１７Ａ及びＢは、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０の構成を説明する図である。図１７Ａは、図１における点Ａからの矢視図である。図１７Ｂは、図１７Ａの点Ｆからの矢視図である。なお、図１７Ａでは、反射板２１、波長選択基板２３、及び液晶パネル２２を省いた構成の矢視図を描いている。
この第６の実施形態に係る液晶表示装置６０は、上記第５の実施形態に係る液晶表示装置５０と比べて、反射ミラー７１、三角プリズム７２、及びアクチュエータ７３をさらに振動部に加えたことが異なり、その他の構成は同じである。以下、この異なる箇所について液晶表示装置６０を説明する。
【００７６】
レーザ光源ユニット１１から出射されるレーザ光１２は、反射ミラー７１によって伝播方向が９０度曲げられて導光板１４の厚み方向に進む。このレーザ光１２は、さらに三角プリズム７２によって伝播方向が９０度曲げられて導光板１４の幅方向に進む。このレーザ光１２は、三角プリズム５１に入射される。アクチュエータ７３は、アクチュエータ５２と直交する方向に三角プリズム７２を振動（水平移動）させる。アクチュエータ５２は、上述のように導光板１４の幅方向に三角プリズム５１を振動（水平移動）させる。この２つの振動により、アクチュエータ７３によって導光板１４の厚み方向に振動を、アクチュエータ５２によって導光板１４の幅方向に振動をさせることになり、結果として導光板１４へ入射するレーザ光１２を二次元的に走査できる。
【００７７】
以上のように、本発明の第６の実施形態に係る液晶表示装置６０によれば、導光板１４へ入射するレーザ光１２を二次元的に走査させることで、レーザ光１２のプロファイルが変動した場合でも、液晶パネル２２又は３２の輝度を均一に維持することができる。
【００７８】
なお、この第６の実施形態で説明した三角プリズム５１、アクチュエータ５２、制御装置５３、センサアレイ５４、反射ミラー７１、三角プリズム７２、及びアクチュエータ７３を含む振動部を用いて、レーザ光１２を走査して輝度の均一化を図る手法や、走査と同期したり、センサアレイ５４の測定データに基づいたり、液晶パネル２２又は３２への入力画像データに基づいたりして、レーザ光１２の光量を変える手法（図１７Ｃを参照）を、上記第１〜第４の実施形態で説明した導光板１４、反射板２１、及び液晶パネル２２及び３２を用いた構成以外に適用した場合でも、本実施形態で説明した効果を同様に奏することができる。
【００７９】
＜第７の実施形態＞
図１８Ａ及びＢは、本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置７０の構成を説明する図である。図１８Ａは、図１における点Ａからの矢視図であり、図１８Ｂは、図１におけるＢ−Ｂ線での垂直断面図である。なお、図１８Ａでは、液晶パネル２２を透過して、導光板１４を伝播するレーザ光１２（点線矢印）が理解できるように描いている。
この第７の実施形態に係る液晶表示装置７０は、上記第１〜第６の実施形態に係る液晶表示装置１０〜６０に適用できる、波長選択基板２３及び液晶パネル２２の導光板１４への固定構造を提供するものである。
【００８０】
導光板１４の上面１４ｂには、波長選択基板２３を嵌め込むための凹部１０１が設けられている。この凹部１０１の周囲２辺又は４辺にはリブ１０２が立てられており、このリブ１０２の内側には波長選択基板２３の上に液晶パネル２２を載置するための段差１０３が設けられている。
【００８１】
液晶表示装置７０を製造する際には、まず波長選択基板２３が、リブ１０２のいずれか２辺に突き当てられる状態で凹部１０１に嵌め込まれる。波長選択基板２３とリブ１０２とに隙間がある場合には、板バネ１０５を挿入する等して固定すればよい。次に、液晶パネル２２が、リブ１０２のいずれか２辺に突き当てられる状態で段差１０３に載置される。液晶パネル２２とリブ１０２とに隙間がある場合には、板バネ１０５を挿入する等して固定すればよい。なお、固定手法は、板バネ１０５以外にも周知の技術が様々に利用できる。
【００８２】
以上のように、本発明の第７の実施形態に係る液晶表示装置７０によれば、波長選択基板２３と液晶パネル２２との位置決めを容易にできる。また、リブ１０２が曲げや捻りに対する補強の役目を果たすため、特に剛性を高めたい大型の液晶テレビ等に輝度ムラ対策として有効である。
【００８３】
なお、上記各実施形態では、レーザ光源ユニット１１の例として、赤色レーザ光源１１ｒ、緑色レーザ光源１１ｇ、及び青色レーザ光源１１ｂを用いた例を示した。しかし、レーザ光源ユニット１１は、これに限定されない。例えば、青色レーザ励起のプラセオ：フッ化物レーザを光源として用いれば、複数の波長の光を単一の光源で発生させることが可能である。また、複数の波長の半導体レーザを１つのパッケージ内に構成した半導体レーザを用いても構わない。また、各色に複数の光源をそれぞれ用意して、複数の光を合波しても構わない。この場合、横モードがシングルモードの複数の同色光源からの光を合波してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、光源にレーザ光源を使用する液晶表示装置等に利用可能であり、特に高効率かつ簡便に均一輝度を得たい場合等に適している。
【符号の説明】
【００８５】
１０〜７０  液晶表示装置
１１  レーザ光源ユニット
１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ  光源
１２、１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ  レーザ光
１２Ｋ、１２Ｌ  ダイクロイックミラー
１３ｒ、１３ｇ、１３ｂ  コリメータレンズ
１４  導光板
１４ｐ  立ち上げプリズム
１４ｆ、１４ｇ  曲面
１５ａ、１５ｂ  屈折率膜
１６  半導体レーザ
２１  反射板
２２、３２  液晶パネル
２２ａ  液晶層
２２ｂ、２２ｃ  ガラス板
２２ｄ、２２ｅ、２７  偏光板
２３  波長選択基板
２３Ｒ、２３Ｇ、２３Ｂ  波長選択部
２３ｃ  格子パターン
２３Ｍ  マスク
２４  カラーフィルタアレイ
２４Ｒ、２４Ｇ、２４Ｂ  カラーフィルタ
２４Ｍ  ブラックマトリクス
２４Ｔ  ＴＦＴや配線部
２５  反射部
２６  金属細線
５１、７２  三角プリズム
５２、７３  アクチュエータ
５３  制御装置
５４  センサアレイ
７１  反射ミラー
８１  レンチキュラレンズ
８２  ロッドインテグレータ
１０１  凹部
１０２  リブ
１０３  段差
１０５  板バネ
【手続補正２】
【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】
エッジライト方式のバックライトを用いた液晶表示装置であって、
異なる複数の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記レーザ光を側面から入射し、当該側面と垂直な上面から所定の拡がり角度を持った二次元のレーザ光として出射する導光板と、
前記複数の波長に対応したカラーフィルタを内部に有する液晶パネルと、
前記液晶パネルと前記導光板の上面側との間に前記カラーフィルタの配列に対応して設けられ、所定波長のレーザ光を透過しかつ当該所定波長以外のレーザ光を反射する波長選択部を、前記複数の波長の各々について配列した波長選択基板と、
前記導光板の上面と対向する底面側に設けられ、前記波長選択基板で反射して前記導光板を通過してくるレーザ光を反射して、前記導光板を介して前記波長選択基板に再度入射させる反射体とを備える、液晶表示装置。
【請求項２】
前記波長選択基板は、前記波長選択部の幅及び長さが前記カラーフィルタの幅及び長さよりも短く、前記波長選択部が隣接する境界部分には、前記レーザ光源ユニットから出力される全ての波長のレーザ光を５０％以上反射させる反射部を有することを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記反射部は、金属薄膜又は誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記反射部は、隣接する前記波長選択部の両方と一部がオーバラップする位置に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記波長選択基板は、前記波長選択部の配列方向に垂直な軸と前記波長選択部に入射されるレーザ光の主光線の光軸とがなす角度θ、及び前記カラーフィルタと前記波長選択基板との距離に基づいて、前記波長選択部の配置が前記カラーフィルタの配列とずれていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記なす角度θは、前記波長選択部の配列方向のピッチＰｇ、前記波長選択基板と反射体との距離Ｈｇ、及び前記波長選択部の配列方向と直交する平面における導光板から前記波長選択基板へ出射されるレーザ光の拡がり角度αを用いて、次式を満足する値に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
１０≧θ≧ｓｉｎ-1（Ｐｇ／（１０×Ｈｇ×ｔａｎα））
【請求項７】
前記導光板は、前記波長選択部の配列方向に平行な平面及び直交する平面の少なくともいずれかにおいて、所定の拡がり角度でレーザ光を出射することを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記導光板は、前記底面の少なくとも一部に、前記側面から入射されるレーザ光の進行方向を前記上面方向へ曲げる反射部を備えており、
前記反射部には、三角プリズム、台形プリズム、及び曲面を有するプリズムのいずれかが傾斜を持って複数形成され、前記入射されるレーザ光が照射されるプリズムの範囲が、前記導光板の上面に平行な方向に１μｍ以上２０μｍ以下となるように設定されていることを特徴とする、請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記反射体は、前記導光板の底面に設けた全反射プリズムであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光を、前記導光板の幅方向及び厚み方向の少なくともいずれかの方向に振動させる振動部をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記振動部は、前記導光板の輝度分布又は前記液晶パネルで表示する画像データに基づいて、前記複数の波長のそれぞれについて前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整する制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記レーザ光源ユニットから前記導光板に入射されるレーザ光の位置に基づいて、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整することを特徴とする、請求項１１に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記レーザ光源ユニットから既定光量のレーザ光を前記導光板に入射した時に前記導光板から出射されるレーザ光の各波長の一次元又は二次元の輝度分布に基づいて、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整することを特徴とする、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記レーザ光源ユニットは、所定方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生し、当該レーザ光を当該所定方向に略平行に変換した平行光を、前記導光板の側面に入射することを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記レーザ光源ユニットは、活性層の厚み方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生する半導体レーザ光源を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
エッジライト方式のバックライトを用いた液晶表示装置であって、
異なる複数の波長を有するレーザ光を出射するレーザ光源ユニットと、
前記レーザ光を側面から入射し、当該側面と垂直な上面から所定の拡がり角度を持った二次元のレーザ光として出射する導光板と、
前記導光板の上面側に設けられ、所定波長のレーザ光を透過しかつ当該所定波長以外のレーザ光を反射する波長選択部を、前記複数の波長の各々について配列した波長選択基板を内部に有する液晶パネルと、
前記導光板の上面と対向する底面側に設けられ、前記波長選択基板で反射して前記導光板を通過してくるレーザ光を反射して、前記導光板を介して前記波長選択基板に再度入射させる反射体とを備える、液晶表示装置。
【請求項１７】
前記波長選択部が隣接する境界部分には、前記レーザ光源ユニットから出力される全ての波長のレーザ光を５０％以上反射させる反射部を有することを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記反射部は、金属薄膜又は誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記反射部は、隣接する前記波長選択部の両方と一部がオーバラップする位置に設けられていることを特徴とする、請求項１８に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記波長選択部の配列方向に垂直な軸と前記波長選択部に入射されるレーザ光の主光線の光軸とがなす角度θは、前記波長選択部の配列方向のピッチＰｇ、前記波長選択基板と反射体との距離Ｈｇ、及び前記波長選択部の配列方向と直交する平面における導光板から前記波長選択基板へ出射されるレーザ光の拡がり角度αを用いて、次式を満足する値に設定されることを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
１０≧θ≧ｓｉｎ-1（Ｐｇ／（１０×Ｈｇ×ｔａｎα））
【請求項２１】
前記導光板は、前記波長選択部の配列方向に平行な平面及び直交する平面の少なくともいずれかにおいて、所定の拡がり角度でレーザ光を出射することを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記導光板は、前記底面の少なくとも一部に、前記側面から入射されるレーザ光の進行方向を前記上面方向へ曲げる反射部を備えており、
前記反射部には、三角プリズム、台形プリズム、及び曲面を有するプリズムのいずれかが傾斜を持って複数形成され、前記入射されるレーザ光が照射されるプリズムの範囲が、前記導光板の上面に平行な方向に１μｍ以上２０μｍ以下となるように設定されていることを特徴とする、請求項２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記反射体は、前記導光板の底面に設けた全反射プリズムであることを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光を、前記導光板の幅方向及び厚み方向の少なくともいずれかの方向に振動させる振動部をさらに備えることを特徴とする、請求項１６に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記振動部は、前記導光板の輝度分布又は前記液晶パネルで表示する画像データに基づいて、前記複数の波長のそれぞれについて前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整する制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項２４に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記制御部は、前記レーザ光源ユニットから前記導光板に入射されるレーザ光の位置に基づいて、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整することを特徴とする、請求項２５に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記制御部は、前記レーザ光源ユニットから既定光量のレーザ光を前記導光板に入射した時に前記導光板から出射されるレーザ光の各波長の一次元又は二次元の輝度分布に基づいて、前記レーザ光源ユニットから出射されるレーザ光の光量を個別に調整することを特徴とする、請求項２６に記載の液晶表示装置。
【請求項２８】
前記レーザ光源ユニットは、所定の方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生し、当該レーザ光を当該所定の方向に略平行に変換した平行光を、前記導光板の側面に入射することを特徴とする、請求項２６に記載の液晶表示装置。
【請求項２９】
前記レーザ光源ユニットは、活性層の厚み方向について横モードがシングルモードであるレーザ光を発生する半導体レーザ光源を含むことを特徴とする、請求項２８に記載の液晶表示装置。
【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】
2010052886.tif 000047
【図２Ａ】
2010052886.tif 000048
【図２Ｂ】
2010052886.tif 000049
【図２Ｃ】
2010052886.tif 000050
【図３Ａ】
2010052886.tif 000051
【図３Ｂ】
2010052886.tif 000052
【図４Ａ】
2010052886.tif 000053
【図４Ｂ】
2010052886.tif 000054
【図４Ｃ】
2010052886.tif 000055
【図５Ａ】
2010052886.tif 000056
【図５Ｂ】
2010052886.tif 000057
【図５Ｃ】
2010052886.tif 000058
【図５Ｄ】
2010052886.tif 000059
【図６Ａ】
2010052886.tif 000060
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【国際調査報告】
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