(57)【要約】  光強度分布変換素子（７）は、光入射面（７ａ）、光出射面（７ｂ）及び全反射面（７０ａ，７０ｂ）を備える。光入射面（７ａ）は、指向性を有する光線（６ａ）を入射する。光出射面（７ｂ）は、光線（６ａ）の角度強度分布を広げ、光線（６ａ）の出射方向に対して凹形状の曲面部（７０ｃ）を有する。全反射面（７０ａ，７０ｂ）は、曲面部（７０ｃ）に近接し又は隣接し、光線（６ａ）の出射方向に対して傾斜し、光線（６ａ）が全反射する。全反射面（７０ａ，７０ｂ）で反射した光線（６ａ）は、曲面部（７０ｃ）から出射する。
2013038633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指向性を有する第１の光線を入射する第１の光入射面と、
前記第１の光線の角度強度分布を広げ、前記第１の光線の出射方向に対して凹形状の曲面部を有する第１の光出射面と
前記曲面部に近接し又は隣接し、前記第１の光線の出射方向に対して傾斜し、前記第１の光線が全反射する全反射面と
を備え、
前記全反射面で反射した前記第１の光線は、前記曲面部から出射する光強度分布変換素子。
【請求項２】
前記曲面部は、シリンドリカルレンズを形成し、
前記曲面部の前記シリンドリカルレンズのレンズ面の端に位置する２つの母線を結ぶ直線のうち前記２つの母線に垂直な直線の方向を第１の方向とし、前記母線の方向を第２の方向とすると、前記全反射面は、前記曲面部の前記第１の方向の端部に近接し又は隣接する面である請求項１に記載の光強度分布変換素子。
【請求項３】
前記曲面部は、２つの前記全反射面の間に位置し、
前記２つの全反射面は、前記全反射面の前記曲面部に近接する端部又は隣接する端部から前記全反射面の他の端部に向けて前記２つの全反射面の間隔が広くなり、前記他の端部は前記曲面部に対して前記第１の光線の入射側に位置する請求項２に記載の光強度分布変換素子。
【請求項４】
請求項２から３の何れか１項に記載の光強度分布変換素子と、
前記第１の光線を出射する第１の光源と、
前記光強度分布変換素子から出射した前記第１の光線を入射する第２の光入射面及び前記第２の光入射面から入射した前記第１の光線を出射する第２の光出射面を有する導光板とを備え、
前記第２の光出射面は、前記導光板で面状の光に変換された前記第１の光線を出射し、
前記第２の光入射面の長手方向は、前記第２の方向に平行で、
前記第２の光入射面は、前記第１の光出射面に対向して配置される面光源装置。
【請求項５】
前記第１の光源は、前記第１の光線の遅軸方向と前記第１の方向とが平行となるように配置される請求項４に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記第１の光入射面は、光拡散構造を有し、
前記光拡散構造は、前記第２の方向に前記第１の光線を拡散する請求項４または５に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記第１の光源は、前記導光板の前記第２の光出射面と対向する面である裏面側に配置され、
前記光強度分布変換素子は、前記第１の光入射面から前記第１の光出射面までの光路上に導光部及び光路変更部を有し、前記第１の光線を前記第１の光入射面から前記第２の光入射面へと導く請求項４から６のいずかれ１項に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記導光部は、板形状であり、前記裏面に対向して配置され、前記第１の光入射面から前記第１の光線の進行方向に向かって厚みが広がる楔形形状である請求項７に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記第１の光源から出射する際の前記第１の光線の発散角よりも広い発散角を有する第２の光線を出射する第２の光源をさらに備え、
前記第２の光線は、前記第２の光入射面から前記導光板に入射する請求項７又は８に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記第２の光線を反射する反射部材をさらに備え、
前記第２の光源は、前記導光板に対して導光板の前記裏面の方向に配置され、
前記第２の光線は前記反射部材により進行方向が変更されて前記第２の光入射面から前記導光板に入射する請求項９に記載の面光源装置。
【請求項１１】
前記反射部材は、前記第２の方向に垂直な面による断面が、前記第２の光源の発光面中心と前記第２の光入射面の中心とを対の焦点とする楕円の一部となる反射面を有する請求項１０に記載の面光源装置。
【請求項１２】
前記第１の光源はレーザ素子を有する請求項５から１１のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１３】
前記第２の光源はＬＥＤ素子を有する請求項９から１２のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１４】
請求項５から１３のいずれか１項に記載の面光源装置を有する液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源にレーザを備え、点状のレーザ光から強度分布の均一な面状の光を生成する光強度分布変換素子、面光源装置および液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置が備える液晶表示素子は、自ら発光しない。このため、液晶表示装置は液晶表示素子を照明する光源として、液晶表示素子の背面に面光源装置を備えている。面光源装置の光源として、従来は、冷陰極蛍光ランプが主流であった。冷陰極蛍光ランプは、ガラス管の内壁に蛍光体を塗布し白色の光を得る冷陰極蛍光ランプ（以下、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ））である。しかし近年では、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）とよぶ。）の性能が飛躍的に向上したことに伴い、ＬＥＤを光源に用いた面光源装置の需要が急速に高まっている。【０００３】
しかしながら、ＣＣＦＬやＬＥＤから出射される光は色純度が低い。このため、これらの光源を採用した液晶表示装置では色再現範囲が狭いことが問題とされていた。なお、色純度が低いとは、光が複数の波長を有し、単色性に劣ることである。【０００４】
そこで近年では、広い色再現範囲を有する液晶表示装置を提供することを目的として、その光源に色純度の高いレーザを用いることが提案されている。レーザから出射される光は非常に単色性に優れている。このため、色鮮やかな画像を提供することを可能にする。尚、単色とは、波長幅の狭い、すなわち一色だけで他の色のまじっていない色のことである。また、単色光とは、波長幅の狭い単一の光のことである。【０００５】
しかしながら一方で、点光源で高い指向性を有する光を出射するレーザを面光源装置の光源として採用する場合、均一性の高い空間光強度分布を有する面状の光を得ることが非常に難しい。【０００６】
特許文献１に記載された面発光装置および画像表示装置は、複数の光学素子から構成される光学系を有している。そして、レーザから出射された光は、その光学系を介して所望の形状の光強度分布に整形される。そして、レーザから出射された光は、均一性の高い面状の光として面発光装置から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１８１７５３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、特許文献１に記載された面発光装置および画像表示装置は、レーザの光強度分布を整形するために複数の素子を有する大型化した光学系を必要とする。近年、液晶表示装置は、小型化・構成の簡素化が求められている。特許文献１の構成を適用して、液晶表示装置の小型化・構成の簡素化を実現するのは困難である。【０００９】
本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、簡素化された構成の光強度分布変換素子の提供を目的とする。また、その光強度分布変換素子を用いて簡素化された構成で均一性の高い空間光強度分布の面状の光を出射する面光源装置および液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の光強度分布変換素子は、指向性を有する第１の光線を入射する第１の光入射面と、前記第１の光線の角度強度分布を広げ、前記第１の光線の出射方向に対して凹形状の曲面部を有する第１の光出射面と前記曲面部に近接し又は隣接し、前記第１の光線の出射方向に対して傾斜し、前記第１の光線が全反射する全反射面とを備え、前記全反射面で反射した前記第１の光線は、前記曲面部から出射する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、簡素な構成で、色再現範囲が広く、均一性に優れた面内輝度分布の面状の光を提供することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における液晶表示装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における面光源装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１における液晶表示素子および光源の駆動方法を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１における液晶表示素子および光源の駆動方法を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態１における光拡散構造を模式的に示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態１の光拡散構造における光線の挙動を模式的に示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の光拡散構造における光線の挙動を模式的に示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１の光拡散構造における光線の挙動を模式的に示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１における光拡散構造の出射光のＺ−Ｘ平面上における角度強度分布を示した特性図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の光拡散構造における光線の挙動を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における光拡散構造を模式的に示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における面光源装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における液晶表示装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態３における液晶表示装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態３における面光源装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態３における液晶表示素子および光源の駆動方法を示すブロック図である。
【図１９】本発明の実施の形態４における液晶表示装置の構成を模式的に示す構成図である。
【図２０】本発明の実施の形態４における面光源装置の構成を模式的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る光強度分布変換素子、面光源装置および液晶表示装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の透過型表示装置である液晶表示装置１１０の構成を模式的に示す図である。図１の説明を容易にするために液晶光学素子１の短辺方向をＹ軸方向とし、長辺方向をＸ軸方向とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ軸方向とし、液晶表示素子１の表示面１ａ側を＋Ｚ軸方向とする。また、液晶表示装置の上方向を＋Ｙ軸方向とし、後述する第１の光源６の光出射方向を＋Ｘ軸方向とする。以下の各図では、液晶表示装置を正面から見て左側が＋Ｘ軸方向である。
【００１５】
図１に示すように、液晶表示装置１１０は、透過型の液晶表示素子１および面光源装置２１０を備える。また、液晶表示装置１１０は、光学シート２、光学シート３および光反射シート５を備えることができる。これら構成要素１，２，３，２１０，５は、Ｚ軸方向に配列されている。液晶表示素子１は、表示面１ａを有する。表示面１ａは、Ｘ−Ｙ平面と平行に配置されている。Ｘ−Ｙ平面は、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸を含む面である。なお、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。また、光学シート２は第１の光学シートである。光学シート３は第２の光学シートである。
【００１６】
面光源装置２１０は、照明光６ｃを液晶表示素子１の背面１ｂに向けて（図１中＋Ｚ軸方向に向けて）放射する。照明光６ｃは、図１のＸ−Ｙ平面において光強度分布が均一な面状の光である。
【００１７】
この照明光６ｃは、第２の光学シート３と第１の光学シート２とを透過して液晶表示素子１の背面１ｂに照射される。ここで、第１の光学シート２は、面光源装置２１０から放射された照明光６ｃを液晶表示装置１１０画面に対する法線方向に向ける作用を有するものである。また第２の光学シート３は、細かな照明むらなどの光学的影響を抑制するものである。
【００１８】
面光源装置２１０の直下（−Ｚ軸方向）には光反射シート５が配置されている。面光源装置２１０からその背面側（−Ｚ軸方向）に放射された光は、光反射シート５で反射され、液晶表示素子１の背面１ｂを照射する照明光として利用される。光反射シート５としては、たとえば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シートを使用することができる。また、光反射シート５として基板の表面に金属を蒸着させた光反射シートを使用することができる。
【００１９】
液晶表示素子１は、液晶層を有する。液晶層は、Ｚ軸方向に垂直なＸ−Ｙ平面と平行に配置されている。液晶表示素子１の表示面１ａは矩形状をしている。図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向は、それぞれ、この表示面１ａの互いに直交する２辺に沿った方向である。図３に示すように、液晶表示素子駆動部５２は、制御部５１から供給された制御信号（液晶表示素子制御信号５５）に応じて液晶層の光透過率を画素単位で変化させる。各画素はさらに３つの副画素から構成されている。この副画素は各々赤色の光のみを透過させるカラーフィルタ、緑色の光のみを透過させるカラーフィルタおよび青色の光のみを透過させるカラーフィルタを備えている。液晶表示素子駆動部５２は、各副画素の透過率を制御することによりカラー画像を生成する。これにより、液晶表示素子１は、面光源装置２１０から放射された照明光６ｃを空間的に変調して画像光を生成する。そして、液晶表示素子１は、この画像光を表示面１ａから出射することができる。なお、画像光とは、画像情報を有する光のことである。
【００２０】
面光源装置２１０は、光源６、光強度分布変換素子７および導光板４を備えている。尚、光源６は第１の光源である。図２は、面光源装置２１０を−Ｚ軸方向から示した構成図である。
【００２１】
光源６は、複数のレーザ素子が１次元方向（Ｙ軸方向）に配列されている。本実施の形態１の光源６は、それぞれ赤色、緑色および青色の単色光を発する半導体レーザを含むレーザ素子が規則的にＹ軸方向に配列されている。赤色の半導体レーザから出射される光の波長は６４０ｎｍである。緑色の半導体レーザから出射される光の波長は５３０ｎｍである。青色の半導体レーザから出射される光の波長は４５０ｎｍである。これら３色の光を混合することにより、白色の光を生成する。尚、各半導体レーザから出射される光の波長はこれに限るものではなく、所望の色再現範囲に対し最適化される。また、光の色の数も３色に限るものではなく、所望の色再現範囲に対し最適化される。
【００２２】
光源６から出射される光線６ａは、光入射面７ａから光強度分布変換素子７に入射する。光入射面７ａとは、第１の光入射面である。光線６ａは、光強度分布変換素子７を透過すことにより、Ｙ軸方向の空間光強度分布の均一な白色光となる。また、光強度分布変換素子７は光線６ａのＺ−Ｘ平面における角度強度分布を広げる。そして、光線６ａは、光強度分布変換素子７の光出射面７ｂより導光板４の入射面４ａに向けて出射される。光出射面７ｂとは、第１の光出射面である。光強度分布変換素子の詳細な形状および機能については後に示す。導光板４の入射面４ａは、光出射面７ｂに対向して配置されている。また、導光板４の入射面４ａは、長手方向がＹ軸方向に平行となるように配置されている。
【００２３】
導光板４は透明材料から成る。また、導光板４は板状の部材である。透明材料とは、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などが採用できる。また、導光板４は例えば厚み３ｍｍの板状部材とすることができる。
【００２４】
導光板４はその裏面４ｄ（−Ｚ軸側の面）に光拡散素子４１を備える。光拡散素子４１は、導光板４の光入射面４ａから入射する線状の光を面状の光強度分布を有する光に変換する機能を持つ。線状の光は、１次元方向（Ｙ軸方向）に一様な光強度分布を有する。そして、光拡散素子４１は、その面状の光強度分布を有する光を液晶表示素子１に向けて放射する機能を持つ。ここで、面上の面とは、Ｘ−Ｙ平面に平行な面である。
【００２５】
例えば、光拡散素子４１は、図１および図２に示すような凸レンズ形状をしている。そして、光拡散素子４１は、裏面４ｄに配置されている。この凸レンズ形状は、凹形状であっても良い。また、例えば、光拡散素子４１は、ドット状の白色インクが塗布された構成でも良い。その際、凸形状の大きさ、凹形状の大きさおよびドット状の白色インクの大きさが、光入射面４ａの近傍においては小さく、光入射面と対向する側の面４ｂに近づくにつれ大きくなる。あるいは、同じ大きさの凸形状の光学素子の密度、同じ大きさの凹形状の光学素子の密度または同じ大きさのドット状の白色インクの密度が、光入射面４ａの近傍においては疎であり、光入射面と対向する側の面４ｂに近づくにつれ密になる。このことにより、Ｘ−Ｙ平面における照明光６ｃの面内の光強度分布は均一になる。
【００２６】
図３は、液晶表示素子１および光源６の駆動方法を示すブロック図である。液晶表示素子駆動部５２は、制御部５１からの液晶表示素子制御信号５５に基づいて液晶表示素子１を駆動する。光源駆動部５３は、制御部５１からの光源制御信号５６に基づいて第１の光源である光源６を駆動する。制御部５１は、液晶表示素子駆動部５２と光源駆動部５３とを制御する。
【００２７】
制御部５１は図示しない信号源から供給された映像信号５４に画像処理を施して制御信号（液晶表示素子制御信号５５および光源制御信号５６）を生成する。制御部５１は、これら制御信号５５，５６を液晶表示素子駆動部５２および光源駆動部５３に供給する。光源駆動部５３は、制御部５１からの光源制御信号５６に基づいて光源６を駆動して光源６から光を出射させる。
【００２８】
例えば、図４のように、面光源装置２１０は、光源６の赤色の半導体レーザ６Ｒ、緑色の半導体レーザ６Ｇおよび青色の半導体レーザ６Ｂの各々に対応した光源駆動部５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを備えている。このように、制御部５１が光源駆動部５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂを個別に制御する構成とすることもできる。光源駆動部５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂは、制御部５１からの光源制御信号５６Ｒ，５６Ｇ，５６Ｂに基づいて半導体レーザ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂを駆動する。これにより、各半導体レーザ６Ｒ，６Ｇ，６Ｂから出射される光線６Ｒａ，６Ｇａ，６Ｂａの各光強度の割合を調整することができる。このため、制御部５１は、各映像信号５４に対し必要となる各色の光強度の割合に応じて各光源６Ｒ，６Ｇ，６Ｂの発光量を調整できる。これにより、面光源装置２１０は低消費電力化を実現することが可能である。
【００２９】
次に、光強度分布変換素子７の構造および機能について示す。
【００３０】
本実施の形態１の面光源装置２１０は、いわゆるサイドライト方式と呼ばれる方式を採用している。サイドライト方式は、光源と導光板とを備え、光源から出射した光線が導光板の端面から入射して、面状の光として出射される。導光板の端面から入射した線状の光は、導光板の表面（あるいは裏面）に備えられる光拡散素子によって面状の光に変換される。その面状の光は、導光板の表面から放射される。本実施の形態１において、光源６から出射した光線６ａは光入射面４ａから導光板４に入射する。光入射面４ａは第２の光入射面である。また、本実施の形態１において、照明光６ｃは導光板４の表面４ｃから液晶表示素子１に向けて放射される。表面４ｃは第２の光出射面である。
【００３１】
サイドライト方式において、面光源装置から放射される照明光の空間光強度分布を均一にするためには、次の２つの要件が必要である。第１の要件は、導光板に入射する線状の光の空間光強度分布が均一であることである。第２の要件は、導光板厚み方向における光の発散角が広角であることである。発散角が広角とは、発散角が広いことである。
【００３２】
導光板に入射する線状の光の空間光強度分布の均一性とは、導光板の光入射面に入射する光がその面上（導光板の光入射面）の任意の空間位置において何れも等しい光強度を有することを指す。
【００３３】
また、導光板に入射する線状の光の導光板厚み方向における光の発散角の広角化とは、導光板の光入射面に入射する光の導光板厚み方向における発散角が広いことを指す。つまり、本実施の形態１においては図１中のＺ−Ｘ平面上での発散角が広いことを指す。
【００３４】
本実施の形態１の光源６は点光源で指向性の高いレーザ素子で構成されている。ここで、点光源とは導光板４の光入射面４ａの大きさに対して発光面積が小さい光源を指す。従って、光源６から出射される光を直接導光板４に入射すると、面光源装置２１０から出射される照明光６ｃはＸ−Ｙ平面内において空間光強度分布むらが生じてしまう。ここで空間光強度分布むらとは、同一面内の異なる空間位置における光の強度に高低差が生じている状態を指す。
【００３５】
そこで、本実施の形態１の面光源装置においては、レーザ素子で構成される光源６から出射される光線６ａを、光強度分布変換素子７を用いて、上記第１の要件および第２の要件を満たす光強度分布を有する光に変換する。
【００３６】
光源６に含まれるレーザ素子はマルチモードの半導体レーザである。マルチモードの半導体レーザは、その構造から活性層に平行な方向の発散角と活性層に垂直な方向の発散角とが異なる値を有する。例えば、本実施の形態１のレーザ素子は何れも、広がり角の大きい方向（以下、速軸方向と呼ぶ。）の発散角の半値全角は４０度である。一方、広がり角の小さい方向（以下、遅軸方向と呼ぶ。）の発散角の半値全角は３度である。本実施の形態１においては、光源６に含まれるレーザ素子は全て、速軸方向をレーザ素子配列方向（図１中Ｙ軸方向）に平行とし、遅軸方向を導光板厚み方向（図１中Ｚ軸方向）に平行とする。尚、半値全角とは、光強度の最大値の半分の光強度における角度の全角を指す。
【００３７】
光強度分布変換素子７は透明材料から成る。また、光強度分布変換素子７は板状の部材である。透明材料とは、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などが採用できる。また、光強度分布変換素子７は例えば厚み２ｍｍの板状部材とすることができる。光強度分布変換素子７の長辺方向（図１中Ｙ軸方向）における長さは、導光板４の光入射面４ａの図１中Ｙ軸方向における長さと同等もしくはそれより短く設定される。
【００３８】
図５に示すように、光強度分布変換素子７の光入射面７ａは、図５中Ｙ−Ｚ平面と略平行な面である。また、光入射面７ａは、光源６と対向して配置される。光強度分布変換素子７の光出射面７ｂは、光入射面７ａに対向する位置にある。しかし、光入射面７ａのように平面では無く、光拡散構造７０を有する。光拡散構造７０は、２つの斜面７０ａ，７０ｂおよびシリンドリカル面７０ｃを有する。
【００３９】
光強度分布変換素子７は光出射面７ｂに複数の光拡散構造７０を有する。光拡散構造７０は第１の光拡散構造である。複数の光拡散構造７０は導光板４の厚み方向（図１中Ｚ軸方向）に一定の間隔で配置される。光拡散構造７０は、光強度分布変換素子７のＺ−Ｘ平面に平行な断面において、図５に示す構造と同様の構造を有する。従って、光強度分布変換素子７に入射する光線６ａは、Ｚ−Ｘ平面と平行な面上で、図５から図８に示す光の屈折作用を有する。光拡散構造７０は、光強度分布変換素子７の光出射面７ｂ上で、図５に示す断面形状を有しながらＹ軸方向に延びている。つまり、光拡散構造７０をＸ−Ｙ平面で切断した場合、光出射面７ｂの断面形状は、Ｙ軸に平行な直線となる。
【００４０】
図５に示すように、光拡散構造７０は、２つの斜面７０ａ，７０ｂおよびシリンドリカル面７０ｃを有する。シリンドリカル面７０ｃは、斜面７０ａと斜面７０ｂとの間に配置されている。シリンドリカル面７０ｃは、Ｚ−Ｘ平面のみに曲率を有する。本実施の形態１の光拡散構造７０は、Ｚ−Ｘ平面上の形状において、台形に似た形状をしている。台形の上底（図５中＋Ｘ軸方向側）が０．３３ｍｍ、下底（図５中−Ｘ軸方向側）が０．６６ｍｍとする。台形の高さは０．５０ｍｍである。光拡散構造７０は、その台形の上底の中心に半径０．１６５ｍｍの真円形状の円弧を描き、上底部分をその円弧に沿って凹形状とした形状である。この凹形状がシリンドリカル面７０ｃである。すなわち、光拡散構造７０は、凹レンズ形状を有する。台形状の上底と下底を結ぶ一辺が斜面７０ａであり、他辺が斜面７０ｂである。光拡散構造７０は、Ｚ軸方向に０．６６ｍｍの間隔で３列配置されている。つまり、斜面７０ａ，７０ｂは、光線６ａの出射方向に対して傾斜している。また、斜面７０ａ，７０ｂは、斜面７０ａ，７０ｂのシリンドリカル面７０ｃに隣接する端部（＋Ｘ軸方向側の端部）から斜面７０ａ，７０ｂの他の端部（−Ｘ軸方向側の端部）に向けて２つの斜面７０ａ，７０ｂの間隔は広くなる。斜面７０ａ，７０ｂの他の端部（−Ｘ軸方向側の端部）は、シリンドリカル面７０ｃに対して光線６ａの入射側（−Ｘ軸方向側）に配置されている。
【００４１】
シリンドリカル面７０ｃは、一方向には曲率を持つが、それと直交する方向には曲率を持たない面である。つまり、シリンドリカル面７０ｃは、一方向に屈折力を持ち収束または発散し，直交する方向では屈折力をもたない面である。シリンドリカル面７０ｃは、Ｚ軸方向に曲率を持ち、Ｙ軸方向には曲率を持たない面である。つまり、シリンドリカル面７０ｃは、Ｚ−Ｘ平面を基準平面とすると、基準平面（Ｚ−Ｘ平面）上の曲線に垂直な柱面形状の一部で形成されている。つまり、母線に垂直な方向に開口部を有する柱面形状をしている。柱面とは、柱体の側面にあたる曲面である。つまり、ある平面上の１つの曲線に沿って、この平面に垂直な直線が一定方向を保ちながら運動するときにできる曲面である。シリンドリカル面７０ｃは、上述のある平面（基準平面）上の曲線が閉じた曲線ではない。このため、シリンドリカル面７０ｃは、母線が一部の領域で欠けた開口部を有する柱面形状をしている。なお、基準面上の曲線は円弧に限られない。この垂直な直線を母線という。シリンドリカル面７０ｃの母線方向とはＹ軸方向である。また、Ｚ軸方向は、柱面形状の端に位置する２つの母線を結ぶ直線のうち母線の方向に垂直な直線の方向である。つまり、Ｚ軸方向は、柱面形状の端に位置する２つの母線を結ぶ直線のうち、その２つの母線に垂直な直線の方向である。
【００４２】
また、斜面７０ａ，７０ｂは、シリンドリカル面７０ｃの曲率を持つ方向（Ｚ軸方向）の端部に隣接する面である。図５では、斜面７０ａ，７０ｂは、基準平面（Ｚ−Ｘ平面）に垂直な平面である。なお、図５から図８までには、斜面７０ａ，７０ｂは、平面で示されているが、斜面７０ａ，７０ｂは、光線６ａを全反射する全反射面であれば良いため、曲面であっても構わない。なお、導光板４は、Ｚ軸方向に垂直に配置されている。また、光線６ａの遅軸方向は、Ｚ軸方向に平行である。遅軸方向は、発散角の小さい方向である。なお、図６から図８では、シリンドリカル面７０ｃが斜面７０ａと斜面７０ｂとの間に配置されている構成で光線６ａの挙動を説明した。しかし、斜面７０ａ，７０ｂが斜面７０ａまたは斜面７０ｂのどちらか１つのでも構わない。斜面７０ａ，７０ｂが斜面７０ａまたは斜面７０ｂのどちらか１つの場合でも、一定の効果を上げることができる。
【００４３】
次に、光源６から出射される光線６ａの光強度分布変換素子７における挙動を、Ｘ−Ｙ平面とＺ−Ｘ平面とに分けて説明する。
【００４４】
Ｘ−Ｙ平面においては、Ｙ軸方向における空間光強度分布を均一化することが求められる。各レーザ素子から出射される光線６ａは、半値全角４０度の発散角を有する。つまり、Ｘ−Ｙ平面において、光線６ａは比較的大きな発散角を有する。従って、図２に示すように、各レーザ素子から出射される光線６ａは光強度分布変換素子７の中を伝播することにより、隣接する他のレーザ素子の光線６ａと空間的に重なり合う。これにより、光出射面７ｂにおける光線６ａのＹ軸方向における空間光強度分布は一様になる。
【００４５】
各レーザ素子から出射される光線の角度強度分布は、中心強度が高く、中心から離れるにつれ急峻に強度が低下する略ガウシアン形状である。従って、光出射面７ｂに到達する各レーザ素子のＹ軸方向における空間光強度分布はガウシアン形状を有する。このため、光出射面７ｂにおいてより空間強度分布の均一性が高い光線６ａを得るためには、隣接するレーザ素子の間隔（Ｙ軸方向の長さ）を一定値以下とするか、光入射面７ａから光出射面７ｂまでの距離（Ｘ軸方向の長さ）を一定値以上とする必要がある。つまり、光出射面７ｂの位置で、隣接する光線６ａが、Ｙ軸方向における光強度分布の最大値の半値以上の値で重なり合うことが必要である。この条件を満たすように、レーザ素子の数を設定するか光強度分布変換素子７のＸ軸方向の長さを設定することが望ましい。
【００４６】
Ｚ−Ｘ平面においては、光の発散角が広いことが求められる。一方で、光源６から出射される光のＺ−Ｘ平面における発散角は半値全角３度である。つまり、Ｚ−Ｘ平面において、光線６ａは比較的小さな発散角を有する。略平行光の発散角を大きく広げることは一般的なレンズ形状では困難である。また、角度を大きく広げるための構成として、表面にランダムな凹凸形状を有し光を拡散する拡散板や、材料の中に微小粒子を含ませ光を乱反射させる拡散板などがある。しかし、このような構成は、拡散度と光透過率がトレードオフの関係を有する。このため、低消費電力化が必要な面光源装置に採用することは望ましくない。
【００４７】
そこで、本実施の形態１においては、Ｚ−Ｘ平面に光拡散構造７０を設けている。光拡散構造７０によれば、光透過率の低下を抑制しながらも、略平行な光（光線６ａ）の発散角を大きく広げることが可能となる。
【００４８】
図６、図７および図８は、光拡散構造７０における光の挙動を示す図である。図９は、光出射面７ｂから出射される光線のＺ−Ｘ平面における角度強度分布を示すグラフである。横軸は角度［度］を示している。縦軸は光強度［ａ．ｕ．］を示している。ここで、単位［ａ．ｕ．］は任意単位であり、相対強度で示している。尚、図９のグラフにおいて角度０度とは図１中のＸ軸方向である。−Ｙ軸方向から見てＹ軸を回転軸として時計回りを負の回転角、反時計回りを正の回転角とする。図６から図８に示すように、光拡散構造７０に入射する光（光線６ａ）は、大きく分けて３通りの光路をたどる。第１の光路は、光拡散構造７０の斜面７０ａに入射する光である（図６）。第２の光路は、斜面７０ｂに入射する光である（図７）。第３の光路は、シリンドリカル面７０ｃに入射する光である（図８）。
【００４９】
図６に示すように、斜面７０ａに入射した光線６ａは屈折率差により全反射し、Ｚ−Ｘ平面において進行方向をＸ軸方向から約−３７度傾ける。斜面７０ａにおいて全反射した光線６ａは、シリンドリカル面７０ｃに入射する。斜面７０ａは全反射面である。シリンドリカル面７０ｃは真円形状を有するため、光線６ａはレンズ効果により角度強度分布が広げられる。従って、図９のグラフ６０ａに示すように、図６の光路をたどる光線６ａは、Ｚ−Ｘ平面においてＸ軸方向から−３７度傾いた方向を軸に半値全角約２５度の発散角を有して光出射面７ｂから出射する。図９で、グラフ６０ａは、実線と●印で示されている。
【００５０】
図７に示すように、斜面７０ｂに入射した光線６ａは屈折率差により全反射し、Ｚ−Ｘ平面において進行方向をＸ軸方向から約＋３７度傾ける。斜面７０ｂにおいて全反射した光線６ａは、シリンドリカル面７０ｃに入射する。斜面７０ｂは全反射面である。シリンドリカル面７０ｃは真円形状を有するため、光線６ａはレンズ効果により角度強度分布が広げられる。図９のグラフ６０ｂに示すように、図７の光路をたどる光線６ａは、Ｚ−Ｘ平面においてＸ軸方向から＋３７度傾いた方向を軸に半値全角約２５度の発散角を有して光出射面７ｂから出射する。図９で、グラフ６０ｂは、実線と▲印で示されている。
【００５１】
図８に示すように、シリンドリカル面７０ｃに直接入射する光線６ａは光進行方向を変更することなくＸ軸方向に進み、シリンドリカル面７０ｃの真円形状によるレンズ効果で角度強度分布が広げられる。従って、図９のグラフ６０ｃに示すように、図８の光路をたどる光線６ｃは、Ｚ−Ｘ平面においてＸ軸方向を軸に半値全角約３６度の発散角を有して光出射面７ｂから出射する。図９で、グラフ６０ｃは、実線と×印で示されている。
【００５２】
上記より、光出射面７ｂから出射される光線６ｂの角度強度分布は、図６、図７および図８をたどる光線の角度強度分布６０ａ，６０ｂ，６０ｃの足し合わせとなり、図９のグラフ６０の様に半値全角８４度と非常に広い発散角を有する光となる。図９で、グラフ６０は、一点鎖線で示されている。
【００５３】
図６から図８より明らかなように、本実施の形態１の光拡散構造７０によると、非常に広い発散角を得ながらも、光線６ａの進行方向に対して後方（−Ｘ軸方向）に反射される光は少なく高い光透過率を得ることが可能となる。
【００５４】
また、本実施の形態１のように、Ｚ軸方向に複数の光拡散構造７０を配列することにより、より細かに光線６ａを拡散することが可能となる。このため、面光源装置２１０から出射される照明光６ｃはより均一な面内光強度分布となる。本実施の形態においては、光拡散構造７０をＺ軸方向に３本配列した構成としたが、本発明はこれに限るものではない。配列する光拡散構造７０の数を増やすことにより、より細かに光線６ａを拡散することができ、照明光６ｃの面内光強度分布の均一性を向上することが可能である。
【００５５】
本実施の形態１において、光拡散構造７０の形状を説明する際に用いた台形の上底、下底および高さの寸法、また上底の凹形状を提示したが、本発明はこれに限るものではない。本発明に係る光拡散構造７０は、以下の３つの機能を有することが特徴である。第１の機能は、光線を複数の光路をたどる構成に分ける機能である。第２の機能は、複数の光路のうち少なくとも１つの光路をたどる光線の進行方向を変更する機能である。第３の機能は、複数の光路をたどる全ての光線の角度強度分布を広げる機能である。これを満たすものであれば、光拡散構造７０の形状を説明する際に用いた台形の下底および上底の寸法、また上底の部分の形状は、実施の形態１の形状に係わらず、本発明の範囲である。
【００５６】
配置される光拡散構造７０の数、また光拡散構造７０に形成された台形の上底、下底および高さの寸法、上底の形状を設計のパラメータとすることにより、所望する光線６ｂの角度強度分布の形状を制御することが可能である。
【００５７】
例えば、図１０に示すように、光拡散構造７０の斜面７０ａあるいは斜面７０ｂをＺ−Ｘ平面において複数の面に分割し、それぞれの面の傾き角を変化させる。図１０では、斜面７０ａ側を斜面７０ａおよび斜面７０ｄの２つの斜面に分割している。また、斜面７０ｂ側を斜面７０ｂおよび斜面７０ｅの２つの斜面に分割している。これにより、異なる光路をたどる光線の数を増やすことができ、よりきめ細かに光線６ｂの角度強度分布を制御することが可能となる。斜面７０ａ，７０ｂ，７０ｄ，７０ｅは、光線６ａの出射方向に対して傾斜している。また、斜面７０ｄ，７０ｅは、斜面７０ａ，７０ｂと同様に全反射面である。また、斜面７０ｄ，７０ｅは、斜面７０ｄ，７０ｅのシリンドリカル面７０ｃに近接する端部（＋Ｘ軸方向側の端部）から斜面７０ｄ，７０ｅの他の端部（−Ｘ軸方向側の端部）に向けて２つの斜面７０ｄ，７０ｅの間隔は広くなる。斜面７０ｄ，７０ｅの他の端部（−Ｘ軸方向側の端部）は、シリンドリカル面７０ｃに対して光線６ａの入射側（−Ｘ軸方向側）に配置されている。
【００５８】
図１０に示すように、斜面７０ｄ，７０ｅは、斜面７０ａ，７０ｂを介してシリンドリカル面７０ｃと接続されている。このような形状の場合には、斜面７０ｄ，７０ｅはシリンドリカル面７０ｃに近接することになる。斜面７０ａ，７０ｂは、シリンドリカル面７０ｃの端部に近接して基準平面（Ｚ−Ｘ平面）に垂直な平面である。
【００５９】
例えば、光拡散構造７０のシリンドリカル面７０ｃの形状を自由曲面にすることも可能である。
【００６０】
但し、本実施の形態１に示すように光拡散構造７０が３面で構成され、光拡散構造７０の形状を説明する際に用いた台形の上底に相当する部分の形状を真円の凹形状とする簡素な形状とすることにより、生産性を高めることができる。
【００６１】
また、金型の製作の容易性および耐久性、部品の成形性などを考慮して、生産性を高めるために、多少の形状の簡略化をすることも可能である。例えば、斜面７０ａとシリンドリカル面７０ｃとの接続部の形状または斜面７０ｂとシリンドリカル面７０ｃとの接続部の形状が、本実施の形態１では図１１（Ａ）のように鋭角（不連続）であったものを、図１１（Ｂ）のように円弧で（連続的に）つなげるような形状としても良い。このように形状を簡略化することによっても、高い光拡散性能を得ることは可能である。
【００６２】
斜面７０ａ，７０ｂとシリンドリカル面７０ｃとの接続部の形状が図１１（Ａ）のように直接つなげるような形状の場合には、斜面７０ａ，７０ｂはシリンドリカル面７０ｃに隣接することになる。また、例えば、斜面７０ａ，７０ｂとシリンドリカル面７０ｃとの接続部の形状が図１１（Ｂ）のように円弧で（連続的に）つなげるような形状の場合には、斜面７０ａ，７０ｂはシリンドリカル面７０ｃに近接することになる。このように、斜面７０ａ，７０ｂはシリンドリカル面７０ｃと、光線６ａの反射と関係のない面を介して接続することができる。近接とは、近くにあることである。また、隣接とは、隣り合って続くことである。
【００６３】
本発明においては、光源６から出射される光線６ａの発散角の広い方向（速軸方向）をレーザ素子配列方向とし、発散角の狭い方向（遅軸方向）を導光板厚み方向とした。つまり、光源６は、光線６ａの遅軸方向とＺ軸方向とが平行となるように配置されている。Ｚ軸方向は、シリンドリカル面７０ｃの曲率を持つ方向である。これは、以下の理由からである。本発明の構成において、レーザ素子の配列方向（Ｙ軸方向）における光強度分布の均一性は、複数の光線６ａの重畳に依っている。光強度分布変換素子７のＸ軸方向の長さを一定とすると、光強度分布の均一性は、光の発散角とレーザ素子の個数に依存する。Ｘ軸方向は、光線６ａの進行方向である。つまり、光の発散角が広いほど、光強度分布の均一性を高めることができる。または、レーザ素子の個数が多いほど、光強度分布の均一性を高めることができる。従って、レーザ光の発散角が広い方向をレーザ素子の配列方向（Ｙ軸方向）と平行にすることにより、レーザ素子の個数を削減して、Ｙ軸方向の光強度分布の均一性を高めることが可能となる。
【００６４】
一方、レーザ光の発散角の狭い方向（遅軸方向）を導光板の厚み方向と平行にすることにより、光強度分布変換素子７および導光板４の厚みを薄くすることが可能となる。なぜなら、光線６ａの発散角が小さいので、光強度分布変換素子７の厚みを薄くしても、全ての光線６ａを光強度分布変換素子７に入射させることができるからである。また、光強度分布変換素子７の厚みを薄くできるため、光線６ｂの厚みも薄くなり、導光板４の厚みを薄くしても、全ての光線６ｂを導光板４に入射させることができるからである。また、本実施の形態１の光拡散構造７０においては、狭い範囲の入射角度に対してのみ所望の角度強度分布に変換して光透過率が高くなる構造を設計すれば良く、設計が容易となる。例えば、広い範囲の入射角度の光線では、７０ｃにおいて全反射され、光が後方（光入射面７ａの方向）に戻され光透過率が下がる等の問題がある。
【００６５】
以上より、本実施の形態１の光強度分布変換素子７を備えた面光源装置２１０に依れば、光源６にレーザを採用しながらも、光利用効率が高く、空間光強度分布の均一性が高い面状の照明光６ｃを得ることが可能となる。この面光源装置２１０を備えた液晶表示装置１１０は、色再現範囲が広く輝度むらを抑えた高品質な画像を提供することが可能となる。
【００６６】
実施の形態２．
図１２は、本発明に係る実施の形態２の透過型表示装置である液晶表示装置１２０の構成を模式的に示す図である。本実施の形態２の液晶表示装置１２０は、面光源装置２２０が面光源装置２１０と異なる以外は、実施の形態１の液晶表示装置１１０と同じである。つまり、液晶光学素子１、光学シート２，３および光反射シート５は、実施の形態１の液晶表示装置１１０と同じである。実施の形態１で説明した液晶表示装置１１０の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態２の面光源装置２２０は、光源８、光強度分布変換素子９および導光板４を備える。導光板４は、板状部材で透明材料から成り、裏面４ｄ（−Ｚ軸側の面）に光拡散素子４１を備え、線状の光を面状の光に変換する機能を有する。これらの点においては実施の形態１と同様であるのでその詳細な説明を省略する。また、光源８は複数のレーザ素子を１次元方向に配列した構成である。光源８に含まれるレーザ素子は、実施の形態１の光源６のレーザ素子と、光の波長（例えば、赤色の波長は６４０ｎｍ、緑色の波長は５３２ｎｍ、青色の波長は４５０ｎｍである。）が同様で、マルチモードの半導体レーザで、速軸方向の発散角の半値全角は４０度で、遅軸方向の発散角の半値全角は３度であり、速軸方向をレーザ素子配列方向（図１中Ｙ軸方向）に平行とし、遅軸方向を導光板厚み方向（図１中Ｚ軸方向）に平行として配置する点などで同様であるので、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
光源８の光線８ａは、図１２の−Ｘ軸方向に向けて出射される。また、光源８は、導光板４の表面４ｃと対向する面である裏面４ｄ側に配置されている。
【００６９】
光強度分布変換素子９は透明材料から成る。透明材料とは、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などが採用できる。また、光強度分布変換素子９は板形状の導光部９１を有する。導光部９１は、導光板４の裏面４ｄに対向して配置されている。また、光強度分布変換素子９は反射面を２面有する光路変更部９２を有する。光強度分布変換素子９は例えば板状部の厚みが２ｍｍの部材とすることができる。光強度分布変換素子９の長辺方向（図１２中Ｙ軸方向）における長さは、導光板４の光入射面４ａの図１中Ｙ軸方向における長さと同等もしくはそれより短く設定される。
【００７０】
図１２に示すように、光強度分布変換素子９の光入射面９ａは、図１２中Ｙ−Ｚ平面と略平行な面である。また、光入射面９ａは光源８と対向して配置される。光強度分布変換素子９の光出射面９ｂは、導光板４の光入射面４ａと対向して配置される。光入射面４ａは、図１２中のＹ−Ｚ平面と略平行な面である。また、光強度分布変換素子９の導光部９１の主面９ｃ，９ｄは、何れも図１２中Ｘ−Ｙ平面と略平行である。主面９ｃは＋Ｚ軸方向側の面であり、主面９ｄは−Ｚ軸方向側の面である。光強度分布変換素子９の光路変更部９２は、二つの反射面９ｅ，９ｈを有する。反射面９ｅは、光強度分布変換素子９の中を−Ｘ軸方向に進行する光線８ａを＋Ｚ軸方向に向ける機能を有する。反射面９ｈは、光強度分布変換素子９の中を＋Ｚ軸方向に進行する光線８ａを＋Ｘ軸方向に向ける機能を有する。また、主面９ｃと光出射面９ｂを繋ぐ面９ｇと、反射面９ｅと９ｈを繋ぐ面９ｆとは、Ｙ−Ｚ平面に略平行である。光強度分布変換素子９は、光線８ａを光入射面９ａから導光板４の光入射面４ａへと導く。
【００７１】
光強度分布変換素子９は光出射面９ｂに複数の光拡散構造７０を有する。複数の光拡散構造７０は導光板４の厚み方向（図１２中Ｚ軸方向）に一定の間隔で配置される。光拡散構造７０は、実施の形態１で示した構成を同様である。つまり、以下の点で実施の形態１と同様である。光拡散構造７０は、２つの斜面７０ａ，７０ｂおよびシリンドリカル面７０ｃを有する。また、光強度分布変換素子のＺ−Ｘ平面（図１２）に平行な断面において、図５に示す構造と同様の構造を有している。光強度分布変換素子７に入射する光線８ａは、光線６ａと同様に、Ｚ−Ｘ平面と平行な面上で、図５から図８に示す光の屈折作用を有する。また、光拡散構造７０は、光強度分布変換素子７の光出射面７ｂ上で、図５に示す断面形状を有しながらＹ軸方向に延びている。つまり、光拡散構造７０をＸ−Ｙ平面で切断した場合、光出射面７ｂの断面形状は、Ｙ軸に平行な直線となる。これらの点において、本実施の形態２の光拡散構造７０は実施の形態１と同様の構造であり、その詳細な説明を省略する。
【００７２】
また、本実施の形態２の光強度分布変換素子９は、実施の形態１の光強度分布変換素子７と同様に、光源８のレーザ素子配列方向（Ｙ軸方向）における空間光強度分布の均一化のため、隣接するレーザ素子の光線を自らの発散角を利用して空間的に重ね合わせる構成をしている。この点において、実施の形態１と同様であり、その詳細な説明を省略する。
【００７３】
本実施の形態２の面光源装置２２０は、光源８を導光板４の裏面４ｄ側（−Ｚ軸方向）に配置し、また、光強度分布変換素子９の大部分を導光板４の裏面４ｄ側（−Ｚ軸方向）に配置している。近年、液晶表示装置においては、画面周囲に備えられる構造部分（額縁部分）を狭くすることが求められている。そこで、本実施の形態２によれば、実施の形態１においては液晶表示装置の額縁部分に配置していた光源および光強度分布変換素子を液晶表示装置の厚み方向に配置することが可能となる。このため、液晶表示装置１２０の額縁部分を狭くすることが可能となる。また、本実施の形態２の構成では、光強度分布変換素子９のＸ軸方向の長さを長くでき、光源８から出射した光線８ａのＹ軸方向における空間光強度分布の均一性を向上できる。また、光強度分布変換素子９のＸ軸方向の長さを長くすることにより、レーザ素子配列方向の空間光強度分布の均一化のために必要であったレーザ素子の数を削減することも可能になる。
【００７４】
さらに、本実施の形態２の光強度分布変換素子９は、レーザ素子配列方向（Ｙ軸方向）の空間光強度分布の均一性を高めるため、第２の光拡散構造９０を有する。図１３は、面光源装置２２０を−Ｚ軸方向から示した構成図である。図１３に示すように、光強度分布変換素子９の光入射面９ａは、光線８ａに対しＸ−Ｙ平面上においてのみ作用する光拡散構造９０を有する。光拡散構造９０のＸ−Ｙ平面と平行な断面は、半径０．０２ｍｍ、深さ０．０１ｍｍの真円の凹形状がＹ軸方向に並んだ形状をしている。つまり、凹形状は、−Ｘ軸方向に凹となる形状である。また、上記真円の中心は、Ｙ軸方向に等間隔（０．０４ｍｍ）に並んでいる。また、Ｚ軸方向の断面で上記形状をすることから、凹形状の面は、Ｚ軸方向に中心軸を持つ円筒面の一部で形成されている。この光拡散構造９０は、０．０４ｍｍ間隔でＹ軸方向に複数個配置される。光拡散構造９０に入射した光線８ａは、光拡散構造９０により、Ｘ−Ｙ平面における発散角が広げられる。つまり、光拡散構造９０は、Ｙ軸方向に光線８ａを拡散する。Ｙ軸方向はシリンドリカル面７０ｃの曲率を持たない方向である。拡散するとは、発散角が広げられることである。これにより、光拡散構造９０を設けない場合に比べ、Ｙ軸方向における空間光強度分布の均一性を向上することができる。従って、光強度分布変換素子９のＸ軸方向における長さを縮小することができ、導光部９１の小型化を可能にする。あるいは、光源８の有するレーザ素子の個数を削減することが可能となる。なお、図１３の右側の斜線を施した部分は、導光部９１の＋Ｚ軸方向に配置された光反射シート５である。
【００７５】
また、図１４に示すように、本実施の形態２の光強度分布変換素子９は、その導光部９１の主面９ｃ，９ｄが平行でない形状を有しても良い。詳しくは、光強度分布変換素子９の導光部９１において、その厚み（Ｚ−Ｘ平面におけるＺ軸方向の寸法）が光入射面９ａから光路変更部９２に向けて大きくなる形状を有する。つまり、導光部９１は、光入射面９ａから光線８ａの進行方向に向かって厚みが広がる形状をしている。厚みとは、Ｚ−Ｘ平面（基準平面）上で光線８ａの進行方向（−Ｘ軸方向）に垂直な方向（Ｚ軸方向）の寸法である。この形状は、いわゆる楔形である。導光部９１は、楔形形状をしている。
【００７６】
このような楔形の形状とすることにより、光強度分布変換素子９に入射する光線８ａのＺ−Ｘ平面における発散角を小さくし、略平行な光とすることが可能となる。光線８を略平行な光に変換することにより、光路変換部９２の反射面９ｅ，９ｈにおいて反射率の高い構成の設計が容易となる。また、光線８を略平行な光に変換することにより、光出射面９ｂに設けられる光拡散構造７０における光透過率の向上も可能となる。このように、光強度分布変換素子９の導光部９１のＺ−Ｘ平面における形状を−Ｘ軸方向に向けて厚みが広がる楔形とすることは、特にレーザ光のＺ−Ｘ平面における発散角が大きい場合に有効である。
【００７７】
なお、本実施の形態２では、レーザ素子の遅軸方向を導光板厚み方向（図１中Ｚ軸方向）に平行として配置している。このことから、遅軸方向の発散角が比較的大きい場合に、導光部９１の楔形が有効である。
【００７８】
また、図１５に示すように、光強度分布変換素子９は、導光部９１の中を−Ｘ軸方向に伝播する光線８ａと光路変更部９２の中＋Ｚ軸方向に伝播する光線８ａとの成す角度が垂直（９０度）とならない構成であっても良い。光線８ａと反射面９ｅ，９ｈとが成す角度がスネルの法則に従う全反射条件を満たすよう光強度分布変換素子９の形状を設計する。このことにより、反射面９ｅ，９ｈにおける光線８ａの反射率を向上させることが可能となる。また、図１５の構成においては、光強度変換素子９の光入射面９ａを導光板４から離れる方向（−Ｚ軸方向）に配置することが可能となるため、光源８の寸法が大きい場合にも有効である。つまり、光源８に大きなレーザ素子を採用する場合に有効である。
【００７９】
以上より、本実施の形態２の光強度分布変換素子９を備えた面光源装置２２０に依れば、光源にレーザを採用しながらも、光利用効率が高く、空間光強度分布の均一性の高い面状の照明光８ｃを得ることが可能となる。この面光源装置２２０を備えた液晶表示装置１２０は、色再現範囲が広く輝度むらを抑えた高品質な画像を提供することが可能となる。さらに、本実施の形態２においては、光源８および光強度分布変換素子９の大部分を液晶表示装置２２０の厚み方向に配置することにより、額縁部分を狭くすることを可能にする。
【００８０】
実施の形態３．
図１６は、本発明に係る実施の形態３の透過型表示装置である液晶表示装置１３０の構成を模式的に示す図である。また、図１７は、面光源装置２３０を−Ｚ軸方向から示した構成図である。本実施の形態３の液晶表示装置１３０は、面光源装置２３０が実施の形態２の面光源装置２２０に対し、第１の光源８に代わる光源１０を備え、さらに第２の光源１１を備える点で異なる。つまり、液晶光学素子１、光学シート２，３、導光板４、光反射シート５および光強度分布変換素子９は、実施の形態２の液晶表示装置１２０と同じである。また、実施の形態２の液晶表示装置１２０が、実施の形態１の液晶表示装置１１０と同じ構成要素に関しても同じである。実施の形態２で説明した液晶表示装置１２０の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８１】
光源１０は第１の光源である。図１７に示すように、光源１０は複数のレーザ素子をＹ軸方向に１次元配列している。光源１０が有するレーザ素子は赤色の光を発する。この赤色の光は、例えば波長６４０ｎｍの光である。光源１０から出射する光は、発散角の広い方向（速軸方向）とそれと垂直の方向で、発散角の狭い方向（遅軸方向）とを有する。本実施の形態３の面光源装置２３０においては、速軸方向がレーザ素子配列方向（Ｙ軸方向）と平行となるようにレーザ素子を配列し、遅軸方向が光強度分布変換素子９の厚み方向（Ｚ軸方向）と平行となるようにレーザ素子を配列する。
【００８２】
第１の光源１０から出射される光線１０ａは、光強度分布変換素子９を介し光出射面９ｂから導光板４の光入射面４ａに向けて出射される。光出射面９ｂから出射される光線は、光線１０ｂである。光線１０ａが光線１０ｂとなるまでの光強度分布変換素子９の中での挙動は、実施の形態２の光線８ａが光線８ｂとなるまでの挙動と同様であり、その説明を省略する。つまり、光線１０ａは、光強度分布変換素子９の中を−Ｘ軸方向に進行した後、反射面９ｅで進行方向を＋Ｚ軸方向に変え、その後、反射面９ｈで進行方向を＋Ｚ軸方向から＋Ｘ軸方向に変える。
【００８３】
光源１１は第２の光源である。光源１１は複数のＬＥＤ素子をＹ軸方向に１次元配列している。光源１１は、Ｘ−Ｙ平面に平行な導光板４と略同一平面上に配置されている。つまり、光源１１は、導光板４の光入射面４ａと対向して配置されている。また、光源１１の発光面は＋Ｘ軸方向に向けられる。つまり、光源１１から出射する光線１１ａは、光入射面４ａに向けて出射する。そして、光線１１ａは、光入射面４ａから導光板４に入射する。
【００８４】
光源１１から出射される光線１１ａは、青緑色の光である。この青緑色の光は、例えば４５０ｎｍ付近と５３０ｎｍ付近にピークを有し、４２０ｎｍから５８０ｎｍの帯域に連続的なスペクトルを有する光である。光源１１の有するＬＥＤ素子は、例えば青色の光を出射する青色ＬＥＤチップを備えたパッケージに、この青色の光を吸収して緑色の光を発する緑色蛍光体を充填したものである。また、光源１１の有するＬＥＤ素子は、例えば励起光源にＬＥＤ以外の光源を採用しその励起光源により緑色の蛍光体を励起し青緑色の光を発するものである。また、光源１１は、例えば紫外領域の波長の光を放射する光源により青色と緑色の光を発する蛍光体を励起し青緑色の光を発するものである。また、光源１１は、例えば青色の光を発する青色ＬＥＤチップと緑色ＬＥＤチップを備えるものである。
【００８５】
光源１１は、Ｘ−Ｙ平面およびＺ−Ｘ平面において、半値全角１２０度のランバート分布の角度強度分布を有する。光線１１ａは、光線１０ａの発散角よりも広い発散角を有する。
【００８６】
光源１１から＋Ｘ軸方向に向けて出射される光線１１ａは、光強度分布変換素子９の光路変更部９２を透過して光出射面９ｂから出射し、光入射面４ａから導光板４に入射する。光源１１から出射される光線１１ａは非常に広い発散角を有している。光源１０から出射される光線１０ａは、指向性が高く発散角が狭い。光線１１ａは、光線１０ａの発散角よりも広い発散角を有している。また、複数のＬＥＤ素子はＹ軸方向に配置されている。そのため、導光板４から液晶表示素子へ向けて放射される照明光８ｃに含まれる青緑色の光は、Ｘ−Ｙ平面において空間強度分布が均一な光となる。
【００８７】
赤色の光線１０ｂと青緑色の光線１１ａとは、導光板４に入射する前に合成され、白色の線状の光として導光板４に入射する。その後、光線１０ｂと光線１１ａとは、液晶表示素子１を照明する面状の白色照明光８ｃとして導光板４から放射される。前述の通り、照明光８ｃに含まれる赤色の光線１０ｂと青緑色の光線１１ａとは、各々Ｘ−Ｙ平面において空間強度分布の均一性が高い光を生成する。従って、照明光８ｃは、Ｘ−Ｙ平面において空間強度分布の均一性が高い白色の面状光となる。
【００８８】
本実施の形態３においては、赤色のみ単色性に優れたレーザ素子を採用している。これは、ディスプレイ用途に使用するために最適な半導体レーザにおいて、現状では赤色が最も量産性に優れているためである。また、特に緑色の半導体レーザにおいては、未だ十分な出力が得られていないことも理由の一つである。尚、より効率良く緑色の光を得るためには、緑色の蛍光体を他の色の光により励起して緑色の光を得る方法が最適である。
【００８９】
なぜならば、緑色の蛍光体を励起するために用いる近紫外領域や青色の半導体レーザあるいはＬＥＤは、緑色の半導体レーザよりも発光効率が高い。また、緑色の蛍光体は前記近紫外光や青色の光に対し光吸収率および内部変換効率が高い。そのため、現状では緑色の半導体レーザよりも蛍光体を利用した素子の方が発光効率が高いためである。
【００９０】
また、本実施の形態３においては、蛍光体の励起光源を青色のＬＥＤ素子としている。これは、本実施の形態３の光源１１のように、青色の発光素子によって蛍光体を励起し他色の光を得る構成とする場合、レーザよりＬＥＤを採用する方が望ましいためである。
【００９１】
これは、以下の理由による。低電流駆動で低出力のＬＥＤに対し、レーザは高電流駆動で高出力である。このため、駆動時のレーザからの発熱量が非常に大きい。また、ＬＥＤから出射される光は広い発散角を有するのに対し、レーザから出射される光は非常に狭い発散角を有する。このため、レーザの場合、蛍光体に入射する励起光の強度密度（蛍光体の単位体積あたりに入射する光の強度）が非常に高くなる。蛍光体に入射し吸収された光は、一部が他波長に変換され外部に放射され、その他の光は主に熱エネルギーとなる。一般に、蛍光体の内部変換効率（吸収される光量に対する他波長の光に変換される光量）は４０％から８０％程度である。すなわち同時に発生する熱エネルギーは入射した光エネルギーの２０％から６０％にも及ぶ。従って、高出力で光強度密度の高いレーザの光が入射した場合、蛍光体の発熱量は非常に大きくなる。
【００９２】
蛍光体を備えるレーザ自身の発熱量が増加すると、蛍光体の温度が上昇する。また、蛍光体自身の発熱量が増加しても、蛍光体の温度が上昇する。蛍光体の温度が上昇すると、蛍光体の内部変換効率が大幅に低下し、輝度の低下や消費電力の増加を引き起こす。従って、本実施の形態３における光源１１は、青色のＬＥＤと、この青色の光によって励起され緑色の光を発する蛍光体とを備えた青緑色ＬＥＤを採用している。
【００９３】
赤色は色差に対する人間の感度が高い色である。そのため、赤色における波長帯域幅の差は、人間の視覚にはより顕著な差となって感じられる。ここで、波長帯域幅は色純度の差である。従来のＣＣＦＬやＬＥＤで生成される白色の光は、特に赤色の光量が少なく、波長帯域幅が広いため色純度が低い。そのため、ＣＣＦＬやＬＥＤ光源を用いた液晶表示装置では赤色の色再現範囲と消費電力がトレードオフの関係となってしまう。つまり、白色のＣＣＦＬやＬＥＤの光量を上げて赤色の光量を多くして色再現範囲を確保するか、色再現範囲を狭めて省電力とするかのトレードオフである。
【００９４】
一方で、レーザは波長帯域幅が狭く、光を損失することなしに高い色純度の光が得られる。これらの理由により、３原色の色の中でも特に、赤色の光をレーザ光とすることで、低消費電力化に対する効果を得ることができる。なぜなら、レーザ光は非常に単色性が高く赤色フィルタでの透過率が良いことから、光量を上げなくとも十分な赤色の光量を確保でき、低消費電力化の効果を得ることができる。また、単色性が高いため、色純度が向上し、色再現範囲を広くする効果も得られる。以上の理由から、本実施の形態３の液晶表示装置１３０においては、赤色の光源に対しレーザを適用している。
【００９５】
また、従来のＣＣＦＬやＬＥＤ光源を用いた液晶表示装置では、赤色の光の波長帯域幅が広い。このため、赤色の光の一部がスペクトルの隣接する緑色のフィルタを透過する。このことにより、従来のＣＣＦＬやＬＥＤ光源を用いた液晶表示装置は、緑色の色純度も低下させていた。しかしながら、本実施の形態３の液晶表示装置１３０においては、色純度が増すため、緑色フィルタを透過する赤色の光量が低減され、緑色の色純度を向上させることが可能となる。これにより、色再現範囲を広くする効果が得られる。
【００９６】
本実施の形態３においては、第１の光源１０を赤色の光を出射するレーザ素子により構成した。また、第２の光源１１を青緑色の光を出射するＬＥＤ素子により構成した。しかし、本発明はこれに限るものではない。上記理由によれば、例えば、第１の光源１０を赤色の光を出射するレーザ素子と青色の光を出射するレーザ素子とにより構成し、第２の光源１１を緑色の光を出射するＬＥＤ素子により構成することも可能である。また、例えば、第１の光源１０を青色の光を出射するレーザ素子により構成し、第２の光源１１を赤色の光を出射するＬＥＤ素子と緑色の光を出射するＬＥＤ素子とにより構成することも可能である。但し、青色のみレーザ光源を採用するよりも赤色のみレーザ光源を採用する方が、従来の液晶表示装置との顕著な差を示すことが可能である。
【００９７】
本実施の形態３の面光源装置２３０においては、第１の光源１０がレーザ素子を有する光源であり、第２の光源１１がＬＥＤ素子を有する光源であることが最適な形である。
【００９８】
第１の光源１０を発散角の狭いレーザ素子を有する光源とすることにより、光の損失を抑制することが可能となる。仮に、光源１０が発散角の広い光源を有する場合、光強度分布変換素子９の反射面９ｅおよび９ｈにおける反射率が低下する。特に、反射面９ｈは第２の光源１１の光線１１ａを透過する必要があるため屈折率差を利用した反射面でなければならず、光源１０の発散角が反射率に依存する。尚、反射面９ｅについては、金属を蒸着してミラーを形成することもできる。但し、光強度分布変換素子９の製作工程が複雑になるため、反射面９ｅも屈折率差を利用した反射面であることが望ましい。
【００９９】
第１の光源１０は発散角の狭いレーザ素子を有する光源であるため、レーザ素子の配列方向（Ｙ軸方向）の均一性を高めることが難しい。しかしながら、本実施の形態３は光強度分布変換素子９を液晶表示装置１３０の厚み方向（−Ｚ軸方向）に設置している。このため、レーザ素子の配列方向（Ｙ軸方向）の均一性を高めるために、より十分な光学距離（光強度分布変換素子９の導光部９１の長さ）を、液晶表示装置１３０の額縁部分を広げることなく十分に設けることが可能となる。
【０１００】
第２の光源１１を発散角の広いＬＥＤ素子を有する光源とすることにより、光源１１と導光板４との間に光学素子を設けなくても、自らの発散角により、空間光強度分布の均一な照明光８ｃを得ることが可能である。仮に、光源１１に発散角の狭い光源を有する場合、空間光強度分布の均一な照明光８ｃを得ることが困難となる。なぜなら、光線１１ａが導光板４に入射するまでに、隣接する光線１１ａが十分重ならないため、均一な線状の光とならず、輝度むらが生じるからである。
【０１０１】
本実施の形態３においては、光源１１は半値全角１２０度の発散角を有するＬＥＤ素子により構成した。しかし、本発明はこれに限るものではない。例えば、ＬＥＤ素子の発光面にレンズを備えることにより、発散角を制御しても良い。例えば、Ｚ−Ｘ平面における発散角のみを小さくするシリンドリカルレンズを備えても良い。これにより、光線１１ａのうち導光板４に結合する光量（光結合効率）を向上させることが可能になる。但し、先に述べたように、発散角を狭くし過ぎると、照明光８ｃにおける空間光強度分布の均一性が低下するため、光結合効率と発散角を考慮しレンズ形状を最適化する必要がある。
【０１０２】
また、本実施の形態３によれば、光源１０と光源１１の発光量を個別に制御することにより、消費電力を低減することが可能である。図１８は、液晶表示素子１、光源１０および光源１１の駆動方法を示すブロック図である。液晶表示素子駆動部５２は、液晶表示素子１を駆動する。光源駆動部５３ａは、第１の光源である光源１０を駆動する。光源駆動部５３ｂは、第２の光源である光源１１を駆動する。制御部５１は、液晶表示素子駆動部５２と光源駆動部５３ａ，５３ｂとを制御する。
【０１０３】
例えば、制御部５１により各光源駆動部５３ａ，５３ｂを個別に制御して、第１の光源１０から出射する赤色の光の光量と第２の光源１１から出射する青緑色の光の光量との割合を調整することが可能である。制御部５１は光源駆動部５３ａに対して光源制御信号５６ａを出力する。制御部５１は光源駆動部５３ｂに対して光源制御信号５６ｂを出力する。このため、各映像信号５４に対し必要となる各色光強度の割合に応じて各光源の発光量を調整することにより、低消費電力化を実現することも可能である。
【０１０４】
以上より、本実施の形態３の面光源装置２３０に依れば、光源にレーザを採用しながらも、光利用効率が高く、空間光強度分布の均一性が高い面状の照明光８ｃを得ることが可能となる。この面光源装置２３０を備えた液晶表示装置１３０は、色再現範囲が広く輝度むらを抑えた高品質な画像を提供することが可能となる。本実施の形態３においては、光源１０および光強度分布変換素子９の大部分を液晶表示装置２３０の厚み方向（Ｚ軸方向）に配置することにより、額縁部分を狭くすることが可能となる。さらに、赤色をレーザ素子で構成し、青緑色をＬＥＤ素子で構成することにより、従来の液晶表示装置の課題となっていた色再現範囲の拡大および低消費電力化の両方を解決できる。また、簡易な構成により、量産性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。
【０１０５】
実施の形態４．
図１９は、本発明に係る実施の形態４の透過型表示装置である液晶表示装置１４０の構成を模式的に示す図である。図２０は、面光源装置２４０を−Ｚ軸方向から示した構成図である。本実施の形態４の液晶表示装置１４０が有する面光源装置２４０は、本実施の形態３の面光源装置２３０に対し、第２の光源１１を配置する位置が異なり、また、反射部材１２を備える点で異なる。つまり、液晶光学素子１、光学シート２，３、導光板４、光反射シート５、光強度分布変換素子９および光源１０は、実施の形態３の液晶表示装置１３０と同じである。また、光源１１の配置する位置以外の点は、実施の形態３の液晶表示装置１３０と同じである。また、実施の形態２の液晶表示装置１３０が、実施の形態１の液晶表示装置１１０および実施の形態２の液晶表示装置１２１０と同じ構成要素に関しても同じである。実施の形態３で説明した液晶表示装置１３０の構成要素と同様の構成要素には、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【０１０６】
図１９に示すように、光源１１は導光板４より裏面４ｄ側の方向（−Ｚ軸方向）に配置される。つまり、光源１１は、導光板４に対して導光板４の表面４ｃと反対の方向に配置されている。また、光源１１の発光面は＋Ｚ軸方向に向けられている。つまり、光線１１ａは＋Ｚ軸方向に出射される。光線１１ａは、反射部材１２により進行方向を＋Ｘ軸方向に変更される。そして、光線１１ａは、光入射面４ａから導光板４に入射する。
【０１０７】
反射部材１２は、光源１１と光強度分布変換素子９との間に配置される。反射部材１２は反射面１２ａを有する。反射部材１２は、例えば、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）や、アルミニウム等の金属から成る。また、反射面１２ａは、前記アクリル樹脂等にアルミニウムや金、銀等を蒸着することで形成することができる。また、反射部材１２を高い反射率を有する樹脂とすることにより、金属を蒸着することなく、反射面１２ａを備えるものとしても良い。反射面１２ａは、光源１１と対向して配置される。また、光強度分布変換素子９の反射面９ｈおよび導光板４の光入射面４ａと対向して配置される。反射面１２ａが、光源１１、反射面９ｈおよび光入射面４ａと対向して配置されるのは、光線１１ａが光源１１から出射され、反射面１２ａで反射した後、反射面９ｈを透過して光入射面４ａから導光板４に入射するように配置されるからである。
【０１０８】
光源１１から発される光線１１ａは＋Ｚ軸方向に向かって出射され、反射部材１２の反射面１２ａにより、＋Ｘ軸方向に進行方向する光に変更される。反射面１２ａで反射した光線１１ａは、光強度分布変換素子９の反射面９ｈを透過して導光板４に入射する。
【０１０９】
反射部材１２は、Ｚ−Ｘ平面において曲率を有し、Ｙ軸方向に延在する。つまり、反射部材１２は、Ｚ−Ｘ平面と平行な面上で曲率を有している。Ｚ−Ｘ平面において、反射部材１２は、楕円を一部切り取った形状を有する。楕円形状の１つの焦点は、光源１１の発光面の中心に位置する。また、楕円形状の他の１つの焦点は、導光板４の光入射面４ａの中心に位置する。光源１１は第２の光源である。つまり、反射部材１２は、Ｙ軸方向に垂直な面による断面が、光源１１の発光面中心と光入射面４ａの中心とを対の焦点とする楕円の一部となる反射面１２ａを有する。Ｙ軸方向はシリンドリカル面７０ｃの曲率を持たない方向である。これにより、光源１１から発される光を導光板４に効率良く結合することが可能になる。このとき、反射部材１２と導光板４との間に光強度分布変換素子９を透過することによる光学的影響を考慮して設計すると、光線１１ａをより効率良く導光板４に結合することが可能となる。
【０１１０】
本実施の形態４の面光源装置２４０においては、ＬＥＤが広い発散角を有する場合に、その光の一部を反射面１２ａを介さず導光板４の光入射面４ａに直接導く。これにより、光源１１の光線１１ａが導光板４に結合される効率を低下させることなく、反射部材１２を小型化することが可能にとなる。
【０１１１】
以上より、本実施の形態４の面光源装置２４０は、光源１０にレーザを採用しながらも、光利用効率が高く、空間光強度分布の均一性の高い面状の照明光８ｃを得ることが可能となる。この面光源装置２４０を備えた液晶表示装置１４０は、色再現範囲が広く輝度むらを抑えた高品質な画像を提供することが可能となる。本実施の形態４においては、光源１０および光強度分布変換素子９の大部分を液晶表示装置２４０の厚み方向（−Ｚ軸方向）に配置することにより、額縁部分を狭くすることを可能にする。さらに、赤色をレーザ素子で構成し、青緑色をＬＥＤ素子で構成することにより、従来の液晶表示装置の課題となっていた色再現範囲の拡大および低消費電力化の両方を解決できる。また、簡易な構成により、量産性の高い液晶表示装置を提供することが可能となる。また、反射部材１２により、発散角の広い光源１１の光線１１ａを高い効率で導光板４に結合することができ、消費電力の増加を抑制することが可能である。
【０１１２】
なお、上述の各実施の形態では、シリンドリカル面７０ｃは、シリンドリカルレンズで構成されている。各実施の形態では、凹面形状のシリンドリカルレンズである。シリンドリカル面７０ｃでは、シリンドリカルレンズのレンズ面の母線方向は、Ｙ軸方向である。また、シリンドリカルレンズのレンズ面の端に位置する２つの母線を結ぶ直線のうち、レンズ面の端に位置する２つの母線に垂直な直線の方向はＺ軸方向である。しかし、本願発明の特徴は、斜面７０ａ，７０ｂで全反射した光線６ａがシリンドリカル面７０ｃから出射することで、光利用効率を高く保ちながら、空間光強度分布の均一性を向上できることである。そのため、例えば、図１１（Ａ）又は図１１（Ｂ）に示された光拡散構造７０をシリンドリカル面７０ｃの光軸を中心に回転させた形状として、光出射面７ｂ上に並べる構成も考えられる。この構成は、上述の実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【０１１３】
ただし、このような円錐台のような形状を光出射面７ｂ上に並べる構成は、作製が難しい。樹脂成型で作製する場合は、樹脂の成型も難しく、その金型の作製も難しい。このように考えると、上述の実施の形態で示したシリンドリカル面７０ｃをシリンドリカルレンズとする構成は、光拡散構造７０を作製する面からも、作製が容易という点で優れている。
【０１１４】
上述の各実施の形態においては、略平行な面、略平行光または略ガウシアン形状など「略」などの用語をつけた表現を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に例え「略」を記載しない場合であっても製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むものである。また、請求の範囲に「略」を記載した場合は製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを示している。また、「略同一平面上に配置」との記載は、上述のとおり「対向して配置」の意味である。
【０１１５】
なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。
【符号の説明】
【０１１６】
１  液晶光学素子、  １ａ  表示面、  １ｂ  背面、  ２１０，２２０，２３０，２４０  面光源装置、  ２，３  光学シート、  ４  導光板、  ４ａ  光入射面、  ４ｂ  面、４ｃ  表面、  ４ｄ  裏面、  ４１  光拡散素子、  ５  光反射シート、  ５１  制御部、  ５２  液晶表示素子駆動部、  ５３，５３Ｒ，５３Ｇ，５３Ｂ，５３ａ，５３ｂ  光源駆動部、  ５４  映像信号、  ５５  液晶表示素子制御信号、  ５６，５６ａ，５６ｂ  光源制御信号、  ６，８，１０，１１  光源、  １２  反射部材、  １２ａ  反射面、  ６ａ，８ａ，１０ａ，１１ａ，６Ｒａ，６Ｇａ，６Ｂａ，６ｂ，１０ｂ  光線、  ６Ｒ  赤色半導体レーザ、  ６Ｇ  緑色半導体レーザ、  ６Ｂ  青色半導体レーザ、  ６ｃ，８ｃ  照明光、  ６０ａ，６０ｂ，６０ｃ  光線の角度強度分布、  ７，９  光強度分布変換素子、  ７ａ，９ａ  光入射面、  ７ｂ，９ｂ  光出射面、  ７０  光拡散構造、  ９０  光拡散構造、  ７０ａ，７０ｂ，７０ｄ，７０ｅ  斜面、  ７０ｃ  シリンドリカル面、  ９１  導光部、  ９２  光路変更部、  ９ｃ，９ｄ  主面、  ９ｅ，９ｈ  反射面、  ９ｇ，９ｆ  面、  １１０，１２０，１３０，１４０  液晶表示装置。
【図１】
2013038633.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成26年2月3日(2014.2.3)
【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】
指向性を有する第１の光線を入射する第１の光入射面と、
前記第１の光線の角度強度分布を広げ、前記第１の光線の出射方向に対して凹形状の曲面部を有する第１の光出射面と
前記第１の光線の出射方向に対して傾斜し、前記第１の光線が全反射する全反射面と
を備え、
前記全反射面で反射した前記第１の光線は、前記曲面部から出射する光強度分布変換素子。
【請求項２】
前記曲面部は、シリンドリカルレンズを形成し、
前記曲面部の前記シリンドリカルレンズのレンズ面の端に位置する２つの母線を結ぶ直線のうち前記２つの母線に垂直な直線の方向を第１の方向とし、前記母線の方向を第２の方向とすると、前記全反射面は、前記曲面部の前記第１の方向の端部側に位置する面である請求項１に記載の光強度分布変換素子。
【請求項３】
前記曲面部は、２つの前記全反射面の間に位置し、
前記２つの全反射面は、前記全反射面の前記曲面部に近い端部から前記全反射面の他の端部に向けて前記２つの全反射面の間隔が広くなり、前記他の端部は前記曲面部に対して前記第１の光線の入射側に位置する請求項２に記載の光強度分布変換素子。
【請求項４】
請求項２から３の何れか１項に記載の光強度分布変換素子と、
前記第１の光線を出射する第１の光源と、
前記光強度分布変換素子から出射した前記第１の光線を入射する第２の光入射面及び前記第２の光入射面から入射した前記第１の光線を出射する第２の光出射面を有する導光板とを備え、
前記第２の光出射面は、前記導光板で面状の光に変換された前記第１の光線を出射し、
前記第２の光入射面の長手方向は、前記第２の方向に平行で、
前記第２の光入射面は、前記第１の光出射面に対向して配置される面光源装置。
【請求項５】
前記第１の光源から出射される前記第１の光線は、発散角の大きな方向と発散角の小さな方向とを有し、
前記第１の光源は、前記第１の光線の前記発散角の小さな方向と前記第１の方向とが平行となるように配置される請求項４に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記第１の光入射面は、光拡散構造を有し、
前記光拡散構造は、前記第２の方向に前記第１の光線を拡散する請求項４または５に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記第１の光源は、前記導光板の前記第２の光出射面と対向する面である裏面側に配置され、
前記光強度分布変換素子は、前記第１の光入射面から前記第１の光出射面までの光路上に導光部及び光路変更部を有し、前記第１の光線を前記第１の光入射面から前記導光部及び前記光路変更部を介して前記第２の光入射面へと導く請求項４から６のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記導光部は、板形状であり、前記裏面に対向して配置され、前記第１の光入射面から前記第１の光線の進行方向に向かって厚みが広がる楔形形状である請求項７に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記第１の光源から出射する際の前記第１の光線の発散角よりも広い発散角を有する第２の光線を出射する第２の光源をさらに備え、
前記第２の光線は、前記第２の光入射面から前記導光板に入射する請求項７又は８に記載の面光源装置。
【請求項１０】
前記第２の光線を反射する反射部材をさらに備え、
前記第２の光源は、前記導光板に対して前記導光板の前記裏面の方向に配置され、
前記第２の光線は前記反射部材により進行方向が変更されて前記第２の光入射面から前記導光板に入射する請求項９に記載の面光源装置。
【請求項１１】
前記反射部材は、前記第２の方向に垂直な面による断面が、前記第２の光源の発光面中心と前記第２の光入射面の中心とを対の焦点とする楕円の一部となる反射面を有する請求項１０に記載の面光源装置。
【請求項１２】
前記第１の光源はレーザ素子を有する請求項５から１１のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１３】
前記第２の光源はＬＥＤ素子を有する請求項９から１２のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１４】
液晶表示素子と、
前記面状の光に変換された第１の光線を前記液晶表示素子に向けて照射する請求項５から１３のいずれか１項に記載の面光源装置と、
を有する液晶表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の光強度分布変換素子は、指向性を有する第１の光線を入射する第１の光入射面と、前記第１の光線の角度強度分布を広げ、前記第１の光線の出射方向に対して凹形状の曲面部を有する第１の光出射面と前記第１の光線の出射方向に対して傾斜し、前記第１の光線が全反射する全反射面とを備え、前記全反射面で反射した前記第１の光線は、前記曲面部から出射する。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月26日(2014.11.26)
【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】
指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、
第１の光入射面から第１の光出射面までの光路上に導光部及び光路変更部を有し、前記第１の光線を前記第１の光入射面から入射して前記導光部及び前記光路変更部を介して前記第１の光出射面へと導く光強度分布変換素子と、
前記光強度分布変換素子から出射した前記第１の光線を入射する第２の光入射面及び前記第２の光入射面から入射した前記第１の光線を出射する第２の光出射面を有する導光板と、
前記第１の光源から出射する際の前記第１の光線の発散角よりも広い発散角を有する第２の光線を出射する第２の光源と
を備え、
前記光強度分布変換素子は、
前記第１の光線の発散角を広げ、前記第１の光線の出射方向に対して凹形状のシリンドリカルレンズを形成する曲面部を有する前記第１の光出射面と、
前記第１の光線の前記第１の光出射面からの出射方向に対して傾斜し、前記第１の光線が全反射する全反射面と
を有し、
前記シリンドリカルレンズの曲率を有さない方向に平行な前記シリンドリカルレンズのレンズ面上の線を母線とすると、
前記曲面部の前記シリンドリカルレンズのレンズ面の端に位置する２つの母線を結ぶ直線のうち前記２つの母線に垂直な直線の方向を第１の方向とし、前記母線の方向を第２の方向とすると、前記全反射面は、前記曲面部の前記第１の方向の端部側に位置する面であり、
前記第１の光線の前記第１の光出射面からの出射方向は、前記第１の方向と前記第２の方向の両方に垂直な方向であり、
前記全反射面で反射した前記第１の光線を前記曲面部から出射し、
前記第２の光出射面は、前記導光板で面状の光に変換された前記第１の光線を出射し、
前記第２の光入射面の長手方向は、前記第２の方向に平行で、
前記第２の光入射面は、前記第１の光出射面に対向して配置され、
前記第１の光源は、前記導光板の前記第２の光出射面と対向する面である裏面側に配置され、
前記第２の光線は、前記第２の光入射面から前記導光板に入射する
面光源装置。
【請求項２】
前記曲面部を挟んで互いに反対側に位置する２つの前記全反射面の間隔は、前記２つの母線から離れるほど広くなり、
前記全反射面の前記２つの母線から最も遠い端部の、前記第２の光入射面からの第１距離は、前記２つの母線から最も遠い前記曲面部の位置の、前記第２の光入射面からの第２距離よりも大きい請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
前記第１の光源から出射される前記第１の光線は、発散角の大きな方向と発散角の小さな方向とを有し、
前記第１の光源は、前記第１の光線の前記発散角の小さな方向と前記第１の方向とが平行となるように配置される請求項１または２に記載の面光源装置。
【請求項４】
前記第１の光入射面は、光拡散構造を有し、
前記光拡散構造は、前記第２の方向に前記第１の光線を拡散する請求項１から３のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項５】
前記導光部は、板形状であり、前記裏面に対向して配置され、前記第１の光入射面から前記第１の光線の進行方向に向かって厚みが広がる楔形形状である請求項１から４のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項６】
前記第２の光線を反射する反射部材をさらに備え、
前記第２の光源は、前記導光板に対して前記導光板の前記裏面の方向に配置され、
前記第２の光線は前記反射部材により進行方向が変更されて前記第２の光入射面から前記導光板に入射する請求項１から５のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項７】
前記反射部材は、前記第２の方向に垂直な面による断面が、前記第２の光源の発光面中心と前記第２の光入射面の中心とを対の焦点とする楕円の一部となる反射面を有する請求項６に記載の面光源装置。
【請求項８】
前記第１の光源はレーザ素子を有する請求項１から７のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項９】
前記第２の光源はＬＥＤ素子を有する請求項１から８のいずれか１項に記載の面光源装置。
【請求項１０】
液晶表示素子と、
前記面状の光に変換された第１の光線を前記液晶表示素子に向けて照射する請求項１から９のいずれか１項に記載の面光源装置と、
を有する液晶表示装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の面光源装置は、指向性を有する第１の光線を出射する第１の光源と、第１の光入射面から第１の光出射面までの光路上に導光部及び光路変更部を有し、前記第１の光線を前記第１の光入射面から入射して前記導光部及び前記光路変更部を介して前記第１の光出射面へと導く光強度分布変換素子と、前記光強度分布変換素子から出射した前記第１の光線を入射する第２の光入射面及び前記第２の光入射面から入射した前記第１の光線を出射する第２の光出射面を有する導光板と、前記第１の光源から出射する際の前記第１の光線の発散角よりも広い発散角を有する第２の光線を出射する第２の光源とを備え、前記光強度分布変換素子は、前記第１の光線の発散角を広げ、前記第１の光線の出射方向に対して凹形状のシリンドリカルレンズを形成する曲面部を有する前記第１の光出射面と、前記第１の光線の前記第１の光出射面からの出射方向に対して傾斜し、前記第１の光線が全反射する全反射面とを有し、前記シリンドリカルレンズの曲率を有さない方向に平行な前記シリンドリカルレンズのレンズ面上の線を母線とすると、前記曲面部の前記シリンドリカルレンズのレンズ面の端に位置する２つの母線を結ぶ直線のうち前記２つの母線に垂直な直線の方向を第１の方向とし、前記母線の方向を第２の方向とすると、前記全反射面は、前記曲面部の前記第１の方向の端部側に位置する面であり、前記第１の光線の前記第１の光出射面からの出射方向は、前記第１の方向と前記第２の方向の両方に垂直な方向であり、前記全反射面で反射した前記第１の光線を前記曲面部から出射し、前記第２の光出射面は、前記導光板で面状の光に変換された前記第１の光線を出射し、前記第２の光入射面の長手方向は、前記第２の方向に平行で、前記第２の光入射面は、前記第１の光出射面に対向して配置され、前記第１の光源は、前記導光板の前記第２の光出射面と対向する面である裏面側に配置され、前記第２の光線は、前記第２の光入射面から前記導光板に入射する。
【国際調査報告】
2013038633.tif 000023
2013038633.tif 000024