(57)【要約】【課題】光の偏光をＳ偏光又はＰ偏光に揃えて均一な光強度の光を出力光として出射し、光利用効率が高く低消費電力の薄型の面状照明装置を提供する。【解決手段】面状照明装置１は、レーザ光源１０と、レーザ光源１０から出射した光を長辺方向に導光して短辺方向に出射光１４を生成する端面導光部１１０と、出射光１４を端面部１３ａから入射されて一方の主面部１３ｂから出射する導光板１３とを備え、端面導光部１１０は、長辺方向に並べて配置された複数の偏光制御部１２を含み、複数の偏光制御部１２の各々は、１／２波長板１２ｃと、偏光プリズム１２ａとを含み、端面導光部１１０は、複数の偏光制御部１２を用いて、Ｓ偏光に揃えて出射光１４を出射し、導光板１３は、一方の主面部１３ｂからＳ偏光を出力光１５として出射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射した光を長辺方向に導光して短辺方向に出射光を生成する端面導光部と、
前記出射光を端面部から入射されて一方の主面部から出射する導光板とを備え、
前記端面導光部は、前記長辺方向に並べて配置された複数の偏光制御部を含み、
前記複数の偏光制御部の各々は、１／２波長板と、偏光プリズムとを含み、
前記端面導光部は、前記複数の偏光制御部を用いて、Ｓ偏光及びＰ偏光のうちの一方に揃えて前記出射光を出射し、
前記導光板は、前記一方の主面部からＳ偏光及びＰ偏光のうちの一方を出力光として出射することを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】
前記端面導光部は、前記出射光としてＳ偏光を出射し、
前記導光板は、前記一方の主面部からＳ偏光を前記出力光として出射することを特徴とする請求項１記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記端面導光部と前記導光板の前記端面部との間に配置される１／２波長板をさらに備え、
前記端面導光部は、前記出射光としてＳ偏光を出射し、
前記１／２波長板は、前記Ｓ偏光をＰ偏光に変換して前記導光板の前記端面部へ出射し、
前記導光板は、前記一方の主面部からＰ偏光を前記出力光として出射することを特徴とする請求項１記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記導光板は、その内部に配置された複数の立上げミラー部を含み、
前記複数の立上げミラー部は、前記出射光が前記端面部から入射した後に、前記出射光の一部を反射するとともに残りを透過し、前記Ｓ偏光及び前記Ｐ偏光のうちの一方を前記一方の主面部から前記出力光として出射することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記偏光制御部は、前記光源から出射した光の光軸に対して前記１／２波長板を回転調整して前記光源から出射した光を透過させ、透過した光のＳ偏光成分及びＰ偏光成分の光量を調整することにより、前記導光板の光量分布を調整することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項６】
前記端面導光部は、
前記光源から出射した光が入射する光導入部と、
前記複数の偏光制御部が前記長辺方向に並べて配置された光分配部とを含み、
前記光導入部は、
前記光源から出射した光のうちＰ偏光を透過して前記光分配部へ導き、Ｓ偏光を反射する偏光プリズムと、
前記偏光プリズムにより反射されたＳ偏光を反射するミラーと、
前記ミラーにより反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換して前記光分配部へ導く１／２波長板とを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項７】
前記偏光制御部の前記１／２波長板は、前記光導入部から入射されるＰ偏光をＰ偏光とＳ偏光との両方の成分を有する光に変換し、
前記偏光制御部の前記偏光プリズムは、前記Ｐ偏光とＳ偏光との両方の成分を有する光のうちＰ偏光を透過して次段の偏光制御部へ導き、前記出射光としてＳ偏光を反射して前記導光板の前記端面部へ導くことを特徴とする請求項６記載の面状照明装置。
【請求項８】
前記偏光制御部は、前記長辺方向に２列に交互に並んで配置されていることを特徴とする請求項７記載の面状照明装置。
【請求項９】
前記偏光制御部は、前記長辺方向に少なくとも２列並んで配置されていることを特徴とする請求項７記載の面状照明装置。
【請求項１０】
前記偏光制御部は、前記導光板の厚さ方向に少なくとも２段並んで配置されていることを特徴とする請求項７記載の面状照明装置。
【請求項１１】
前記偏光制御部は、前記長辺方向に１列並んで配置されており、
前記光導入部の前記偏光プリズム及び前記ミラーは、前記導光板の厚さ方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項７記載の面状照明装置。
【請求項１２】
前記光源は、レーザ光を出射するレーザ光源を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項１３】
前記レーザ光は、前記端面導光部に入射する前に前記レーザ光の光軸に垂直な少なくともいずれか一方向に走査されていることを特徴とする請求項１２記載の面状照明装置。
【請求項１４】
前記レーザ光が前記端面導光部に入射する前に前記レーザ光を２次元的に走査する液晶位相変調素子をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の面状照明装置。
【請求項１５】
前記レーザ光源は、少なくとも赤色光、緑色光及び青色光を出射する光源からなり、それぞれのレーザ光は、同じ光路により前記端面導光部に入射して、前記導光板の前記一方の主面部から前記出力光として出射することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれかに記載の面状照明装置。
【請求項１６】
液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、
前記バックライト照明装置は、請求項１〜１５のいずれかに記載の面状照明装置であることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の偏光特性を利用した面状照明装置及びそれを用いた液晶表示装置に関し、特に、レーザ光源を発光源として用い、レーザ光の偏光特性を利用した面状照明装置及びそれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、液晶分子の配向による電気光学効果を利用して背面から照射される光の透過量を制御することにより画像を表示する方式を採用しており、一般的には蛍光表示管などにより構成されるバックライトユニットと呼ばれる面状の照明装置を必要とする。近年、このような液晶表示装置の大画面化が進み、５０型サイズのテレビジョン用のディスプレイまで実用化されてきている。このような大型化に伴い、消費電力も増加してきていることから、低消費電力化を実現する技術開発が望まれている。
【０００３】
上記のように、液晶表示装置は、自発光型の表示装置ではないため、液晶表示パネルで消費する電力に比べて、バックライトユニットに使用される光源で消費される電力のほうが大きい。バックライトユニットの光源の低消費電力化を実現するためには、発光効率のよい光源を使用すること、及び、バックライトユニットの照明光を効率よく液晶表示パネルを透過させるようにすることが、大きな課題である。
【０００４】
また、光源としては、従来から使用されている蛍光表示管に対して、発光ダイオードやレーザ光源を使用することが検討され、発光ダイオードではすでに実用化もされている。しかしながら、大面積で高輝度の照明光を得るためには、多数の発光ダイオードやレーザ光源を取り付けることが必要となり、これらの光源で消費する電力の増大や多数の部品を実装することによるコストの増大が課題となる。また、発光ダイオードを利用したバックライトユニットにおいて、色再現範囲を拡大して高画質化することは実現されているが、多数の発光ダイオードが必要なために低消費電力化については充分ではない。
【０００５】
このため、バックライトユニットに使用する光源の数を減らし、かつその照明光を無駄なく効率よく液晶表示パネルを透過させるためのバックライトユニットの技術開発が重要な課題となっている。また、液晶表示装置においては、バックライトユニットから照射される照明光は、液晶表示パネルの偏光板を通るため、光源から放出された光量の約半分しか有効活用されていない。したがって、あらかじめ偏光した照明光を用いて偏光板を透過させれば、光利用効率よくバックライトユニットからの照明光を利用できることになる。
【０００６】
このような考え方にもとづき、所定の出射幅を有するレーザ光源と、レーザ光源の出射光を複数に分割してそれぞれ所定方向に互いに平行に反射させる反射部材と、反射部材で反射した各反射光についてその平行面に対して略直角方向に反射させ、残りを透過させる複数のハーフミラーから成る偏向部材とで構成したコリメート平面光源が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この方法では、多数のレーザ光源を用いることなく、単に１個のレーザ光源を用いた簡単な構成で高品位のコリメート平面光源が得られるとしている。さらに、視野角依存性が少なく、蛍光灯などのバックライト及びカラーフィルタが要らない、高精細な表示素子及び表示装置が得られるとしている。
【０００８】
また、偏光方向がランダムな光を出射するランプの光源部と、複数の２次光源像を形成するための複数の矩形集光レンズから構成された第１のレンズ板と、複数の２次光源像が形成される位置の近傍に配置され、集光レンズアレイ、偏光ビームスプリッタ及びλ／２位相差板を有する偏光分離プリズムアレイ、並びに出射側レンズを備えた第２のレンズ板とを含む偏光照明装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
これにより、インテグレータ光学系を構成する第１のレンズ板によって微小な２次光源像を生成した段階で、照明光の偏光の分離が行なわれる。よって、照明光の偏光の分離に伴う光路の空間的な広がりを抑制できるので、偏光変換光学系を備えているにもかかわらず、偏光照明装置の小型化を達成でき、液晶プロジェクタに用いることができるとしている。
【００１０】
また、上記の偏光照明技術を利用してランプアレイを光源とした画像表示装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。これによれば、光源からの光を無駄なく、光利用効率よく利用でき、照明装置を一体成形することで小型化が図れるとしている。
【特許文献１】特開２００２−１６９４８０号公報
【特許文献２】特開平８−３０４７３９号公報
【特許文献３】国際公開第９９／４９３５８号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１において開示されるコリメート平面光源においては、１個のレーザ光源からの出射光を反射部材で偏向させた後に、偏向部材により略直角方向に反射させているが、レーザ光の偏光の制御については考慮されておらず、レーザ光の偏光が制御されていないので、レーザ光の偏光は揃っていないという課題がある。
【００１２】
また、上記特許文献２に開示される偏光照明装置においては、ランプからの出射光を複数のレンズ、偏光変換光学系及びレンズアレイによって偏光をそろえて拡大して出射させている。したがって、出射光の出射方向に形状が大きくなり、大画面の平面型の液晶表示装置の面状照明装置としては薄型化が困難であり、薄型化のための技術情報の開示も示唆もされていないという課題がある。
【００１３】
また、上記特許文献３に示された画像表示装置においては、複数のランプを２次元配置したアレイ光源を必要とするので、消費電力や部品コストの増大が課題となる。さらに、このような構成の画像表示装置では、大画面の薄型・平面型の画像表示装置を実現することが難しい。また、レーザ光源及び導光板を用いることによりレーザ光の偏光を保存して、薄型化した導光板から偏光の揃ったレーザ光を平行光として液晶パネルに照射することについて記載も示唆もない。
【００１４】
本発明の目的は、光の偏光をＳ偏光又はＰ偏光に揃えて均一な光強度の光を出力光として出射し、光利用効率が高く低消費電力の薄型の面状照明装置及びこれを用いた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】
【００１５】
本発明に係る面状照明装置は、光源と、前記光源から出射した光を長辺方向に導光して短辺方向に出射光を生成する端面導光部と、前記出射光を端面部から入射されて一方の主面部から出射する導光板とを備え、前記端面導光部は、前記長辺方向に並べて配置された複数の偏光制御部を含み、前記複数の偏光制御部の各々は、１／２波長板と、偏光プリズムとを含み、前記端面導光部は、前記複数の偏光制御部を用いて、Ｓ偏光及びＰ偏光のうちの一方に揃えて前記出射光を出射し、前記導光板は、前記一方の主面部からＳ偏光及びＰ偏光のうちの一方を出力光として出射する。
【００１６】
この面状照明装置においては、光源から偏光がランダムな光が入射しても、光を無駄なく偏光を揃えて利用でき、導光板の一方の主面部から面内で光強度が均一な偏光の揃った光を出射することができる。したがって、光源からの光の光利用効率が高く高輝度で低消費電力の面状照明装置を実現することができる。
【００１７】
前記端面導光部は、前記出射光としてＳ偏光を出射し、前記導光板は、前記一方の主面部からＳ偏光を前記出力光として出射することが好ましい。
【００１８】
この場合、光源から偏光がランダムな光が入射しても、光を無駄なく偏光を揃えて利用でき、導光板の一方の主面部から面内で光強度が均一な偏光の揃ったＳ偏光を出射することができる。また、この面状照明装置をバックライト照明装置として用いた場合に、液晶表示装置に光が入射する側の偏光板が不用であるため、液晶表示装置の高輝度化、低消費電力化及び低コスト化が実現できる。
【００１９】
上記面状照明装置は、前記端面導光部と前記導光板の前記端面部との間に配置される１／２波長板をさらに備え、前記端面導光部は、前記出射光としてＳ偏光を出射し、前記１／２波長板は、前記Ｓ偏光をＰ偏光に変換して前記導光板の前記端面部へ出射し、前記導光板は、前記一方の主面部からＰ偏光を前記出力光として出射するようにしてもよい。
【００２０】
この場合、光源から偏光がランダムな光が入射しても、光を無駄なく偏光を揃えて利用でき、導光板の一方の主面部から面内で光強度が均一な偏光の揃ったＰ偏光を出射することができる。また、この面状照明装置をバックライト照明装置として用いた場合に、液晶表示装置に光が入射する側の偏光板が不用であるため、液晶表示装置の高輝度化、低消費電力化及び低コスト化が実現できる。
【００２１】
前記導光板は、その内部に配置された複数の立上げミラー部を含み、前記複数の立上げミラー部は、前記出射光が前記端面部から入射した後に、前記出射光の一部を反射するとともに残りを透過し、前記Ｓ偏光及び前記Ｐ偏光のうちの一方を前記一方の主面部から前記出力光として出射することが好ましい。
【００２２】
この場合、端面導光部から導光板に入射したＳ偏光又はＰ偏光のいずれかが、導光板内の立上げミラー部で一方の主面部方向に一部反射され、さらに次列の立上げミラー部に一部透過される。したがって、立上げミラー部の反射率及び透過率を調整して設定することにより、一方の主面部からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。
【００２３】
前記偏光制御部は、前記光源から出射した光の光軸に対して前記１／２波長板を回転調整して前記光源から出射した光を透過させ、透過した光のＳ偏光成分及びＰ偏光成分の光量を調整することにより、前記導光板の光量分布を調整することが好ましい。
【００２４】
この場合、端面導光部の長辺方向に沿って各偏光制御部の１／２波長板で伝播する光のＳ偏光及びＰ偏光の光量が調整されて導光板の端面部に入射するので、導光板の一方の主面からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。
【００２５】
例えば、コンピューターなどのモニター用には、端面導光部の長辺方向に沿って導光板に均一な光が入射するように１／２波長板を調整すれば、導光板主面全面にわたって均一な輝度分布が得られる。また、ＴＶなどの表示ディスプレイの場合には、端面導光部の両端からは低強度の光が導光板に入射し、中央部からは光強度の光が導光板に入射するようにすることで、観察者の注視する導光板の中央部を明るくしながら、導光板の側端部は暗くすることができる。
【００２６】
このように導光板の中央部の光量を上げることで、光源の出力を同一に保つ場合には、観察者が感じられる実効的な明るさを上げることができ、また、観察者が感じられる実効的な明るさを同一に保つ場合には、光源の出力を下げて省電力化することもできる。なお、導光板の中央部の光量に対する側端部の光量の比は、６０％以上８０％以下の範囲であれば、観察者には不自然に感じられない。
【００２７】
前記端面導光部は、前記光源から出射した光が入射する光導入部と、前記複数の偏光制御部が前記長辺方向に並べて配置された光分配部とを含み、前記光導入部は、前記光源から出射した光のうちＰ偏光を透過して前記光分配部へ導き、Ｓ偏光を反射する偏光プリズムと、前記偏光プリズムにより反射されたＳ偏光を反射するミラーと、前記ミラーにより反射されたＳ偏光をＰ偏光に変換して前記光分配部へ導く１／２波長板とを含むことが好ましい。
【００２８】
この場合、光源から偏光がランダムな光が入射しても、光導入部と光分配部とによって偏光を揃えて少なくとも２つに分岐した光として導光板に導入するので、偏光がランダムな光の光量を無駄なく利用できて光利用効率が向上できるとともに、スペックルノイズが十分低減された出力光を出射することができる。
【００２９】
前記偏光制御部の前記１／２波長板は、前記光導入部から入射されるＰ偏光をＰ偏光とＳ偏光との両方の成分を有する光に変換し、前記偏光制御部の前記偏光プリズムは、前記Ｐ偏光とＳ偏光との両方の成分を有する光のうちＰ偏光を透過して次段の偏光制御部へ導き、前記出射光としてＳ偏光を反射して前記導光板の前記端面部へ導くことが好ましい。
【００３０】
この場合、光導入部から入射されるＰ偏光をＰ偏光とＳ偏光との両方の成分を有する光に変換した後、Ｐ偏光を透過して次段の偏光制御部へ導き、Ｓ偏光を反射して導光板に導いているので、偏光を揃えて複数に分岐したＳ偏光を導光板に導入することができ、偏光がランダムな光の光量を無駄なく利用できて光利用効率が向上できるとともに、スペックルノイズが十分低減された出力光を出射することができる。
【００３１】
前記偏光制御部は、前記長辺方向に２列に交互に並んで配置されていることが好ましい。
【００３２】
この場合、長辺方向に交互に配置された各偏光制御部の偏光プリズムで反射されたＳ偏光が導光板に入射するので、導光板の一方の主面からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。
【００３３】
前記偏光制御部は、前記長辺方向に少なくとも２列並んで配置されてもよい。
【００３４】
この場合、１列目の各偏光制御部の偏光プリズムで反射されたＳ偏光が、２列目以降に配置された各偏光制御部の偏光プリズムでさらに反射を繰り返した後に、導光板にＳ偏光の光として入射するので、導光板の一方の主面からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。
【００３５】
前記偏光制御部は、前記導光板の厚さ方向に少なくとも２段並んで配置されてもよい。
【００３６】
この場合、１段目の各偏光制御部の偏光プリズムで反射されたＳ偏光が、２段目以降に配置された各偏光制御部の偏光プリズムでさらに反射を繰り返した後に、導光板にＳ偏光の光として入射するので、導光板の一方の主面からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。
【００３７】
前記偏光制御部は、前記長辺方向に１列並んで配置されており、前記光導入部の前記偏光プリズム及び前記ミラーは、前記導光板の厚さ方向に並んで配置されていることが好ましい。
【００３８】
この場合、厚さ方向に偏光を分離するように配置された光導入部から出射する２段のＰ偏光が、導光板にＳ偏光の光として入射するので、導光板の一方の主面からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。また、光分配部が一列で済むので、面状照明装置を小型化することができる。
【００３９】
前記光源は、レーザ光を出射するレーザ光源を含むことが好ましい。
【００４０】
この場合、レーザ光を無駄なく利用し、かつ偏光を揃えたレーザ光を出射することができるので、高輝度で光利用効率を大幅に改善した低消費電力の面状照明装置を実現することができる。また、この面状照明装置をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置は、偏光の揃ったレーザ光を利用できるので高輝度化、低消費電力化及び低コスト化を実現でき、スペックルノイズも十分低減される。
【００４１】
前記レーザ光は、前記端面導光部に入射する前に前記レーザ光の光軸に垂直な少なくともいずれか一方向に走査されていることが好ましい。
【００４２】
この場合、導光板から出射される出力光が時間的に異なる位置から出射されるので、導光板の一方の主面からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、スペックルノイズが十分低減された出力光を出射することができる。
【００４３】
上記面状照明装置は、前記レーザ光が前記端面導光部に入射する前に前記レーザ光を２次元的に走査する液晶位相変調素子をさらに備えることが好ましい。
【００４４】
この場合、導光板から出射される出力光が時間的に異なる位置から出射されるので、導光板の一方の主面からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、スペックルノイズが十分低減された出力光を出射することができるとともに、ポリゴンミラー等の機械的部材を用いることなく、電気的に２次元的な光の走査が可能となり、装置の構成を簡略化することができる。
【００４５】
前記レーザ光源は、少なくとも赤色光、緑色光及び青色光を出射する光源からなり、それぞれのレーザ光は、同じ光路により前記端面導光部に入射して、前記導光板の前記一方の主面部から前記出力光として出射することが好ましい。
【００４６】
この場合、導光板から偏光が揃った赤色光、緑色光及び青色光のレーザ光が出力光として出射されるので、カラー液晶表示装置の面状照明装置に利用でき、色再現性もＬＥＤを光源として使用した面状照明装置などよりさらに向上することができる。
【００４７】
本発明に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを背面側から照明するバックライト照明装置とを備え、前記バックライト照明装置は、上記の面状照明装置である。
【００４８】
この液晶表示装置においては、バックライト照明装置としての面状照明装置から偏光が揃った光が出射するので、高輝度で光利用効率が高くでき、低消費電力でスペックルノイズが十分低減された液晶表示装置が実現できる。また、面状照明装置と液晶表示パネルとの間の入射側の偏光板を省くこともできるので、さらに面状照明装置からのレーザ光の光利用効率の向上及び低消費電力化ができるだけでなく、低コスト化も実現することができる。
【発明の効果】
【００４９】
本発明の面状照明装置によれば、光源から光を無駄なく利用し、かつ偏光を揃えた光を出射することができるので、高輝度で光利用効率を大幅に改善した低消費電力の面状照明装置を実現することができる。また、本発明の面状照明装置をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置は、偏光の揃った光を利用できるので高輝度化、低消費電力化及び低コスト化を実現でき、スペックルノイズも十分低減されるという大きな効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合がある。
【００５１】
（実施の形態１）
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る面状照明装置１の概略構成図であり、図１は、面状照明装置１の構成を模式的に示す上面図であり、図２は、図１の２Ａ−２Ａ線から見た面状照明装置１の概略断面図である。なお、図１及び図２においては、面状照明装置１の各部分はそれぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては、図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。以下、これらの図面等をもとにして本実施の形態の面状照明装置１の構成を説明する。
【００５２】
図１及び図２に示すように、面状照明装置１は、レーザ光源１０と、レーザ光源１０から出射したレーザ光９を長辺方向Ｘ（図１に示すＸ軸方向）に導光し、短辺方向Ｙ（図１に示すＹ軸方向）にＳ偏光を出射光１４として生成する端面導光部１１０と、出射光１４を端面部１３ａから入射して一方の主面部１３ｂから出射する導光板１３とを備えている。そして、端面導光部１１０には、一組の偏光プリズム１２ａと１／２波長板１２ｃとを組み合わせた偏光制御部１２が長辺方向Ｘに複数個並べて配置され、偏光制御部１２がＳ偏光を出射光１４として生成した後、導光板１３の一方の主面部１３ｂからＳ偏光が出力光１５として出射する。なお、レーザ光源１０からのレーザ光９は、コリメータレンズなどの光学系（図示省略）によりほぼ平行な光ビームにされて端面導光部１１０へ入射する。
【００５３】
ところで、面状照明装置１から出力光１５としてＰ偏光のレーザ光を出力したい場合には、図１の端面導光部１１０と導光板１３の端面部１３ａとの間に１／２波長板（図示省略）を長辺方向Ｘ全体に配置し、Ｓ偏光である端面導光部１１０の出射光１４をＰ偏光に変換した後、出力光１５としてＰ偏光を出射する構成とすればよい。
【００５４】
このような構成とすることにより、ランダムな偏光のレーザ光９がレーザ光源１０から入射しても、レーザ光９を無駄なく、偏光を揃えて利用でき、導光板１３の一方の主面部１３ｂから面内で光強度が均一な偏光の揃ったレーザ光を出力光１５として出射することができる。しかも、必要に応じて、面状照明装置１から出射される出力光１５は、Ｓ偏光に揃えるだけでなく、Ｐ偏光に揃えることもできる。したがって、レーザ光源１０からのレーザ光９の光利用効率が高く低消費電力の面状照明装置１を実現できる。また、この面状照明装置１をバックライト照明装置として用いた場合には、液晶表示装置にレーザ光が入射する側の偏光板が不用であるため、液晶表示装置の高輝度化、低消費電力化及び低コスト化が実現できる。
【００５５】
また、図１及び図２に示すように、立上げミラー部１３ｃが導光板１３内に複数列配置されており、立上げミラー部１３ｃには、例えば、アルミニウム蒸着薄膜などによって反射面１６が形成されている。出射光１４が導光板１３の端面部１３ａから入射した後に、立上げミラー部１３ｃは、出射光１４を一部反射して一部透過し、Ｓ偏光又はＰ偏光を一方の主面部１３ｂから出力光１５として出射する。
【００５６】
すなわち、立上げミラー部１３ｃは、ハーフミラーとして配置され、導光してきたレーザ光１７を垂直方向の一方の主面部１３ｂに向かって一部反射し、残りのレーザ光１７を次列に配置された立上げミラー部１３ｃに向かって透過する。なお、導光板１３は、透明で光学特性や成形性に優れた樹脂材料を用いることができ、特に複屈折が少ないアクリル樹脂やポリオレフィン系樹脂を用いることが好ましい。また、最後列の立上げミラー部１３ｃには、次列の立上げミラー部が存在しないため、Ｓ偏光を反射する反射ミラーを用いてもよい。
【００５７】
このような構成とすることにより、端面導光部１１０から導光板１３に入射したＳ偏光（又はＰ偏光）が、導光板１３内の立上げミラー部１３ｃで一方の主面部１３ｂ方向に一部反射され、さらに次列の立上げミラー部１３ｃに一部透過される。したがって、立上げミラー部１３ｃの反射率及び透過率を調整して設定することにより、一方の主面部１３ｂからの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光１５として出射でき、光利用効率も高くすることができる。
【００５８】
なお、立上げミラー部１３ｃは、短辺方向Ｙにレーザ光１７が進行するにつれて、反射面１６の反射率を漸次大きくするように、又は短辺方向Ｙに沿って立上げミラー部１３ｃの隣接する反射面１６の間隔を小さくしていくように複数列設けてもよい。このことにより、レーザ光１７の光出力が導光板１３内で反射面１６での反射のために徐々に減衰する場合においても、面状照明装置１からの出力光１５の光出力を導光板１３の一方の主面部１３ｂの面内でより均一化することができる。
【００５９】
また、図１及び図２に示すように、端面導光部１１０は、レーザ光９を入射する光導入部１１と、光分配部１８とを有し、光導入部１１は、偏光プリズム１１ａと、ミラー１１ｂと、１／２波長板１１ｃとを含み、光分配部１８は、複数の偏光制御部１２を含み、各偏光制御部１２は、偏光プリズム１２ａ及び１／２波長板１２ｃを含む。レーザ光９は、偏光プリズム１１ａ、１２ａによりＳ偏光又はＰ偏光に分岐する。
【００６０】
すなわち、端面導光部１１０の光導入部１１は、入射したレーザ光９を偏光プリズム１１ａ、ミラー１１ｂ及び１／２波長板１１ｃなどの光学素子により、２つの平行な分岐光に分岐して長辺方向Ｘに配置された光分配部１８に同じＰ偏光のレーザ光として導入する。ここで、偏光プリズム１１ａは、例えば４５度直角プリズムの斜面に誘電体多層膜をコーティングして接着したサイコロ状の偏光ビームスプリッタを用いて構成されている。１／２波長板１１ｃは、例えば水晶などの複屈折性を有する材料を用いて形成し設けられている。
【００６１】
また、本実施の形態において、図１に示す端面導光部１１０の光分配部１８は、導光板１３の長辺方向Ｘに複数個の偏光制御部１２を必要十分な個数だけ２列に交互に（千鳥状に）並べて配置している。この複数個の偏光制御部１２は、それぞれ一組の偏光プリズム１２ａと１／２波長板１２ｃとを組み合わせて構成されている。
【００６２】
光分配部１８の偏光プリズム１２ａは、光導入部１１の偏光プリズム１１ａと同様に、例えば４５度直角プリズムの斜面に誘電体多層膜をコーティングして接着したサイコロ状の偏光ビームスプリッタを用いて構成されている。また、光分配部１８の１／２波長板１２ｃは、光導入部１１の１／２波長板１１ｃと同様に、例えば水晶などの複屈折性を有する材料を用いて形成し設けられている。また、交互に配置された偏光制御部１２の入射端及び出射端は、空気に触れるので、反射防止膜をコーティングすることが望ましい。あるいは、交互に配置された偏光制御部１２の間隙に光学ガラスなどの光学透明体を透明な光学接着剤で固定するとともに、反射防止膜を形成することが望ましい。
【００６３】
このような構成とすることにより、ランダムな偏光のレーザ光９がレーザ光源１０から入射しても、光導入部１１と光分配部１８とによって偏光を揃えて少なくとも２つに分岐した出射光１４として導光板１３に導入するので、偏光がランダムなレーザ光９の光量を無駄なく利用できて光利用効率が向上できる。
【００６４】
また、図１に示すレーザ光９をガルバノミラーやポリゴンミラー、ＡＯ素子などの光偏向デバイスにより、レーザ光９の光軸に垂直な方向に微小に偏向又は走査しても良い。微小な量とは、レーザ光９が端面導光部１１０から漏れ出さない程度の量である。このような構成とすることにより、導光板１３内で光を偏向又は走査することができるので、より均一な光量分布が得られる。また、ある点を照明する光が導光板１３の複数の箇所から時系列的に変化しながら出射するので、スペックルノイズが十分低減された出力光１５を出射することができる。
【００６５】
図３は、本実施の形態に係る面状照明装置１の端面導光部１１０の主要部を拡大した模式図である。図３に示すように、レーザ光源（図示省略）からの、例えば偏光が揃っていないレーザ光９は、Ｐ偏光とＳ偏光との両方の成分を有する光（以下、「Ｐ／Ｓ偏光」と記載する）とする。
【００６６】
このＰ／Ｓ偏光のレーザ光９が、光導入部１１に入射して、偏光プリズム１１ａの偏光ビームスプリッタ面（以下、「ＰＢＳ面」とする）１１ｄに入射すると、Ｐ／Ｓ偏光のレーザ光９のＰ偏光は、ほぼ１００％長辺方向Ｘに透過し、レーザ光９のＳ偏光は、ほぼ１００％反射した後、ミラー１１ｂで反射して長辺方向Ｘに方向を変え、１／２波長板１１ｃによりＰ偏光に変換される。
【００６７】
このことにより、Ｐ／Ｓ偏光のレーザ光９は、端面導光部１１０の光導入部１１により２本の平行なＰ偏光のレーザ光９ａ、９ｂに分岐して光分配部１８に導入されて長辺方向Ｘに伝播していくこととなる。偏光ビームスプリッタ面としては、誘電体膜や金属膜を成膜した面を用いることもできるし、基板上に波長以下の凹凸などの構造を作製した構造複屈折偏光面を用いることもできる。構造複屈折偏光面は、入射光の波長依存性が少ないという特徴があるので、可視光全域にわたって良好な偏光分離特性を実現できるという効果が得られる。
【００６８】
そして、レーザ光９ａ、９ｂは、偏光制御部１２の１／２波長板１２ｃを通ってＰ／Ｓ偏光のレーザ光に変換され、レーザ光９ｃのＰ偏光成分は、ＰＢＳ面１２ｄをほぼ１００％透過する。一方、レーザ光９ｃのＳ偏光成分は、ＰＢＳ面１２ｄによりほぼ１００％反射して図３に示すように直角方向に向きを変え、導光板１３の端面部１３ａに向かって出射する。また、２列に交互に並んだ偏光制御部１２は、いずれも上記と同様の光学作用を行って、長辺方向ＸにＰ偏光を伝播させて、短辺方向ＹにＳ偏光を出射して平行に並んだＳ偏光を導光板１３に入射させることとなる。なお、各列の最後尾の偏光制御部１２には、後続の偏光制御部が存在しないため、１／２波長板１２ｃによりＰ偏光をＳ偏光に変換して偏光プリズム１１ａによりＳ偏光を反射したり、偏光プリズム１１ａに代えて反射ミラーによりＳ偏光を反射するようにしてもよい。
【００６９】
また、導光板１３にＰ偏光を入射したいときには、図３に示すように、端面部１３ａの手前に１／２波長板１９を挿入して配置してＳ偏光をＰ偏光に変換した後、立上げミラー部によりＰ偏光を反射するようにすればよい。また、Ｓ偏光を端面部１３ａに入射するときは、１／２波長板１９は、配置されず、不要である。
【００７０】
このような構成を用いた本実施の形態の面状照明装置１において、端面導光部１１０の偏光制御部１２は、レーザ光９ａ、９ｂ、９ｃの光軸に対して１／２波長板１２ｃを回転調整してレーザ光９ａ、９ｂを透過させ、透過したレーザ光９ｃのＳ偏光成分及びＰ偏光成分の光量を調整することにより、導光板１３の光量分布を調整することができる。具体的には、偏光制御部１２の筐体（図示省略）は、レーザ光９ａ、９ｂ、９ｃの光軸を回転中心として１／２波長板１２ｃを回転可能に支持しており、偏光制御部１２の制御回路（図示省略）は、ステッピングモータ等の回転機構（図示省略）により１／２波長板１２ｃを回転させることができる。
【００７１】
例えば、偏光制御部１２のＰＢＳ面１２ｄで反射される光量が一定になるように、レーザ光９ａ、９ｂ、９ｃが長辺方向Ｘに伝播していくに従い、レーザ光９ａ、９ｂ、９ｃの全光量に対するＳ偏光成分の比を少しずつ大きくするように、１／２波長板１２ｃを回転調整する。あるいは、例えば、導光板１３が長辺方向Ｘに対して中央部の光量が多く、両端部で光量が少ないように、１／２波長板１２ｃを回転調整することもできる。
【００７２】
したがって、導光板１３の長辺方向Ｘに沿って偏光の揃ったレーザ光の強度分布をほぼ偏光制御部１２の単位で任意に設定することが可能である。例えば、コンピューターなどのモニター用には、端面導光部１１０の長辺方向Ｘに沿って導光板１３に均一な光が入射するように、１／２波長板１２ｃを調整すれば、導光板１３の主面全面にわたって均一な輝度分布が得られる。
【００７３】
また、ＴＶなどの表示ディスプレイの場合には、端面導光部１１０の両端からは低強度の光が導光板１３に入射し、中央部からは高強度の光が導光板１３に入射するようにすることで、観察者の注視する導光板１３の中央部を明るくしながら、導光板１３の側端部を暗くすることができる。このように、導光板１３の中央部の光量を上げることで、レーザ光源１０の出力を同一に保つ場合には、観察者が感じられる実効的な明るさを上げることができ、また、観察者が感じられる実効的な明るさを同一に保つ場合には、レーザ光源１０の出力を下げて省電力化することもできる。
【００７４】
なお、導光板１３の中央部の光量と側端部の光量との比は、８０％乃至６０％位であれば観察者には不自然に感じられない。また、一般にレーザ光を光ファイバーで導光すると、ランダム偏光になってしまうが、本実施の形態の構成を取ることにより、光ファイバーで導光させたレーザ光を用いるような場合も、偏光面の揃った出力光を得ることが可能である。また、光源として、レーザ光源ではなく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の他の光源を用いてもよい。
【００７５】
図４は、本実施の形態に係る面状照明装置をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。図４に示す液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１０１と、この液晶表示パネル１０１を照明するためのバックライト照明装置とを備えている。そして、このバックライト照明装置が上記で説明した図１に示す面状照明装置１を用いた構成としている。
【００７６】
また、液晶表示パネル１０１は、面状照明装置１側に偏光板を有しておらず、液晶表示装置１００では、面状照明装置１と液晶表示パネル１０１との間に偏光板を配置せず、液晶表示パネル１０１を照明するための面状照明装置１の出力光１５は、偏光板を介さずに液晶表示パネル１０１に入射する構成としている。すなわち、面状照明装置１から出射する出力光１５の偏光軸角度が、液晶表示パネル１０１の視認面側に配置されている偏光板１０６の偏光軸角度に対してあらかじめ設定した角度になるように、面状照明装置１と液晶表示パネル１０１とを配置している。
【００７７】
すなわち、導光板１３の一方の主面部１３ｂから出射する出力光１５は、Ｓ偏光（又はＰ偏光）の直線偏光なので、液晶表示パネル１０１の液晶層１０３の配向方向及び視認側に設けられている偏光板１０６に対して偏光の傾きが、あらかじめ設定した値となるように、液晶表示パネル１０１と面状照明装置１とを配置する。このことにより、面状照明装置１側の偏光板を１枚不要にできる。
【００７８】
例えば、ＴＮ（ツイストネマティック）液晶配向モードによる液晶層１０３に電圧を印加しない状態では、液晶層１０３の液晶分子のねじれで生じる旋光により偏光軸が回転して偏光板１０６を透過するように、液晶表示パネル１０１と面状照明装置１とを配置すれば、ノーマリホワイト表示となる。液晶層１０３に電圧を印加すると、液晶分子のねじれがなくなって旋光が生じないので、偏光軸は回転せず、直線偏光のレーザ光は、そのまま偏光板１０６に達して遮断されて透過しなくなり、黒表示となる。逆に、液晶層１０３に電圧を印加しない状態で偏光板１０６により直線偏光のレーザ光が遮断されるように配置すれば、ノーマリブラック表示となり、液晶層１０３に電圧を印加すると、レーザ光は、液晶層１０３及び偏光板１０６を透過して白表示が得られる。
【００７９】
また、液晶表示装置１００では、レーザ光を拡散して表示視野角を広げるために、拡散板１０８を液晶表示パネル１０１の偏光板１０６の上面に設けている。拡散板１０８は、前方光散乱が大きく後方光散乱が小さい拡散板であることが望ましい。これにより、レーザ光を拡散板１０８で前方方向に大きく広げて光散乱するので、表示の視野角が大きくなる。この結果、斜め周囲方向から視認できることにより、液晶表示装置１００の画像表示品質が向上できる。
【００８０】
なお、視野角拡大のために、少なくとも画素単位のマイクロレンズの列を画素列の直後近傍あるいは液晶表示パネル１０１の偏光板１０６の上面に設けてもよい。これにより、導光板１３の一方の主面部１３ｂから直進して液晶表示パネル１０１の画素１０５で制御されて出射されたレーザ光をマイクロレンズで四方に拡散でき、画像表示の視野角を拡げることができる。
【００８１】
このように、液晶表示装置１００は、面状照明装置１側の偏光板を１枚配置しなくてもよい構成にできるので、レーザ光源（図示省略）から出射するレーザ光（図示省略）を効率よく液晶表示パネル１０１に入射させることができ、高輝度化及び低消費電力化を可能とすることができる。
【００８２】
なお、液晶表示パネル１０１は、透過型又は半透過型構成で、例えばＴＦＴアクティブマトリクス型構成からなり、表示領域には、図４に示すように赤色画素部（Ｒサブピクセル）１０５Ｒ、緑色画素部（Ｇサブピクセル）１０５Ｇ及び青色画素部（Ｂサブピクセル）１０５Ｂを１つの画素１０５とする多数の画素が設けられており、ＴＦＴにより駆動される。そして、２枚のガラス基板１０２、１０４の間に液晶層１０３が配向して設けられており、この液晶層１０３を駆動するためのＴＦＴは、ガラス基板１０２、１０４の一方に形成されているが、図示していない。この液晶表示パネル１０１は、従来から使用されている構成であり、面状照明装置１側の偏光板を１枚除いただけの構成であるので、これ以上の説明は省略する。
【００８３】
また、上記において、液晶表示パネル１０１の液晶配向モードをＴＮモードで説明したが、ＴＮモードの他に、ＶＡ（ホメオトロピック）モードやＯＣＢモード、ＩＰＳ（横電界）モード、それらの変形モードなどの従来から使用されている配向モードを含めて用いることができる。これらにより、さらに視野角や応答などの画像表示品質を向上できる。
【００８４】
上記のように、液晶表示装置１００は、面状照明装置１として出力光の偏光が揃って出射する上記の面状照明装置を用いているので、光利用効率を改善でき、高輝度化あるいは低消費電力化を実現できる。また、後述する実施の形態２のように、レーザ光源を構成するＲ光源、Ｇ光源及びＢ光源からのレーザ光は、光源に半導体レーザ光源やＳＨＧレーザ光源を用いることにより、色純度のよいものが得られるので、色再現範囲を大幅に拡大することができる。この結果、従来の蛍光表示管やＬＥＤ光源を使用するバックライト照明装置を用いた方式に比べて、さらに高画質の画像表示品質を得ることができる。
【００８５】
このような構成とすることにより、バックライト照明装置としての面状照明装置１から偏光が揃ったレーザ光が出射するので、高輝度で光利用効率が高くでき、低消費電力でスペックルノイズが十分低減された液晶表示装置が実現できる。また、面状照明装置１と液晶表示パネル１０１との間の入射側の偏光板を省くこともできるので、液晶表示装置１００は、面状照明装置１からのレーザ光の光利用効率の向上及び低消費電力化ができるだけでなく、さらに低コスト化も実現することができる。
【００８６】
なお、上記において、面状照明装置１と液晶表示パネル１０１との間に偏光板を用いない例を説明したが、面状照明装置と液晶表示パネルとの間に偏光板を用いてもよい。この場合、面状照明装置と液晶表示パネルとの間の偏光板の偏光軸を、導光板から出射する出力光の偏光軸に合わせることにより、さらに光利用効率を向上でき、高輝度あるいは低消費電力の液晶表示装置が実現できる。また、この場合において、面状照明装置の導光板の一方の主面部上に拡散板を設けてもよい。これにより視野角を広げることができる。
【００８７】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る面状照明装置２の構成を模式的に示す上面図である。なお、図５においては、図１及び図２と同様に、面状照明装置２の各部分は、それぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては、図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。
【００８８】
図５に示す面状照明装置２と、図１で示した面状照明装置１とは、レーザ光源が複数のレーザ光源からなる点及び端面導光部に入射するレーザ光を走査している点が異なる。すなわち、図５に示すように、面状照明装置２のレーザ光源１０は、少なくとも赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）及び青色光（Ｂ光）をそれぞれ出射するＲ光源１０ｒ、Ｇ光源１０ｇ及びＢ光源１０ｂからなり、それぞれのレーザ光８ｒ、８ｇ、８ｂは、同じ光路により端面導光部１１０に入射し、導光板１３の一方の主面部１３ｂから出力光（図示省略）として出射する。
【００８９】
このときに、偏光の揃ったＲ光、Ｇ光及びＢ光が出力光として出射されるので、カラー液晶表示装置の面状照明装置に利用でき、色再現性も、ＬＥＤを光源として使用した面状照明装置などよりさらに向上することになる。なお、図５に示すように、レーザ光源１０は、Ｒ光源１０ｒ、Ｇ光源１０ｇ及びＢ光源１０ｂからなり、Ｒ光のレーザ光８ｒ、Ｇ光のレーザ光８ｇ及びＢ光のレーザ光８ｂは、ダイクロイックミラー２５ａ、２５ｂにより１つのレーザ光８としてまとめられて同じ光路により端面導光部１１０に入射する。
【００９０】
ここで、レーザ光走査部１０ａは、レーザ光源１０（Ｒ光源１０ｒ、Ｇ光源１０ｇ及びＢ光源１０ｂ）及びダイクロイックミラー２５ａ、２５ｂを一体に保持して導光板１３の厚さ方向Ｚに移動可能に支持し、レーザ光源１０及びダイクロイックミラー２５ａ、２５ｂを導光板１３の厚さ方向Ｚに振動させる。
【００９１】
また、図５に示すように、レーザ光８は、端面導光部１１０の光導入部１１に入射する前に、レーザ光８ｘで示す光軸に垂直な少なくともいずれか一方向、例えば短辺方向Ｙに平行な方向２４に走査されている。すなわち、レーザ光８は、例えばポリゴンミラー２６のミラー面２７によりレーザ光８ｘを中心にレーザ光８ｙ及びレーザ光８ｚのように短辺方向Ｙに沿った方向２４に走査され、シリンドリカルレンズ２９によりいずれのレーザ光８ｘ、８ｙ、８ｚも光軸に平行な光路で光導入部１１にほぼ垂直に入射する。
【００９２】
このような構成とすることにより、導光板１３から出射される出力光（図示省略）が時間的に異なる位置から出射されるので、導光板１３の一方の主面部１３ｂからの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、また、ある点を照明する光が導光板１３の複数の箇所から時系列的に変化しながら出射するので、スペックルノイズが十分低減された出力光を出射することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態では、レーザ光走査部１０ａ及びポリゴンミラー２６により、レーザ光を２次元的に走査しているが、各走査手段は、これらの例に特に限定されず、他の走査手段を用いてもよい。これらの点に関して、他の実施の形態も同様である。
【００９４】
（実施の形態３）
図６及び図７は、本発明の実施の形態３に係る面状照明装置３の概略構成図であり、図６は、面状照明装置３の構成を模式的に示す上面図であり、図７は、図６の７Ｂ−７Ｂ線から見た面状照明装置３の概略断面図である。なお、図６及び図７においては、図１及び図２と同様に、面状照明装置３の各部分は、それぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては、図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。
【００９５】
図６及び図７に示すように、面状照明装置３は、端面導光部２２０を備え、端面導光部２２０は、光導入部１１と、光分配部２８とを備え、光分配部２８は、長辺方向Ｘに偏光制御部１２が少なくとも２列以上並んで配置されているように構成されている。ここでは、光分配部２８の偏光制御部１２は、例えば２列に並んで配置された例を示している。なお、偏光制御部１２は、第１の実施の形態で説明したように、それぞれ一組の偏光プリズム１２ａと１／２波長板１２ｃとを組み合わせて構成されて２列に並列状態に並んでいる。
【００９６】
ところで、レーザ光源２０は、図５で示したように、少なくともＲ光、Ｇ光及びＢ光をそれぞれ出射するレーザ光源（図示省略）を含み、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は、レーザ光２１としてまとめられてレーザ光源２０から出射する。そして、レーザ光２１は、第１及び第２の実施の形態で説明したように、光導入部１１によりＰ偏光の２つのレーザ光２２ａ、２２ｂに分けられて光分配部２８へ入射する。
【００９７】
このように２つの平行なＰ偏光として光分配部２８に入射したレーザ光２２ａ、２２ｂは、偏光制御部１２の１／２波長板１２ｃによりＰ／Ｓ偏光のレーザ光に変換されて、レーザ光のＰ偏光成分は、ＰＢＳ面１２ｄをほぼ１００％透過する。一方、レーザ光のＳ偏光成分は、ＰＢＳ面１２ｄによりほぼ１００％反射して直角方向に向きを変え、導光板１３の端面部１３ａに向かって出射する。
【００９８】
なお、２列に並列に並んだ偏光制御部１２は、いずれも上記と同様の光学作用を行って、長辺方向ＸにＰ偏光を伝播させるとともに、短辺方向ＹにＳ偏光を出射し、平行に並んだＳ偏光を導光板１３に入射させることとなる。また、導光板１３にＰ偏光を入射したいときには、第１の実施の形態で説明したように、端面部１３ａの手前に１／２波長板を挿入して配置すればよい。なお、Ｓ偏光を端面部１３ａに入射するときは、１／２波長板は、配置されず、不要である。
【００９９】
このような構成とすることにより、長辺方向Ｘに２列に配置された一列目（図６中の上側）の各偏光制御部１２の偏光プリズム１２ａで反射されたＳ偏光のレーザ光は、２列目（図６中の下側）以降に配置された各偏光制御部１２の偏光プリズム１２ａでさらに反射を繰り返した後に、導光板１３にＳ偏光（又はＰ偏光）のレーザ光として入射する。したがって、導光板１３の一方の主面部１３ｂからの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。
【０１００】
なお、第１の実施の形態で説明したように２列に並列に並んだ偏光制御部１２の１／２波長板１２ｃを回転調整してＰＢＳ面１２ｄでのＳ偏光成分の反射量及びＰ偏光成分の透過量を調整することにより、導光板１３の長辺方向Ｘに沿った光量分布を調整してもよい。このことにより、導光板１３の長辺方向Ｘに沿って偏光の揃ったレーザ光の強度分布をほぼ偏光制御部１２の単位で任意に設定することが可能である。例えば、コンピューターなどのモニター用には、端面導光部２２０の長辺方向Ｘに沿って導光板１３に均一な光が入射するように，１／２波長板１２ｃを調整すれば、導光板１３の主面全面にわたって均一な輝度分布が得られる。
【０１０１】
また、ＴＶなどの表示ディスプレイの場合には端面導光部２２０の両端からは低強度の光が導光板１３に入射し、中央部からは高強度の光が導光板１３に入射するようにすることで、観察者の注視する導光板１３の中央部を明るくしながら、導光板１３の側端部を暗くすることができる。このように、導光板１３の中央部の光量を上げることで、レーザ光源２０の出力を同一に保つ場合には、観察者が感じられる実効的な明るさを上げることができ、また、観察者が感じられる実効的な明るさを同一に保つ場合には、レーザ光源２０の出力を下げて省電力化することもできる。なお、導光板１３の中央部の光量と側端部の光量との比は、８０％乃至６０％位であれば観察者には不自然に感じられない。
【０１０２】
また、端面導光部２２０に入射するレーザ光を光軸に垂直な少なくともいずれか一方向に走査してもよい。このことにより、導光板１３から出射される出力光が時間的に異なる位置から出射されるので、導光板１３の一方の主面部１３ｂからの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、また、ある点を照明する光が導光板１３の複数の箇所から時系列的に変化しながら出射するので、スペックルノイズが十分低減された出力光を出射することができる。
【０１０３】
（実施の形態４）
図８及び図９は、本発明の実施の形態４に係る面状照明装置４の概略構成図であり、図８は、面状照明装置４の構成を模式的に示す上面図であり、図９は、図８の９Ｃ−９Ｃ線から見た面状照明装置４の概略断面図である。なお、図８及び図９においては、図１及び図２と同様に、面状照明装置４の各部分は、それぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては、図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。
【０１０４】
図８及び図９に示すように、面状照明装置４は、端面導光部３２０を備え、端面導光部３２０は、光導入部１１と、光分配部３８とを備え、光分配部３８は、長辺方向Ｘ及び厚さ方向Ｚに偏光制御部１２が少なくとも２列以上且つ２段以上並んで配置されているように構成されている。ここでは、光分配部３８の偏光制御部１２は、例えば２段２列に並んで配置された例を示している。なお、偏光制御部１２は、第１の実施の形態で説明したように、それぞれ一組の偏光プリズム１２ａと１／２波長板１２ｃとを組み合わせて構成されて２段２列に並列状態に並んでいる。
【０１０５】
ところで、レーザ光源２０は、図５で示したように、少なくともＲ光、Ｇ光及びＢ光をそれぞれ出射するレーザ光源（図示省略）を含み、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は、レーザ光２１としてまとめられてレーザ光源２０から出射する。そして、レーザ光２１は、光導入部１１の手前に配置された光分岐部３１により、導光板１３の厚さ方向Ｚに２つのレーザ光３２、３３に分岐される。そして、２つのレーザ光３２、３３は、それぞれ厚さ方向Ｚに配置された２つの光導入部１１により第１の実施の形態で説明したようにさらに２つのＰ偏光のレーザ光に分けられる。
【０１０６】
そして、レーザ光３３を例に説明すると、上段のレーザ光３３は、２つのＰ偏光のレーザ光３３ａ、３３ｂに分けられて上段の光分配部３８に入射する。このように２つの平行なＰ偏光として上段の光分配部３８に入射したレーザ光３３ａ、３３ｂは、上段の偏光制御部１２の１／２波長板１２ｃによりＰ／Ｓ偏光のレーザ光に変換されて、レーザ光のＰ偏光成分は、ＰＢＳ面１２ｄをほぼ１００％透過する。一方、レーザ光のＳ偏光成分はＰＢＳ面１２ｄによりほぼ１００％反射して直角方向に向きを変え、導光板１３の端面部１３ａの上部に向かって出射する。また、下段のレーザ光３２も、下段の光分配部３８により上記と同様に透過及び反射され、導光板１３の端面部１３ａの下部に向かって出射する。
【０１０７】
なお、２列に並列に並んだ偏光制御部１２は、いずれも上記と同様の光学作用を行って、長辺方向ＸにＰ偏光を伝播させるとともに、短辺方向ＹにＳ偏光を出射して平行に並んだＳ偏光を導光板１３に入射させることとなる。また、導光板１３にＰ偏光を入射したいときには、第１の実施の形態で説明したように、端面部１３ａの手前に１／２波長板を挿入して配置すればよい。なお、Ｓ偏光を端面部１３ａに入射するときは、１／２波長板は、配置されず、不要である。
【０１０８】
このような構成とすることにより、厚さ方向に２段に配置されたそれぞれの段で長辺方向Ｘに２列に配置された一列目の各偏光制御部１２の偏光プリズム１２ａで反射されたＳ偏光のレーザ光が、２列目以降に配置された各偏光制御部１２の偏光プリズム１２ａでさらに反射を繰り返した後に、導光板１３にＳ偏光（又はＰ偏光）のレーザ光として入射する。したがって、導光板１３の一方の主面部１３ｂからの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。また、本実施の形態では、厚さ方向にも２段に偏光制御部１２を配置してレーザ光をさらに複数本に分岐することにより、導光板１３の一方の主面部１３ｂから出射される出力光の輝度分布をより均一にすることができるとともに、より精密に光量を調整することができる。
【０１０９】
（実施の形態５）
図１０及び図１１は、本発明の実施の形態５に係る面状照明装置５の概略構成図であり、図１０は、面状照明装置５の構成を模式的に示す上面図であり、図１１は、図１０の１１Ｄ−１１Ｄ線から見た端面導光部４２０の概略断面図である。なお、図１０及び図１１においては、図１及び図２と同様に、面状照明装置５の各部分は、それぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては、図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。
【０１１０】
図１０及び図１１に示すように、面状照明装置５は、端面導光部４２０を備え、端面導光部４２０は、光導入部１１と、光分配部４８とを備え、光導入部１１は、厚さ方向Ｚに偏光を分離するように配置され、光分配部４８は、光導入部１１により分離された光を導光板１３へ導くように構成されている。なお、偏光制御部１２は、Ｙ方向に一列に配置され、第１の実施の形態で説明したように、それぞれ一組の偏光プリズム１２ａと１／２波長板１２ｃを組み合わせて構成されている。
【０１１１】
ところで、レーザ光源２０は、図５で示したように、少なくともＲ光、Ｇ光及びＢ光をそれぞれ出射するレーザ光源（図示せず）を含み、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光は、レーザ光２１としてまとめられてレーザ光源２０から出射する。そして、レーザ光２１は、厚さ方向Ｚに配置された光導入部１１により、実施の形態１で説明したように、２つのＰ偏光のレーザ光に分けられる。
【０１１２】
このように、２つの平行なＰ偏光として光分配部４８に入射したレーザ光は、偏光制御部１２の１／２波長板１２ｃによりＰ／Ｓ偏光のレーザ光に変換され、２つのレーザ光のＰ偏光成分は、ＰＢＳ面１２ｄをほぼ１００％透過する。一方、２つのレーザ光のＳ偏光成分は、ＰＢＳ面１２ｄによりほぼ１００％反射して直角方向に向きを換え、導光板１３の端面部１３ａに向かって出射する。また、導光板１３にＰ偏光を入射したいときには、実施の形態１で説明したように、端面部１３ａの手前に１／２波長板を挿入して配置すればよい。なお、Ｓ偏光を端面部１３ａに入射するときは１／２波長板は、配置されず、不要である。
【０１１３】
このような構成とすることにより、厚さ方向Ｚに偏光を分離するように配置された光導入部１１から出射する２段のＰ偏光のレーザ光が、導光板１３にＳ偏光（又はＰ偏光）のレーザ光として入射する。したがって、導光板の一方の主面からの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、光利用効率も高くすることができる。このように、レーザ光を複数本にすることにより、導光板の一方の主面部から出射される出力光の輝度分布をより均一にする、あるいは、より精密に光量を調整することができる。また、光分配部４８は、一列で済むので、面状照明装置５を小型化することができる。
【０１１４】
なお、第１の実施の形態で説明したように、偏光制御部１２の１／２波長板１２ｃを回転調整してＰＢＳ面１２ｂでのＳ偏光成分の反射量及びＰ偏光成分の透過量を調整することにより、導光板１３の長辺方向Ｘに沿った光量分布を調整してもよい。このことにより、導光板１３の長辺方向Ｘに沿って偏光の揃ったレーザ光の強度分布をほぼ偏光制御部１２の単位で任意に設定することが可能である。また、１／２波長板１２ｃの回転による光量分布調整は、観察者が任意に調整可能にすることもできる。
【０１１５】
また、端面導光部４２０に入射するレーザ光を光軸に垂直な少なくともいずれか一方向に走査してもよい。このことにより、導光板から出射される出力光が時間的に異なる位置から出射されるので、導光板１３の一方の主面部１３ｂからの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、スペックルノイズが十分低減された出力光を出射することができる。
【０１１６】
（実施の形態６）
図１２は、本発明の実施の形態６に係る面状照明装置６の構成を模式的に示す上面図である。なお、図１２においては、図１及び図２と同様に、面状照明装置６の各部分は、それぞれの構成を理解しやすくするために分離して配置しているように示しているが、実際の構成においては、図示しないベースプレート上や縁枠内などに設置して全体を一体的に固定している。
【０１１７】
図１２に示す面状照明装置６が図１に示す面状照明装置１と異なる点は、レーザ光源１０と端面導光部１１０（光導入部１１）との間に液晶位相変調素子２３が配置された点であり、その他の点は、図１に示す面状照明装置１と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【０１１８】
図１２に示すように、レーザ光源１０から出射された直線偏光のレーザ光は、液晶位相変調素子２３へ入射する。液晶位相変調素子２３は、マトリックス状に配置された複数の画素を有し、印加電圧の有無に応じて各画素の液晶のねじれ角を制御することにより、複数の画素から任意の画素を透過するレーザ光の偏光面を制御する。液晶位相変調素子２３の各画素の制御は、図示しない制御回路により行われる。
【０１１９】
図１３は、図１２に示す液晶位相変調素子２３の模式的平面図であり、図１４は、図１３に示す液晶位相変調素子２３による透過光の偏光面の制御方法を説明するための模式図である。図１３に示すように、例えば、液晶位相変調素子２３が５×５の画素２３ａを有しており、１列目の５個の画素のうち１、３、５行目の画素が直線偏光のレーザ光ＬＢをＰ偏光に変換して出射し、２、４行目の画素が直線偏光のレーザ光ＬＢをＳ偏光に変換して出射する場合、図１４に示すように、１、３、５行目の画素から出射されるＰ偏光は、偏光プリズム１１ａを透過し、２、４行目の画素から出射されるＳ偏光は、偏光プリズム１１ａ（ＰＢＳ面）により反射された後、ミラー１１ｂにより反射されて長辺方向Ｘに方向を変え、１／２波長板１１ｃによりＰ偏光に変換される。他の列の画素も上記と同様に動作し、任意の画素を透過するレーザ光の偏光面を制御することができるので、レーザ光を２次元的に走査することができる。その後の動作は、図１に示す面状照明装置１と同様である。
【０１２０】
このように、本実施の形態では、液晶位相変調素子２３により透過光の偏光面を画素毎に制御してレーザ光を２次元的に走査することができるので、実施の形態２と同様に、導光板１３から出射される出力光（図示省略）が時間的に異なる位置から出射される。この結果、導光板１３の一方の主面部１３ｂからの出力光は、さらに面内均一性よく偏光が揃った出力光として出射でき、また、ある点を照明する光が導光板１３の複数の箇所から時系列的に変化しながら出射するので、スペックルノイズが十分低減された出力光を出射することができる。さらに、ポリゴンミラー等の機械的部材を用いることなく、電気的に２次元的な光の走査が可能となり、装置の構成を簡略化することができる。
【０１２１】
なお、実施の形態１で示した図４の面状照明装置１に代えて面状照明装置２〜６を配置して液晶表示装置１００を構成してもよい。このことにより、バックライト照明装置としての面状照明装置から偏光が揃ったレーザ光が出射するので、高輝度で光利用効率が高くでき、低消費電力でスペックルノイズが十分低減された液晶表示装置が実現できる。また、面状照明装置と液晶表示パネルとの間の入射側の偏光板を省くこともできるので、各実施の形態の面状照明装置を用いた液晶表示装置は、さらに面状照明装置からのレーザ光の光利用効率の向上及び低消費電力化ができるだけでなく、低コスト化も実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明に係る面状照明装置は、光源としてレーザ光源を用いた場合、レーザ光源からのレーザ光の偏光を揃えて導光板面内から高い光利用効率で偏光の揃ったスペックルノイズが低い出力光を取り出すことができ、これを用いた液晶表示装置は、高輝度化及び低消費電力化ができるという大きな効果を奏する。したがって、例えば、平面型の大画面の液晶表示装置などに利用することができ有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る面状照明装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図２】図１に示す２Ａ−２Ａ線から見た面状照明装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る面状照明装置の端面導光部の主要部を拡大した模式図である。
【図４】本実施の形態１に係る面状照明装置をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置の構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る面状照明装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る面状照明装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図７】図６に示す７Ｂ−７Ｂ線から見た面状照明装置の概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る面状照明装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図９】図８に示す９Ｃ−９Ｃ線から見た面状照明装置の概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る面状照明装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図１１】図１０に示す１１Ｄ−１１Ｄ線から見た面状照明装置の概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態６に係る面状照明装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図１３】図１２に示す液晶位相変調素子の模式的平面図である。
【図１４】図１３に示す液晶位相変調素子による透過光の偏光面の制御方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１〜６  面状照明装置（バックライト照明装置）
１０、２０  レーザ光源
１１    光導入部
１１ａ、１２ａ  偏光プリズム
１１ｂ  ミラー
１１ｃ、１２ｃ、１９  １／２波長板
１１ｄ、１２ｄ  偏光ビームスプリッタ面
１２  偏光制御部
１３  導光板
１３ａ  端面部
１３ｂ  一方の主面部
１３ｃ  立上げミラー部
１６  反射面
１８、２８、３８、４８  光分配部
２５ａ、２５ｂ  ダイクロイックミラー
２６  ポリゴンミラー
２７  ミラー面
２９  シリンドリカルレンズ
３１  光分岐部
１００  液晶表示装置
１０１  液晶表示パネル
１０２、１０４  ガラス基板
１０３  液晶層
１０５  画素
１０６  偏光板
１０８  拡散板
１１０、２２０、３２０、４２０  端面導光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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