(57)【要約】  レーザ光を用いて均一な光量分布で液晶パネルを照射するディスプレイ装置及び均一な光量分布によるレーザ光を照射する照射装置を提供する。  ディスプレイ装置は、液晶パネル２０４と、緑、赤、及び青色の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源２０５、２０６、２０７と、液晶パネル２０４の裏面側に配置され、レーザ光を多重反射させる導波板２０１と、導波板２０１の裏面側に配置され、導波板２０１が伝搬するレーザ光を散乱して、液晶パネル２０４の方向に出射する拡散板２０２と、を備える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルと、
表面にグレーティング構造を形成された反射板と、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、を有し、
前記レーザ光源から出力されるレーザ光を前記反射板で反射して、前記液晶パネルを照射するディスプレイ装置。
【請求項２】
液晶パネルと、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記液晶パネルの裏面側に配置され、前記レーザ光を多重反射させる第１の導波板と、
前記第１の導波板の裏面側に配置され、前記第１の導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、前記液晶パネルの方向に出射する拡散板と、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１の導波板の側面に、前記レーザ光を反射する反射膜をさらに備える、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１の導波板の側面の一部に前記反射膜で囲まれていない入射口を設け、
前記レーザ光は、前記入射口から前記第１の導波板に入射される請求項３に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記入射口の面積は、前記第１の導波板の側面の総面積の１／１０００以下であることを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記入射口は複数個設けられ、
前記入射口には、特定の光以外の光を反射する膜が形成され、
赤、青、緑の波長をそれぞれ持つレーザ光は、前記膜を介して、それぞれ異なる前記入射口に入射される請求項４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記液晶パネルと前記第１の導波板との間に、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を波長選択して出力する波長板をさらに備える請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記拡散板の裏面に第２の導波板をさらに備え、
前記レーザ光源のレーザ光を前記第２の導波板に入射し、前記第２の導波板から前記第１の導波板に前記レーザ光を入射する請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記レーザ光源は、赤、青、緑色のレーザ光の強度を前記液晶パネルのスイッチングと同期して変調する請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも１つを変調する光学素子をさらに備え、前記レーザ光の偏光、偏向、位相の少なくとも１つを時間的に変化させる請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記光学素子が前記第１の導波板または前記第２の導波板の一部として形成される請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
赤、青、緑に対応する波長を有する前記レーザ光源は、複数の発光点を有する請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記複数の発光点から出力される光の波長が僅かに異なっていることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記波長の差が１ｎｍ以上である請求項１３に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記レーザ光源は複数の光源で構成され、
前記複数のレーザ光源は、前記液晶パネルの裏面側に、一定以上の間隔を有して配置され、前記複数のレーザ光源のそれぞれの消費電力は２Ｗを越えないことを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記複数のレーザ光源の少なくともいずれかが高周波重畳されている請求項１５に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記レーザ光源から出射されるレーザ光を伝搬する導波管をさらに有し、
前記レーザ光を前記導波管から前記第１の導波板に伝搬する、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記導波管は、前記第１の導波板の側面側に配置される、請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記導波管は、前記第１の導波板の裏面側に配置される、請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記導波管はテーパ状に形成される、請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記導波管のテーパ状は、曲線状である請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記導波管の長さが、前記第１の導波板の長さより長いことを特徴とする請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記導波管または前記レーザ光源のレーザ光の光量を検出する検出器をさらに備える請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
回折素子をさらに備え、
前記検出器は、前記回折素子の回折光を検出する請求項２３に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
液晶パネルと、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記液晶パネルの裏面側に配置され、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の第１の導波管と、
前記複数の第１の導波管の裏面側に配置され、前記複数の第１の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、前記液晶パネルの方向に出力する拡散板と、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記拡散板の裏面側に設けられた複数の第２の導波管を有し、
前記複数の第２の導波管は、前記レーザ光源から出射される赤、青、緑の各レーザ光を波長毎に分岐して、前記複数の第１の導波管のそれぞれに入射する請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記複数の第１の導波管は、赤、緑、青色のレーザ光をそれぞれ伝搬する３つの導波管で構成され、各導波管は前記液晶パネルの両端で折り返す構成である、請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を多重反射させる導波板と、
前記導波板の裏面側に配置され、前記導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、前記導波板の表面から前記レーザ光を出射させる拡散板と、
を備える照射装置。
【請求項２９】
波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の導波管と、
前記複数の導波管の裏面側に配置され、前記複数の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、前記導波管の表面から前記レーザ光を出射させる拡散板と、
を備える照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いたディスプレイ装置及びレーザ光による照射を行う照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルを用いたディスプレイ装置は、液晶パネルを照射するバックライト照明を必要とする。従来のディスプレイ装置は、蛍光管や発光ダイオード（ＬＥＤ）をバックライト照明として用いていたが、蛍光管やＬＥＤは、発光点サイズが大きく、光の利用効率が数％程度と非常に小さいため、消費電力が大きい。【０００３】
そこで、近年、低消費電力化及び低コスト化を実現するために、光の利用効率が高いレーザ光をバックライト照明として用いるディスプレイ装置が開発されてきている。【０００４】
例えば、特許文献１は、レーザ光による励起発光により２次発光する蛍光発光層を用いて、レーザ光を蛍光管の照明光に波長変換することでカラー表示する発光表示装置を開示している。しかしながら、レーザ光を蛍光変換して用いる場合は、電気−光変換効率が高くないために、消費電力が増大するという問題がある。【０００５】
この消費電力を抑制できる液晶表示装置として、特許文献２に開示のものがある。特許文献２は、面発光型半導体レーザチップを液晶パネルの背面側に画素毎に配列する構成を開示している。さらに、特許文献２は、液晶パネルの各画素にレーザ光が入射されるように反射面の角度を調整された反射板を介して、光源からのレーザ光を各画素に入射する液晶表示装置を開示している。
【特許文献１】特開２００３−３０２９１８号公報
【特許文献２】特開２００５−１５７０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に示された液晶表示装置は、消費電力を抑えることはできるが、レーザ光の光量を均一にして、液晶パネルに照射することができない。【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、レーザ光による面内の光量分布を均一にして液晶パネルに照射するディスプレイ装置、及びレーザ光の光量を均一にして照射する照射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】
【０００８】
本発明のディスプレイ装置は、液晶パネルと、表面にグレーティング構造を形成された反射板と、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、を有し、レーザ光源から出力されるレーザ光を反射板で反射して、液晶パネルを照射する。【０００９】
本発明のディスプレイ装置は他の構成を有しても良く、他の構成のディスプレイ装置は、液晶パネルと、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、液晶パネルの裏面側に配置され、レーザ光を多重反射させる第１の導波板と、第１の導波板の裏面側に配置され、第１の導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、液晶パネルの方向に出射する拡散板と、を備える。【００１０】
第１の導波板の側面に、レーザ光を反射する反射膜をさらに備えても良い。【００１１】
第１の導波板の側面の一部に反射膜で囲まれていない入射口を設け、レーザ光は、入射口から第１の導波板に入射されても良い。【００１２】
入射口の面積は、第１の導波板の側面の総面積の１／１０００以下であっても良い。【００１３】
入射口は複数個設けられ、入射口には、特定の光以外の光を反射する膜が形成され、赤、青、緑の波長をそれぞれ持つレーザ光は、膜を介して、それぞれ異なる入射口に入射されても良い。【００１４】
液晶パネルと第１の導波板との間に、レーザ光源から出射されるレーザ光を波長選択して出力する波長板をさらに備えても良い。【００１５】
拡散板の裏面に第２の導波板をさらに備え、レーザ光源のレーザ光を第２の導波板に入射し、第２の導波板から第１の導波板にレーザ光を入射しても良い。【００１６】
レーザ光源は、赤、青、緑色のレーザ光の強度を液晶パネルのスイッチングと同期して変調しても良い。【００１７】
レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも１つを変調する光学素子をさらに備え、レーザ光の偏光、偏向、位相の少なくとも１つを時間的に変化させても良い。【００１８】
光学素子が第１の導波板または第２の導波板の一部として形成されても良い。【００１９】
赤、青、緑に対応する波長を有するレーザ光源は、複数の発光点を有しても良い。【００２０】
複数の発光点から出力される光の波長が僅かに異なっていても良い。【００２１】
波長の差が１ｎｍ以上であっても良い。【００２２】
レーザ光源は複数の光源で構成され、複数のレーザ光源は、液晶パネルの裏面側に、一定以上の間隔を有して配置され、複数のレーザ光源のそれぞれの消費電力は２Ｗを越えないことが好ましい。【００２３】
複数のレーザ光源の少なくともいずれかが高周波重畳されていても良い。【００２４】
ディスプレイ装置は、レーザ光源から出射されるレーザ光を伝搬する導波管をさらに有し、レーザ光を導波管から第１の導波板に伝搬しても良い。【００２５】
導波管は、第１の導波板の側面側に配置されても良い。【００２６】
導波管は、第１の導波板の裏面側に配置されても良い。【００２７】
導波管はテーパ状に形成されても良い。【００２８】
導波管のテーパ状は、曲線状であっても良い。【００２９】
導波管の長さが、第１の導波板の長さより長いことが好ましい。【００３０】
導波管またはレーザ光源のレーザ光の光量を検出する検出器をさらに備えても良い。【００３１】
回折素子をさらに備え、検出器は、回折素子の回折光を検出しても良い。【００３２】
本発明のディスプレイ装置はさらに他の構成であっても良く、ディスプレイ装置は、液晶パネルと、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、液晶パネルの裏面側に配置され、レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の第１の導波管と、複数の第１の導波管の裏面側に配置され、複数の第１の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、液晶パネルの方向に出力する拡散板と、を備えても良い。【００３３】
拡散板の裏面側に設けられた複数の第２の導波管を有し、複数の第２の導波管は、レーザ光源から出射される赤、青、緑の各レーザ光を波長毎に分岐して、複数の第１の導波管のそれぞれに入射しても良い。【００３４】
複数の第１の導波管は、赤、緑、青色のレーザ光をそれぞれ伝搬する３つの導波管で構成され、各導波管は液晶パネルの両端で折り返す構成であっても良い。【００３５】
本発明の照射装置は、波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光を多重反射させる導波板と、導波板の裏面側に配置され、導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、導波板の表面からレーザ光を出射させる拡散板と、を備えても良い。【００３６】
本発明の照射装置は、他の構成であっても良く、照射装置は、波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の導波管と、複数の導波管の裏面側に配置され、複数の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、導波管の表面からレーザ光を出射させる拡散板と、を備える。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、レーザ光の光量分布を均一化して液晶パネルに照射するディスプレイ装置、及びレーザ光を均一化して照射する照射装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態１のディスプレイ装置の構成を示し、（ｂ）は矩形拡散板を示す図
【図２】本発明の実施形態２のディスプレイ装置の構成を示す図
【図３】本発明の実施形態３のディスプレイ装置の構成を示す図
【図４】本発明の実施形態４のディスプレイ装置の構成を示す図
【図５】本発明の実施形態５のディスプレイ装置の構成を示す図
【図６】本発明の実施形態６のディスプレイ装置の構成を示す図
【図７】本発明の実施形態７のディスプレイ装置の構成を示す図
【図８】本発明の実施形態８のディスプレイ装置の構成を示す図
【図９】本発明の実施形態９のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１０】本発明の実施形態１０のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１１】本発明の実施形態１１のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１２】本発明の実施形態１２のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１３】本発明の実施形態１３のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１４】本発明の実施形態１４のディスプレイ装置の構成を示す図
【符号の説明】
【００３９】
１０１、２０４、９０１    液晶パネル
１０２      反射板
１０３、２０５、２０６、２０７、３０５、３０６、３０７、８０５、９０２、１００５、１００６、１００７    レーザ光源
２０１、３０１    導波板
２０２、６１２、１２０８、１３０８    拡散板
２０３      フィルタ
２０８      マイクロレンズアレイ
２０９      レーザ光
２１１      反射膜
２１２、２１３、２１４  波長選択膜
３１０      プリズム
４１３      均一化光学系
５０１ａ、９０３、１００１、１１０１、１２０１、１３０１    導波管
５０１ｂ    分岐導波管
７１３      液晶素子
１３０４    ミラー
１４０２    回折素子
１４０３    駆動回路
１４０５、１４０６  検出器
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的に示した実施形態について、図面を参照して説明する。【００４１】
（実施形態１）
図１（ａ）に、本発明の実施形態１のディスプレイ装置の構成を示す。本実施形態のディスプレイ装置は、液晶パネル１０１と、液晶パネル１０１の裏面側に配置される反射板１０２と、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のレーザ光を反射板１０２にそれぞれ出射するレーザ光源１０３とを有する。【００４２】
レーザ光源１０３は、レーザ光を出射するファイバーレーザである。反射板１０２は、平面状であり、レーザ光源１０３から出射されるレーザ光を反射して、液晶パネル１０１に照射する。反射板１０２の表面に、反射型のグレーティング構造が形成される。本実施形態のグレーティングは、拡散形状を計算で求めた計算機ホログラムを用いる。このグレーティングは、拡散した光の分布が液晶パネル１０１と同等の矩形状になるように設計されている。そのため、液晶パネル１０１での光分布の均一化を図ることができる。レーザ光は、波長スペクトルが狭いため、回折素子の利用が可能となる。グレーティング構造を形成することにより、レーザ光の回折パターンが液晶パネル１０１上で均一に照射される。液晶パネル１０１は、照射されたレーザ光を２次元の画像に変換する。【００４３】
レーザ光はコヒーレンスが高いため、本実施形態にようにグレーティングを利用できる。反射板１０２の表面にグレーティング構造を形成することにより、簡単な光学系で光量分布の均一化が図れ、液晶パネル１０１を均一に照射することが可能となる。【００４４】
なお、グレーティングの種類は本実施形態に限定されず、例えば図１（ｂ）に示す矩形拡散板１０４を用いても良い。図１（ｂ）は、矩形拡散板１０４の表面図及び側面図を示す。矩形拡散板１０４は、矩形状の小さな凸面で形成される。矩形拡散板１０４の表面で反射された光は、矩形状の反射光となり、この反射光が多数重なり合うことにより、矩形状の均一な光分布が実現できる。矩形状の光分布を形成することで、液晶面内での光の輝度むらが無くなる。ホログラムかつ不要な光が少ないため、光を効率良く利用することができる。【００４５】
なお、反射板１０２の表面にグレーティング構造を形成することに代えて、拡散板や、マイクロレンズアレイ等を利用することにより、液晶パネル１０１に照射されるレーザ光の光量分布を均一化しても良い。【００４６】
本実施形態は、レーザ光を効率よく２次元の面状から発光することで２次元のディスプレイ装置を実現する。レーザ光源１０３によるレーザ光の電気−光変換効率は２０％〜４０％と非常に高い。また、レーザ光源１０３は、コヒーレンスが高いため、カラー表示に必要となる光のスペクトルのみを発振することができる。そのため、光学系の設計が容易であり、かつ反射板での損失が少ないため、損失の少ない薄型光学系を設計できる。色純度の高い光を利用できることにより、赤、緑、青色の表示に無駄なく光を利用でき、高効率で低消費電力化が可能となる。よって、大画面表示を実現できる。また、低消費電力化と小型化が可能になることで、携帯機器に適用されるディスプレイへの応用も可能となる。レーザ光を用いることで、色再現性が大幅に向上し、高色彩のカラー表示が可能となる。ディスプレイ表現できる色範囲は、従来の蛍光管で表現できる色度範囲に比べて大幅に広がる。【００４７】
液晶パネル１０１の裏面に、液晶パネル１０１のそれぞれの画素の色のみを透過するフィルタを形成することが好ましい。フィルタを介して、各画素に選択的にレーザ光が透過されることにより、フルカラー表示を実現できる。また、フィルタを用いることに代えて、ＲＧＢのレーザ光の出力を液晶パネル１０１に同期して切り替えても良い。この場合、液晶の高速応答が必要となるが、液晶の画素が３倍に向上して、高密度の画素表示が可能になる。【００４８】
本実施形態において、レーザ光源１０３はファイバーレーザであったが、半導体レーザや固体レーザであっても良い。【００４９】
なお、本実施形態では、ＲＧＢ３色のレーザ光をそれぞれ発光するレーザ光源１０３を３つ用いたが、他の色を発光する光源をさらに用いても良い。例えば、色の異なる光源を追加して、４色発光することで、表現できる色度範囲を大幅に拡大することが可能となり、色再現性が向上する。【００５０】
なお、実施形態では、ディスプレイの薄型化のために１つの反射板１０２を用いたが、反射板１０２を複数利用しても良い。この場合、複数の反射板１０２による多重反射により、液晶パネル１０１に照射されるレーザ光の光量分布を均一化できる。これにより、薄型の光学系で大画面表示が可能となる。【００５１】
（実施形態２）
図２に、本発明の実施形態２のディスプレイ装置を示す。図２（ａ）はディスプレイ装置の側面図であり、図２（ｂ）は表面図である。図２（ｂ）に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、緑色、赤色、青色のレーザ光２０９をそれぞれ発光するレーザ光源２０５、２０６、２０７と、レーザ光源２０５，２０６，２０７のレーザ光２０９を側面から入射されて導波する導波板２０１と、導波板２０１の周囲の側面に設けられた反射膜２１１と、レーザ光２０９を導波板２０１に導くマイクロレンズアレイ２０８と、レーザ光源２０５，２０６，２０７とマイクロレンズアレイ２０８との間に設けられた波長選択膜２１２，２１３，２１４とを備える。【００５２】
図２（ａ）に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、さらに、導波板２０１の裏面に設けられて、導波板２０１の導波光を適宜散乱する拡散板２０２と、導波板２０１の表面に設けられたフィルタ２０３と、フィルタ２０３の表面側に設けられてフィルタ２０３を透過したレーザ光を画像に変換する液晶パネル２０４と、液晶パネル２０４の上面に設けられた偏光板２１０と、を備える。【００５３】
上記の構成により、本実施形態のディスプレイ装置は、液晶パネル２０４によりレーザ光２０９を２次元のカラー画像に変換する。【００５４】
レーザ光源２０５，２０６，２０７からのレーザ光２０９を導波板２０１に導くために、レーザ光源２０５，２０６，２０７と導波板２０１との間には、反射膜２１１が一部取り除かれた部分である入射口があり、その入射口に波長選択膜２１２，２１３，２１４が設けられる。緑色のレーザ光源２０５に設けられた波長選択膜２１２は、緑色のレーザ光を透過して、赤色と青色のレーザ光を反射する。赤色のレーザ光源２０６に設けられた波長選択膜２１３は、赤色のレーザ光のみを透過し、緑色と青色のレーザ光を反射する。青色のレーザ光源２０７に設けられた波長選択膜２１４は、青色のレーザ光２０９のみを透過し、赤色と緑色のレーザ光を反射する。レーザ光源２０５、２０６、２０７からのレーザ光２０９は、波長選択膜２１２，２１３，２１４を介して、導波板２０１内に設けられたマイクロレンズアレイ２０８に入射される。【００５５】
マイクロレンズアレイ２０８は、導波板２０１に入射されたレーザ光２０９を導波板２０１の主面に平行な方向に拡散する。マイクロレンズアレイ２０８により拡散されたレーザ光２０９は、導波板２０１を伝搬する。マイクロレンズアレイ２０８を設けることで、レーザ光２０９は短い距離で拡散でき、レーザ光２０９の散乱強度が導波板２０１の面内で均一になる。【００５６】
導波板２０１の周囲に設けられた反射膜２１１は、導波板２０１に入射されたレーザ光２０９をほぼ全反射する。全反射しながら導波板２０１内を伝搬するレーザ光２０９は、面状の光となる。【００５７】
導波板２０１内を伝搬するレーザ光２０９は、導波板２０１の裏面に設けられた拡散板２０２により一部表面方向に散乱される。表面方向に散乱されたレーザ光２０９は、フィルタ２０３に入射される。導波板２０１の表面に設けられたフィルタ２０３は、選択した波長のみを透過し、他の波長は反射する。すなわち、フィルタ２０３は、液晶パネル２０４の画素に対応した波長のレーザ光２０９を透過する。液晶パネル２０４は、フィルタ２０３により透過されたレーザ光を強度変調し、画像に変換する。フィルタ２０３により反射されて、液晶パネル２０４から外部に放射されないレーザ光２０９は、導波板２０１を伝搬する。【００５８】
本実施形態の構成にすれば、レーザ光２０９は、反射膜２１１で折り返し反射し、導波板２０１内を多重反射しながら、導波し続ける。これによって、導波板２０１内での光の強度分布は均一化される。また、導波板２０１の面内で多重反射を繰り返すことにより、導波板２０１の側面で光が損失することがなくなり、効率よく光を利用することが可能となる。【００５９】
本実施形態において、入射口の総面積は導波板２０１の側面の総面積の１／１０００以下である。これにより、導波板２０１の側面で多重反射したレーザ光の漏れを０．１％以下に抑えることが可能となる。さらに、入射口近傍で導波板２０１の輝度むらが発生することを低減できる。【００６０】
レーザ光源２０５、２０６、２０７から出力されるレーザ光２０９は、ＬＥＤやランプ光源と異なり、輝度が高く、発光点が１００μｍ程度と非常に小さいため、微少な入射口から導波板２０１にレーザ光２０９を入射できる。よって、入射口の面積を極端に小さくできる。レーザ光２０９と導波板２０１とのカップリングの入り口面積を導波板２０１の側面の総面積に対して１％以下にすることで、多重反射を繰り返すレーザ光２０９が側面から漏れる損失を大幅に低減できる。入射口を除く導波板２０１の側面に反射膜２１１を形成することにより、導波板２０１との結合効率は、９５％以上の高効率となる。従来のＬＥＤ、蛍光管を用いたディスプレイ装置では、導波板との結合面積が非常に大きいために、導波板の側面での全反射を利用した構成にすると、反射した光が光源側に放射されることによる損失が非常に大きかった。本実施形態にように、レーザ光源２０５、２０６、２０７を用いると、導波板２０１の側面での光の損失は１／１００以下となり、大幅に低減できる。【００６１】
波長選択膜２１２、２１３、２１４を設けることにより、入射口での他の波長のレーザ光の漏れをさらに低減でき、レーザ光の利用効率が大幅に増大する。また、導波板２０１内での光の均一性が向上する。【００６２】
なお、本実施形態の導波板２０１の厚みは平行平板であるが、導波板２０１の厚みをテーパ構造にしても良い。ディスプレイでの光の面内均一性を向上させるため、導波板２０１をテーパ状にして、レーザ光２０９の散乱の均一化は図っても良い。【００６３】
また、レーザ光２０９を用いることで、導波板２０１の薄板化が可能となる。従来の蛍光管やＬＥＤを用いたバックライトでは、導波板の厚みが数ｍｍ必要であった。これは、蛍光管やＬＥＤの発光面積がｍｍオーダと大きいため、導波板の厚みが十分厚くないと導波板との結合効率が大幅に低下するためである。これに対して、レーザ光の発光面は数μｍ×数１００μｍであり、非常に小さい。このため、レーザ活性層の厚み方向を導波板の厚み方向に揃えると、レーザ光２０９の発光面は数μｍと成り、導波板２０１は１０μｍ以上の厚みであれば、９０％以上の高効率でレーザ光との結合が可能となる。よって、レーザ光２０９を用いることにより、導波板２０１の薄板化が可能となる。さらに、光の利用効率が大幅に向上するため、低消費電力化が可能となる。【００６４】
また、レーザ光２０９を用いる構成において、レーザ光源２０５，２０６，２０７のレーザ光の出射端面と導波板２０１の入射面を僅かに傾けることが望ましい。これにより、レーザ光源２０５，２０６，２０７に、導波板２０１の端面からの反射光が帰還して、レーザ光源２０５，２０６，２０７の端面破壊や、レーザ光の出力が不安定となることを防ぐことができる。さらに、導波板２０１にレーザ光２０９を斜めに入射すると、導波板２０１の側面で全反射させて導波板２０１内での光量均一化を図る際に、全反射を効率よく行うことができる。【００６５】
なお、本実施形態においては、導波板２０１の裏面に拡散板２０２を設けたが、導波板２０１の裏面に直接凹凸をつけて拡散板２０２を形成しても良い。これにより、構成要素がさらに少なくなり、低コスト化が図れる。また、レーザ光２０９を用いることで、特殊な拡散板２０２の設計が可能となる。レーザ光２０９はコヒーレンスが高いため、拡散板２０２のパターンに周期状の構造を利用した回折構造を利用できる。よって、特定の波長のみを選択的に前方に拡散させ、光の波長によって散乱する方向を制御することが可能となる。拡散板２０２を薄膜化し、拡散に波長依存性を持たせることで、所望の波長を選択的に液晶パネル２０４の各画素に供給することで、光の利用効率を向上できる。さらに波長フィルタ２０３の代わりを果たすこともでき、低コスト化に有効である。【００６６】
本実施形態は、レーザ光２０９を利用するため、フィルタ２０３の選択波長がＲＧＢの３波長に限られる。レーザ光２０９のそれぞれのスペクトルの広がりは数ｎｍ程度と狭帯域であるため、波長を選択するフィルタ２０３の選択比を高めることが可能となり、消光比が大幅に増大する。また、レーザ光２０９を用いることにより、フィルタ２０３の設計が容易となり、コストを削減することができる。さらに、光の利用効率が向上するため、低消費電力の駆動が可能となる。【００６７】
なお、本実施形態においては、マイクロレンズアレイ２０８を用いて、導波板２０１内の光量を均一化したが、マイクロレンズアレイ２０８の代わりに、拡散板、グレーティング、プリズムアレイ等、他の光学素子を利用しても良い。【００６８】
（実施形態３）
図３に、本発明の実施形態３のディスプレイ装置の構成を示す。図３（ａ）はディスプレイ装置の側面図であり、図３（ｂ）は表面図、図３（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、実施形態２の構成に加え、拡散板２０２の裏面に設けられた台形型の導波板３０１と、導波板３０１と導波板２０１とを結合する直角プリズム３１０とをさらに有する。【００６９】
本実施形態において、緑色、赤色、青色のレーザ光をそれぞれ出力するレーザ光源３０５、３０６、３０７は、導波板３０１の側面に設けられ、レーザ光源３０５、３０６、３０７から出力されたレーザ光３０９は、導波板３０１内で均一化される。導波板３０１を伝播したレーザ光３０９は、プリズム３１０で反射されて、導波板２０１に入射する。【００７０】
導波板２０１内の光量を均一化するためにはある程度の距離が必要であり、例えば実施形態２の図２の構成で光量の均一化を向上させるためには、導波板２０１の面積を液晶パネル２０４よりも大きくとる必要がある。一方、本実施形態は、導波板３０１を導波板２０１の裏面側に設けて、プリズム３１０を介してレーザ光３０９を折り返す構造にしているため、レーザ光３０９が伝播する距離を導波板２０１の裏面側で確保できる。そのため、導波板２０１を液晶パネル３０４とほぼ同じ大きさにすることができ、ディスプレイ装置の小型化が図れる。【００７１】
レーザ光源３０５、３０６、３０７は発光点サイズが小さいので、導波板２０１、３０１は薄膜化できる。よって、導波板を２層構造にした場合でも、体積の増加は非常に少ない。また、レーザ光３０９はコヒーレンスが高いため、折り返しプリズム３１０での散乱損失も小さい。【００７２】
なお、実施形態２の反射膜２１１を、導波板３０１の周囲に設けても良い。導波板３０１の側面でレーザ光が多重反射することにより、光量の均一化がさらに図れると共にプリズム３１０で導波板３０１側に反射されたレーザ光３０９の損失を大幅に低減できる。【００７３】
本実施形態によれば、実施形態２の効果に加えて、ディスプレイ装置の小型化を実現できる。【００７４】
（実施形態４）
図４に、本発明の実施形態４のディスプレイ装置を示す。図４（ａ）はディスプレイ装置の側面図であり、図４（ｂ）は表面図、図４（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、レーザ光３０９の広がりの角度を広げる均一化光学系４１３を導波板３０１内に備えている。これにより、導波板３０１内におけるレーザ光の面内均一性の向上がさらに図れる。【００７５】
また、図４（ａ）に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、図３に示すフィルタ２０３を備えていない。本実施形態において、均一化光学系４１３を設けることと、フィルタを設けないことが実施形態３と異なり、それ以外の構成については実施形態３と同一である。【００７６】
本実施形態において、レーザ光源３０５、３０６、３０７は順次に点灯し、その切り替えに合わせて、液晶パネル２０４は表示する画像を、ＲＧＢの各色の画像に切り替える。これにより、フルカラー表示を実現する。本実施形態においては、液晶の切り替えに高速性が必要となるが、画素数が３倍に増大し、高精細の表示が容易になる。従来の蛍光管の場合は、色の切り替えや、高速なスイッチングができなかったが、レーザ光源３０５、３０６、３０７は高速の切り替えが可能なため、ＲＧＢの切り替えを容易に行える。【００７７】
また、表現する画像の輝度に合わせて、レーザ光源３０５、３０６、３０７の強度を変調する。これにより、消費電力を低減することが可能となる。従来の蛍光管では、高速な強度変調が難しかったが、レーザ光の場合、強度変調が容易である。表示する画面の最大の輝度に合わせて、レーザ光の強度を変調することで、レーザ光３０９の発光に必要な電力を大幅に低減できる。また、従来のＬＥＤを液晶のバックライトに用いた場合、複数のＬＥＤの強度を制御することは難しく、強度による色の変化が大きいために、出力強度の階調性に乏しかった。これに対して、レーザ光３０９は強度の階調の制御が容易なため、低消費電力化が可能になる。【００７８】
（実施形態５）
図５に、本発明の実施形態５のディスプレイ装置の構成を示す。図５（ａ）はディスプレイ装置の側面図、図５（ｂ）は表面図、図５（ｃ）は裏面図である。本実施形態においては、実施形態４の図４に示す導波板２０１の代わりに複数の導波管５０１ａを備え、導波板３０１の代わりに複数の分岐導波管５０１ｂを備えており、プリズム３１０が設けられていない。それ以外の構成については、本実施形態は、実施形態４の構成と同じである。実施形態２から４の導波板２０１は面状の光を生成したが、本実施形態は導波管５０１ａと分岐導波管５０１ｂとを備えることにより、ライン状の光を生成する。【００７９】
複数の分岐導波管５０１ｂは、拡散板２０２の裏面側に設けられており、台形状を構成するように、レーザ光源３０５、３０６、３０７から導波管５０１ａに延びている。レーザ光源３０５、３０６、３０７からの光は、複数の分岐導波管５０１ｂによって波長毎に分岐されて、導波管５０１ａのそれぞれに入射される。【００８０】
複数の導波管５０１ａは、図５（ａ）に示すように、液晶パネル２０４と拡散板２０２との間に設けられる。各導波管５０１ａは、図５（ｂ）に示すように、液晶パネル２０４の幅方向に向かって延びた形状であり、液晶パネル２０４の長手方向に並列に並べて配置される。複数の導波管５０１ａは、分岐導波管５０１ｂによって分岐された、赤、緑、又は青色のレーザ光を波長毎に導波する。導波管５０１ａ内を伝搬するレーザ光は、導波管５０１ａの裏面に設けられた拡散板２０２で散乱され、拡散板２０２により散乱されたＲＧＢの光の一部が液晶パネル２０４の各画素に供給される。これにより、フルカラー画像が構成される。【００８１】
本実施形態は、分岐導波管５０１ｂにより波長毎にレーザ光を分岐して、導波管５０１ａにレーザ光を導くため、波長を選択するフィルタを設けなくて良い。【００８２】
本実施形態は、導波管５０１ａを備えることにより、各画素のクロストークが低減され、コントラストの高い画像を実現できる。【００８３】
なお、導波管５０１ａへの導波光の分岐は、分岐導波管５０１ｂに代えて、プラスチックファイバーで行っても良い。また、プラスチックファイバーで分岐したレーザ光を分岐導波管５０１ｂに導くようにしても良い。【００８４】
（実施形態６）
図６に、本発明の実施形態６のディスプレイ装置の構成を示す。図６（ａ）はディスプレイ装置の側面図、図６（ｂ）は表面図、図６（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、レーザ光源３０５，３０６，３０７と導波板３０１との間に拡散板６１２を設けている。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態３と同じである。【００８５】
レーザ光源３０５，３０６，３０７によるレーザ光は、コヒーレンスの高い光であるため、光の干渉によるスペックルノイズが発生する。このため、レーザ光により画像を構成すると、画質が低下する。これを防止するには、スペックルノイズの低減が重要である。本発明は、拡散板６１２の位置を時間的に変化させる。例えば、機械的に拡散板６１２を移動させる。又は、拡散板６１２内の微粒子を電気的に動かして、拡散状態を変える。これにより、干渉パターンが変化する。干渉パターンが時間的に変化すると、人の目には干渉パターンが重なって見え、その結果、干渉パターンは見えなくなる。このように、導波している光の位相を時間的に変化させることにより、スペックルノイズを低減することができる。【００８６】
本実施形態によれば、実施形態３による効果に加えて、スペックルノイズを低減するという効果が得られる。【００８７】
（実施形態７）
図７に、本発明の実施形態７のディスプレイ装置の構成を示す。図７（ａ）はディスプレイ装置の側面図、図７（ｂ）は表面図、図７（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、スペックルノイズを低減する他の構成を有し、図７（ａ）（ｃ）に示すように、液晶素子７１３を導波板３０１内に設けて、液晶素子７１３の屈折率を時間的に変化させる。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態３と同じである。液晶素子７１３の屈折率を時間的に変化させることで、導波板３０１、２０１を伝搬する光の波面を時間的に変化させることが可能となり、スペックルノイズを低減できる。【００８８】
液晶素子７１３を導波板３０１内に設けることで、レーザ光のパワー密度を低減できるため、液晶のダメージが少なくなり、信頼性が向上する。さらに導波板３０１の上下から電界を印加することで、液晶素子７１３の屈折率を制御することが可能となり、簡単な構成でスペックルノイズの除去が可能となる。【００８９】
なお、液晶素子７１３を導波板３０１内に設けることに代えて、導波板３０１とレーザ光源３０５，３０６，３０７との間に設けても良い。また、導波板２０１内に設けても良い。また、液晶素子７１３を、図５の導波管５０１ａ又は分岐導波管５０１ｂ内に設けることによっても、スペックルノイズを低減するという効果が得られる。【００９０】
なお、液晶素子７１３は、レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも何れかを変調する光学素子であれば良い。【００９１】
（実施形態８）
図８に、スペックルノイズを低減するさらに他の構成のディスプレイ装置を示す。図８（ａ）はディスプレイ装置の側面図、図８（ｂ）は表面図、図８（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、赤、緑、青のレーザ光をそれぞれ発光するレーザ光源８０５を波長毎に複数個備えており、複数のレーザ光源８０５からのレーザ光を導波板３０１に入射する。【００９２】
複数のレーザ光源８０５の発光点からレーザ光が発生することで、複雑な波面が構成され、スペックルノイズが抑えられる。また、複数のレーザ光源８０５の出力を切り替えて使用する。これにより、干渉パターンが多重化し、スペックルノイズを低減できる。【００９３】
さらに、複数のレーザ光源８０５の波長が僅かに異なった構成にする。これによりスペックルノイズはさらに低減される。波長の差は０、２ｎｍ以上が好ましく、さらに望ましくは１ｎｍ以上離れている方がよい。【００９４】
また、レーザ光源８０５を複数用いることで、一つのレーザ光の強度が少なくても高輝度のディスプレイ装置を実現できる。また、複数のレーザ光源８０５を備えることにより、一つのレーザ光源８０５からのレーザ光の発光強度を低輝度化することができ、レーザ光源８０５の寿命が大幅に増大する。また、複数のレーザ光源８０５を用いることで、例え一つの光源が壊れても他の光源で補完できるため、より信頼性の高いディスプレイを実現できる。【００９５】
なお、レーザ光源８０５としては、マルチアレイの半導体レーザや、マルチアレイの半導体レーザをスタックしたもの、またレーザチップを複数ならべた構造等が使用できる。【００９６】
なお、半導体レーザをレーザ光源８０５として用いる場合は、駆動電流に高周波を重畳することで、レーザの発振スペクトルを広げる。スペクトルを拡大することでコヒーレンスを低減することができるので、スペックルノイズの低減が可能となる。【００９７】
なお、半導体レーザをレーザ光源８０５として用いる場合は、複数のレーザ光源８０５をそれぞれ１０ｍｍ程度以上離間させて配置させることが好ましい。半導体レーザにより液晶パネル２０４を照射するには、レーザ光源８０５でそれぞれ数Ｗの出力が必要であり、レーザ光源８０５の消費電力として、それぞれの色あたり１０Ｗ近い電力が必要となる。一方、半導体レーザは、高温動作における出力低下が顕著であり、高温で動作させることで寿命の低下が生じる。このため、半導体レーザの動作温度は６０℃以下で使用するのが好ましい。液晶パネル２０４は比較的大きな面積であるため、レーザ光源同士の距離を１０ｍｍ程度以上離間させて配置することで、隣接するレーザ光源との熱干渉を大幅に低減できる。また、半導体レーザ光源は、発光面積が小さいため、一つの光源あたりの消費電力を２Ｗ以下、好ましくは１Ｗ以下に抑えることにより、隣接するレーザ光源との熱干渉を大幅に低減できる。このように、液晶パネル２０４の裏面側に、レーザ光源８０５を離間させて配置し、それぞれのレーザ光源８０５の消費電力を１Ｗ程度以下に抑えることで、放熱効果を高め、レーザ光源の動作温度を６０℃以下に保つことができる。よって、空冷で半導体レーザを駆動することが可能となり、高い信頼性を実現できる。【００９８】
（実施形態９）
図９に、本発明の実施形態９のディスプレイ装置の構成を示す。本実施形態のディスプレイ装置は、液晶パネル９０１と、液晶パネル９０１の裏面に設けられたチューブ式の導波管９０３と、導波管９０３の一端に設けられたレーザ光源であるＲＧＢ光源９０２とを備えている。導波管９０３は、ＲＧＢ光源９０２からの赤、緑、青色のレーザ光をそれぞれ導波する３本の導波管で構成される。導波管９０３は、液晶パネル９０１の両端で折り返す構成となっている。導波管９０３の裏面側には拡散板（図示を省略）が形成されており、導波管９０３内を導波するレーザ光は、液晶パネル９０１側に散乱される。【００９９】
本実施形態において、ＲＧＢ光源９０２がＲＧＢのレーザ光を順次に点灯して、液晶の画面を切り替えることで、高画質画像を実現できる。また、液晶パネル９０２に波長板を設けて、各画素に所望の波長の光を供給しても良い。【０１００】
導波管９０３を備える本実施形態のディスプレイ装置によれば、実施形態５と同様に、各画素のクロストークが低減され、コントラストの高い画像を実現できる。【０１０１】
（実施形態１０）
図１０に、本発明の実施形態１０のディスプレイ装置の構成を示す。図１０（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１０（ｂ）は表面図、図１０（ｃ）は導波板２０１の層の部分を抽出した側面図を示す。本実施形態において、図１０（ａ）に示す、導波板２０１と、拡散板２０２と、フィルタ２０３と、液晶パネル２０４と、偏光板２１０は、図２（ａ）で示す実施形態２と同じである。本実施形態のディスプレイ装置は、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、導波板２０１の長手方向の側面側に導波管１００１を備え、導波管１００１の長手方向の側面側に拡散板１００８を備えている。また、導波管１００１の幅方向の側面側にレーザ光源１００５，１００６，１００７を設けている。【０１０２】
導波管１００１の側面から入射されたレーザ光１００９は、導波管１００１を全反射しながら伝搬して、拡散板１００８により拡散され、拡散された光が導波板２０１を伝搬する。これにより、導波管１００１を伝搬するレーザ光１００９は均一化される。【０１０３】
導波管１００１を備えて、導波管１００１の側面からレーザ光を入射する構成にすることで、レーザ光１００９を均一化する光学系が小型になる。【０１０４】
（実施形態１１）
図１１に、本発明の実施形態１１のディスプレイ装置の構成を示す。図１１（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１１（ｂ）は表面図、図１１（ｃ）は導波板２０１を含む側面図の一部を示す。図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、拡散板２０２を介して、導波管１１０１を導波板２０１の裏面に配置し、直角プリズム３１０で導波板２０１と導波管１１０１とを結んでいる。さらに、導波管１１０１の長手方向の側面に、拡散板１１０８を設けている。その他の本実施形態の構成は、実施形態１０に示す構成と同じである。【０１０５】
緑、赤、青色のレーザ光１００９を発光するレーザ光源１００５，１００６，１００７は、導波管１１０１の幅方向の側面に設けられる。導波管１１０１の幅方向の側面に入射されたレーザ光１００９は、導波管１１０１を全反射しながら伝搬して、拡散板１１０８により拡散される。拡散板１１０８により拡散されたレーザ光１００９は、プリズム３１０を通って、導波板２０１を伝搬する。【０１０６】
導波管１１０１を導波板２０１の裏面側に配置することにより、図１０に示すディスプレイ装置と比較して、さらに小型化することができる。【０１０７】
なお、本実施形態においては、直角プリズム３１０により導波板２０１と導波管１１０１とを結んだが、有機材料を用いたフレキシブルな導波管を用いた光配線を応用し、直角プリズム３１０を備えずに、導波板２０１と導波管１１０１とを直接結ぶ構成にしても良い。導波管１１０１にフレキシブル材料を用いると、形状の自由度が増すため、配線が容易になり、低コスト化、小型化が可能となる。特に、小型化が必要とされる携帯機器に本構成を利用する場合に有効になる。また、導波管１１０１だけでなく導波板２０１自体を有機材料からなるフレキシブルな素材で形成することも可能である。フレキシブル素材を用いることで、ディスプレイの形状を自由に変化できるため、将来のウェアラブルディスプレイに対応できる。【０１０８】
（実施形態１２）
図１２に、本発明の実施形態１２のディスプレイ装置の構成を示す。図１２（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１２（ｂ）は表面図、図１２（ｃ）は導波板２０１の層の部分を抽出した側面図を示す。本実施形態は、導波管１２０１の形状をテーパ状にしている。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態１０と同じである。テーパは、レーザ光１００９の入射部（図１２（ｂ）の左側）が広く、入射部から遠ざかるにつれて（伝播方向）（図１２（ｂ）の右側へ向かうほど）狭くなるように、形成される。拡散板１２０８は、テーパ状の導波管１２０１に沿うように、導波管１２０１の長手方向の側面に設けられる。【０１０９】
導波管１２０１を伝播するレーザ光１００９は導波板２０１へ放射されるので、通常、伝播とともに光は減衰する。そのため、進行方向に対して導波板２０１に放射する光が弱くなる傾向がある。本実施形態にように、導波管１２０１をテーパ状にすることで、導波管１２０１から導波板２０１への放射量を一定にすることができる。導波管１２０１をテーパ状にすることにより、導波管１２０１から導波板２０１へ伝播する光の分布を均一化することができる。【０１１０】
（実施形態１３）
図１３に、本発明の実施形態１３のディスプレイ装置の構成を示す。図１３（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１３（ｂ）は表面図、図１３（ｃ）は導波板２０１の層の部分を抽出した側面図を示す。本実施形態は、導波管１３０１の形状を曲面状のテーパにする。テーパの曲面の形状は、拡散板１３０８の拡散係数とテーパの形状との組み合わせに基づいて、導波板２０１に放射されるレーザ光１００９の光量が均一になるように決める。本実施形態にように、導波管１３０１の形状を曲面状のテーパにすることで、導波板２０１への拡散をより均一化することが可能となる。【０１１１】
拡散板１３０８は、曲面状のテーパを持つ導波管１３０１の長手方向の側面に設けられる。拡散板１３０８の面粗さは、伝播方向に向かって変化するように形成される。これにより、導波板２０１への拡散量を調整することができ、光量の均一化が図れる。【０１１２】
図１３（ｂ）に示すように、導波管１３０１の長手方向の長さは、導波板２０１の長手方向の長さより長い。レーザ光源１００５、１００６、１００７から出た光は、導波管１３０１の側面で反射されながら均一化されるが、均一化するためには導波距離が必要となる。導波管１３０１の長さを導波板２０１より長くすることにより、導波管１３０１内のレーザ光を均一化することができる。【０１１３】
本実施形態のディスプレイ装置は、導波管１３０１が導波板２０１より長い部分の導波管１３０１の側面に、ミラー１３０４を備えている。ミラー１３０４を備えることにより、導波管２０１からの漏れによる光の損失が低減されるため、消費電力を少なくすることができる。【０１１４】
本実施形態において、導波管１３０１を曲面状のテーパにすることと、ミラー１３０４を設けること以外は、実施形態１２の図１２と同じである。【０１１５】
なお、実施形態１２及び実施形態１３において、導波管１２０１、１３０１は、導波板２０１の長手方向の側面に設けたが、実施形態１１のように、導波管１２０１、１３０１を導波板２０１の裏面側に設けて、ディスプレイ装置の表面の面積を小さくしても良い。【０１１６】
（実施形態１４）
図１４に、レーザ光をモニターする構成を示す。図１４（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１４（ｂ）は表面図、図１４（ｃ）は導波板２０１の層の部分を抽出した側面図を示す。本実施形態のディスプレイ装置は、実施形態１３に示す構成に加え、レーザ光の光量を検出する検出器１４０５、１４０６、ＲＧＢの光を分離する回折素子１４０２、及び検出器１４０５、１４０６の検出結果に基づいてレーザ光源の光の強度を制御する駆動回路１４０３を更に備える。【０１１７】
レーザ光源１００５，１００６，１００７から出力されるＲＧＢのレーザ光を液晶パネル２０４のバックライトに用いる本発明において、光の面内均一性に加えて、光の強度の安定化と波長変動に伴うＲＧＢの光量比の調整が重要である。光の面内均一性については、実施形態１から１３による構成を用いることにより、実現することができる。【０１１８】
光の強度を安定化するためには、ＲＧＢそれぞれの波長のバランスと光の出力を安定化させる必要がある。図１４（ｂ）に示すように、本実施形態では、導波管１３０１の側面に検出器１４０６を設けて、導波管１３０１の出力側の光の波長の強度をモニターし、モニターした結果をディスプレイ装置の駆動回路１４０３にフィードバックして、光の強度が安定化するように制御する。検出器１４０６の前に波長フィルタまたは回折素子を設けて、検出器１４０６はレーザ光のＲＧＢそれぞれの波長の強度を検出しても良い。【０１１９】
なお、検出器１４０６は導波管１３０１の一部に設けても良いし、導波管１３０１の外部に設けても良い。外部に検出器１４０６を設ける場合は、導波光の光量均一化に有効である。複数のレーザ光源を用いて、導波管１３０１内を伝播する光の分布を均一化させる場合、光の分布が均一化するようにそれぞれの光源の出力を制御する必要がある。検出器１４０６にフォトディテクターアレイを用い、検出器１４０６の前に設けられた回折素子からの回折光をフォトディテクターアレイで検出することで導波光の面内均一性を制御できる。モニター光量を均一化するように複数のレーザ光源のそれぞれの光量を制御することで、導波光の光量の面内の均一性が向上する。【０１２０】
なお、光の強度のモニター方法として、レーザ光源１００５，１００６，１００７にフォトダイオードを備え、フィードバック回路により一定出力を得て、出力を安定化させても良い。【０１２１】
光源の波長変動に関する制御について述べる。レーザ光源１００５，１００６，１００７を用いた場合、光の波長が外部環境によって変化する場合がある。波長変動が発生すると、例えばＲＧＢのそれぞれの光量のバランスで実現する色再現性が劣化する。すなわち、同じ色を再現する場合、ＲＧＢそれぞれの光の強度比が波長変動により異なってくる。これを改善するために、本実施形態のディスプレイ装置は、検出器１４０５によりレーザ光源１００５，１００６，１００７の波長をモニターし、波長変動に合わせて色再現性のためのＲＧＢの強度比を制御する。【０１２２】
レーザ光源１００５、１００６、１００７に対して、導波管１３０１と反対側（図１４（ｂ）の左側）の位置に回折素子１４０２が設けられ、回折素子１４０２の後側の位置に、レーザ光源の波長ずれを検出する検出器１４０５が設けられる。検出器１４０５は、回折素子１４０２による光の回折が波長により異なることを利用して、回折素子１５０１により分離されたＲＧＢそれぞれの光を検出する。駆動回路１４０３は、検出器１４０５の検出結果に基づいて、各光源の光量比が一定になるようにレーザ光源１００５、１００６、１００７の光の強度を制御する。【０１２３】
特に、赤色と青色のレーザ光源による光の波長変動を検出することが重要である。赤色と青色の波長の変動は、色再現性に与える影響が大きく、波長変動によるカラーバランスが崩れやすい。このため、少なくとも赤色と青色に関して、波長変化をモニターする。【０１２４】
本実施形態のディスプレイ装置の駆動回路１４０３は、検出器１４０５が検出したレーザ光の波長変動に合わせて、レーザパワーを調整するか又は液晶の透過率を制御する。これにより、色再現性を向上することができる。【０１２５】
なお、本実施形態のディスプレイ装置において、波長の検出器１４０５をレーザ光源の１００５、１００６、１００７に対して、導波管１３０１と反対側の位置に設けたが、導波管１３０１または導波板２０１に設けても良い。【０１２６】
また、検出器１４０５、１４０６を設ける構成は、本実施形態に限らず、実施形態１０から実施形態１２に示す構成であっても適用できる。【０１２７】
上記実施形態１から実施形態１４で説明したディスプレイ装置は、レーザ光源により画像を表示するため、高精細、高色彩な画像を実現できる。本発明のディスプレイ装置は、大型の液晶ディスプレイに有用である。レーザ光源を含むレーザ照射手段を液晶パネル２０４等のスクリーンに連結し、照射方向を限定することで、レーザ光がスクリーン以外に直接照射することを完全に防止できる。これによって、本実施形態のディスプレイ装置をモバイル用途に応用した場合にも安全性の確保が可能となる。小型で携帯性にすぐれ、低消費電力で安全なディスプレイ装置を実現できる。【０１２８】
なお、上記実施形態１から実施形態１４で説明したディスプレイ装置の構成から、フィルタ２０３と液晶パネル２０４を除いた構成は、面状の照射装置を構成する。上記実施形態１から実施形態１４で説明したディスプレイ装置では、照射装置が液晶ディスプレイのバックライトである場合について説明したが、照射装置はバックライト以外にも利用できる。照射装置を照明装置として利用できる。例えば、面状の照射装置を室内の壁や天井に利用することで、低消費電力の照明装置を実現できる。さらに、ＲＧＢの波長の光を備え、その強度分布を変化させることで、白色の色温度や、フルカラーの照明装置を実現できる。図７における液晶素子７１３を照明装置に設けて、レーザ光の偏光、偏向、焦点を時間的に変化させることで、スペックルノイズを抑圧する照明装置を実現できる。さらに、光源に高周波を重畳することで、レーザ光のコヒーレンスを低下させてスペックルノイズを低減することができる。また、図８に示すように、複数のレーザ光源８０５を照明装置に備えて、異なる発光点から導波板に光を照射することでスペックルノイズを低減できる。また、図９に示すように、照射装置がチューブ式のフレキシブルな導波管９０３を備えることにより、任意形状の照射面、照射対、照射面積を実現できる。さらに、図１１に示すように、導波管１１０１と導波板２０１とを組み合わせて、面状の照射装置を構成することも可能である。本発明の照射装置は、低消費電力で面状の光を実現できるため、その実用効果は大きい。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明のディスプレイ装置は、均一な光量分布で液晶パネルを照射できるという効果を有し、大型のディスプレイ装置や携帯用のディスプレイ装置等に有用である。本発明の照射装置は、均一な光量分布で照射することができるという効果を有し、照明装置等に有用である。
【図１】
2007015402.tif 000002
【図２】
2007015402.tif 000003
【図３】
2007015402.tif 000004
【図４】
2007015402.tif 000005
【図５】
2007015402.tif 000006
【図６】
2007015402.tif 000007
【図７】
2007015402.tif 000008
【図８】
2007015402.tif 000009
【図９】
2007015402.tif 000010
【図１０】
2007015402.tif 000011
【図１１】
2007015402.tif 000012
【図１２】
2007015402.tif 000013
【図１３】
2007015402.tif 000014
【図１４】
2007015402.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成20年2月8日(2008.2.8)
【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】
液晶パネルと、
表面にグレーティング構造を形成された反射板と、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、を有し、
前記レーザ光源から出力されるレーザ光を前記反射板で反射して、前記液晶パネルを照射するディスプレイ装置。
【請求項２】
液晶パネルと、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記液晶パネルの裏面側に配置され、前記レーザ光を多重反射させる第１の導波板と、
前記第１の導波板の裏面側に配置され、前記第１の導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、前記液晶パネルの方向に出射する拡散板と、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項３】
前記第１の導波板の側面に、前記レーザ光を反射する反射膜をさらに備える、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１の導波板の側面の一部に前記反射膜で囲まれていない入射口を設け、
前記レーザ光は、前記入射口から前記第１の導波板に入射される請求項３に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記入射口の面積は、前記第１の導波板の側面の総面積の１／１０００以下であることを特徴とする請求項４に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記入射口は複数個設けられ、
前記入射口には、特定の光以外の光を反射する膜が形成され、
赤、青、緑の波長をそれぞれ持つレーザ光は、前記膜を介して、それぞれ異なる前記入射口に入射される請求項４に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記液晶パネルと前記第１の導波板との間に、前記レーザ光源から出射されるレーザ光を波長選択して出力する波長板をさらに備える請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記拡散板の裏面に第２の導波板をさらに備え、
前記レーザ光源のレーザ光を前記第２の導波板に入射し、前記第２の導波板から前記第１の導波板に前記レーザ光を入射する請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
前記レーザ光源は、赤、青、緑色のレーザ光の強度を前記液晶パネルのスイッチングと同期して変調する請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも１つを変調する光学素子をさらに備え、前記レーザ光の偏光、偏向、位相の少なくとも１つを時間的に変化させる請求項８に記載のディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記光学素子が前記第１の導波板または前記第２の導波板の一部として形成される請求項１０に記載のディスプレイ装置。
【請求項１２】
赤、青、緑に対応する波長を有する前記レーザ光源は、複数の発光点を有する請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１３】
前記複数の発光点から出力される光の波長が僅かに異なっていることを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１４】
前記波長の差が１ｎｍ以上である請求項１３に記載のディスプレイ装置。
【請求項１５】
前記レーザ光源は複数の光源で構成され、
前記複数のレーザ光源は、前記液晶パネルの裏面側に、一定以上の間隔を有して配置され、前記複数のレーザ光源のそれぞれの消費電力は２Ｗを越えないことを特徴とする請求項１２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１６】
前記複数のレーザ光源の少なくともいずれかが高周波重畳されている請求項１５に記載のディスプレイ装置。
【請求項１７】
前記レーザ光源から出射されるレーザ光を伝搬する導波管をさらに有し、
前記レーザ光を前記導波管から前記第１の導波板に伝搬する、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項１８】
前記導波管は、前記第１の導波板の側面側に配置される、請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項１９】
前記導波管は、前記第１の導波板の裏面側に配置される、請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２０】
前記導波管はテーパ状に形成される、請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２１】
前記導波管のテーパ状は、曲線状である請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２２】
前記導波管の長さが、前記第１の導波板の長さより長いことを特徴とする請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２３】
前記導波管または前記レーザ光源のレーザ光の光量を検出する検出器をさらに備える請求項１７に記載のディスプレイ装置。
【請求項２４】
回折素子をさらに備え、
前記検出器は、前記回折素子の回折光を検出する請求項２３に記載のディスプレイ装置。
【請求項２５】
液晶パネルと、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記液晶パネルの裏面側に配置され、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の第１の導波管と、
前記複数の第１の導波管の裏面側に配置され、前記複数の第１の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、前記液晶パネルの方向に出力する拡散板と、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項２６】
前記拡散板の裏面側に設けられた複数の第２の導波管を有し、
前記複数の第２の導波管は、前記レーザ光源から出射される赤、青、緑の各レーザ光を波長毎に分岐して、前記複数の第１の導波管のそれぞれに入射する請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２７】
前記複数の第１の導波管は、赤、緑、青色のレーザ光をそれぞれ伝搬する３つの導波管で構成され、各導波管は前記液晶パネルの両端で折り返す構成である、請求項２５に記載のディスプレイ装置。
【請求項２８】
波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を多重反射させる導波板と、
前記導波板の裏面側に配置され、前記導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、前記導波板の表面から前記レーザ光を出射させる拡散板と、
を備える照射装置。
【請求項２９】
波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の導波管と、
前記複数の導波管の裏面側に配置され、前記複数の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、前記導波管の表面から前記レーザ光を出射させる拡散板と、
を備える照射装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を用いたディスプレイ装置及びレーザ光による照射を行う照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルを用いたディスプレイ装置は、液晶パネルを照射するバックライト照明を必要とする。従来のディスプレイ装置は、蛍光管や発光ダイオード（ＬＥＤ）をバックライト照明として用いていたが、蛍光管やＬＥＤは、発光点サイズが大きく、光の利用効率が数％程度と非常に小さいため、消費電力が大きい。
【０００３】
そこで、近年、低消費電力化及び低コスト化を実現するために、光の利用効率が高いレーザ光をバックライト照明として用いるディスプレイ装置が開発されてきている。
【０００４】
例えば、特許文献１は、レーザ光による励起発光により２次発光する蛍光発光層を用いて、レーザ光を蛍光管の照明光に波長変換することでカラー表示する発光表示装置を開示している。しかしながら、レーザ光を蛍光変換して用いる場合は、電気−光変換効率が高くないために、消費電力が増大するという問題がある。
【０００５】
この消費電力を抑制できる液晶表示装置として、特許文献２に開示のものがある。特許文献２は、面発光型半導体レーザチップを液晶パネルの背面側に画素毎に配列する構成を開示している。さらに、特許文献２は、液晶パネルの各画素にレーザ光が入射されるように反射面の角度を調整された反射板を介して、光源からのレーザ光を各画素に入射する液晶表示装置を開示している。
【特許文献１】特開２００３−３０２９１８号公報
【特許文献２】特開２００５−１５７０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に示された液晶表示装置は、消費電力を抑えることはできるが、レーザ光の光量を均一にして、液晶パネルに照射することができない。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、レーザ光による面内の光量分布を均一にして液晶パネルに照射するディスプレイ装置、及びレーザ光の光量を均一にして照射する照射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】
【０００８】
本発明のディスプレイ装置は、液晶パネルと、表面にグレーティング構造を形成された反射板と、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、を有し、レーザ光源から出力されるレーザ光を反射板で反射して、液晶パネルを照射する。
【０００９】
本発明のディスプレイ装置は他の構成を有しても良く、他の構成のディスプレイ装置は、液晶パネルと、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、液晶パネルの裏面側に配置され、レーザ光を多重反射させる第１の導波板と、第１の導波板の裏面側に配置され、第１の導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、液晶パネルの方向に出射する拡散板と、を備える。
【００１０】
第１の導波板の側面に、レーザ光を反射する反射膜をさらに備えても良い。
【００１１】
第１の導波板の側面の一部に反射膜で囲まれていない入射口を設け、レーザ光は、入射口から第１の導波板に入射されても良い。
【００１２】
入射口の面積は、第１の導波板の側面の総面積の１／１０００以下であっても良い。
【００１３】
入射口は複数個設けられ、入射口には、特定の光以外の光を反射する膜が形成され、赤、青、緑の波長をそれぞれ持つレーザ光は、膜を介して、それぞれ異なる入射口に入射されても良い。
【００１４】
液晶パネルと第１の導波板との間に、レーザ光源から出射されるレーザ光を波長選択して出力する波長板をさらに備えても良い。
【００１５】
拡散板の裏面に第２の導波板をさらに備え、レーザ光源のレーザ光を第２の導波板に入射し、第２の導波板から第１の導波板にレーザ光を入射しても良い。
【００１６】
レーザ光源は、赤、青、緑色のレーザ光の強度を液晶パネルのスイッチングと同期して変調しても良い。
【００１７】
レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも１つを変調する光学素子をさらに備え、レーザ光の偏光、偏向、位相の少なくとも１つを時間的に変化させても良い。
【００１８】
光学素子が第１の導波板または第２の導波板の一部として形成されても良い。
【００１９】
赤、青、緑に対応する波長を有するレーザ光源は、複数の発光点を有しても良い。
【００２０】
複数の発光点から出力される光の波長が僅かに異なっていても良い。
【００２１】
波長の差が１ｎｍ以上であっても良い。
【００２２】
レーザ光源は複数の光源で構成され、複数のレーザ光源は、液晶パネルの裏面側に、一定以上の間隔を有して配置され、複数のレーザ光源のそれぞれの消費電力は２Ｗを越えないことが好ましい。
【００２３】
複数のレーザ光源の少なくともいずれかが高周波重畳されていても良い。
【００２４】
ディスプレイ装置は、レーザ光源から出射されるレーザ光を伝搬する導波管をさらに有し、レーザ光を導波管から第１の導波板に伝搬しても良い。
【００２５】
導波管は、第１の導波板の側面側に配置されても良い。
【００２６】
導波管は、第１の導波板の裏面側に配置されても良い。
【００２７】
導波管はテーパ状に形成されても良い。
【００２８】
導波管のテーパ状は、曲線状であっても良い。
【００２９】
導波管の長さが、第１の導波板の長さより長いことが好ましい。
【００３０】
導波管またはレーザ光源のレーザ光の光量を検出する検出器をさらに備えても良い。
【００３１】
回折素子をさらに備え、検出器は、回折素子の回折光を検出しても良い。
【００３２】
本発明のディスプレイ装置はさらに他の構成であっても良く、ディスプレイ装置は、液晶パネルと、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、液晶パネルの裏面側に配置され、レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の第１の導波管と、複数の第１の導波管の裏面側に配置され、複数の第１の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、液晶パネルの方向に出力する拡散板と、を備えても良い。
【００３３】
拡散板の裏面側に設けられた複数の第２の導波管を有し、複数の第２の導波管は、レーザ光源から出射される赤、青、緑の各レーザ光を波長毎に分岐して、複数の第１の導波管のそれぞれに入射しても良い。
【００３４】
複数の第１の導波管は、赤、緑、青色のレーザ光をそれぞれ伝搬する３つの導波管で構成され、各導波管は液晶パネルの両端で折り返す構成であっても良い。
【００３５】
本発明の照射装置は、波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光を多重反射させる導波板と、導波板の裏面側に配置され、導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、導波板の表面からレーザ光を出射させる拡散板と、を備えても良い。
【００３６】
本発明の照射装置は、他の構成であっても良く、照射装置は、波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の導波管と、複数の導波管の裏面側に配置され、複数の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、導波管の表面からレーザ光を出射させる拡散板と、を備える。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、レーザ光の光量分布を均一化して液晶パネルに照射するディスプレイ装置、及びレーザ光を均一化して照射する照射装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的に示した実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３９】
（実施形態１）
図１（ａ）に、本発明の実施形態１のディスプレイ装置の構成を示す。本実施形態のディスプレイ装置は、液晶パネル１０１と、液晶パネル１０１の裏面側に配置される反射板１０２と、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のレーザ光を反射板１０２にそれぞれ出射するレーザ光源１０３とを有する。
【００４０】
レーザ光源１０３は、レーザ光を出射するファイバーレーザである。反射板１０２は、平面状であり、レーザ光源１０３から出射されるレーザ光を反射して、液晶パネル１０１に照射する。反射板１０２の表面に、反射型のグレーティング構造が形成される。本実施形態のグレーティングは、拡散形状を計算で求めた計算機ホログラムを用いる。このグレーティングは、拡散した光の分布が液晶パネル１０１と同等の矩形状になるように設計されている。そのため、液晶パネル１０１での光分布の均一化を図ることができる。レーザ光は、波長スペクトルが狭いため、回折素子の利用が可能となる。グレーティング構造を形成することにより、レーザ光の回折パターンが液晶パネル１０１上で均一に照射される。液晶パネル１０１は、照射されたレーザ光を２次元の画像に変換する。
【００４１】
レーザ光はコヒーレンスが高いため、本実施形態にようにグレーティングを利用できる。反射板１０２の表面にグレーティング構造を形成することにより、簡単な光学系で光量分布の均一化が図れ、液晶パネル１０１を均一に照射することが可能となる。
【００４２】
なお、グレーティングの種類は本実施形態に限定されず、例えば図１（ｂ）に示す矩形拡散板１０４を用いても良い。図１（ｂ）は、矩形拡散板１０４の表面図及び側面図を示す。矩形拡散板１０４は、矩形状の小さな凸面で形成される。矩形拡散板１０４の表面で反射された光は、矩形状の反射光となり、この反射光が多数重なり合うことにより、矩形状の均一な光分布が実現できる。矩形状の光分布を形成することで、液晶面内での光の輝度むらが無くなる。ホログラムかつ不要な光が少ないため、光を効率良く利用することができる。
【００４３】
なお、反射板１０２の表面にグレーティング構造を形成することに代えて、拡散板や、マイクロレンズアレイ等を利用することにより、液晶パネル１０１に照射されるレーザ光の光量分布を均一化しても良い。
【００４４】
本実施形態は、レーザ光を効率よく２次元の面状から発光することで２次元のディスプレイ装置を実現する。レーザ光源１０３によるレーザ光の電気−光変換効率は２０％〜４０％と非常に高い。また、レーザ光源１０３は、コヒーレンスが高いため、カラー表示に必要となる光のスペクトルのみを発振することができる。そのため、光学系の設計が容易であり、かつ反射板での損失が少ないため、損失の少ない薄型光学系を設計できる。色純度の高い光を利用できることにより、赤、緑、青色の表示に無駄なく光を利用でき、高効率で低消費電力化が可能となる。よって、大画面表示を実現できる。また、低消費電力化と小型化が可能になることで、携帯機器に適用されるディスプレイへの応用も可能となる。レーザ光を用いることで、色再現性が大幅に向上し、高色彩のカラー表示が可能となる。ディスプレイ表現できる色範囲は、従来の蛍光管で表現できる色度範囲に比べて大幅に広がる。
【００４５】
液晶パネル１０１の裏面に、液晶パネル１０１のそれぞれの画素の色のみを透過するフィルタを形成することが好ましい。フィルタを介して、各画素に選択的にレーザ光が透過されることにより、フルカラー表示を実現できる。また、フィルタを用いることに代えて、ＲＧＢのレーザ光の出力を液晶パネル１０１に同期して切り替えても良い。この場合、液晶の高速応答が必要となるが、液晶の画素が３倍に向上して、高密度の画素表示が可能になる。
【００４６】
本実施形態において、レーザ光源１０３はファイバーレーザであったが、半導体レーザや固体レーザであっても良い。
【００４７】
なお、本実施形態では、ＲＧＢ３色のレーザ光をそれぞれ発光するレーザ光源１０３を３つ用いたが、他の色を発光する光源をさらに用いても良い。例えば、色の異なる光源を追加して、４色発光することで、表現できる色度範囲を大幅に拡大することが可能となり、色再現性が向上する。
【００４８】
なお、実施形態では、ディスプレイの薄型化のために１つの反射板１０２を用いたが、反射板１０２を複数利用しても良い。この場合、複数の反射板１０２による多重反射により、液晶パネル１０１に照射されるレーザ光の光量分布を均一化できる。これにより、薄型の光学系で大画面表示が可能となる。
【００４９】
（実施形態２）
図２に、本発明の実施形態２のディスプレイ装置を示す。図２（ａ）はディスプレイ装置の側面図であり、図２（ｂ）は表面図である。図２（ｂ）に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、緑色、赤色、青色のレーザ光２０９をそれぞれ発光するレーザ光源２０５、２０６、２０７と、レーザ光源２０５，２０６，２０７のレーザ光２０９を側面から入射されて導波する導波板２０１と、導波板２０１の周囲の側面に設けられた反射膜２１１と、レーザ光２０９を導波板２０１に導くマイクロレンズアレイ２０８と、レーザ光源２０５，２０６，２０７とマイクロレンズアレイ２０８との間に設けられた波長選択膜２１２，２１３，２１４とを備える。
【００５０】
図２（ａ）に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、さらに、導波板２０１の裏面に設けられて、導波板２０１の導波光を適宜散乱する拡散板２０２と、導波板２０１の表面に設けられたフィルタ２０３と、フィルタ２０３の表面側に設けられてフィルタ２０３を透過したレーザ光を画像に変換する液晶パネル２０４と、液晶パネル２０４の上面に設けられた偏光板２１０と、を備える。
【００５１】
上記の構成により、本実施形態のディスプレイ装置は、液晶パネル２０４によりレーザ光２０９を２次元のカラー画像に変換する。
【００５２】
レーザ光源２０５，２０６，２０７からのレーザ光２０９を導波板２０１に導くために、レーザ光源２０５，２０６，２０７と導波板２０１との間には、反射膜２１１が一部取り除かれた部分である入射口があり、その入射口に波長選択膜２１２，２１３，２１４が設けられる。緑色のレーザ光源２０５に設けられた波長選択膜２１２は、緑色のレーザ光を透過して、赤色と青色のレーザ光を反射する。赤色のレーザ光源２０６に設けられた波長選択膜２１３は、赤色のレーザ光のみを透過し、緑色と青色のレーザ光を反射する。青色のレーザ光源２０７に設けられた波長選択膜２１４は、青色のレーザ光２０９のみを透過し、赤色と緑色のレーザ光を反射する。レーザ光源２０５、２０６、２０７からのレーザ光２０９は、波長選択膜２１２，２１３，２１４を介して、導波板２０１内に設けられたマイクロレンズアレイ２０８に入射される。
【００５３】
マイクロレンズアレイ２０８は、導波板２０１に入射されたレーザ光２０９を導波板２０１の主面に平行な方向に拡散する。マイクロレンズアレイ２０８により拡散されたレーザ光２０９は、導波板２０１を伝搬する。マイクロレンズアレイ２０８を設けることで、レーザ光２０９は短い距離で拡散でき、レーザ光２０９の散乱強度が導波板２０１の面内で均一になる。
【００５４】
導波板２０１の周囲に設けられた反射膜２１１は、導波板２０１に入射されたレーザ光２０９をほぼ全反射する。全反射しながら導波板２０１内を伝搬するレーザ光２０９は、面状の光となる。
【００５５】
導波板２０１内を伝搬するレーザ光２０９は、導波板２０１の裏面に設けられた拡散板２０２により一部表面方向に散乱される。表面方向に散乱されたレーザ光２０９は、フィルタ２０３に入射される。導波板２０１の表面に設けられたフィルタ２０３は、選択した波長のみを透過し、他の波長は反射する。すなわち、フィルタ２０３は、液晶パネル２０４の画素に対応した波長のレーザ光２０９を透過する。液晶パネル２０４は、フィルタ２０３により透過されたレーザ光を強度変調し、画像に変換する。フィルタ２０３により反射されて、液晶パネル２０４から外部に放射されないレーザ光２０９は、導波板２０１を伝搬する。
【００５６】
本実施形態の構成にすれば、レーザ光２０９は、反射膜２１１で折り返し反射し、導波板２０１内を多重反射しながら、導波し続ける。これによって、導波板２０１内での光の強度分布は均一化される。また、導波板２０１の面内で多重反射を繰り返すことにより、導波板２０１の側面で光が損失することがなくなり、効率よく光を利用することが可能となる。
【００５７】
本実施形態において、入射口の総面積は導波板２０１の側面の総面積の１／１０００以下である。これにより、導波板２０１の側面で多重反射したレーザ光の漏れを０．１％以下に抑えることが可能となる。さらに、入射口近傍で導波板２０１の輝度むらが発生することを低減できる。
【００５８】
レーザ光源２０５、２０６、２０７から出力されるレーザ光２０９は、ＬＥＤやランプ光源と異なり、輝度が高く、発光点が１００μｍ程度と非常に小さいため、微少な入射口から導波板２０１にレーザ光２０９を入射できる。よって、入射口の面積を極端に小さくできる。レーザ光２０９と導波板２０１とのカップリングの入り口面積を導波板２０１の側面の総面積に対して１％以下にすることで、多重反射を繰り返すレーザ光２０９が側面から漏れる損失を大幅に低減できる。入射口を除く導波板２０１の側面に反射膜２１１を形成することにより、導波板２０１との結合効率は、９５％以上の高効率となる。従来のＬＥＤ、蛍光管を用いたディスプレイ装置では、導波板との結合面積が非常に大きいために、導波板の側面での全反射を利用した構成にすると、反射した光が光源側に放射されることによる損失が非常に大きかった。本実施形態にように、レーザ光源２０５、２０６、２０７を用いると、導波板２０１の側面での光の損失は１／１００以下となり、大幅に低減できる。
【００５９】
波長選択膜２１２、２１３、２１４を設けることにより、入射口での他の波長のレーザ光の漏れをさらに低減でき、レーザ光の利用効率が大幅に増大する。また、導波板２０１内での光の均一性が向上する。
【００６０】
なお、本実施形態の導波板２０１の厚みは平行平板であるが、導波板２０１の厚みをテーパ構造にしても良い。ディスプレイでの光の面内均一性を向上させるため、導波板２０１をテーパ状にして、レーザ光２０９の散乱の均一化は図っても良い。
【００６１】
また、レーザ光２０９を用いることで、導波板２０１の薄板化が可能となる。従来の蛍光管やＬＥＤを用いたバックライトでは、導波板の厚みが数ｍｍ必要であった。これは、蛍光管やＬＥＤの発光面積がｍｍオーダと大きいため、導波板の厚みが十分厚くないと導波板との結合効率が大幅に低下するためである。これに対して、レーザ光の発光面は数μｍ×数１００μｍであり、非常に小さい。このため、レーザ活性層の厚み方向を導波板の厚み方向に揃えると、レーザ光２０９の発光面は数μｍと成り、導波板２０１は１０μｍ以上の厚みであれば、９０％以上の高効率でレーザ光との結合が可能となる。よって、レーザ光２０９を用いることにより、導波板２０１の薄板化が可能となる。さらに、光の利用効率が大幅に向上するため、低消費電力化が可能となる。
【００６２】
また、レーザ光２０９を用いる構成において、レーザ光源２０５，２０６，２０７のレーザ光の出射端面と導波板２０１の入射面を僅かに傾けることが望ましい。これにより、レーザ光源２０５，２０６，２０７に、導波板２０１の端面からの反射光が帰還して、レーザ光源２０５，２０６，２０７の端面破壊や、レーザ光の出力が不安定となることを防ぐことができる。さらに、導波板２０１にレーザ光２０９を斜めに入射すると、導波板２０１の側面で全反射させて導波板２０１内での光量均一化を図る際に、全反射を効率よく行うことができる。
【００６３】
なお、本実施形態においては、導波板２０１の裏面に拡散板２０２を設けたが、導波板２０１の裏面に直接凹凸をつけて拡散板２０２を形成しても良い。これにより、構成要素がさらに少なくなり、低コスト化が図れる。また、レーザ光２０９を用いることで、特殊な拡散板２０２の設計が可能となる。レーザ光２０９はコヒーレンスが高いため、拡散板２０２のパターンに周期状の構造を利用した回折構造を利用できる。よって、特定の波長のみを選択的に前方に拡散させ、光の波長によって散乱する方向を制御することが可能となる。拡散板２０２を薄膜化し、拡散に波長依存性を持たせることで、所望の波長を選択的に液晶パネル２０４の各画素に供給することで、光の利用効率を向上できる。さらに波長フィルタ２０３の代わりを果たすこともでき、低コスト化に有効である。
【００６４】
本実施形態は、レーザ光２０９を利用するため、フィルタ２０３の選択波長がＲＧＢの３波長に限られる。レーザ光２０９のそれぞれのスペクトルの広がりは数ｎｍ程度と狭帯域であるため、波長を選択するフィルタ２０３の選択比を高めることが可能となり、消光比が大幅に増大する。また、レーザ光２０９を用いることにより、フィルタ２０３の設計が容易となり、コストを削減することができる。さらに、光の利用効率が向上するため、低消費電力の駆動が可能となる。
【００６５】
なお、本実施形態においては、マイクロレンズアレイ２０８を用いて、導波板２０１内の光量を均一化したが、マイクロレンズアレイ２０８の代わりに、拡散板、グレーティング、プリズムアレイ等、他の光学素子を利用しても良い。
【００６６】
（実施形態３）
図３に、本発明の実施形態３のディスプレイ装置の構成を示す。図３（ａ）はディスプレイ装置の側面図であり、図３（ｂ）は表面図、図３（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、実施形態２の構成に加え、拡散板２０２の裏面に設けられた台形型の導波板３０１と、導波板３０１と導波板２０１とを結合する直角プリズム３１０とをさらに有する。
【００６７】
本実施形態において、緑色、赤色、青色のレーザ光をそれぞれ出力するレーザ光源３０５、３０６、３０７は、導波板３０１の側面に設けられ、レーザ光源３０５、３０６、３０７から出力されたレーザ光３０９は、導波板３０１内で均一化される。導波板３０１を伝播したレーザ光３０９は、プリズム３１０で反射されて、導波板２０１に入射する。
【００６８】
導波板２０１内の光量を均一化するためにはある程度の距離が必要であり、例えば実施形態２の図２の構成で光量の均一化を向上させるためには、導波板２０１の面積を液晶パネル２０４よりも大きくとる必要がある。一方、本実施形態は、導波板３０１を導波板２０１の裏面側に設けて、プリズム３１０を介してレーザ光３０９を折り返す構造にしているため、レーザ光３０９が伝播する距離を導波板２０１の裏面側で確保できる。そのため、導波板２０１を液晶パネル３０４とほぼ同じ大きさにすることができ、ディスプレイ装置の小型化が図れる。
【００６９】
レーザ光源３０５、３０６、３０７は発光点サイズが小さいので、導波板２０１、３０１は薄膜化できる。よって、導波板を２層構造にした場合でも、体積の増加は非常に少ない。また、レーザ光３０９はコヒーレンスが高いため、折り返しプリズム３１０での散乱損失も小さい。
【００７０】
なお、実施形態２の反射膜２１１を、導波板３０１の周囲に設けても良い。導波板３０１の側面でレーザ光が多重反射することにより、光量の均一化がさらに図れると共にプリズム３１０で導波板３０１側に反射されたレーザ光３０９の損失を大幅に低減できる。
【００７１】
本実施形態によれば、実施形態２の効果に加えて、ディスプレイ装置の小型化を実現できる。
【００７２】
（実施形態４）
図４に、本発明の実施形態４のディスプレイ装置を示す。図４（ａ）はディスプレイ装置の側面図であり、図４（ｂ）は表面図、図４（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、レーザ光３０９の広がりの角度を広げる均一化光学系４１３を導波板３０１内に備えている。これにより、導波板３０１内におけるレーザ光の面内均一性の向上がさらに図れる。
【００７３】
また、図４（ａ）に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、図３に示すフィルタ２０３を備えていない。本実施形態において、均一化光学系４１３を設けることと、フィルタを設けないことが実施形態３と異なり、それ以外の構成については実施形態３と同一である。
【００７４】
本実施形態において、レーザ光源３０５、３０６、３０７は順次に点灯し、その切り替えに合わせて、液晶パネル２０４は表示する画像を、ＲＧＢの各色の画像に切り替える。これにより、フルカラー表示を実現する。本実施形態においては、液晶の切り替えに高速性が必要となるが、画素数が３倍に増大し、高精細の表示が容易になる。従来の蛍光管の場合は、色の切り替えや、高速なスイッチングができなかったが、レーザ光源３０５、３０６、３０７は高速の切り替えが可能なため、ＲＧＢの切り替えを容易に行える。
【００７５】
また、表現する画像の輝度に合わせて、レーザ光源３０５、３０６、３０７の強度を変調する。これにより、消費電力を低減することが可能となる。従来の蛍光管では、高速な強度変調が難しかったが、レーザ光の場合、強度変調が容易である。表示する画面の最大の輝度に合わせて、レーザ光の強度を変調することで、レーザ光３０９の発光に必要な電力を大幅に低減できる。また、従来のＬＥＤを液晶のバックライトに用いた場合、複数のＬＥＤの強度を制御することは難しく、強度による色の変化が大きいために、出力強度の階調性に乏しかった。これに対して、レーザ光３０９は強度の階調の制御が容易なため、低消費電力化が可能になる。
【００７６】
（実施形態５）
図５に、本発明の実施形態５のディスプレイ装置の構成を示す。図５（ａ）はディスプレイ装置の側面図、図５（ｂ）は表面図、図５（ｃ）は裏面図である。本実施形態においては、実施形態４の図４に示す導波板２０１の代わりに複数の導波管５０１ａを備え、導波板３０１の代わりに複数の分岐導波管５０１ｂを備えており、プリズム３１０が設けられていない。それ以外の構成については、本実施形態は、実施形態４の構成と同じである。実施形態２から４の導波板２０１は面状の光を生成したが、本実施形態は導波管５０１ａと分岐導波管５０１ｂとを備えることにより、ライン状の光を生成する。
【００７７】
複数の分岐導波管５０１ｂは、拡散板２０２の裏面側に設けられており、台形状を構成するように、レーザ光源３０５、３０６、３０７から導波管５０１ａに延びている。レーザ光源３０５、３０６、３０７からの光は、複数の分岐導波管５０１ｂによって波長毎に分岐されて、導波管５０１ａのそれぞれに入射される。
【００７８】
複数の導波管５０１ａは、図５（ａ）に示すように、液晶パネル２０４と拡散板２０２との間に設けられる。各導波管５０１ａは、図５（ｂ）に示すように、液晶パネル２０４の幅方向に向かって延びた形状であり、液晶パネル２０４の長手方向に並列に並べて配置される。複数の導波管５０１ａは、分岐導波管５０１ｂによって分岐された、赤、緑、又は青色のレーザ光を波長毎に導波する。導波管５０１ａ内を伝搬するレーザ光は、導波管５０１ａの裏面に設けられた拡散板２０２で散乱され、拡散板２０２により散乱されたＲＧＢの光の一部が液晶パネル２０４の各画素に供給される。これにより、フルカラー画像が構成される。
【００７９】
本実施形態は、分岐導波管５０１ｂにより波長毎にレーザ光を分岐して、導波管５０１ａにレーザ光を導くため、波長を選択するフィルタを設けなくて良い。
【００８０】
本実施形態は、導波管５０１ａを備えることにより、各画素のクロストークが低減され、コントラストの高い画像を実現できる。
【００８１】
なお、導波管５０１ａへの導波光の分岐は、分岐導波管５０１ｂに代えて、プラスチックファイバーで行っても良い。また、プラスチックファイバーで分岐したレーザ光を分岐導波管５０１ｂに導くようにしても良い。
【００８２】
（実施形態６）
図６に、本発明の実施形態６のディスプレイ装置の構成を示す。図６（ａ）はディスプレイ装置の側面図、図６（ｂ）は表面図、図６（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、レーザ光源３０５，３０６，３０７と導波板３０１との間に拡散板６１２を設けている。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態３と同じである。
【００８３】
レーザ光源３０５，３０６，３０７によるレーザ光は、コヒーレンスの高い光であるため、光の干渉によるスペックルノイズが発生する。このため、レーザ光により画像を構成すると、画質が低下する。これを防止するには、スペックルノイズの低減が重要である。本発明は、拡散板６１２の位置を時間的に変化させる。例えば、機械的に拡散板６１２を移動させる。又は、拡散板６１２内の微粒子を電気的に動かして、拡散状態を変える。これにより、干渉パターンが変化する。干渉パターンが時間的に変化すると、人の目には干渉パターンが重なって見え、その結果、干渉パターンは見えなくなる。このように、導波している光の位相を時間的に変化させることにより、スペックルノイズを低減することができる。
【００８４】
本実施形態によれば、実施形態３による効果に加えて、スペックルノイズを低減するという効果が得られる。
【００８５】
（実施形態７）
図７に、本発明の実施形態７のディスプレイ装置の構成を示す。図７（ａ）はディスプレイ装置の側面図、図７（ｂ）は表面図、図７（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、スペックルノイズを低減する他の構成を有し、図７（ａ）（ｃ）に示すように、液晶素子７１３を導波板３０１内に設けて、液晶素子７１３の屈折率を時間的に変化させる。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態３と同じである。液晶素子７１３の屈折率を時間的に変化させることで、導波板３０１、２０１を伝搬する光の波面を時間的に変化させることが可能となり、スペックルノイズを低減できる。
【００８６】
液晶素子７１３を導波板３０１内に設けることで、レーザ光のパワー密度を低減できるため、液晶のダメージが少なくなり、信頼性が向上する。さらに導波板３０１の上下から電界を印加することで、液晶素子７１３の屈折率を制御することが可能となり、簡単な構成でスペックルノイズの除去が可能となる。
【００８７】
なお、液晶素子７１３を導波板３０１内に設けることに代えて、導波板３０１とレーザ光源３０５，３０６，３０７との間に設けても良い。また、導波板２０１内に設けても良い。また、液晶素子７１３を、図５の導波管５０１ａ又は分岐導波管５０１ｂ内に設けることによっても、スペックルノイズを低減するという効果が得られる。
【００８８】
なお、液晶素子７１３は、レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも何れかを変調する光学素子であれば良い。
【００８９】
（実施形態８）
図８に、スペックルノイズを低減するさらに他の構成のディスプレイ装置を示す。図８（ａ）はディスプレイ装置の側面図、図８（ｂ）は表面図、図８（ｃ）は裏面図である。本実施形態のディスプレイ装置は、赤、緑、青のレーザ光をそれぞれ発光するレーザ光源８０５を波長毎に複数個備えており、複数のレーザ光源８０５からのレーザ光を導波板３０１に入射する。
【００９０】
複数のレーザ光源８０５の発光点からレーザ光が発生することで、複雑な波面が構成され、スペックルノイズが抑えられる。また、複数のレーザ光源８０５の出力を切り替えて使用する。これにより、干渉パターンが多重化し、スペックルノイズを低減できる。
【００９１】
さらに、複数のレーザ光源８０５の波長が僅かに異なった構成にする。これによりスペックルノイズはさらに低減される。波長の差は０、２ｎｍ以上が好ましく、さらに望ましくは１ｎｍ以上離れている方がよい。
【００９２】
また、レーザ光源８０５を複数用いることで、一つのレーザ光の強度が少なくても高輝度のディスプレイ装置を実現できる。また、複数のレーザ光源８０５を備えることにより、一つのレーザ光源８０５からのレーザ光の発光強度を低輝度化することができ、レーザ光源８０５の寿命が大幅に増大する。また、複数のレーザ光源８０５を用いることで、例え一つの光源が壊れても他の光源で補完できるため、より信頼性の高いディスプレイを実現できる。
【００９３】
なお、レーザ光源８０５としては、マルチアレイの半導体レーザや、マルチアレイの半導体レーザをスタックしたもの、またレーザチップを複数ならべた構造等が使用できる。
【００９４】
なお、半導体レーザをレーザ光源８０５として用いる場合は、駆動電流に高周波を重畳することで、レーザの発振スペクトルを広げる。スペクトルを拡大することでコヒーレンスを低減することができるので、スペックルノイズの低減が可能となる。
【００９５】
なお、半導体レーザをレーザ光源８０５として用いる場合は、複数のレーザ光源８０５をそれぞれ１０ｍｍ程度以上離間させて配置させることが好ましい。半導体レーザにより液晶パネル２０４を照射するには、レーザ光源８０５でそれぞれ数Ｗの出力が必要であり、レーザ光源８０５の消費電力として、それぞれの色あたり１０Ｗ近い電力が必要となる。一方、半導体レーザは、高温動作における出力低下が顕著であり、高温で動作させることで寿命の低下が生じる。このため、半導体レーザの動作温度は６０℃以下で使用するのが好ましい。液晶パネル２０４は比較的大きな面積であるため、レーザ光源同士の距離を１０ｍｍ程度以上離間させて配置することで、隣接するレーザ光源との熱干渉を大幅に低減できる。また、半導体レーザ光源は、発光面積が小さいため、一つの光源あたりの消費電力を２Ｗ以下、好ましくは１Ｗ以下に抑えることにより、隣接するレーザ光源との熱干渉を大幅に低減できる。このように、液晶パネル２０４の裏面側に、レーザ光源８０５を離間させて配置し、それぞれのレーザ光源８０５の消費電力を１Ｗ程度以下に抑えることで、放熱効果を高め、レーザ光源の動作温度を６０℃以下に保つことができる。よって、空冷で半導体レーザを駆動することが可能となり、高い信頼性を実現できる。
【００９６】
（実施形態９）
図９に、本発明の実施形態９のディスプレイ装置の構成を示す。本実施形態のディスプレイ装置は、液晶パネル９０１と、液晶パネル９０１の裏面に設けられたチューブ式の導波管９０３と、導波管９０３の一端に設けられたレーザ光源であるＲＧＢ光源９０２とを備えている。導波管９０３は、ＲＧＢ光源９０２からの赤、緑、青色のレーザ光をそれぞれ導波する３本の導波管で構成される。導波管９０３は、液晶パネル９０１の両端で折り返す構成となっている。導波管９０３の裏面側には拡散板（図示を省略）が形成されており、導波管９０３内を導波するレーザ光は、液晶パネル９０１側に散乱される。
【００９７】
本実施形態において、ＲＧＢ光源９０２がＲＧＢのレーザ光を順次に点灯して、液晶の画面を切り替えることで、高画質画像を実現できる。また、液晶パネル９０２に波長板を設けて、各画素に所望の波長の光を供給しても良い。
【００９８】
導波管９０３を備える本実施形態のディスプレイ装置によれば、実施形態５と同様に、各画素のクロストークが低減され、コントラストの高い画像を実現できる。
【００９９】
（実施形態１０）
図１０に、本発明の実施形態１０のディスプレイ装置の構成を示す。図１０（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１０（ｂ）は表面図、図１０（ｃ）は導波板２０１の層の部分を抽出した側面図を示す。本実施形態において、図１０（ａ）に示す、導波板２０１と、拡散板２０２と、フィルタ２０３と、液晶パネル２０４と、偏光板２１０は、図２（ａ）で示す実施形態２と同じである。本実施形態のディスプレイ装置は、図１０（ｂ）及び（ｃ）に示すように、導波板２０１の長手方向の側面側に導波管１００１を備え、導波管１００１の長手方向の側面側に拡散板１００８を備えている。また、導波管１００１の幅方向の側面側にレーザ光源１００５，１００６，１００７を設けている。
【０１００】
導波管１００１の側面から入射されたレーザ光１００９は、導波管１００１を全反射しながら伝搬して、拡散板１００８により拡散され、拡散された光が導波板２０１を伝搬する。これにより、導波管１００１を伝搬するレーザ光１００９は均一化される。
【０１０１】
導波管１００１を備えて、導波管１００１の側面からレーザ光を入射する構成にすることで、レーザ光１００９を均一化する光学系が小型になる。
【０１０２】
（実施形態１１）
図１１に、本発明の実施形態１１のディスプレイ装置の構成を示す。図１１（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１１（ｂ）は表面図、図１１（ｃ）は導波板２０１を含む側面図の一部を示す。図１１（ｂ）（ｃ）に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、拡散板２０２を介して、導波管１１０１を導波板２０１の裏面に配置し、直角プリズム３１０で導波板２０１と導波管１１０１とを結んでいる。さらに、導波管１１０１の長手方向の側面に、拡散板１１０８を設けている。その他の本実施形態の構成は、実施形態１０に示す構成と同じである。
【０１０３】
緑、赤、青色のレーザ光１００９を発光するレーザ光源１００５，１００６，１００７は、導波管１１０１の幅方向の側面に設けられる。導波管１１０１の幅方向の側面に入射されたレーザ光１００９は、導波管１１０１を全反射しながら伝搬して、拡散板１１０８により拡散される。拡散板１１０８により拡散されたレーザ光１００９は、プリズム３１０を通って、導波板２０１を伝搬する。
【０１０４】
導波管１１０１を導波板２０１の裏面側に配置することにより、図１０に示すディスプレイ装置と比較して、さらに小型化することができる。
【０１０５】
なお、本実施形態においては、直角プリズム３１０により導波板２０１と導波管１１０１とを結んだが、有機材料を用いたフレキシブルな導波管を用いた光配線を応用し、直角プリズム３１０を備えずに、導波板２０１と導波管１１０１とを直接結ぶ構成にしても良い。導波管１１０１にフレキシブル材料を用いると、形状の自由度が増すため、配線が容易になり、低コスト化、小型化が可能となる。特に、小型化が必要とされる携帯機器に本構成を利用する場合に有効になる。また、導波管１１０１だけでなく導波板２０１自体を有機材料からなるフレキシブルな素材で形成することも可能である。フレキシブル素材を用いることで、ディスプレイの形状を自由に変化できるため、将来のウェアラブルディスプレイに対応できる。
【０１０６】
（実施形態１２）
図１２に、本発明の実施形態１２のディスプレイ装置の構成を示す。図１２（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１２（ｂ）は表面図、図１２（ｃ）は導波板２０１の層の部分を抽出した側面図を示す。本実施形態は、導波管１２０１の形状をテーパ状にしている。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態１０と同じである。テーパは、レーザ光１００９の入射部（図１２（ｂ）の左側）が広く、入射部から遠ざかるにつれて（伝播方向）（図１２（ｂ）の右側へ向かうほど）狭くなるように、形成される。拡散板１２０８は、テーパ状の導波管１２０１に沿うように、導波管１２０１の長手方向の側面に設けられる。
【０１０７】
導波管１２０１を伝播するレーザ光１００９は導波板２０１へ放射されるので、通常、伝播とともに光は減衰する。そのため、進行方向に対して導波板２０１に放射する光が弱くなる傾向がある。本実施形態にように、導波管１２０１をテーパ状にすることで、導波管１２０１から導波板２０１への放射量を一定にすることができる。導波管１２０１をテーパ状にすることにより、導波管１２０１から導波板２０１へ伝播する光の分布を均一化することができる。
【０１０８】
（実施形態１３）
図１３に、本発明の実施形態１３のディスプレイ装置の構成を示す。図１３（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１３（ｂ）は表面図、図１３（ｃ）は導波板２０１の層の部分を抽出した側面図を示す。本実施形態は、導波管１３０１の形状を曲面状のテーパにする。テーパの曲面の形状は、拡散板１３０８の拡散係数とテーパの形状との組み合わせに基づいて、導波板２０１に放射されるレーザ光１００９の光量が均一になるように決める。本実施形態にように、導波管１３０１の形状を曲面状のテーパにすることで、導波板２０１への拡散をより均一化することが可能となる。
【０１０９】
拡散板１３０８は、曲面状のテーパを持つ導波管１３０１の長手方向の側面に設けられる。拡散板１３０８の面粗さは、伝播方向に向かって変化するように形成される。これにより、導波板２０１への拡散量を調整することができ、光量の均一化が図れる。
【０１１０】
図１３（ｂ）に示すように、導波管１３０１の長手方向の長さは、導波板２０１の長手方向の長さより長い。レーザ光源１００５、１００６、１００７から出た光は、導波管１３０１の側面で反射されながら均一化されるが、均一化するためには導波距離が必要となる。導波管１３０１の長さを導波板２０１より長くすることにより、導波管１３０１内のレーザ光を均一化することができる。
【０１１１】
本実施形態のディスプレイ装置は、導波管１３０１が導波板２０１より長い部分の導波管１３０１の側面に、ミラー１３０４を備えている。ミラー１３０４を備えることにより、導波管２０１からの漏れによる光の損失が低減されるため、消費電力を少なくすることができる。
【０１１２】
本実施形態において、導波管１３０１を曲面状のテーパにすることと、ミラー１３０４を設けること以外は、実施形態１２の図１２と同じである。
【０１１３】
なお、実施形態１２及び実施形態１３において、導波管１２０１、１３０１は、導波板２０１の長手方向の側面に設けたが、実施形態１１のように、導波管１２０１、１３０１を導波板２０１の裏面側に設けて、ディスプレイ装置の表面の面積を小さくしても良い。
【０１１４】
（実施形態１４）
図１４に、レーザ光をモニターする構成を示す。図１４（ａ）はディスプレイ装置の概略の側面図、図１４（ｂ）は表面図、図１４（ｃ）は導波板２０１の層の部分を抽出した側面図を示す。本実施形態のディスプレイ装置は、実施形態１３に示す構成に加え、レーザ光の光量を検出する検出器１４０５、１４０６、ＲＧＢの光を分離する回折素子１４０２、及び検出器１４０５、１４０６の検出結果に基づいてレーザ光源の光の強度を制御する駆動回路１４０３を更に備える。
【０１１５】
レーザ光源１００５，１００６，１００７から出力されるＲＧＢのレーザ光を液晶パネル２０４のバックライトに用いる本発明において、光の面内均一性に加えて、光の強度の安定化と波長変動に伴うＲＧＢの光量比の調整が重要である。光の面内均一性については、実施形態１から１３による構成を用いることにより、実現することができる。
【０１１６】
光の強度を安定化するためには、ＲＧＢそれぞれの波長のバランスと光の出力を安定化させる必要がある。図１４（ｂ）に示すように、本実施形態では、導波管１３０１の側面に検出器１４０６を設けて、導波管１３０１の出力側の光の波長の強度をモニターし、モニターした結果をディスプレイ装置の駆動回路１４０３にフィードバックして、光の強度が安定化するように制御する。検出器１４０６の前に波長フィルタまたは回折素子を設けて、検出器１４０６はレーザ光のＲＧＢそれぞれの波長の強度を検出しても良い。
【０１１７】
なお、検出器１４０６は導波管１３０１の一部に設けても良いし、導波管１３０１の外部に設けても良い。外部に検出器１４０６を設ける場合は、導波光の光量均一化に有効である。複数のレーザ光源を用いて、導波管１３０１内を伝播する光の分布を均一化させる場合、光の分布が均一化するようにそれぞれの光源の出力を制御する必要がある。検出器１４０６にフォトディテクターアレイを用い、検出器１４０６の前に設けられた回折素子からの回折光をフォトディテクターアレイで検出することで導波光の面内均一性を制御できる。モニター光量を均一化するように複数のレーザ光源のそれぞれの光量を制御することで、導波光の光量の面内の均一性が向上する。
【０１１８】
なお、光の強度のモニター方法として、レーザ光源１００５，１００６，１００７にフォトダイオードを備え、フィードバック回路により一定出力を得て、出力を安定化させても良い。
【０１１９】
光源の波長変動に関する制御について述べる。レーザ光源１００５，１００６，１００７を用いた場合、光の波長が外部環境によって変化する場合がある。波長変動が発生すると、例えばＲＧＢのそれぞれの光量のバランスで実現する色再現性が劣化する。すなわち、同じ色を再現する場合、ＲＧＢそれぞれの光の強度比が波長変動により異なってくる。これを改善するために、本実施形態のディスプレイ装置は、検出器１４０５によりレーザ光源１００５，１００６，１００７の波長をモニターし、波長変動に合わせて色再現性のためのＲＧＢの強度比を制御する。
【０１２０】
レーザ光源１００５、１００６、１００７に対して、導波管１３０１と反対側（図１４（ｂ）の左側）の位置に回折素子１４０２が設けられ、回折素子１４０２の後側の位置に、レーザ光源の波長ずれを検出する検出器１４０５が設けられる。検出器１４０５は、回折素子１４０２による光の回折が波長により異なることを利用して、回折素子１５０１により分離されたＲＧＢそれぞれの光を検出する。駆動回路１４０３は、検出器１４０５の検出結果に基づいて、各光源の光量比が一定になるようにレーザ光源１００５、１００６、１００７の光の強度を制御する。
【０１２１】
特に、赤色と青色のレーザ光源による光の波長変動を検出することが重要である。赤色と青色の波長の変動は、色再現性に与える影響が大きく、波長変動によるカラーバランスが崩れやすい。このため、少なくとも赤色と青色に関して、波長変化をモニターする。
【０１２２】
本実施形態のディスプレイ装置の駆動回路１４０３は、検出器１４０５が検出したレーザ光の波長変動に合わせて、レーザパワーを調整するか又は液晶の透過率を制御する。これにより、色再現性を向上することができる。
【０１２３】
なお、本実施形態のディスプレイ装置において、波長の検出器１４０５をレーザ光源の１００５、１００６、１００７に対して、導波管１３０１と反対側の位置に設けたが、導波管１３０１または導波板２０１に設けても良い。
【０１２４】
また、検出器１４０５、１４０６を設ける構成は、本実施形態に限らず、実施形態１０から実施形態１２に示す構成であっても適用できる。
【０１２５】
上記実施形態１から実施形態１４で説明したディスプレイ装置は、レーザ光源により画像を表示するため、高精細、高色彩な画像を実現できる。本発明のディスプレイ装置は、大型の液晶ディスプレイに有用である。レーザ光源を含むレーザ照射手段を液晶パネル２０４等のスクリーンに連結し、照射方向を限定することで、レーザ光がスクリーン以外に直接照射することを完全に防止できる。これによって、本実施形態のディスプレイ装置をモバイル用途に応用した場合にも安全性の確保が可能となる。小型で携帯性にすぐれ、低消費電力で安全なディスプレイ装置を実現できる。
【０１２６】
なお、上記実施形態１から実施形態１４で説明したディスプレイ装置の構成から、フィルタ２０３と液晶パネル２０４を除いた構成は、面状の照射装置を構成する。上記実施形態１から実施形態１４で説明したディスプレイ装置では、照射装置が液晶ディスプレイのバックライトである場合について説明したが、照射装置はバックライト以外にも利用できる。照射装置を照明装置として利用できる。例えば、面状の照射装置を室内の壁や天井に利用することで、低消費電力の照明装置を実現できる。さらに、ＲＧＢの波長の光を備え、その強度分布を変化させることで、白色の色温度や、フルカラーの照明装置を実現できる。図７における液晶素子７１３を照明装置に設けて、レーザ光の偏光、偏向、焦点を時間的に変化させることで、スペックルノイズを抑圧する照明装置を実現できる。さらに、光源に高周波を重畳することで、レーザ光のコヒーレンスを低下させてスペックルノイズを低減することができる。また、図８に示すように、複数のレーザ光源８０５を照明装置に備えて、異なる発光点から導波板に光を照射することでスペックルノイズを低減できる。また、図９に示すように、照射装置がチューブ式のフレキシブルな導波管９０３を備えることにより、任意形状の照射面、照射対、照射面積を実現できる。さらに、図１１に示すように、導波管１１０１と導波板２０１とを組み合わせて、面状の照射装置を構成することも可能である。本発明の照射装置は、低消費電力で面状の光を実現できるため、その実用効果は大きい。
【産業上の利用可能性】
【０１２７】
本発明のディスプレイ装置は、均一な光量分布で液晶パネルを照射できるという効果を有し、大型のディスプレイ装置や携帯用のディスプレイ装置等に有用である。本発明の照射装置は、均一な光量分布で照射することができるという効果を有し、照明装置等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態１のディスプレイ装置の構成を示し、（ｂ）は矩形拡散板を示す図
【図２】本発明の実施形態２のディスプレイ装置の構成を示す図
【図３】本発明の実施形態３のディスプレイ装置の構成を示す図
【図４】本発明の実施形態４のディスプレイ装置の構成を示す図
【図５】本発明の実施形態５のディスプレイ装置の構成を示す図
【図６】本発明の実施形態６のディスプレイ装置の構成を示す図
【図７】本発明の実施形態７のディスプレイ装置の構成を示す図
【図８】本発明の実施形態８のディスプレイ装置の構成を示す図
【図９】本発明の実施形態９のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１０】本発明の実施形態１０のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１１】本発明の実施形態１１のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１２】本発明の実施形態１２のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１３】本発明の実施形態１３のディスプレイ装置の構成を示す図
【図１４】本発明の実施形態１４のディスプレイ装置の構成を示す図
【符号の説明】
【０１２９】
１０１、２０４、９０１    液晶パネル
１０２      反射板
１０３、２０５、２０６、２０７、３０５、３０６、３０７、８０５、９０２、１００５、１００６、１００７    レーザ光源
２０１、３０１    導波板
２０２、６１２、１２０８、１３０８    拡散板
２０３      フィルタ
２０８      マイクロレンズアレイ
２０９      レーザ光
２１１      反射膜
２１２、２１３、２１４  波長選択膜
３１０      プリズム
４１３      均一化光学系
５０１ａ、９０３、１００１、１１０１、１２０１、１３０１    導波管
５０１ｂ    分岐導波管
７１３      液晶素子
１３０４    ミラー
１４０２    回折素子
１４０３    駆動回路
１４０５、１４０６  検出器
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2007015402.tif 000023
【図９】
2007015402.tif 000024
【図１０】
2007015402.tif 000025
【図１１】
2007015402.tif 000026
【図１２】
2007015402.tif 000027
【図１３】
2007015402.tif 000028
【図１４】
2007015402.tif 000029
【国際調査報告】
2007015402.tif 000030
2007015402.tif 000031
2007015402.tif 000032