(57)【要約】  本発明は、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源（１２）と、レーザ光を入射し平行光化して、平行レーザ光を出射する光学部材（１３）と、平行レーザ光を端面部（２０ｄ）から入射し、第１の主面（２０ｂ）から出射する平板状の第１の導光路（２０）とを有し、第１の導光路は、第１の導光路内を伝播する直線偏光の平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を第１の主面と略垂直な方向に出射させる光学素子（２０ａ）を含む面状照明装置（１）、および、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る液晶表示装置（３）である。
2007074787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を入射し平行光化して、平行レーザ光を出射する光学部材と、
前記平行レーザ光を端面部から入射し、第１の主面から出射する平板状の第１の導光路とを有し、
前記第１の導光路は、前記第１の導光路内を伝播する直線偏光の前記平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる光学素子を含む面状照明装置。
【請求項２】
前記レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記光学素子は、ホログラム層であり、
複数の前記ホログラム層が、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムである請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムである請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項６】
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びたホログラム層は、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記ホログラム層の回折効率が、単調増加する請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項７】
前記光学素子は半透過ミラーであり、
複数の前記半透過ミラーは、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項８】
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びた半透過ミラーは、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記半透過ミラーの反射率が、単調増加する請求項７に記載の面状照明装置。
【請求項９】
前記光学部材は、前記レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、
前記光路変換部は、前記レーザ光を受け、その光路を折り返して、前記端面部に前記平行レーザ光を入射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項１０】
さらに、前記レーザ光を受けて前記光路変換部に前記レーザ光を導光する第２の導光路をさらに有し、
前記第２の導光路は、前記第１の導光路の前記第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、
前記レーザ光源および前記光路変換部は、前記第２の導光路の端面部近傍に配置される請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１１】
前記光学素子は、実質的に、前記直線偏光の平行レーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する前記平行レーザ光のみを、前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項１２】
表示面側に偏光板が備えられた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを、前記表示面側の反対側である背面側から照明するバックライト照明装置とを有し、
前記バックライト照明装置は、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を入射し平行光化して、平行レーザ光を出射する光学部材と、前記平行レーザ光を端面部から入射し、第１の主面から出射する平板状の第１の導光路とを有し、前記第１の導光路は、前記第１の導光路内を伝播する直線偏光の前記平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を前記第１の主面と略垂直な方向に出射させ、
前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネルの背面側と前記第１の導光路の前記第１の主面とが密接するように配置され、
前記第１の主面から出射されるレーザ光は、その偏光軸が前記偏光板の偏光軸方向に対し設定された交差角度を成して、前記液晶表示パネルの前記背面側に入射することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記光学素子は、ホログラム層であり、
複数の前記ホログラム層が、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムである請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記位相変調体積型ホログラムは、少なくとも、赤色光、緑色光、および、青色光に対応する三種の波長による三波長多重ホログラムである請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記位相変調体積型ホログラムは、赤色光の波長、緑色光の波長、および、青色光のそれぞれに対応する、所定のピッチで形成された三種の単波長ホログラムを含む請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムである請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記第１の導光路は、前記レーザ光源の出射する前記レーザ光の波長に対応した副導光路を備え、
前記副導光路には、前記副導光路内を伝播する前記平行レーザ光の波長に対応した前記位相変調平面型計算機合成ホログラムが形成されている請求項１８に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びたホログラム層は、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記ホログラム層の回折効率が、単調増加する請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
前記光学素子は半透過ミラーであり、
複数の前記半透過ミラーは、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びた半透過ミラーは、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記半透過ミラーの反射率が、単調増加する請求項２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記バックライト照明装置の前記光学部材は、前記レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、
前記光路変換部は、前記レーザ光を受け、その光路を折り返して、前記端面部に前記平行レーザ光を入射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記バックライト照明装置は、さらに、前記レーザ光を受けて前記光路変換部に前記レーザ光を導光する第２の導光路をさらに備え、
前記第２の導光路は、前記第１の導光路の前記第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、
前記レーザ光源および前記光路変換部は、前記第２の導光路の端面部近傍に配置される請求項２３に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記液晶表示パネルは、画素の列を備え、
前記画素は、赤色画素部、緑色画素部、および、青色画素部を含み、
前記平行レーザ光は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光に分離された状態で前記第１の主面から出射され、前記赤色レーザ光が前記赤色画素部に入射し、前記緑色レーザ光が前記緑色画素部に入射し、前記青色レーザ光が前記青色画素部に入射するように、前記第１の導光路の前記光学素子が前記画素の列に対応付けられて配置される請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記バックライト照明装置は、さらに、前記第１の導光路の前記第１の主面に偏向用シートを備え、
前記偏向用シートが、前記第１の主面から出射されたレーザ光の進行方向を偏向させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記偏向用シートは、拡散板、レンズシート、または、プリズムシートを含む請求項２６に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてレーザ光を使用した面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置には、光源として冷陰極蛍光管を利用した面状照明装置がバックライト照明として広く使用されている。これに用いられている冷陰極蛍光管は蛍光体の発光を利用しており、表示可能な色再現範囲に制約がある。このため、より鮮明で、自然な色調を再現するためにさまざまな検討が行われている。これらの中で、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）および青色光（Ｂ光）の３色の発光ダイオード（ＬＥＤ素子）を用いたバックライト用の面状照明装置が注目されている。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の３色またはさらに多色のＬＥＤ素子を用いた光源は、冷陰極蛍光管に比べて色の再現領域が広くなり、高画質を得ることができる。あるいは、フィールドシーケンシャル方式での画像表示も可能である。このため、精力的に開発が進められている。【０００３】
また、３色の発光素子のうち少なくともいずれかの色の発光素子として、ＬＥＤ素子よりも輝度の高い高出力化に適する半導体レーザ素子を用いることで、駆動電流の増大による発熱を抑制し、特性の変動を減少させる構成も示されている。なお、この例では、赤色半導体レーザを用いることが具体的に示されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
特許文献１に記載の例のように、レーザを光源として用いる場合、大面積にわたり均一な輝度を実現することが重要である。輝度のバラツキがあれば、色再現範囲が広くても表示画像は非常に劣化する。しかしながら、レーザ光源をバックライト照明に用いた例はほとんどなく、特許文献１においても均一な輝度を実現することについては何の記載も開示もされていない。【０００５】
他方、従来の液晶表示装置は、一般に、液晶表示パネルを間に挟むようにして２枚の偏光板を液晶表示パネルの前後に備える。２枚の偏光板は互いに略平行に、そして、それぞれの偏光軸同士が所定の交差角度をなすように配置される。ここで、「交差角度」とは、２枚の略平行に配置された偏光板を、その主面に対し垂直な方向から見たときに、２枚の偏光板の偏光軸同士がなす角度である。そのため、従来の液晶表示装置においては、バックライト照明装置のＬＥＤや冷陰極蛍光管からの自然照明光の５０％以上を損失してしまい、光利用効率は極めて低いという大きな課題が存在する。この課題に対し、例えば、液晶表示装置における液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略することができるならば、その光利用効率は、大幅に向上される。しかしながらこれまでのところ、バックライト照明装置として面状照明装置を用いた液晶表示装置において、光利用効率の向上を図る目的で液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略可能とした構成を有する液晶表示装置を開示する文献は発表されていない。
【特許文献１】特開２００５−０６４１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の例は、発光素子の１つとして赤色光半導体レーザを用いる構成を具体的に開示する。しかし、特許文献１は、赤色光、緑色光および青色光の３色のレーザ光源を発光素子として用い、液晶表示装置のバックライト照明装置として一般に要求される程度に均一な輝度を有する面状照明装置を実現するための具体的方法については、一切の開示がない。【０００７】
また、上述のように、面状照明装置をバックライト照明として用いる液晶表示装置において液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略可能とする技術について、一切の開示がない。そのため、上述の光利用効率の低さは液晶表示装置の省電力化に対する制約となっている。【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、発光素子としてレーザ光源を用い、色再現範囲が広く、かつ、均一な輝度を有する面状照明装置を提供する。また、本発明は、本発明にかかる面状照明装置をバックライト照明装置として用い、従来は必須であった液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略可能とし、光利用効率を改善した液晶表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、その一態様において、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を入射し平行光化して、平行レーザ光を出射する光学部材と、平行レーザ光を端面部から入射し、第１の主面から出射する平板状の第１の導光路（第１の導光板）とを有し、第１の導光路は、第１の導光路内を伝播する直線偏光の平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を第１の主面と略垂直な方向に出射させる光学素子を含む面状照明装置である。【００１０】
このような構成とすることにより、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源を用いて、入射する平行化されたレーザ光を第１の（一方の）主面方向から直線偏光の状態を保って面状に均一な輝度で出射し照明する面状照明装置を得ることができる。【００１１】
本発明の一態様においては、レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができることが好ましい。【００１２】
これにより、少なくとも赤色、緑色、および、青色の直線偏光レーザ光を出射し、かつ色再現範囲の広い面状照明装置を得ることができる。【００１３】
本発明の一態様においては、光学素子は、ホログラム層であり、複数のホログラム層が、第１の導光路内を伝播する平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、複数のホログラム層のそれぞれは、平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、第１の主面に略垂直な方向に出射させることが好ましい。この場合において、ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムであってよい。また、ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムであってもよい。【００１４】
このような構成とすることにより、ホログラム層により、偏光を維持したまま一部回折し、一方の主面側から所定の発光波長の直線偏光のレーザ光を出射させることができる。【００１５】
本発明の一態様においては、複数のホログラム層のそれぞれは、平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、略直線状に延びたホログラム層は、平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、端面部から平行レーザ光の伝搬方向に沿って、ホログラム層の回折効率が、単調増加することが好ましい。【００１６】
このような構成とすることにより、ホログラム層の回折効率をレーザ光の伝搬方向に向けて変化させることで、一方の主面の全面にわたって均一な輝度を有し、かつ直線偏光のレーザ光を出射する面状照明装置を得ることができる。【００１７】
本発明の一態様においては、光学素子は半透過ミラーであり、複数の半透過ミラーは、第１の導光路内を伝播する平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、複数の半透過ミラーのそれぞれは、平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、第１の主面に略垂直な方向に出射させることが好ましい。【００１８】
このような構成とすることにより、半透過ミラーにより偏光を維持したまま一部反射し、直線偏光のレーザ光を一方の主面方向から出射させることができる。【００１９】
本発明の一態様においては、複数の半透過ミラーのそれぞれは、平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、略直線状に延びた半透過ミラーは、平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、端面部から平行レーザ光の伝搬方向に沿って、半透過ミラーの反射率が、単調増加することが好ましい。【００２０】
このような構成とすることにより、半透過ミラーの反射率をレーザ光の伝搬方向に向けて変化させることで、一方の主面の全面にわたって均一な輝度を有し、かつ直線偏光のレーザ光を出射する面状照明装置を得ることができる。【００２１】
本発明の一態様においては、光学部材は、レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、光路変換部は、レーザ光を受け、その光路を折り返して、端面部に平行レーザ光を入射させることが好ましい。【００２２】
このような構成とすることにより、面状照明装置の全体形状を小型化できる。さらに、第１の導光板の光学素子に対して一定方向の平行光を入射させることができるので、ホログラム層や半透過ミラー等の設計を容易に行え、面内の光強度分布をより均一化することができる。【００２３】
本発明の一態様においては、さらに、レーザ光を受けて光路変換部にレーザ光を導光する第２の導光路（第２の導光板）をさらに有し、第２の導光路は、第１の導光路の第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、レーザ光源および光路変換部は、第２の導光路の端面部近傍に配置されることが好ましい。【００２４】
このような構成とすることにより、レーザ光源から発生したレーザ光を第２の導光板を通して光路変換部に光の漏れを生じさせずに伝達することができる。また、ごみ等が付着してもレーザ光が遮断されることがなく、信頼性に優れた面状照明装置を実現できる。【００２５】
本発明の一態様においては、光学素子は、実質的に、直線偏光の平行レーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する平行レーザ光のみを、第１の主面と略垂直な方向に出射させることが好ましい。【００２６】
このように構成することにより、一方の主面方向からさらに偏光度の優れた直線偏光のレーザ光を面状に出射する面状照明装置を得ることができる。【００２７】
本発明は、別の一態様においては、表示面側に偏光板が備えられた液晶表示パネルと、液晶表示パネルを、表示面側の反対側である背面側から照明するバックライト照明装置とを有し、バックライト照明装置は、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を入射し平行光化して、平行レーザ光を出射する光学部材と、平行レーザ光を端面部から入射し、第１の主面から出射する平板状の第１の導光路とを有し、第１の導光路は、第１の導光路内を伝播する直線偏光の平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を第１の主面と略垂直な方向に出射させ、液晶表示パネルは、液晶表示パネルの背面側と第１の導光路の第１の主面とが密接するように配置され、第１の主面から出射されるレーザ光は、その偏光軸が偏光板の偏光軸方向に対し設定された交差角度を成して、液晶表示パネルの背面側に入射することを特徴とする液晶表示装置である。この場合において、レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができることが好ましい。【００２８】
このような構成とすることにより、直線偏光のレーザ光を一方の主面方向から面状に出射するバックライト照明装置で照明するので、液晶表示パネルの背面側の偏光板を不要とすることができ、光利用効率を大幅に改善できる。さらに、レーザ光源の波長の色純度がよいので表示可能な色再現範囲が広がり、より鮮明で、自然な色調を再現するフルカラー表示ができる。また、レーザ光源の発光効率は高いので、低消費電力化も可能である。【００２９】
本発明の一態様においては、光学素子は、ホログラム層であり、複数のホログラム層が、第１の導光路内を伝播する平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、複数のホログラム層のそれぞれは、平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、第１の主面に略垂直な方向に出射させることが好ましい。【００３０】
本発明の一態様においては、ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムであることが好ましい。位相変調体積型ホログラムは、少なくとも、赤色光、緑色光、および、青色光に対応する三種の波長による三波長多重ホログラムであってよい。また、位相変調体積型ホログラムは、赤色光の波長、緑色光の波長、および、青色光のそれぞれに対応する、所定のピッチで形成された三種の単波長ホログラムを含んでもよい。【００３１】
本発明の一態様においては、ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムであることが好ましい。この場合において、第１の導光路は、レーザ光源の出射するレーザ光の波長に対応した副導光路を備え、副導光路には、副導光路内を伝播する平行レーザ光の波長に対応した位相変調平面型計算機合成ホログラムが形成されてよい。【００３２】
これらのような構成とすることにより、偏光を維持して回折し一方の主面側から所定の発光波長の直線偏光のレーザ光で照明するので、液晶表示パネル背面側の偏光板を不要とすることができる。したがって、光利用効率を大幅に改善でき、かつ高輝度で色再現範囲の広い液晶表示装置を実現できる。【００３３】
本発明の一態様においては、複数のホログラム層のそれぞれは、平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、略直線状に延びたホログラム層は、平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、端面部から平行レーザ光の伝搬方向に沿って、ホログラム層の回折効率が、単調増加することが好ましい。【００３４】
このような構成とすることにより、一方の主面の全面にわたって均一な輝度を有する直線偏光のレーザ光を出射するバックライト照明装置で照明するので、面内で均一な輝度を有する液晶表示装置を得ることができる。【００３５】
本発明の一態様においては、光学素子は半透過ミラーであり、複数の半透過ミラーは、第１の導光路内を伝播する平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、複数の半透過ミラーのそれぞれは、平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、第１の主面に略垂直な方向に出射させることが好ましい。【００３６】
このような構成とすることで、偏光を維持しながら、半透過ミラーにより一部反射して一方の主面側から所定の発光波長の直線偏光のレーザ光を出射して照明することができる。したがって、液晶表示パネルの背面側の偏光板を不要にすることができ、光利用効率を大幅に改善するとともに高輝度で色再現範囲の広い液晶表示装置を実現できる。【００３７】
本発明の一態様においては、複数の半透過ミラーのそれぞれは、平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、略直線状に延びた半透過ミラーは、平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、端面部から平行レーザ光の伝搬方向に沿って、半透過ミラーの反射率が、単調増加することが好ましい。【００３８】
このような構成とすることにより、一方の主面の全面にわたって均一な輝度を有し直線偏光のレーザ光を出射するバックライト照明装置で照明するので、面内で均一な輝度を有する液晶表示装置を得ることができる。【００３９】
本発明の一態様においては、バックライト照明装置の光学部材は、レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、光路変換部は、レーザ光を受け、その光路を折り返して、端面部に平行レーザ光を入射させることが好ましい。【００４０】
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を小型化できるので、液晶表示装置全体として小型化することができる。さらに、光路変換部はレーザ光を第１の導光板の一方の端面部に平行光として入射させるので、ホログラム層や半透過ミラー等の光学素子の設計を容易に行え、面内光強度分布をより均一化することができる。これにより、より均一な輝度を有する液晶表示装置を得ることができる。【００４１】
本発明の一態様においては、バックライト照明装置は、さらに、レーザ光を受けて光路変換部にレーザ光を導光する第２の導光路をさらに備え、第２の導光路は、第１の導光路の第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、レーザ光源および光路変換部は、第２の導光路の端面部近傍に配置されることが好ましい。【００４２】
このような構成とすることにより、レーザ光を第２の導光板を通して光路変換部に光の漏れを生じさせずに伝達できる。また、レーザ光源の光路にごみ等が付着することがないのでレーザ光が遮断されることがなくなる。したがって、品質の高い液晶表示装置を実現できる。【００４３】
本発明の一態様においては、液晶表示パネルは、画素の列を備え、画素は、赤色画素部、緑色画素部、および、青色画素部を含み、平行レーザ光は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光に分離された状態で第１の主面から出射され、赤色レーザ光が赤色画素部に入射し、緑色レーザ光が緑色画素部に入射し、青色レーザ光が青色画素部に入射するように、第１の導光路の光学素子が画素の列に対応付けられて配置されることが好ましい。【００４４】
このような構成とすることにより、液晶表示パネルの画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色の光を照射することができるので、カラーフィルタをなくすことも可能である。カラーフィルタを除去することにより、より明るい表示を得ることもできる。【００４５】
本発明の一態様においては、バックライト照明装置は、さらに、第１の導光路の第１の主面に偏向用シートを備え、偏向用シートが、第１の主面から出射されたレーザ光の進行方向を偏向させることが好ましい。この場合において、偏向用シートは、拡散板、レンズシート、または、プリズムシートを含んでよい。【００４６】
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の一方の主面全面から斜め方向にも直線偏光のレーザ光が均一に広がるので、広い視野で均一表示の液晶表示装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明にかかる面状照明装置は、液晶表示装置のバックライト照明装置として使用するにあたり十分な輝度の均一さを有する。また、本発明にかかる面状照明装置をバックライト照明装置として用いる本発明にかかる液晶表示装置は、従来型の面状照明装置をバックライト照明として用いた従来型の液晶表示装置よりも広い色再現範囲の影像表示が可能である。さらに、本発明にかかる面状照明装置の作用により、本発明にかかる液晶表示装置においては、液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略可能であり、よって、光利用効率が向上され、さらには、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】本発明にかかる第１の実施形態による面状照明装置の構成を示す概略的平面図
【図１Ｂ】図１Ａの線Ａ−Ａに沿った断面を示す概略的断面図
【図２Ａ】第１の実施形態による面状照明装置のホログラム層として、位相変調体積型ホログラムを配列した第１の導光板の構成を示す概略的斜視図
【図２Ｂ】第１の実施形態による面状照明装置のホログラム層として、位相変調体積型ホログラムを配列した第１の導光板の構成を示す概略的斜視図
【図３】第１の実施形態による面状照明装置のホログラム層として、位相変調体積型ホログラムを配列した第１の導光板の構成別例を示す概略的斜視図
【図４Ａ】第１の実施形態による面状照明装置の変形例の構成を示す概略的断面図
【図４Ｂ】位相変調平面型計算機合成ホログラムの部分拡大図
【図４Ｃ】凹凸パターンの繰り返しが断続的に形成された位相変調平面型計算機合成ホログラムの概略的部分断面図
【図５Ａ】第１の実施形態による面状照明装置をバックライト照明装置として用いる液晶表示装置の構成を示す概略的平面図
【図５Ｂ】図５Ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面を示す概略的断面図
【図６Ａ】本発明にかかる第２の実施形態による面状照明装置の構成を示す概略的平面図
【図６Ｂ】図６Ａの線Ｃ−Ｃ線に沿った断面を示す概略的断面図
【図７Ａ】第２の実施形態による面状照明装置の、半透過ミラーを配列した第１の導光板の構成を示す概略的断面図
【図７Ｂ】第２の実施形態による面状照明装置の、半透過ミラーを配列した第１の導光板の構成を示す概略的断面図
【図８】第２の実施形態による面状照明装置の変形例の構成を示す概略的断面図
【図９Ａ】第２の実施形態による面状照明装置をバックライト照明装置として用いる液晶表示装置の構成を示す概略的平面図
【図９Ｂ】図９Ａの線Ｄ−Ｄに沿った断面を示す概略的断面図
【図１０Ａ】第３の実施形態による面状照明装置をバックライト照明装置として用いる液晶表示装置の構成を示す概略的平面図
【図１０Ｂ】図１０Ａの線Ｅ−Ｅに沿った断面を示す概略的断面図
【図１１Ａ】第３の実施形態による面状照明装置をバックライト照明装置として用いる液晶表示装置の構成を示す概略的平面図
【図１１Ｂ】図１１Ａの線Ｆ−Ｆに沿った断面を示す概略的断面図
【図１２Ａ】本発明にかかる第４の実施形態による面状照明装置の構成を示す概略的平面図
【図１２Ｂ】図１２Ａの線Ｇ−Ｇに沿った断面を示す概略的断面図
【符号の説明】
【００４９】
１、２、４、５、５０、７０    面状照明装置（バックライト照明装置）
３、６、６０    液晶表示装置
１２    レーザ光源
１２ａ    Ｒ光源（赤色光源）
１２ｂ    Ｇ光源（緑色光源）
１２ｃ    Ｂ光源（青色光源）
１３、１３ａ、１３ｂ    光学部材
１４    ダイクロイックミラー
１６    筐体
１８    収納部
２０、３０、４０、５０、５８    第１の導光板
２０ａ、４０ａ、５８ａ    光学素子
２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ、５０ｂ、５８ｂ    一方の主面
２０ｃ、４０ｃ、５０ｃ、５８ｃ    他方の主面
２０ｄ、３０ｄ、４０ｄ、５４ａ、５８ｄ    一方の端面部
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、４５、５５    偏向用シート
３４    液晶表示パネル
５２    ビーム走査部
５２ａ    反射ミラー
５２ｂ    角度調整機構
５４    第２の導光板
５４ｂ    他方の端面部
５６    光路変換部
２５１、３５１、５８１    ホログラム層
２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ    位相変調体積型ホログラム
３０１、３０２、３０２、５１１、５１２、５１３    副導光板
３１１    溝
３４１    偏光板
３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ    位相変調平面型計算機合成ホログラム
４０１    傾斜面
４０２    誘電体多層膜
４０３    透明樹脂
４５１、５５１    半透過ミラー
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明は、光源としてレーザ光源を用い、大面積の表示面に均一な輝度を有し、かつ、色再現範囲の広い面状照明装置である。もって、本発明は、その面状照明装置を用いた液晶表示装置を提供する。【００５１】
以下、本発明の実施形態について、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。また、図面は、理解しやすくするために面状照明装置（バックライト照明装置）を拡大して示しており、液晶表示パネルと面状照明装置との寸法等については正確な表示ではない。【００５２】
（第１の実施形態）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１の実施形態にかかる面状照明装置を示す図である。図１Ａは構成の概要を示す平面図、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。なお、図１Ａにおいては、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。また、本実施形態においては、後述するように、光学素子として、ホログラム層を用いた例について説明する。【００５３】
図１Ａに示すように、第１の実施形態の面状照明装置１は、以下の構成からなる。面状照明装置１は、レーザ光源１２（１２ａ、１２ｂ、および、１２ｃ）を有し、レーザ光源１２は、少なくとも３つの、それぞれが赤色光（Ｒ光）源１２ａ、緑色光（Ｇ光）源１２ｂおよび青色光（Ｂ光）源１２ｃの３原色の直線偏光を発光する光源を有する。ダイクロイックミラー１４は、レーザ光源１２ａ、１２ｂ、および、１２ｃの出射するレーザ光を合波し、同一箇所から出射する。ダイクロイックミラー１４から出射したレーザ光は、例えばシリンドリカルレンズといった光学部材１３ａにより拡大され、光学部材１３ｂに入射する。本実施形態において光学部材１３（１３ａおよび１３ｂ）は、ダイクロイックミラー１４から出射したレーザ光を、光学的に平行なレーザ光として出射する機能を有し、例えば、そのような機能を有するように設計されたレンズ群で構成される。本実施形態においては、光学部材１３ａは、それに入射するレーザ光を図面面内横方向に拡大して出射させるレンチキュラーレンズである。そして、光学部材１３ｂは、上記拡大作用を受けた状態で光学部材１３ａから出射するレーザ光を受け、当該レーザ光を平行光化し、平行レーザ光として出射するシリンドリカルフレネルレンズである。このように、レンチキュラーレンズおよびシリンドリカルフレネルレンズの組み合わせで光学部材１３を構成することにより、光学部材１３は、それに入射するレーザ光を、その伝播方向を横断する一方向に関して略均一な光強度を有する平行レーザ光に変換することができ、好都合である。第１の導光板２０（第１の導光路）は、レーザ光源１２から出射され、直線偏光かつ平行光となったレーザ光を一方の端面部２０ｄから入射し、一方の主面２０ｂ（図１Ｂ参照。）から出射する。第１の導光板２０の内部には、光学素子２０ａ（図１Ｂ参照。）が設けられており、光学素子２０ａにより、入射したレーザ光の少なくとも一部は、回折または反射されて一方の主面２０ｂに略垂直な方向に直線偏光で出射する。なお、第１の導光板２０の他方の主面２０ｃ側には、筐体１６が配置されている。【００５４】
また、第１の導光板２０は、透明で、光学特性に優れた樹脂材料を用いることが好ましく、特に複屈折が小さ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。【００５５】
本実施形態では、光学素子２０ａは、ホログラム層を有する。以下、光学素子２０ａを、ホログラム層２５１として説明する。ホログラム層２５１は、一方の端面部２０ｄから入射し伝播するレーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、ホログラム層２５１は、レーザ光の少なくとも一部を回折し、一方の主面２０ｂから出射させる。【００５６】
ホログラム層２５１は、第１の導光板２０面内の各部位で、各色のレーザ光の少なくとも一部を、その偏光状態を維持したまま回折させ、一方の主面２０ｂに垂直な方向より出射させ、残りの光を透過させる。透過されたレーザ光は、伝播方向に関して次のホログラム層２５１に入射される。なお、このホログラム層２５１は、第１の導光板内２０に連続的に形成してもよいし、あるいは非連続的に、間欠的に、形成してもよい。【００５７】
図２Ａは、本実施形態の面状照明装置１のホログラム層２５１として、位相変調体積型ホログラムを配列した場合における、第１の導光板２０の構成を説明する概略的な斜視図である。このようなホログラム層２５１は、例えば、約１００μｍの厚みのフォトポリマーフィルムに、その面内で主面に平行な方向に数μｍ〜２０μｍ幅の帯状あるいはドット状に形成された位相変調体積型ホログラム２５１ａとして干渉露光により形成される。なお、図２Ａに示す位相変調体積型ホログラム２５１ａは、第１の導光板２０内の同じ部分に対し、少なくとも赤色、緑色および青色の光源を用いることにより多重露光（三波長多重露光）して形成された位相変調体積型ホログラムである。このようにして構成された位相変調体積型ホログラム２５１ａは、ホログラム２５１ａを伝播する、赤色、緑色、および、青色の各色のレーザ光の少なくとも一部を回折させ、対応する色の直線偏光レーザ光として、一方の主面２０ｂと略垂直な方向へ出射する。【００５８】
図２Ｂは、第１の導光板２０の内部に位相変調体積型ホログラム層２５１ｃをドット状に配置した例である。位相変調体積型ホログラム２５１ｃは、光の伝播方向（図２Ｂの横方向）に数〜２０μｍの幅を有したホログラムが、第１の導光板２０内部に図のように点在し、一方の端面部２０ｄ（図１Ａ参照。）から入射したレーザ光の少なくとも一部を回折し、一方の主面２０ｂ（図１Ａ参照。）から出射させる。点在するホログラムの大きさは、１辺が数〜数百μｍの大きさとすることができる。回折効率を大きくする場合、個々のホログラムのブロックの大きさを大きくすればよい。またホログラムのブロック同士間の間隔は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。間隔が１０ｍｍよりも大きい場合、一方の主面２０ｂから出射するビーム間の間隔が大きくなり、面内分布の均一化ができなくなる。ホログラム２５１ｃの幅は、ホログラムの選択性が強くならないように光の伝播方向に対し、２０μｍ以下とすることが好ましい。２０μｍ以上の場合、入射する光の角度許容幅が小さくなり、導光板の組み立て工程に過度の精度を要求することになる。【００５９】
図２Ｂに示すドット状のホログラム２５１ｃは、ＲＧＢの３波長の波長多重ホログラムとしてよい。またあるいは、ドット毎に異なる波長の光を回折するようにグレーティングを作成してもよい。ホログラムのグレーティングは、使用するレーザ波長とマスクを用いて、フォトポリマーに干渉露光することで作成できる。【００６０】
図３は、本実施形態の面状照明装置１のホログラム層２５１としてさらに別の構成の位相変調体積型ホログラム２５１ｂを配列した場合における、第１の導光板２０の構成を説明する概略的な斜視図である。図３に示すように、この場合、第１の導光板２０内に、設定されたピッチで少なくとも赤色、緑色および青色の各波長用の位相変調体積型ホログラム２５１ｂ（単波長ホログラム）が形成される。このように位相変調型ホログラム２５１ｂを各色に対応した単波長ホログラムとして構成することにより、第１の導光板２０を伝播する各色のレーザ光の少なくとも一部は、各波長用に形成された位相変調体積型ホログラム２５１ｂによって一方の主面２０ｂに略垂直な方向へ回折され、対応する色の直線偏光レーザ光として一方の主面２０ｂより出射される。【００６１】
なお、このようなホログラム層２５１（２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ）を用いる場合、第１の導光板２０の一方の端面２０ｄ（図１Ａ等参照。）から、レーザ光の伝播する方向に沿って、ホログラム層２５１の回折効率が、設定した比率で変化するようにしてもよい。望ましくは、一方の端面２０ｄ（レーザ光が入射する側の端部）から、レーザ光の伝搬方向に沿って、ホログラム層２５１の回折効率が、所定の比率（一定の比率または変化率がレーザ光の伝播方向にそって変化する可変的比率）で高くなるように、ホログラム層２５１を構成する。回折効率は、端面２０ｄ側からレーザ光の伝播方向に沿って、単調増加的に変化することが望ましい。このようにホログラム層２５１を構成することで、レーザ光の強度の減衰を補償し、一方の主面２０ｂに略垂直な方向に出射される直線偏光レーザ光の強度を、一方の主面２０ｂにわたって均一化することができ、均一な輝度を実現することができる。【００６２】
図４Ａは、本実施形態の変形例の面状照明装置２の構成を示す断面図である。この変形例の面状照明装置２の場合、光学素子としてホログラム層３５１を有し、このホログラム層３５１は、位相変調平面型計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃを配列した構成を有する。すなわち、第１の導光板３０は、レーザ光源１２のそれぞれの色の光源、すなわちＲ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂ、Ｂ光源１２ｃに対応する数だけ配置された副導光板３０１、３０２、３０３を含み、副導光板３０１、３０２、３０３には、それぞれ位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃが設けられている。これらの位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃは、コンピュータを用いて求めた位相変調パターンを、溝部３１１として、副導光板３０１、３０２、３０３の表面に射出成形によりそれぞれ形成することで作製することができる。そして、副導光板３０１、３０２、３０３のそれぞれ一方の端面部３０ｄに、図４Ａに示すように各色のレーザ光をそれぞれ入射する。【００６３】
このように構成された位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃは、平行光であるそれぞれの色のレーザ光を溝部３１１で直角方向に一部回折し、回折された直線偏光レーザ光は、一方の主面３０ｂ側から出射される。なお、この位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃにおいては、第１の導光板３０の入射面側（一方の端面部３０ｄ側）から、レーザ光の伝搬する方向に沿って溝部３１１の高さｈ（図４Ｂ参照。）を変化させることにより、レーザ光の伝播方向に沿ってホログラム層３５１（３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ）の回折効率を、予め設定された比率で変化させることができる。特に、レーザ光が伝搬する方向に沿って、ホログラム層３５１の回折効率が次第に高くなるようにホログラム層３５１を形成することが望ましい。回折効率は、入射面側からレーザ光の伝播方向に沿って、単調増加的に変化することが望ましい。このようにホログラム層３５１を構成することで、レーザ光の強度の減衰を補償し、一方の主面３０ｂに略垂直な方向に出射される直線偏光レーザ光の強度を、一方の主面３０ｂにわたって均一化することができ、均一な輝度を実現することができる。【００６４】
図４Ｂに、位相変調平面型計算機合成ホログラムの例である位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａの部分拡大図を示す。ホログラムの回折効率は、溝状に形成される凹凸パターン（溝部３１１）の高さｈと凹凸パターンの繰り返される長さＬにより設定可能である。回折効率は、ｈの２乗、またはＬの１乗に比例するため、回折効率を高めたい場合は、ｈを大きく、および／または、Ｌを長くすればよい。また、レーザ光の回折方向は、溝部３１１の凹凸周期Λとレーザ光の波長により決定される。本発明においては、凹凸周期Λは、回折方向を３０ｂの主面から略垂直な方向に回折光が出射するように設定可能な周期長であればよい。【００６５】
図４Ｃは、凹凸パターンの繰り返しが断続的に形成され、それぞれの箇所から所望の光量を主面から出射するようにした場合の位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａの例である。繰り返し長Ｌにより、回折効率を制御している。【００６６】
図４Ｃに示すように、凹凸パターンの繰り返しが形成される部分を局所化することにより、一方の主面から出射される回折レーザ光の強度が特に強い部分と逆に特に弱い部分とを設けることが可能である。このような設計がなされた位相変調平面型計算機合成ホログラムを、図４Ａに示す面状照明装置２に用いれば、Ｒ、Ｇ、および、Ｂの各色のレーザ光を分離した状態で、一方の主面３０ｂから出射させることも可能である。【００６７】
なお、位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃによって−一次光が発生する場合には、一方の主面３０ｂの反対側の主面に反射層（図示せず）を配置し、−一次光を反射させて一方の主面３０ｂから出射するようにしてもよい。また、副導光板３０１、３０２、３０３は、これらの副導光板３０１、３０２、３０３より屈折率の低い透明樹脂で接着してもよい。これにより、光学的な支障を生じずに一体化した第１の導光板３０を構成することができる。【００６８】
このようにして、レーザ光を平行光にして第１の導光板３０に入射させ、光学素子である位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃによって、偏光状態を維持して伝播方向と直角の方向に一部出射することにより、直線偏光レーザ光を一方の主面３０ｂ方向から面状に均一な輝度で出射することが可能な面状照明装置２を得ることができる。【００６９】
これにより、レーザ光源を用いて均一で色再現範囲が広く、かつ液晶表示パネル背面側の偏光板が不要な面状照明装置２が得られる。【００７０】
また、面状照明装置１および変形例の面状照明装置２において、第１の導光板２０、３０に設けた光学素子は、第１の導光板２０、３０内を伝播するレーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する直線偏光レーザ光のみを回折させ、その一部を一方の主面２０ｂ、３０ｂと略垂直な方向へ出射させてもよい。これにより、一方の主面から略垂直に出射するレーザ光の偏光度は、さらに向上され、優れた直線偏光性を有するレーザ光を面状に出射する面状照明装置１、２を得ることができる。【００７１】
本実施形態において説明したホログラム２５１、３５１は、位相変調型ホログラムであることが望ましい。しかしながら、本実施形態において、振幅変調型ホログラムを使用することも可能である。なお、第１の導光板２０は、中空型の導光路でもよい。その場合、第１の導光板２０は、一方の端面部２０ｄから入射する平行レーザ光を一方の主面２０ｂと略垂直な方向に回折させるホログラム素子（例えば、表面レリーフ型ホログラム）を、平行レーザ光の伝播する方向に沿って複数個設けた構成としてもよい。【００７２】
図５Ａおよび図５Ｂは、本実施形態にかかる面状照明装置１をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置３の構成を示す図である。図５Ａは構成の概要を示す平面図、図５Ｂは図５ＡのＢ−Ｂ線に沿って切断した断面の概略図である。なお、この液晶表示装置３を図示する場合において、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。【００７３】
本実施形態の液晶表示装置３は、バックライト照明装置１として本実施形態による面上照明装置１を備え、さらに、液晶表示パネル３４を備える。液晶表示パネル３４は、表示面側、すなわち観察者側にのみ偏光板３４１が配置された液晶表示パネル３４である。【００７４】
バックライト照明装置である面状照明装置１は、レーザ光源１２と、レーザ光源１２から出射されるレーザ光を一方の端面部２０ｄから入射し、一方の主面２０ｂから面状に出射する平板状の第１の導光板２０とを備えている。第１の導光板２０は、一方の端面部２０ｄから直線偏光で、かつ略平行光として入射したレーザ光を、その内部に設けた光学素子２０ａにより回折させて一方の主面２０ｂに略垂直な方向に直線偏光で出射する。面状照明装置１の第１の導光板２０の一方の主面２０ｂと、偏向用シート２５と、液晶表示パネル３４とは、ほぼ密接して配置されている。そして、一方の主面２０ｂから出射され液晶表示パネル３４に入射する直線偏光レーザ光の偏光軸と、液晶表示パネル３４の偏光板３４１の偏光軸とは、設定された交差角度を成すように構成されている。【００７５】
さらに、面状照明装置１のレーザ光源１２は、上記したように少なくとも赤色、緑色および青色をそれぞれ出射する光源を有する。また、本実施形態の液晶表示装置３においては、第１の導光板２０の一方の主面２０ｂにレーザ光の進行方向を偏向し、液晶表示画面の視野角を拡大する偏向用シート２５ａを配置している。この偏向用シート２５ａは、例えば透明なアクリル系樹脂やポリオレフィン系樹脂材料などからなる拡散板、レンズシートまたはプリズムシートなどを使用することができる。これにより、一方の主面２０ｂの全面から斜め方向にも直線偏光のレーザ光が均一に広がるので、広い視野角で、均一な輝度で表示される液晶表示装置３を得ることができる。【００７６】
本発明の液晶表示装置は、導光板のレーザ光を出射する主面側に、レーザ光の進行方向を偏向する偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および／または、２５ｃを設けることが好ましい。偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および／または、２５ｃにより、主面に略垂直な方向に出射したレーザ光を、略垂直以外の方向にも向けることができ、よって、様々な角度から液晶表示装置を鑑賞する視聴者に対し、画像を明るく表示可能となる。特に、偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および、２５ｃには、複屈折が低いアクリル系やポリオレフィン系の樹脂材料を用いることが好ましい。このような材料を用いることで、レーザ光の直線偏光性を保持しながら、ビームの進行する角度および強度分布を制御できる。【００７７】
また偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および、２５ｃには、レーザ光の発散角を大きくする拡散フィルム、レンズシート、プリズムシートを用いることが好ましい。レンズシートやプリズムシートは、レンズやプリズムが繰り返し形成されたパターンからなり、レーザ光を発散させる。拡散フィルムは、表面に凹凸パターンを有するか、内部に拡散剤を混入させることで、レーザ光を発散させる。このように発散角を与える偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および、２５ｃを用いることで、液晶表示装置の視野角を拡げることができる。本発明では、レーザ光を主面方向に出射させてから、ビームを発散させることで、視野角の確保と、レーザ光の直線偏光性の確保を両立させる。【００７８】
特に、本発明では、前記レーザ光に発散角を与える偏向用シート２５ｂ、および／または、２５ｃを、液晶パネル３４の視聴者側にも設けることが好ましい。前記した導光板主面上の偏向用シート２５ａとあわせて用いることで、さらに広い視野角を得ることができる。偏向用シート２５ａ単独で、所望の視野角を確保しようとした場合に、液晶パネル３４入射前に過度にレーザ光のビームが拡大され、ビーム損失が生じるような場合であっても、液晶パネル３４前後に偏向用シート２５ａ、ならびに、２５ｂ、および／もしくは、２５ｃを用いれば、ビームの拡大を、液晶パネル３４の前後で分担させることができ、よって、ビーム損失を最小限に抑えながら所望の視野角と正面輝度の設定を行うことが可能となる。【００７９】
また液晶パネル３４の視聴者側の偏向用シート２５ｂおよび／または２５ｃは、液晶パネル３４と出射側偏光板３４１の間（図における偏向用シート２５ｂ）に設けることが好ましい。偏向用シートは、視聴者側の照明光を拡散反射させ、明所コントラストの劣化を導くが、視聴者側から見て偏光板３４１の背後側に、偏向用シート２５ｂを配置することで、照明光の拡散を偏光板により遮り、明所コントラストの劣化を抑えることができる。【００８０】
図５Ａおよび図５Ｂに示す液晶表示装置３の場合には、図１Ａおよび図１Ｂに示す光学素子２０ａのホログラム層２５１として位相変調体積型ホログラム２５１ａを用いた面状照明装置１を例として示している。すなわち、ホログラム層２５１は、図２に示す第１の導光板２０の同じ部位に少なくとも赤色、緑色および青色光源を用いて多重露光（三波長多重露光）で形成してなる位相変調体積型ホログラム２５１ａを一定ピッチで配列した構成からなる。【００８１】
一方の主面２０ｂから出射されるレーザ光の偏光軸の方向と、液晶表示パネル３４の表示面側の偏光板３４１の偏光軸の方向との成す交差角度は、例えばツイストネマティック型液晶表示パネルであれば、０度あるいは９０度に、ホメオトロピック型液晶表示パネルであれば０度に設定されればよい。このようにすれば、液晶表示パネル３４の背面側には偏光板（偏光子）を省略することができる。【００８２】
液晶表示パネル３４は、透過型または半透過型構成で、例えば薄膜トランジスタ駆動（ＴＦＴ）アクティブマトリクス型の液晶表示パネルであり、表示領域には赤色画素部、緑色画素部および青色画素部を１つの画素単位として、多数の画素が設けられ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により駆動される。そして、２枚のガラス基板の間に液晶層が所定の方向に配向されて設けられている。また、この液晶層を駆動するためのＴＦＴはガラス基板の一方に形成されているが、これらは図示していない。この液晶表示パネル３４は、パネル背面側の偏光板を不要とすることを除き、従来から使用されているものを用いることができるので、さらなる説明を省略する。【００８３】
本実施形態の液晶表示装置３では、バックライト照明装置として、レーザ光源を用いてレーザ光を位相変調体積型ホログラム層２５１ａによって一方の主面２０ｂと略垂直な方向へ回折し出射する面状照明装置１により、液晶表示パネル３４をその背面側から直線偏光レーザ光で照明する。【００８４】
液晶表示パネル背面側から入射した直線偏光のレーザ光は、動作する液晶層の液晶分子配向の変化により屈折率異方性が変化して旋光あるいは偏光状態に変化を受けた後、表示面側、すなわち観察者側に配置してある表示面側の偏光板３４１（検光子）によって偏光制御され光強度変調を受ける。そして、光強度変調を受けたレーザ光が表示面側に出てくることにより、高画質の画像表示がなされる。これは各色のレーザ光についても全く同様に作用し、フルカラー表示が実現できる。これにより、液晶パネル３４背面側の偏光板が不要となるので、従来の背面側に偏光板を有する液晶表示装置に比して約５０％光利用効率が向上し、高輝度表示の液晶表示装置３を実現できる。【００８５】
また、レーザ光源１２を構成するＲ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂおよびＢ光源１２ｃの発光波長は非常に色純度のよいものが得られることから、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光源を使用する方式に比べて、さらに高画質の画像表示を得ることができる。また、レーザ光源はＬＥＤ光源に比べて発光効率が良好であることから、低消費電力化も可能である。【００８６】
なお、第１の導光板２０の光学素子２０ａとしてホログラム層２５１を用い、このホログラム層２５１が図３に示すように位相変調体積型ホログラム２５１ｂを一定ピッチで配列した構成の面状照明装置１をバックライト照明装置として用いてもよい。あるいは、図４Ａ等に示す位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃが形成された副導光板３０１、３０２、３０３を一体化して構成する第１の導光板３０を用いた面状照明装置２をバックライト照明装置として用いてもよい。【００８７】
また、上記においては、バックライト照明装置は、一方の主面方向から偏光の状態を維持して出射させた各色のレーザ光で、そのまま液晶表示パネル背面側を照明するとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の導光板２０に設けた光学素子２０ａであるホログラム層２５１を液晶表示パネル３４の画素列に対応する位置に配置し、一方の主面２０ｂから少なくとも赤色、緑色および青色に分離したレーザ光を、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部にそれぞれ入射させる構成としてもよい。これにより、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色に分離したレーザ光を個別に照射することができるので、カラーフィルタをなくすことも可能である。カラーフィルタを除去することにより、より明るい表示を得ることもできる。【００８８】
（第２の実施形態）
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の第２の実施形態にかかる面状照明装置４を示す図である。図６Ａは構成の概要を示す平面図、図６Ｂは図６ＡのＣ−Ｃ線に沿って切断した断面の概略図である。この面状照明装置４を図示する場合においても、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。本実施形態の面状照明装置４は、第１の実施形態の面状照明装置１との比較において、第１の導光板４０の光学素子４０ａが半透過ミラー４５１である点において異なる。半透過ミラー４５１は、第１の導光板４０内を伝播するレーザ光の伝播方向に沿って設定されたピッチで配列され、レーザ光の少なくとも一部は半透過ミラーで反射され、一方の主面４０ｂに略垂直な方向へ伝播し、一方の主面４０ｂから出射するように構成される。なお、第１の導光板４０の他方の主面４０ｃ側には、筐体１６が配置されている。【００８９】
図６Ｂに示すように、本実施形態の面状照明装置４は、第１の導光板４０に設ける光学素子４０ａとして、半透過ミラー４５１を用いる。以下、光学素子４０ａを、半透過ミラー４５１として説明する。【００９０】
レーザ光は、第１の導光板４０の一方の端面部４０ｄから、平行光として入射される。ここで、半透過ミラー４５１はそれぞれ、レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に延び、伝播方向に沿って設定されたピッチで並んで配列される。半透過ミラー４５１により、第１の導光板４０内の各部位で、直線偏光レーザ光の少なくとも一部は一方の主面４０ｂに略垂直な方向に反射され、残りの直線偏光レーザ光が、伝播方向に沿って次の半透過ミラー４５１に向かって透過される。なお、漏れ光が発生する場合には、第１の導光板４０の他方の主面４０ｃ側に反射層（図示せず）を配置してもよい。【００９１】
図７Ａおよび図７Ｂは、本実施形態の面状照明装置４の第１の導光板４０に設ける半透過ミラー４５１の構成を示す概念的な断面図である。先ず、図７Ａ（ａ）に示すように、第１の導光板４０の半透過ミラー４５１は、例えば透明な樹脂基板に設定されたピッチで形成した帯状の傾斜面４０１の表面に誘電体多層膜４０２を積層して形成した構成を有してよい。なお、誘電体多層膜４０２は屈折率や膜厚を変化させて積層することが好ましい。【００９２】
あるいは、図７Ｂに示すように、設定されたピッチで形成した帯状の傾斜面４０１の表面に誘電体多層膜４０２を積層した後、透明樹脂４０３で傾斜面４０１を埋め込むように形成してもよい。これらの構成とすることにより、半透過ミラー４５１により、赤色、緑色および青色の直線偏光のレーザ光を一方の主面４０ｂから出射させることができる。【００９３】
また、半透過ミラー４５１は、レーザ光の伝播方向に対して垂直に略直線状に延び、伝播方向に沿って設定されたピッチで列状に並んで配列される。第１の導光板４０の入射面側から、レーザ光の伝搬方向に沿って、半透過ミラー４５１の反射率を段階的に変化させて形成している。反射率は、入射面側から伝播方向に沿って単調増加的に変化することが望ましい。これにより、一方の主面４０ｂの全面にわたって均一な輝度で直線偏光レーザ光を出射する面状照明装置４が得られる。【００９４】
図８は、本実施形態の変形例の面状照明装置５の構成を示す概念的な断面図である。図８に示すように、この変形例の面状照明装置５においては、第１の導光板５０はレーザ光源１２のそれぞれの色の光源に対応して配置した副導光板５１１、５１２、５１３を備える。これらの副導光板５１１、５１２、５１３に半透過ミラー５５１が設けられる。これらの副導光板５１１、５１２、５１３は、それぞれ設定されたピッチで形成した傾斜面の表面に誘電体多層膜を積層し、傾斜面を透明樹脂で埋めてなる半透過ミラー５５１が設けられている。すなわち、副導光板５１１、５１２、５１３の構造は、図７Ｂに示す導光板と基本的に同じである。これにより、それぞれの副導光板５１１、５１２、５１３のそれぞれの半透過ミラー５５１により、赤色、緑色および青色のレーザ光は、それぞれ、少なくとも一部が反射され、一方の主面５０ｂから出射される。なお、他方の主面５０ｃ側には、筐体１６が配置されている。【００９５】
このような構成により、レーザ光源を光源として用い、一方の主面５０ｂから面状に直線偏光レーザ光を出射可能な面状照明装置５を得ることができる。また、面状照明装置５をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置は、光源としてレーザ光源を用いているので、色再現範囲が広く、かつ、液晶表示パネル背面側の偏光板を省略可能である。【００９６】
さらに、この変形例の面状照明装置５を、液晶表示装置のバックライト照明装置として用いる場合においては、赤色、緑色および青色の各レーザ光が一方の主面５０ｂから出射する位置を、液晶表示パネルの画素を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に対応するように半透過ミラー５５１を配置することができる。このように半透過ミラー５５１を構成することにより、一方の主面５０ｂから出射する赤色レーザ光を赤色画素部に、緑色レーザ光を緑色画素部に、また、青色レーザ光を青色画素部に、入射させることが可能である。この場合、液晶表示パネルの画素からカラーフィルタをなくすことが可能である。【００９７】
また、上記において、第１の導光板５０に設けた光学素子は、第１の導光板５０内を伝播するレーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する直線偏光レーザ光のみを反射させ、その一部を一方の主面５０ｂと略垂直な方向へ出射させてもよい。これにより、一方の主面から略垂直に出射するレーザ光の偏光度は、さらに向上され、優れた直線偏光性を有するレーザ光を面状に出射する面状照明装置５を得ることができる。【００９８】
図９Ａおよび図９Ｂは、本実施形態にかかる面状照明装置４をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置６の構成を示す図である。図９Ａは構成の概略を示す平面図、図９Ｂは図９ＡのＤ−Ｄ線に沿って切断した断面の概略図である。この液晶表示装置６を図示する場合においても、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。図９Ａおよび図９Ｂに示す本実施形態の液晶表示装置６は、図５Ａおよび図５Ｂに示す第１の実施形態の液晶表示装置３との比較において、バックライト照明装置である面状照明装置４の第１の導光板４０の光学素子４０ａが半透過ミラー４５１である点において異なる。【００９９】
図９Ｂに示すように、本実施形態の液晶表示装置６は、偏光板３４１を表示面側、すなわち観察者側に有する液晶表示パネル３４と、液晶表示パネル３４を背面側から照明するバックライト照明装置とを備える。このバックライト照明装置が、上述の面状照明装置４である。【０１００】
なお、本実施形態の液晶表示装置６においては、第１の導光板４０の一方の主面４０ｂにレーザ光の進行方向を偏向し、液晶表示画面の視野角を拡大する偏向用シート４５を配置している。この偏向用シート４５は、例えば透明なアクリル系樹脂やポリオレフィン系樹脂材料などからなる拡散板、レンズシートまたはプリズムシートを使用することができる。これにより、バックライト照明装置の一方の主面４０ｂの全面から斜め方向にもレーザ光が均一に広がるので、広い視野で均一表示の液晶表示装置６を得ることができる。【０１０１】
また、第１の導光板４０の半透過ミラー４５１は、レーザ光の伝播方向に垂直な方向に、略直線状に延び、レーザ光の伝播方向に沿って、並んで配列される。各半透過ミラー４５１は、第１の導光板４０の入射面側（一方の端面４０ｄ側）から、レーザ光の伝搬方向に沿って、その反射率を段階的に変化させて設けられている。こうすることにより、一方の主面４０ｂから、全面にわたって均一な輝度を有する直線偏光レーザ光を出射することができ、面内で均一な輝度を有する液晶表示装置６を得ることができる。【０１０２】
第１の実施形態による液晶表示装置３と同様、液晶表示パネル３４の表示面側の偏光板３４１の偏光軸方向と、面状照明装置４から出射される直線偏光レーザ光の偏光軸とが成す角は、予め設定される交差角度に一致する。すなわち、液晶表示装置６においては、偏光軸の方向が、液晶表示パネル３４の表示側の偏光板３４１の偏光軸方向と設定された交差角度を成す一方の主面４０ｂから出射される直線偏光レーザ光により、液晶表示パネル３４がその背面側から照明される構成を有する。例えば、ツイストネマティック型液晶表示パネルであれば、交差角度は０度あるいは９０度に、ホメオトロピック型液晶表示パネルであれば、交差角度は０度に設定される。このような構成を有する液晶表示装置６においては、液晶表示パネル３４の背面側に偏光板を設ける必要がない。なお、面状照明装置４の第１の導光板４０の一方の主面４０ｂと、偏向用シート４５と、液晶表示パネル３４とは、ほぼ密接して配置されている。【０１０３】
液晶表示パネル３４は、透過型または半透過型構成で、例えばＴＦＴアクティブマトリクス型の液晶表示パネルであり、表示領域には赤色画素部、緑色画素部および青色画素部を１つの画素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枚のガラス基板の間に液晶層が所定の方向に配向されて設けられている。また、この液晶層を駆動するためのＴＦＴはガラス基板の一方に形成されているが、これらは図示していない。この液晶表示パネル３４は、パネル背面側の偏光板が省略可能である点を除き、従来から使用されているものと同等である。【０１０４】
本実施形態の液晶表示装置６では、バックライト照明装置として、レーザ光を光学素子４０ａである半透過ミラー４５１によって一部反射し一方の主面４０ｂ方向から出射する面状照明装置４を用い、パネル背面側から直線偏光の高出力のレーザ光で照明する。偏光軸をそろえて背面側から入射されたレーザ光は、動作する液晶層の液晶分子配向の変化により屈折率異方性が変化して旋光あるいは偏光状態に変化を受けた後、前面側の偏光板（検光子）３４１によって偏光制御され光強度変調を受ける。そして、光強度変調を受けたレーザ光が表示面側、すなわち観察者側に出射され、画像が形成される。この機構は、各色のレーザ光について全く同様に作用し、よって、フルカラーによる画像表示が実現される。【０１０５】
上記したように、本実施形態の液晶表示装置６では、背面側の偏光板を省略可能であるので、従来型の、背面側に偏光板を有する液晶表示装置との比較において光利用効率を約５０％向上させることができる。また、レーザ光源１２においては、発光波長に関し非常に色純度のよいものが得られることから、色再現範囲を大幅に拡大できる。この結果、従来の蛍光表示管やＬＥＤ光源を使用する照明方式に比べ、より高画質の画像を表示することが可能となる。【０１０６】
また、本実施形態の液晶表示装置６においては、バックライト照明装置は一方の主面方向から、その偏光の状態を維持して出射された各色のレーザ光を用い、そのまま液晶表示パネルの背面側を照明する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、バックライト照明装置として、図８に示す面状照明装置５を用いてもよい。この場合に、一方の主面５０ｂからは、少なくとも赤色、緑色および青色に分離したレーザ光が出射し、各色レーザ光は、液晶表示パネル３４の各画素を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に対応して、それぞれ入射するような構成としてもよい。【０１０７】
このような構成とすれば、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を個別に照射することができるので、カラーフィルタを省略することも可能である。カラーフィルタを除去することにより、なおさらに明るい画像表示を実現することができる。なお、このような構成とするためには、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部が、半透過ミラー５５１と対応して列状に並んで配置され、半透過ミラー５５１において反射される各色レーザ光の出射する位置に、赤色画素部、緑色画素部および青色画素部が対応しさえすればよい。【０１０８】
（第３の実施形態）
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の第３の実施形態にかかる面状照明装置５０を示す図である。図１０Ａは構成の概要を示す平面図、図１０Ｂは、図１０ＡのＥ−Ｅ線に沿って切断した断面の概略図である。この面状照明装置５０を図示する場合において、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。【０１０９】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示す面状照明装置５０と、第１の実施形態の面状照明装置１との相違点を以下に説明する。先ず第１に、面状照明装置５０は、レーザ光源１２から出射されたレーザ光の光路を変換する光路変換部５６を備える点において面状照明装置１と相違する。面状照明装置５０の光路変換部５６は、光路変換部５６に入射したレーザ光を、平行レーザ光に変換し、第１の導光板５８の一方の端面部５８ｄに入射させる機能を有する。第２に、面状照明装置５０は、レーザ光源１２から出射されたレーザ光を、光路変換部５６へと導光する第２の導光板５４（第２の導光路）をさらに備える点において面状照明装置１と相違する。面状照明装置５０の第２の導光板５４は、第１の導光板５８の他方の主面５８ｃに積層して設けられ、第２の導光板５４の一方の端面部５４ａ側にレーザ光源１２が配置され、第２の導光板５４の他方の端面部５４ｂ側に光路変換部５６が配置される。【０１１０】
また、図１０Ａに示すように、レーザ光源１２は少なくともＲ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂ、Ｂ光源１２ｃの３原色を発光する３つの光源を有する。また、図示しないが、レーザ光源１２から出射されたレーザ光を扁平ビームとして光路変換部５６に均一に入射させるための光学部材を配置してもよい。【０１１１】
光路変換部５６は、例えばリフレクタや三角プリズム等を用いることができる。さらに、この光路変換部５６は、第１の導光板５８にレーザ光を漏れなく入射させ、かつより均一な面状照明光を得るために、入射角度に応じて角度の調整を行うように、その内側表面に微小な凹凸形状（図示は省略。）を設けてもよい。あるいは、光路変換部５６を所定の曲率で湾曲させることにより、レーザ光を第１の導光板５８の面内の所定の方向に平行光として入射させるようにしてもよい。光路変換部５６に対しこのような形状加工を施すことにより、第１の導光板５８に入射するレーザ光をほぼ平行光とすることが可能となる。よって、ホログラム層や半透過ミラー等の設計が容易になり、面内の光強度分布をさらに均一化することができる。【０１１２】
なお、第１の導光板５８および第２の導光板５４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る。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。【０１１３】
また、本実施形態においては、第１の導光板５８の光学素子５８ａは、第１の実施形態におけるホログラム層２５１と同じ構成のホログラム層５８１を用いており、例えば位相変調体積型ホログラムや位相変調平面型計算機合成ホログラムを設けている。【０１１４】
本実施形態による面状照明装置５０は、先の実施形態による面状照明装置よりも装置全体を小型化できる。また、第２の導光板５４を設けることにより、レーザ光源１２から発生したレーザ光を第２の導光板５４を通して光路変換部５６に光の漏れを生じさせずに伝達することができる。また、面状照明装置５０にごみ等が付着または混入しても、レーザ光が遮断されることがないため、面状照明装置５０の信頼性を向上可能である。【０１１５】
なお、本実施形態の面状照明装置５０においては、第１の導光板５８における光学素子５８ａとしてホログラム層５８１を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２の実施形態の面状照明装置４で説明した半透過ミラー４５１を用いた第１の導光板４０の構成としてもよい。【０１１６】
また、本実施形態の面状照明装置５０においては、第２の導光板５４を備えた構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レーザ光源１２から空間（空気層）を介して光路変換部５６に入射させる構成としてもよい。【０１１７】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、本実施形態にかかる面状照明装置５０をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置６０の構成を示す図である。図１１Ａは平面概略図、図１１Ｂは、図１１ＡのＦ−Ｆ線に沿って切断した断面の概略図である。この液晶表示装置６０を図示する場合においても、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。【０１１８】
本実施形態の液晶表示装置６０は、偏光板３４１を表示面側、すなわち観察者側に設けた液晶表示パネル３４と、液晶表示パネル３４を背面側から照明するバックライト照明装置とを備える。このバックライト照明装置は、上述した面状照明装置５０である。面状照明装置５０の第１の導光板５８の一方の主面５８ｂと、偏向用シート５５と、液晶表示パネル３４とはほぼ密接して配置される。【０１１９】
なお、本実施形態では、第１の導光板５８の一方の主面５８ｂと液晶表示パネル３４の背面側との間には、偏向用シート５５が配置されており、斜め視角方向にもレーザ光を広げるようにしている。この偏向用シート５５は、拡散板、レンズシートまたはプリズムシートを用いることができる。【０１２０】
液晶表示パネル３４は、透過型または半透過型構成で、例えばＴＦＴアクティブマトリクス型の液晶表示パネルであり、表示領域には赤色画素部、緑色画素部および青色画素部を１つの画素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。この液晶表示パネル３４は、第１の実施形態の液晶表示装置３で説明した液晶表示パネル３４を用いることができるので、さらなる説明を省略する。【０１２１】
本実施形態の液晶表示装置６０では、バックライト照明装置として、レーザ光１２をホログラム層５８１によって一部回折させ、一方の主面５８ｂから出射する面状照明装置５０を用いているので、液晶表示パネル３４の背面側から直線偏光の高出力のレーザ光で照明することができる。【０１２２】
偏光軸をそろえて背面側から入射したレーザ光は、動作する液晶層の液晶分子配向の変化により屈折率異方性が変化して旋光あるいは偏光状態に変化を受けた後、表示面側である前面側の偏光板（検光子）３４１によって偏光制御され光強度変調を受ける。そして、光強度変調を受けたレーザ光が表示面側に出てくることにより画像表示がなされる。これは各色のレーザ光について全く同様に作用し、フルカラー表示が実現できる。【０１２３】
このような構成とすることにより、偏光の状態を維持して一部を回折あるいは反射し一方の主面５８ｂから出射された所定の発光波長の直線偏光レーザ光で均一に照明でき、かつ液晶表示パネル３４の背面側の偏光板を不要にすることができる。したがって、光利用効率を大幅に改善するとともに、高輝度で、かつ色再現範囲の広い高画質のカラー表示が可能となる。【０１２４】
また、レーザ光源１２から出射したレーザ光の光路を変換する光路変換部５６をさらに備えることにより、バックライト照明装置である面状照明装置５０を、先の実施形態による面状照明装置よりも小型化できる。それにより、液晶表示装置を、より小型にすることもできる。さらに、光路変換部５６は、レーザ光を第１の導光板５８の一方の端面部５８ｄに平行光として入射させるので、光学素子５８ａであるホログラム層５８１の設計を容易に行え、面内光強度分布をより均一化することができるので、液晶表示装置６０としてより均一な表示が可能となる。【０１２５】
また、バックライト照明装置である面状照明装置５０は、レーザ光を光路変換部５６に導光する第２の導光板５４をさらに備える。よって、レーザ光を第２の導光板５４を通して光路変換部５６に光の漏れを生じさせずに伝達できる。また、ごみ等が付着または混入してもレーザ光が遮断されることがないので、品質の高い液晶表示装置６０を実現できる。【０１２６】
なお、バックライト照明装置である面状照明装置５０は、一方の主面５８ｂから少なくとも赤色、緑色および青色に分離したレーザ光を、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部にそれぞれ入射させる構成としてもよい。これにより、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を個別に照射することができるので、カラーフィルタをなくすことも可能である。カラーフィルタを除去することにより、より明るい表示を得ることもできる。【０１２７】
なお、第１の導光板５８および第２の導光板５４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る。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。【０１２８】
（第４の実施形態）
図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明の第４の実施形態にかかる面状照明装置７０を示す図である。図１２Ａは構成の概要を示す平面図、図１２Ｂは、図１２ＡのＧ−Ｇ線に沿って切断した断面の概略図である。この面状照明装置７０を図示する場合において、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。【０１２９】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示す面状照明装置７０は、第３の実施形態の面状照明装置５０との比較において、レーザ光源１２から出射したレーザ光を偏向走査して、第２の導光板５４の一方の端面部５４ａに導光する点で異なる。【０１３０】
図１２Ａに示すように、本実施形態の面状照明装置７０は、Ｒ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂおよびＢ光源１２ｃからなるレーザ光源１２からのレーザ光をコリメートし、例えばダイクロイックミラー１４により合波した後、ビーム走査部５２に入射する。ビーム走査部５２は、反射ミラー５２ａと、この反射ミラー５２ａの角度を変化させるための角度調整機構５２ｂとを含んで構成される。そして、この角度調整機構５２ｂを用いて反射ミラー５２ａの角度を高速に変化させ、レーザ光を第２の導光板５４を介して光路変換部５６に入射させる。すなわち、図１２Ａに示すように、反射ミラー５２ａは光路変換部５６の長さ方向の全面にレーザ光を照射させるために偏向走査角度θで偏向走査される。図に示すように、偏向走査角度θは、反射ミラー５２ａで偏向されて伝播するレーザ光の両端が、反射ミラー５２ａにおいて成す角度である。【０１３１】
反射ミラー５２ａは、シリコン基板を用いてマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)）技術により形成することができる。さらに、同じＭＥＭＳ技術を用いて、例えば圧電体素子により偏向走査角度を生じさせる角度調整機構５２ｂも一体化した構成とすることもできる。このような構成とすれば、ビーム走査部５２の形状を大幅に小型化することもできる。【０１３２】
これにより、光路変換部５６の長さ方向の全体にわたりレーザ光が入射され、光路変換部５６から第１の導光板５８の一方の端面部５８ｄの全体に均一に平行レーザ光を入射させることができる。例えば、光路変換部５６には、反射ミラー５２ａを焦点とするシリンドリカルフレネルレンズ面が形成される。当該面の作用により、第２の導光板５４の他方の端面部５４ｂから出射されたレーザ光は平行光化される。【０１３３】
本実施形態にかかる面状照明装置７０をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置は、第３の実施形態の液晶表示装置６０と同じ構成であるので、説明を省略する。【０１３４】
なお、第３の実施形態および第４の実施形態では、第１の導光板の光学素子としてホログラム層を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。半透過ミラーを用いる構成の第１の導光板を用いてもよい。また、図８に示す構成と同様に、Ｒ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂおよびＢ光源１２ｃのそれぞれに対応して、第１の導光板、第２の導光板および光路変換部をそれぞれ設けてもよい。このような構成とすれば、カラーフィルタを省略可能である。すなわち、図８で説明した構成と同様に、一方の主面から少なくとも赤色、緑色および青色に分離したレーザ光を液晶表示パネルの画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に対応して、それぞれ入射させる構成としてもよい。【０１３５】
このような構成とすれば、液晶表示パネルの画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を個別に照射することができるので、カラーフィルタをなくすことが可能である。カラーフィルタを除去することにより、より明るい表示を得ることもできる。なお、このような構成とするためには、液晶表示パネルの画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部が、それぞれ、ホログラム層または半透過ミラーの配列に対応して列状に配置され、これらの赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に対応した位置から各色のレーザ光が出射する構成にすればよい。【０１３６】
なお、第１の実施形態から第４の実施形態までにおいて説明した第１の導光板に入射する平行レーザ光は、わずかに発散性を有してよい。ただし、その場合の発散角度は±１０度以下が好ましく、より好ましくは±５度以下である。ここで発散角度は、光軸を共有する平行光である場合のレーザ光と発散性を有するレーザ光との外縁部の成す角度としてよい。外縁部は、上記各レーザ光における中心部での光強度から所定の割合だけ強度が低下した光強度を有する部分としてよい。【０１３７】
また、本発明においては、その実施形態において、輝度の向上の効果を最大限に大きくするために、バックライト照明装置と液晶表示パネルとの間の、つまり、液晶表示パネル背面側の偏光板を除いた形態の液晶表示装置を例に挙げて説明したが、液晶表示装置のコントラストを上げるため背面側に偏光板を付加した構成としてもよい。背面側に偏光板を用いた場合も、第１の実施形態から第４の実施形態で説明したように不要な、つまり、背面側の偏光板で遮られる偏光成分はほとんどない。そのため、従来型液晶表示装置のように背面側の偏光板で除去される光は、本発明にかかる液晶表示装置においては非常に少なく、背面側に偏光板を用いた場合であっても除去される光は最小限に抑えられ、液晶表示の輝度の上昇効果は、同様に得られる。また、本発明の導光板には、中空型導光路や、湾曲が可能な可撓性のフィルムからなる導光路を用いてもよい。なお、本発明においては、レーザ光源にマルチモードファイバ等を含んでよい。この場合、レーザ光源から出射されるレーザ光の偏光の状態はランダム化されているが、本発明にかかる面状照明装置（バックライト照明装置）に既存の偏光変換素子等を追加し、当該ランダムな偏光性を有するレーザ光を直線偏光化させ、直線偏光化されたレーザ光を第１の導光路に入射させるように面状照明装置（バックライト照明装置）を構成すれば、そのような場合であっても、明細書に例示の実施形態と同様の効果を発揮する面状照明装置（バックライト照明装置）を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
本発明にかかる面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置は、レーザ光を用いて一方の主面方向から直線偏光を出射し、面内で均一な輝度を有する面状照明装置を実現する。この面状照明装置を用いて光利用効率が高く高輝度で、高画質の液晶表示装置を実現できる。よって、本発明は、ディスプレー分野において有用である。
【図１Ａ】
2007074787.tif 000003
【図１Ｂ】
2007074787.tif 000004
【図２Ａ】
2007074787.tif 000005
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2007074787.tif 000009
【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2007074787.tif 000011
【図５Ｂ】
2007074787.tif 000012
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2007074787.tif 000014
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
2007074787.tif 000021
【図１１Ａ】
2007074787.tif 000022
【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
2007074787.tif 000024
【図１２Ｂ】
2007074787.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月26日(2007.10.26)
【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】
直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を平行光化し、平行レーザ光を出射する光学部材と、
前記平行レーザ光を端面部から入射し、前記平行レーザ光の少なくとも一部を出射する第１の主面を備える平板状の第１の導光路とを有し、
前記光学部材から出射された前記平行レーザ光は、その伝播方向が前記端面部および前記端面部と対向する面以外の前記平板状の第１の導光路を構成する面に対して略平行な方向となるように、前記端面部から前記第１の導光路へ入射され、
前記第１の導光路は、前記第１の導光路内を伝播する直線偏光の前記平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる光学素子を含む面状照明装置。
【請求項２】
前記レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記光学素子は、ホログラム層であり、
複数の前記ホログラム層が、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムである請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムである請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項６】
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びたホログラム層は、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記ホログラム層の回折効率が、単調増加する請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項７】
前記光学素子は半透過ミラーであり、
複数の前記半透過ミラーは、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項８】
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びた半透過ミラーは、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記半透過ミラーの反射率が、単調増加する請求項７に記載の面状照明装置。
【請求項９】
前記光学部材は、前記レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、
前記光路変換部は、前記レーザ光を受け、その光路を折り返して、前記端面部に前記平行レーザ光を入射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項１０】
さらに、前記レーザ光を受けて前記光路変換部に前記レーザ光を導光する第２の導光路をさらに有し、
前記第２の導光路は、前記第１の導光路の前記第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、
前記レーザ光源および前記光路変換部は、前記第２の導光路の端面部近傍に配置される請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１１】
前記光学素子は、実質的に、前記直線偏光の平行レーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する前記平行レーザ光のみを、前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項１２】
表示面側に偏光板が備えられた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを、前記表示面側の反対側である背面側から照明するバックライト照明装置とを有し、
前記バックライト照明装置は、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光化して該平行レーザ光を出射する光学部材と、前記平行レーザ光を端面部から入射して前記平行レーザ光の少なくとも一部を出射する第１の主面を備える平板状の第１の導光路とを有し、
前記光学部材から出射された前記平行レーザ光は、その伝播方向が前記端面部および前記端面部と対向する面以外の前記平板状の第１の導光路を構成する面に対して略平行な方向となるように、前記端面部から前記第１の導光路へ入射され、
前記第１の導光路は、前記第１の導光路内を伝播する直線偏光の前記平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる光学素子を含み、
前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネルの背面側と前記第１の導光路の前記第１の主面とが密接するように配置され、
前記第１の主面から出射されるレーザ光は、その偏光軸が前記偏光板の偏光軸方向に対し設定された交差角度を成して、前記液晶表示パネルの前記背面側に入射することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記光学素子は、ホログラム層であり、
複数の前記ホログラム層が、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムである請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記位相変調体積型ホログラムは、少なくとも、赤色光、緑色光、および、青色光に対応する三種の波長による三波長多重ホログラムである請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
位相変調体積型ホログラムは、赤色光の波長、緑色光の波長、および、青色光のそれぞれに対応する、所定のピッチで形成された三種の単波長ホログラムを含む請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムである請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記第１の導光路は、前記レーザ光源の出射する前記レーザ光の波長に対応した副導光路を備え、
前記副導光路には、前記副導光路内を伝播する前記平行レーザ光の波長に対応した前記位相変調平面型計算機合成ホログラムが形成されている請求項１８に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びたホログラム層は、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記ホログラム層の回折効率が、単調増加する請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
前記光学素子は半透過ミラーであり、
複数の前記半透過ミラーは、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びた半透過ミラーは、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記半透過ミラーの反射率が、単調増加する請求項２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記バックライト照明装置の前記光学部材は、前記レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、
前記光路変換部は、前記レーザ光を受け、その光路を折り返して、前記端面部に前記平行レーザ光を入射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記バックライト照明装置は、さらに、前記レーザ光を受けて前記光路変換部に前記レーザ光を導光する第２の導光路をさらに備え、
前記第２の導光路は、前記第１の導光路の前記第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、
前記レーザ光源および前記光路変換部は、前記第２の導光路の端面部近傍に配置される請求項２３に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記液晶表示パネルは、画素の列を備え、
前記画素は、赤色画素部、緑色画素部、および、青色画素部を含み、
前記平行レーザ光は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光に分離された状態で前記第１の主面から出射され、前記赤色レーザ光が前記赤色画素部に入射し、前記緑色レーザ光が前記緑色画素部に入射し、前記青色レーザ光が前記青色画素部に入射するように、前記第１の導光路の前記光学素子が前記画素の列に対応付けられて配置される請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記バックライト照明装置は、さらに、前記第１の導光路の前記第１の主面に偏向用シートを備え、
前記偏向用シートが、前記第１の主面から出射されたレーザ光の進行方向を偏向させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記偏向用シートは、拡散板、レンズシート、または、プリズムシートを含む請求項２６に記載の液晶表示装置。
【請求項２８】
前記光学素子は、前記平行レーザ光を直線偏光に保った状態で前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる、請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項２９】
前記光学素子は、前記平行レーザ光を直線偏光に保った状態で前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月11日(2008.7.11)
【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】
直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を平行光化し、平行レーザ光を出射する光学部材と、
前記平行レーザ光を端面部から入射し、前記平行レーザ光の少なくとも一部を出射する第１の主面を備える平板状の第１の導光路とを有し、
前記光学部材から出射された前記平行レーザ光は、その伝播方向が前記端面部および前記端面部と対向する面以外の前記平板状の第１の導光路を構成する面に対して略平行な方向となるように、前記端面部から前記第１の導光路へ入射され、
前記第１の導光路は、前記第１の導光路内を伝播する直線偏光の前記平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる光学素子を含む面状照明装置。
【請求項２】
前記レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記光学素子は、ホログラム層であり、
複数の前記ホログラム層が、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項４】
前記ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムである請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項５】
前記ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムである請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項６】
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びたホログラム層は、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記ホログラム層の回折効率が、単調増加する請求項３に記載の面状照明装置。
【請求項７】
前記光学素子は半透過ミラーであり、
複数の前記半透過ミラーは、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項８】
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びた半透過ミラーは、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記半透過ミラーの反射率が、単調増加する請求項７に記載の面状照明装置。
【請求項９】
前記光学部材は、前記レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、
前記光路変換部は、前記レーザ光を受け、その光路を折り返して、前記端面部に前記平行レーザ光を入射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項１０】
さらに、前記レーザ光を受けて前記光路変換部に前記レーザ光を導光する第２の導光路をさらに有し、
前記第２の導光路は、前記第１の導光路の前記第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、
前記レーザ光源および前記光路変換部は、前記第２の導光路の端面部近傍に配置される請求項９に記載の面状照明装置。
【請求項１１】
前記光学素子は、実質的に、前記直線偏光の平行レーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する前記平行レーザ光のみを、前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項１２】
表示面側に偏光板が備えられた液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを、前記表示面側の反対側である背面側から照明するバックライト照明装置とを有し、
前記バックライト照明装置は、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を平行光化して該平行レーザ光を出射する光学部材と、前記平行レーザ光を端面部から入射して前記平行レーザ光の少なくとも一部を出射する第１の主面を備える平板状の第１の導光路とを有し、
前記光学部材から出射された前記平行レーザ光は、その伝播方向が前記端面部および前記端面部と対向する面以外の前記平板状の第１の導光路を構成する面に対して略平行な方向となるように、前記端面部から前記第１の導光路へ入射され、
前記第１の導光路は、前記第１の導光路内を伝播する直線偏光の前記平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる光学素子を含み、
前記液晶表示パネルは、前記液晶表示パネルの背面側と前記第１の導光路の前記第１の主面とが密接するように配置され、
前記第１の主面から出射されるレーザ光は、その偏光軸が前記偏光板の偏光軸方向に対し設定された交差角度を成して、前記液晶表示パネルの前記背面側に入射することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記光学素子は、ホログラム層であり、
複数の前記ホログラム層が、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムである請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
前記位相変調体積型ホログラムは、少なくとも、赤色光、緑色光、および、青色光に対応する三種の波長による三波長多重ホログラムである請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１７】
前記位相変調体積型ホログラムは、赤色光の波長、緑色光の波長、および、青色光のそれぞれに対応する、所定のピッチで形成された三種の単波長ホログラムを含む請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１８】
前記ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムである請求項１５に記載の液晶表示装置。
【請求項１９】
前記第１の導光路は、前記レーザ光源の出射する前記レーザ光の波長に対応した副導光路を備え、
前記副導光路には、前記副導光路内を伝播する前記平行レーザ光の波長に対応した前記位相変調平面型計算機合成ホログラムが形成されている請求項１８に記載の液晶表示装置。
【請求項２０】
前記複数のホログラム層のそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びたホログラム層は、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記ホログラム層の回折効率が、単調増加する請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項２１】
前記光学素子は半透過ミラーであり、
複数の前記半透過ミラーは、前記第１の導光路内を伝播する前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、前記第１の主面に略垂直な方向に出射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２２】
前記複数の半透過ミラーのそれぞれは、前記平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、
前記略直線状に延びた半透過ミラーは、前記平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、
前記端面部から前記平行レーザ光の伝搬方向に沿って、前記半透過ミラーの反射率が、単調増加する請求項２１に記載の液晶表示装置。
【請求項２３】
前記バックライト照明装置の前記光学部材は、前記レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、
前記光路変換部は、前記レーザ光を受け、その光路を折り返して、前記端面部に前記平行レーザ光を入射させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２４】
前記バックライト照明装置は、さらに、前記レーザ光を受けて前記光路変換部に前記レーザ光を導光する第２の導光路をさらに備え、
前記第２の導光路は、前記第１の導光路の前記第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、
前記レーザ光源および前記光路変換部は、前記第２の導光路の端面部近傍に配置される請求項２３に記載の液晶表示装置。
【請求項２５】
前記液晶表示パネルは、画素の列を備え、
前記画素は、赤色画素部、緑色画素部、および、青色画素部を含み、
前記平行レーザ光は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光に分離された状態で前記第１の主面から出射され、前記赤色レーザ光が前記赤色画素部に入射し、前記緑色レーザ光が前記緑色画素部に入射し、前記青色レーザ光が前記青色画素部に入射するように、前記第１の導光路の前記光学素子が前記画素の列に対応付けられて配置される請求項１３に記載の液晶表示装置。
【請求項２６】
前記バックライト照明装置は、さらに、前記第１の導光路の前記第１の主面に偏向用シートを備え、
前記偏向用シートが、前記第１の主面から出射されたレーザ光の進行方向を偏向させる請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項２７】
前記偏向用シートは、拡散板、レンズシート、または、プリズムシートを含む請求項２６に記載の液晶表示装置。
【請求項２８】
前記光学素子は、前記平行レーザ光を直線偏光に保った状態で前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる、請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項２９】
前記光学素子は、前記平行レーザ光を直線偏光に保った状態で前記第１の主面と略垂直な方向に出射させる、請求項１２に記載の液晶表示装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてレーザ光を使用した面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示パネルを用いた液晶表示装置には、光源として冷陰極蛍光管を利用した面状照明装置がバックライト照明として広く使用されている。これに用いられている冷陰極蛍光管は蛍光体の発光を利用しており、表示可能な色再現範囲に制約がある。このため、より鮮明で、自然な色調を再現するためにさまざまな検討が行われている。これらの中で、赤色光（Ｒ光）、緑色光（Ｇ光）および青色光（Ｂ光）の３色の発光ダイオード（ＬＥＤ素子）を用いたバックライト用の面状照明装置が注目されている。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光の３色またはさらに多色のＬＥＤ素子を用いた光源は、冷陰極蛍光管に比べて色の再現領域が広くなり、高画質を得ることができる。あるいは、フィールドシーケンシャル方式での画像表示も可能である。このため、精力的に開発が進められている。
【０００３】
また、３色の発光素子のうち少なくともいずれかの色の発光素子として、ＬＥＤ素子よりも輝度の高い高出力化に適する半導体レーザ素子を用いることで、駆動電流の増大による発熱を抑制し、特性の変動を減少させる構成も示されている。なお、この例では、赤色半導体レーザを用いることが具体的に示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の例のように、レーザを光源として用いる場合、大面積にわたり均一な輝度を実現することが重要である。輝度のバラツキがあれば、色再現範囲が広くても表示画像は非常に劣化する。しかしながら、レーザ光源をバックライト照明に用いた例はほとんどなく、特許文献１においても均一な輝度を実現することについては何の記載も開示もされていない。
【０００５】
他方、従来の液晶表示装置は、一般に、液晶表示パネルを間に挟むようにして２枚の偏光板を液晶表示パネルの前後に備える。２枚の偏光板は互いに略平行に、そして、それぞれの偏光軸同士が所定の交差角度をなすように配置される。ここで、「交差角度」とは、２枚の略平行に配置された偏光板を、その主面に対し垂直な方向から見たときに、２枚の偏光板の偏光軸同士がなす角度である。そのため、従来の液晶表示装置においては、バックライト照明装置のＬＥＤや冷陰極蛍光管からの自然照明光の５０％以上を損失してしまい、光利用効率は極めて低いという大きな課題が存在する。この課題に対し、例えば、液晶表示装置における液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略することができるならば、その光利用効率は、大幅に向上される。しかしながらこれまでのところ、バックライト照明装置として面状照明装置を用いた液晶表示装置において、光利用効率の向上を図る目的で液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略可能とした構成を有する液晶表示装置を開示する文献は発表されていない。
【特許文献１】特開２００５−０６４１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の例は、発光素子の１つとして赤色光半導体レーザを用いる構成を具体的に開示する。しかし、特許文献１は、赤色光、緑色光および青色光の３色のレーザ光源を発光素子として用い、液晶表示装置のバックライト照明装置として一般に要求される程度に均一な輝度を有する面状照明装置を実現するための具体的方法については、一切の開示がない。
【０００７】
また、上述のように、面状照明装置をバックライト照明として用いる液晶表示装置において液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略可能とする技術について、一切の開示がない。そのため、上述の光利用効率の低さは液晶表示装置の省電力化に対する制約となっている。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。本発明は、発光素子としてレーザ光源を用い、色再現範囲が広く、かつ、均一な輝度を有する面状照明装置を提供する。また、本発明は、本発明にかかる面状照明装置をバックライト照明装置として用い、従来は必須であった液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略可能とし、光利用効率を改善した液晶表示装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、その一態様において、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を入射し平行光化して、平行レーザ光を出射する光学部材と、平行レーザ光を端面部から入射し、第１の主面から出射する平板状の第１の導光路（第１の導光板）とを有し、第１の導光路は、第１の導光路内を伝播する直線偏光の平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を第１の主面と略垂直な方向に出射させる光学素子を含む面状照明装置である。
【００１０】
このような構成とすることにより、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源を用いて、入射する平行化されたレーザ光を第１の（一方の）主面方向から直線偏光の状態を保って面状に均一な輝度で出射し照明する面状照明装置を得ることができる。
【００１１】
本発明の一態様においては、レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができることが好ましい。
【００１２】
これにより、少なくとも赤色、緑色、および、青色の直線偏光レーザ光を出射し、かつ色再現範囲の広い面状照明装置を得ることができる。
【００１３】
本発明の一態様においては、光学素子は、ホログラム層であり、複数のホログラム層が、第１の導光路内を伝播する平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、複数のホログラム層のそれぞれは、平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、第１の主面に略垂直な方向に出射させることが好ましい。この場合において、ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムであってよい。また、ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムであってもよい。
【００１４】
このような構成とすることにより、ホログラム層により、偏光を維持したまま一部回折し、一方の主面側から所定の発光波長の直線偏光のレーザ光を出射させることができる。
【００１５】
本発明の一態様においては、複数のホログラム層のそれぞれは、平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、略直線状に延びたホログラム層は、平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、端面部から平行レーザ光の伝搬方向に沿って、ホログラム層の回折効率が、単調増加することが好ましい。
【００１６】
このような構成とすることにより、ホログラム層の回折効率をレーザ光の伝搬方向に向けて変化させることで、一方の主面の全面にわたって均一な輝度を有し、かつ直線偏光のレーザ光を出射する面状照明装置を得ることができる。
【００１７】
本発明の一態様においては、光学素子は半透過ミラーであり、複数の半透過ミラーは、第１の導光路内を伝播する平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、複数の半透過ミラーのそれぞれは、平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、第１の主面に略垂直な方向に出射させることが好ましい。
【００１８】
このような構成とすることにより、半透過ミラーにより偏光を維持したまま一部反射し、直線偏光のレーザ光を一方の主面方向から出射させることができる。
【００１９】
本発明の一態様においては、複数の半透過ミラーのそれぞれは、平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、略直線状に延びた半透過ミラーは、平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、端面部から平行レーザ光の伝搬方向に沿って、半透過ミラーの反射率が、単調増加することが好ましい。
【００２０】
このような構成とすることにより、半透過ミラーの反射率をレーザ光の伝搬方向に向けて変化させることで、一方の主面の全面にわたって均一な輝度を有し、かつ直線偏光のレーザ光を出射する面状照明装置を得ることができる。
【００２１】
本発明の一態様においては、光学部材は、レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、光路変換部は、レーザ光を受け、その光路を折り返して、端面部に平行レーザ光を入射させることが好ましい。
【００２２】
このような構成とすることにより、面状照明装置の全体形状を小型化できる。さらに、第１の導光板の光学素子に対して一定方向の平行光を入射させることができるので、ホログラム層や半透過ミラー等の設計を容易に行え、面内の光強度分布をより均一化することができる。
【００２３】
本発明の一態様においては、さらに、レーザ光を受けて光路変換部にレーザ光を導光する第２の導光路（第２の導光板）をさらに有し、第２の導光路は、第１の導光路の第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、レーザ光源および光路変換部は、第２の導光路の端面部近傍に配置されることが好ましい。
【００２４】
このような構成とすることにより、レーザ光源から発生したレーザ光を第２の導光板を通して光路変換部に光の漏れを生じさせずに伝達することができる。また、ごみ等が付着してもレーザ光が遮断されることがなく、信頼性に優れた面状照明装置を実現できる。
【００２５】
本発明の一態様においては、光学素子は、実質的に、直線偏光の平行レーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する平行レーザ光のみを、第１の主面と略垂直な方向に出射させることが好ましい。
【００２６】
このように構成することにより、一方の主面方向からさらに偏光度の優れた直線偏光のレーザ光を面状に出射する面状照明装置を得ることができる。
【００２７】
本発明は、別の一態様においては、表示面側に偏光板が備えられた液晶表示パネルと、液晶表示パネルを、表示面側の反対側である背面側から照明するバックライト照明装置とを有し、バックライト照明装置は、直線偏光のレーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光を入射し平行光化して、平行レーザ光を出射する光学部材と、平行レーザ光を端面部から入射し、第１の主面から出射する平板状の第１の導光路とを有し、第１の導光路は、第１の導光路内を伝播する直線偏光の平行レーザ光を受けてその少なくとも一部を第１の主面と略垂直な方向に出射させ、液晶表示パネルは、液晶表示パネルの背面側と第１の導光路の第１の主面とが密接するように配置され、第１の主面から出射されるレーザ光は、その偏光軸が偏光板の偏光軸方向に対し設定された交差角度を成して、液晶表示パネルの背面側に入射することを特徴とする液晶表示装置である。この場合において、レーザ光源は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光を出射することができることが好ましい。
【００２８】
このような構成とすることにより、直線偏光のレーザ光を一方の主面方向から面状に出射するバックライト照明装置で照明するので、液晶表示パネルの背面側の偏光板を不要とすることができ、光利用効率を大幅に改善できる。さらに、レーザ光源の波長の色純度がよいので表示可能な色再現範囲が広がり、より鮮明で、自然な色調を再現するフルカラー表示ができる。また、レーザ光源の発光効率は高いので、低消費電力化も可能である。
【００２９】
本発明の一態様においては、光学素子は、ホログラム層であり、複数のホログラム層が、第１の導光路内を伝播する平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、複数のホログラム層のそれぞれは、平行レーザ光の少なくとも一部を、回折させ、第１の主面に略垂直な方向に出射させることが好ましい。
【００３０】
本発明の一態様においては、ホログラム層は、位相変調体積型ホログラムであることが好ましい。位相変調体積型ホログラムは、少なくとも、赤色光、緑色光、および、青色光に対応する三種の波長による三波長多重ホログラムであってよい。また、位相変調体積型ホログラムは、赤色光の波長、緑色光の波長、および、青色光のそれぞれに対応する、所定のピッチで形成された三種の単波長ホログラムを含んでもよい。
【００３１】
本発明の一態様においては、ホログラム層は、位相変調平面型計算機合成ホログラムであることが好ましい。この場合において、第１の導光路は、レーザ光源の出射するレーザ光の波長に対応した副導光路を備え、副導光路には、副導光路内を伝播する平行レーザ光の波長に対応した位相変調平面型計算機合成ホログラムが形成されてよい。
【００３２】
これらのような構成とすることにより、偏光を維持して回折し一方の主面側から所定の発光波長の直線偏光のレーザ光で照明するので、液晶表示パネル背面側の偏光板を不要とすることができる。したがって、光利用効率を大幅に改善でき、かつ高輝度で色再現範囲の広い液晶表示装置を実現できる。
【００３３】
本発明の一態様においては、複数のホログラム層のそれぞれは、平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、略直線状に延びたホログラム層は、平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで間欠的に配列され、端面部から平行レーザ光の伝搬方向に沿って、ホログラム層の回折効率が、単調増加することが好ましい。
【００３４】
このような構成とすることにより、一方の主面の全面にわたって均一な輝度を有する直線偏光のレーザ光を出射するバックライト照明装置で照明するので、面内で均一な輝度を有する液晶表示装置を得ることができる。
【００３５】
本発明の一態様においては、光学素子は半透過ミラーであり、複数の半透過ミラーは、第１の導光路内を伝播する平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、複数の半透過ミラーのそれぞれは、平行レーザ光の少なくとも一部を、反射させ、第１の主面に略垂直な方向に出射させることが好ましい。
【００３６】
このような構成とすることで、偏光を維持しながら、半透過ミラーにより一部反射して一方の主面側から所定の発光波長の直線偏光のレーザ光を出射して照明することができる。したがって、液晶表示パネルの背面側の偏光板を不要にすることができ、光利用効率を大幅に改善するとともに高輝度で色再現範囲の広い液晶表示装置を実現できる。
【００３７】
本発明の一態様においては、複数の半透過ミラーのそれぞれは、平行レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に略直線状に延び、略直線状に延びた半透過ミラーは、平行レーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、端面部から平行レーザ光の伝搬方向に沿って、半透過ミラーの反射率が、単調増加することが好ましい。
【００３８】
このような構成とすることにより、一方の主面の全面にわたって均一な輝度を有し直線偏光のレーザ光を出射するバックライト照明装置で照明するので、面内で均一な輝度を有する液晶表示装置を得ることができる。
【００３９】
本発明の一態様においては、バックライト照明装置の光学部材は、レーザ光の光路を変換して出射する光路変換部を含み、光路変換部は、レーザ光を受け、その光路を折り返して、端面部に平行レーザ光を入射させることが好ましい。
【００４０】
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を小型化できるので、液晶表示装置全体として小型化することができる。さらに、光路変換部はレーザ光を第１の導光板の一方の端面部に平行光として入射させるので、ホログラム層や半透過ミラー等の光学素子の設計を容易に行え、面内光強度分布をより均一化することができる。これにより、より均一な輝度を有する液晶表示装置を得ることができる。
【００４１】
本発明の一態様においては、バックライト照明装置は、さらに、レーザ光を受けて光路変換部にレーザ光を導光する第２の導光路をさらに備え、第２の導光路は、第１の導光路の第１の主面とは異なる主面に、平行に、近接して設けられ、レーザ光源および光路変換部は、第２の導光路の端面部近傍に配置されることが好ましい。
【００４２】
このような構成とすることにより、レーザ光を第２の導光板を通して光路変換部に光の漏れを生じさせずに伝達できる。また、レーザ光源の光路にごみ等が付着することがないのでレーザ光が遮断されることがなくなる。したがって、品質の高い液晶表示装置を実現できる。
【００４３】
本発明の一態様においては、液晶表示パネルは、画素の列を備え、画素は、赤色画素部、緑色画素部、および、青色画素部を含み、平行レーザ光は、少なくとも、赤色レーザ光、緑色レーザ光、および、青色レーザ光に分離された状態で第１の主面から出射され、赤色レーザ光が赤色画素部に入射し、緑色レーザ光が緑色画素部に入射し、青色レーザ光が青色画素部に入射するように、第１の導光路の光学素子が画素の列に対応付けられて配置されることが好ましい。
【００４４】
このような構成とすることにより、液晶表示パネルの画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色の光を照射することができるので、カラーフィルタをなくすことも可能である。カラーフィルタを除去することにより、より明るい表示を得ることもできる。
【００４５】
本発明の一態様においては、バックライト照明装置は、さらに、第１の導光路の第１の主面に偏向用シートを備え、偏向用シートが、第１の主面から出射されたレーザ光の進行方向を偏向させることが好ましい。この場合において、偏向用シートは、拡散板、レンズシート、または、プリズムシートを含んでよい。
【００４６】
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の一方の主面全面から斜め方向にも直線偏光のレーザ光が均一に広がるので、広い視野で均一表示の液晶表示装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明にかかる面状照明装置は、液晶表示装置のバックライト照明装置として使用するにあたり十分な輝度の均一さを有する。また、本発明にかかる面状照明装置をバックライト照明装置として用いる本発明にかかる液晶表示装置は、従来型の面状照明装置をバックライト照明として用いた従来型の液晶表示装置よりも広い色再現範囲の影像表示が可能である。さらに、本発明にかかる面状照明装置の作用により、本発明にかかる液晶表示装置においては、液晶表示パネルの背面側の偏光板を省略可能であり、よって、光利用効率が向上され、さらには、消費電力の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明は、光源としてレーザ光源を用い、大面積の表示面に均一な輝度を有し、かつ、色再現範囲の広い面状照明装置である。もって、本発明は、その面状照明装置を用いた液晶表示装置を提供する。
【００４９】
以下、本発明の実施形態について、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。また、図面は、理解しやすくするために面状照明装置（バックライト照明装置）を拡大して示しており、液晶表示パネルと面状照明装置との寸法等については正確な表示ではない。
【００５０】
（第１の実施形態）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の第１の実施形態にかかる面状照明装置を示す図である。図１Ａは構成の概要を示す平面図、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線に沿って切断した断面の概略図である。なお、図１Ａにおいては、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。また、本実施形態においては、後述するように、光学素子として、ホログラム層を用いた例について説明する。
【００５１】
図１Ａに示すように、第１の実施形態の面状照明装置１は、以下の構成からなる。面状照明装置１は、レーザ光源１２（１２ａ、１２ｂ、および、１２ｃ）を有し、レーザ光源１２は、少なくとも３つの、それぞれが赤色光（Ｒ光）源１２ａ、緑色光（Ｇ光）源１２ｂおよび青色光（Ｂ光）源１２ｃの３原色の直線偏光を発光する光源を有する。ダイクロイックミラー１４は、レーザ光源１２ａ、１２ｂ、および、１２ｃの出射するレーザ光を合波し、同一箇所から出射する。ダイクロイックミラー１４から出射したレーザ光は、例えばシリンドリカルレンズといった光学部材１３ａにより拡大され、光学部材１３ｂに入射する。本実施形態において光学部材１３（１３ａおよび１３ｂ）は、ダイクロイックミラー１４から出射したレーザ光を、光学的に平行なレーザ光として出射する機能を有し、例えば、そのような機能を有するように設計されたレンズ群で構成される。本実施形態においては、光学部材１３ａは、それに入射するレーザ光を図面面内横方向に拡大して出射させるレンチキュラーレンズである。そして、光学部材１３ｂは、上記拡大作用を受けた状態で光学部材１３ａから出射するレーザ光を受け、当該レーザ光を平行光化し、平行レーザ光として出射するシリンドリカルフレネルレンズである。このように、レンチキュラーレンズおよびシリンドリカルフレネルレンズの組み合わせで光学部材１３を構成することにより、光学部材１３は、それに入射するレーザ光を、その伝播方向を横断する一方向に関して略均一な光強度を有する平行レーザ光に変換することができ、好都合である。第１の導光板２０（第１の導光路）は、レーザ光源１２から出射され、直線偏光かつ平行光となったレーザ光を一方の端面部２０ｄから入射し、一方の主面２０ｂ（図１Ｂ参照。）から出射する。第１の導光板２０の内部には、光学素子２０ａ（図１Ｂ参照。）が設けられており、光学素子２０ａにより、入射したレーザ光の少なくとも一部は、回折または反射されて一方の主面２０ｂに略垂直な方向に直線偏光で出射する。なお、第１の導光板２０の他方の主面２０ｃ側には、筐体１６が配置されている。
【００５２】
また、第１の導光板２０は、透明で、光学特性に優れた樹脂材料を用いることが好ましく、特に複屈折が小さ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。
【００５３】
本実施形態では、光学素子２０ａは、ホログラム層を有する。以下、光学素子２０ａを、ホログラム層２５１として説明する。ホログラム層２５１は、一方の端面部２０ｄから入射し伝播するレーザ光の伝播方向に沿って、設定されたピッチで配列され、ホログラム層２５１は、レーザ光の少なくとも一部を回折し、一方の主面２０ｂから出射させる。
【００５４】
ホログラム層２５１は、第１の導光板２０面内の各部位で、各色のレーザ光の少なくとも一部を、その偏光状態を維持したまま回折させ、一方の主面２０ｂに垂直な方向より出射させ、残りの光を透過させる。透過されたレーザ光は、伝播方向に関して次のホログラム層２５１に入射される。なお、このホログラム層２５１は、第１の導光板内２０に連続的に形成してもよいし、あるいは非連続的に、間欠的に、形成してもよい。
【００５５】
図２Ａは、本実施形態の面状照明装置１のホログラム層２５１として、位相変調体積型ホログラムを配列した場合における、第１の導光板２０の構成を説明する概略的な斜視図である。このようなホログラム層２５１は、例えば、約１００μｍの厚みのフォトポリマーフィルムに、その面内で主面に平行な方向に数μｍ〜２０μｍ幅の帯状あるいはドット状に形成された位相変調体積型ホログラム２５１ａとして干渉露光により形成される。なお、図２Ａに示す位相変調体積型ホログラム２５１ａは、第１の導光板２０内の同じ部分に対し、少なくとも赤色、緑色および青色の光源を用いることにより多重露光（三波長多重露光）して形成された位相変調体積型ホログラムである。このようにして構成された位相変調体積型ホログラム２５１ａは、ホログラム２５１ａを伝播する、赤色、緑色、および、青色の各色のレーザ光の少なくとも一部を回折させ、対応する色の直線偏光レーザ光として、一方の主面２０ｂと略垂直な方向へ出射する。
【００５６】
図２Ｂは、第１の導光板２０の内部に位相変調体積型ホログラム層２５１ｃをドット状に配置した例である。位相変調体積型ホログラム２５１ｃは、光の伝播方向（図２Ｂの横方向）に数〜２０μｍの幅を有したホログラムが、第１の導光板２０内部に図のように点在し、一方の端面部２０ｄ（図１Ａ参照。）から入射したレーザ光の少なくとも一部を回折し、一方の主面２０ｂ（図１Ａ参照。）から出射させる。点在するホログラムの大きさは、１辺が数〜数百μｍの大きさとすることができる。回折効率を大きくする場合、個々のホログラムのブロックの大きさを大きくすればよい。またホログラムのブロック同士間の間隔は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。間隔が１０ｍｍよりも大きい場合、一方の主面２０ｂから出射するビーム間の間隔が大きくなり、面内分布の均一化ができなくなる。ホログラム２５１ｃの幅は、ホログラムの選択性が強くならないように光の伝播方向に対し、２０μｍ以下とすることが好ましい。２０μｍ以上の場合、入射する光の角度許容幅が小さくなり、導光板の組み立て工程に過度の精度を要求することになる。
【００５７】
図２Ｂに示すドット状のホログラム２５１ｃは、ＲＧＢの３波長の波長多重ホログラムとしてよい。またあるいは、ドット毎に異なる波長の光を回折するようにグレーティングを作成してもよい。ホログラムのグレーティングは、使用するレーザ波長とマスクを用いて、フォトポリマーに干渉露光することで作成できる。
【００５８】
図３は、本実施形態の面状照明装置１のホログラム層２５１としてさらに別の構成の位相変調体積型ホログラム２５１ｂを配列した場合における、第１の導光板２０の構成を説明する概略的な斜視図である。図３に示すように、この場合、第１の導光板２０内に、設定されたピッチで少なくとも赤色、緑色および青色の各波長用の位相変調体積型ホログラム２５１ｂ（単波長ホログラム）が形成される。このように位相変調型ホログラム２５１ｂを各色に対応した単波長ホログラムとして構成することにより、第１の導光板２０を伝播する各色のレーザ光の少なくとも一部は、各波長用に形成された位相変調体積型ホログラム２５１ｂによって一方の主面２０ｂに略垂直な方向へ回折され、対応する色の直線偏光レーザ光として一方の主面２０ｂより出射される。
【００５９】
なお、このようなホログラム層２５１（２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ）を用いる場合、第１の導光板２０の一方の端面２０ｄ（図１Ａ等参照。）から、レーザ光の伝播する方向に沿って、ホログラム層２５１の回折効率が、設定した比率で変化するようにしてもよい。望ましくは、一方の端面２０ｄ（レーザ光が入射する側の端部）から、レーザ光の伝搬方向に沿って、ホログラム層２５１の回折効率が、所定の比率（一定の比率または変化率がレーザ光の伝播方向にそって変化する可変的比率）で高くなるように、ホログラム層２５１を構成する。回折効率は、端面２０ｄ側からレーザ光の伝播方向に沿って、単調増加的に変化することが望ましい。このようにホログラム層２５１を構成することで、レーザ光の強度の減衰を補償し、一方の主面２０ｂに略垂直な方向に出射される直線偏光レーザ光の強度を、一方の主面２０ｂにわたって均一化することができ、均一な輝度を実現することができる。
【００６０】
図４Ａは、本実施形態の変形例の面状照明装置２の構成を示す断面図である。この変形例の面状照明装置２の場合、光学素子としてホログラム層３５１を有し、このホログラム層３５１は、位相変調平面型計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃを配列した構成を有する。すなわち、第１の導光板３０は、レーザ光源１２のそれぞれの色の光源、すなわちＲ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂ、Ｂ光源１２ｃに対応する数だけ配置された副導光板３０１、３０２、３０３を含み、副導光板３０１、３０２、３０３には、それぞれ位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃが設けられている。これらの位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃは、コンピュータを用いて求めた位相変調パターンを、溝部３１１として、副導光板３０１、３０２、３０３の表面に射出成形によりそれぞれ形成することで作製することができる。そして、副導光板３０１、３０２、３０３のそれぞれ一方の端面部３０ｄに、図４Ａに示すように各色のレーザ光をそれぞれ入射する。
【００６１】
このように構成された位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃは、平行光であるそれぞれの色のレーザ光を溝部３１１で直角方向に一部回折し、回折された直線偏光レーザ光は、一方の主面３０ｂ側から出射される。なお、この位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃにおいては、第１の導光板３０の入射面側（一方の端面部３０ｄ側）から、レーザ光の伝搬する方向に沿って溝部３１１の高さｈ（図４Ｂ参照。）を変化させることにより、レーザ光の伝播方向に沿ってホログラム層３５１（３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ）の回折効率を、予め設定された比率で変化させることができる。特に、レーザ光が伝搬する方向に沿って、ホログラム層３５１の回折効率が次第に高くなるようにホログラム層３５１を形成することが望ましい。回折効率は、入射面側からレーザ光の伝播方向に沿って、単調増加的に変化することが望ましい。このようにホログラム層３５１を構成することで、レーザ光の強度の減衰を補償し、一方の主面３０ｂに略垂直な方向に出射される直線偏光レーザ光の強度を、一方の主面３０ｂにわたって均一化することができ、均一な輝度を実現することができる。
【００６２】
図４Ｂに、位相変調平面型計算機合成ホログラムの例である位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａの部分拡大図を示す。ホログラムの回折効率は、溝状に形成される凹凸パターン（溝部３１１）の高さｈと凹凸パターンの繰り返される長さＬにより設定可能である。回折効率は、ｈの２乗、またはＬの１乗に比例するため、回折効率を高めたい場合は、ｈを大きく、および／または、Ｌを長くすればよい。また、レーザ光の回折方向は、溝部３１１の凹凸周期Λとレーザ光の波長により決定される。本発明においては、凹凸周期Λは、回折方向を３０ｂの主面から略垂直な方向に回折光が出射するように設定可能な周期長であればよい。
【００６３】
図４Ｃは、凹凸パターンの繰り返しが断続的に形成され、それぞれの箇所から所望の光量を主面から出射するようにした場合の位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａの例である。繰り返し長Ｌにより、回折効率を制御している。
【００６４】
図４Ｃに示すように、凹凸パターンの繰り返しが形成される部分を局所化することにより、一方の主面から出射される回折レーザ光の強度が特に強い部分と逆に特に弱い部分とを設けることが可能である。このような設計がなされた位相変調平面型計算機合成ホログラムを、図４Ａに示す面状照明装置２に用いれば、Ｒ、Ｇ、および、Ｂの各色のレーザ光を分離した状態で、一方の主面３０ｂから出射させることも可能である。
【００６５】
なお、位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃによって−一次光が発生する場合には、一方の主面３０ｂの反対側の主面に反射層（図示せず）を配置し、−一次光を反射させて一方の主面３０ｂから出射するようにしてもよい。また、副導光板３０１、３０２、３０３は、これらの副導光板３０１、３０２、３０３より屈折率の低い透明樹脂で接着してもよい。これにより、光学的な支障を生じずに一体化した第１の導光板３０を構成することができる。
【００６６】
このようにして、レーザ光を平行光にして第１の導光板３０に入射させ、光学素子である位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃによって、偏光状態を維持して伝播方向と直角の方向に一部出射することにより、直線偏光レーザ光を一方の主面３０ｂ方向から面状に均一な輝度で出射することが可能な面状照明装置２を得ることができる。
【００６７】
これにより、レーザ光源を用いて均一で色再現範囲が広く、かつ液晶表示パネル背面側の偏光板が不要な面状照明装置２が得られる。
【００６８】
また、面状照明装置１および変形例の面状照明装置２において、第１の導光板２０、３０に設けた光学素子は、第１の導光板２０、３０内を伝播するレーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する直線偏光レーザ光のみを回折させ、その一部を一方の主面２０ｂ、３０ｂと略垂直な方向へ出射させてもよい。これにより、一方の主面から略垂直に出射するレーザ光の偏光度は、さらに向上され、優れた直線偏光性を有するレーザ光を面状に出射する面状照明装置１、２を得ることができる。
【００６９】
本実施形態において説明したホログラム２５１、３５１は、位相変調型ホログラムであることが望ましい。しかしながら、本実施形態において、振幅変調型ホログラムを使用することも可能である。なお、第１の導光板２０は、中空型の導光路でもよい。その場合、第１の導光板２０は、一方の端面部２０ｄから入射する平行レーザ光を一方の主面２０ｂと略垂直な方向に回折させるホログラム素子（例えば、表面レリーフ型ホログラム）を、平行レーザ光の伝播する方向に沿って複数個設けた構成としてもよい。
【００７０】
図５Ａおよび図５Ｂは、本実施形態にかかる面状照明装置１をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置３の構成を示す図である。図５Ａは構成の概要を示す平面図、図５Ｂは図５ＡのＢ−Ｂ線に沿って切断した断面の概略図である。なお、この液晶表示装置３を図示する場合において、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。
【００７１】
本実施形態の液晶表示装置３は、バックライト照明装置１として本実施形態による面上照明装置１を備え、さらに、液晶表示パネル３４を備える。液晶表示パネル３４は、表示面側、すなわち観察者側にのみ偏光板３４１が配置された液晶表示パネル３４である。
【００７２】
バックライト照明装置である面状照明装置１は、レーザ光源１２と、レーザ光源１２から出射されるレーザ光を一方の端面部２０ｄから入射し、一方の主面２０ｂから面状に出射する平板状の第１の導光板２０とを備えている。第１の導光板２０は、一方の端面部２０ｄから直線偏光で、かつ略平行光として入射したレーザ光を、その内部に設けた光学素子２０ａにより回折させて一方の主面２０ｂに略垂直な方向に直線偏光で出射する。面状照明装置１の第１の導光板２０の一方の主面２０ｂと、偏向用シート２５と、液晶表示パネル３４とは、ほぼ密接して配置されている。そして、一方の主面２０ｂから出射され液晶表示パネル３４に入射する直線偏光レーザ光の偏光軸と、液晶表示パネル３４の偏光板３４１の偏光軸とは、設定された交差角度を成すように構成されている。
【００７３】
さらに、面状照明装置１のレーザ光源１２は、上記したように少なくとも赤色、緑色および青色をそれぞれ出射する光源を有する。また、本実施形態の液晶表示装置３においては、第１の導光板２０の一方の主面２０ｂにレーザ光の進行方向を偏向し、液晶表示画面の視野角を拡大する偏向用シート２５ａを配置している。この偏向用シート２５ａは、例えば透明なアクリル系樹脂やポリオレフィン系樹脂材料などからなる拡散板、レンズシートまたはプリズムシートなどを使用することができる。これにより、一方の主面２０ｂの全面から斜め方向にも直線偏光のレーザ光が均一に広がるので、広い視野角で、均一な輝度で表示される液晶表示装置３を得ることができる。
【００７４】
本発明の液晶表示装置は、導光板のレーザ光を出射する主面側に、レーザ光の進行方向を偏向する偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および／または、２５ｃを設けることが好ましい。偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および／または、２５ｃにより、主面に略垂直な方向に出射したレーザ光を、略垂直以外の方向にも向けることができ、よって、様々な角度から液晶表示装置を鑑賞する視聴者に対し、画像を明るく表示可能となる。特に、偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および、２５ｃには、複屈折が低いアクリル系やポリオレフィン系の樹脂材料を用いることが好ましい。このような材料を用いることで、レーザ光の直線偏光性を保持しながら、ビームの進行する角度および強度分布を制御できる。
【００７５】
また偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および、２５ｃには、レーザ光の発散角を大きくする拡散フィルム、レンズシート、プリズムシートを用いることが好ましい。レンズシートやプリズムシートは、レンズやプリズムが繰り返し形成されたパターンからなり、レーザ光を発散させる。拡散フィルムは、表面に凹凸パターンを有するか、内部に拡散剤を混入させることで、レーザ光を発散させる。このように発散角を与える偏向用シート２５ａ、２５ｂ、および、２５ｃを用いることで、液晶表示装置の視野角を拡げることができる。本発明では、レーザ光を主面方向に出射させてから、ビームを発散させることで、視野角の確保と、レーザ光の直線偏光性の確保を両立させる。
【００７６】
特に、本発明では、前記レーザ光に発散角を与える偏向用シート２５ｂ、および／または、２５ｃを、液晶パネル３４の視聴者側にも設けることが好ましい。前記した導光板主面上の偏向用シート２５ａとあわせて用いることで、さらに広い視野角を得ることができる。偏向用シート２５ａ単独で、所望の視野角を確保しようとした場合に、液晶パネル３４入射前に過度にレーザ光のビームが拡大され、ビーム損失が生じるような場合であっても、液晶パネル３４前後に偏向用シート２５ａ、ならびに、２５ｂ、および／もしくは、２５ｃを用いれば、ビームの拡大を、液晶パネル３４の前後で分担させることができ、よって、ビーム損失を最小限に抑えながら所望の視野角と正面輝度の設定を行うことが可能となる。
【００７７】
また液晶パネル３４の視聴者側の偏向用シート２５ｂおよび／または２５ｃは、液晶パネル３４と出射側偏光板３４１の間（図における偏向用シート２５ｂ）に設けることが好ましい。偏向用シートは、視聴者側の照明光を拡散反射させ、明所コントラストの劣化を導くが、視聴者側から見て偏光板３４１の背後側に、偏向用シート２５ｂを配置することで、照明光の拡散を偏光板により遮り、明所コントラストの劣化を抑えることができる。
【００７８】
図５Ａおよび図５Ｂに示す液晶表示装置３の場合には、図１Ａおよび図１Ｂに示す光学素子２０ａのホログラム層２５１として位相変調体積型ホログラム２５１ａを用いた面状照明装置１を例として示している。すなわち、ホログラム層２５１は、図２に示す第１の導光板２０の同じ部位に少なくとも赤色、緑色および青色光源を用いて多重露光（三波長多重露光）で形成してなる位相変調体積型ホログラム２５１ａを一定ピッチで配列した構成からなる。
【００７９】
一方の主面２０ｂから出射されるレーザ光の偏光軸の方向と、液晶表示パネル３４の表示面側の偏光板３４１の偏光軸の方向との成す交差角度は、例えばツイストネマティック型液晶表示パネルであれば、０度あるいは９０度に、ホメオトロピック型液晶表示パネルであれば０度に設定されればよい。このようにすれば、液晶表示パネル３４の背面側には偏光板（偏光子）を省略することができる。
【００８０】
液晶表示パネル３４は、透過型または半透過型構成で、例えば薄膜トランジスタ駆動（ＴＦＴ）アクティブマトリクス型の液晶表示パネルであり、表示領域には赤色画素部、緑色画素部および青色画素部を１つの画素単位として、多数の画素が設けられ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）により駆動される。そして、２枚のガラス基板の間に液晶層が所定の方向に配向されて設けられている。また、この液晶層を駆動するためのＴＦＴはガラス基板の一方に形成されているが、これらは図示していない。この液晶表示パネル３４は、パネル背面側の偏光板を不要とすることを除き、従来から使用されているものを用いることができるので、さらなる説明を省略する。
【００８１】
本実施形態の液晶表示装置３では、バックライト照明装置として、レーザ光源を用いてレーザ光を位相変調体積型ホログラム層２５１ａによって一方の主面２０ｂと略垂直な方向へ回折し出射する面状照明装置１により、液晶表示パネル３４をその背面側から直線偏光レーザ光で照明する。
【００８２】
液晶表示パネル背面側から入射した直線偏光のレーザ光は、動作する液晶層の液晶分子配向の変化により屈折率異方性が変化して旋光あるいは偏光状態に変化を受けた後、表示面側、すなわち観察者側に配置してある表示面側の偏光板３４１（検光子）によって偏光制御され光強度変調を受ける。そして、光強度変調を受けたレーザ光が表示面側に出てくることにより、高画質の画像表示がなされる。これは各色のレーザ光についても全く同様に作用し、フルカラー表示が実現できる。これにより、液晶パネル３４背面側の偏光板が不要となるので、従来の背面側に偏光板を有する液晶表示装置に比して約５０％光利用効率が向上し、高輝度表示の液晶表示装置３を実現できる。
【００８３】
また、レーザ光源１２を構成するＲ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂおよびＢ光源１２ｃの発光波長は非常に色純度のよいものが得られることから、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光源を使用する方式に比べて、さらに高画質の画像表示を得ることができる。また、レーザ光源はＬＥＤ光源に比べて発光効率が良好であることから、低消費電力化も可能である。
【００８４】
なお、第１の導光板２０の光学素子２０ａとしてホログラム層２５１を用い、このホログラム層２５１が図３に示すように位相変調体積型ホログラム２５１ｂを一定ピッチで配列した構成の面状照明装置１をバックライト照明装置として用いてもよい。あるいは、図４Ａ等に示す位相変調平面型計算機合成ホログラム３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃが形成された副導光板３０１、３０２、３０３を一体化して構成する第１の導光板３０を用いた面状照明装置２をバックライト照明装置として用いてもよい。
【００８５】
また、上記においては、バックライト照明装置は、一方の主面方向から偏光の状態を維持して出射させた各色のレーザ光で、そのまま液晶表示パネル背面側を照明するとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１の導光板２０に設けた光学素子２０ａであるホログラム層２５１を液晶表示パネル３４の画素列に対応する位置に配置し、一方の主面２０ｂから少なくとも赤色、緑色および青色に分離したレーザ光を、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部にそれぞれ入射させる構成としてもよい。これにより、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色に分離したレーザ光を個別に照射することができるので、カラーフィルタをなくすことも可能である。カラーフィルタを除去することにより、より明るい表示を得ることもできる。
【００８６】
（第２の実施形態）
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の第２の実施形態にかかる面状照明装置４を示す図である。図６Ａは構成の概要を示す平面図、図６Ｂは図６ＡのＣ−Ｃ線に沿って切断した断面の概略図である。この面状照明装置４を図示する場合においても、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。本実施形態の面状照明装置４は、第１の実施形態の面状照明装置１との比較において、第１の導光板４０の光学素子４０ａが半透過ミラー４５１である点において異なる。半透過ミラー４５１は、第１の導光板４０内を伝播するレーザ光の伝播方向に沿って設定されたピッチで配列され、レーザ光の少なくとも一部は半透過ミラーで反射され、一方の主面４０ｂに略垂直な方向へ伝播し、一方の主面４０ｂから出射するように構成される。なお、第１の導光板４０の他方の主面４０ｃ側には、筐体１６が配置されている。
【００８７】
図６Ｂに示すように、本実施形態の面状照明装置４は、第１の導光板４０に設ける光学素子４０ａとして、半透過ミラー４５１を用いる。以下、光学素子４０ａを、半透過ミラー４５１として説明する。
【００８８】
レーザ光は、第１の導光板４０の一方の端面部４０ｄから、平行光として入射される。ここで、半透過ミラー４５１はそれぞれ、レーザ光の伝播方向に対して垂直な方向に延び、伝播方向に沿って設定されたピッチで並んで配列される。半透過ミラー４５１により、第１の導光板４０内の各部位で、直線偏光レーザ光の少なくとも一部は一方の主面４０ｂに略垂直な方向に反射され、残りの直線偏光レーザ光が、伝播方向に沿って次の半透過ミラー４５１に向かって透過される。なお、漏れ光が発生する場合には、第１の導光板４０の他方の主面４０ｃ側に反射層（図示せず）を配置してもよい。
【００８９】
図７Ａおよび図７Ｂは、本実施形態の面状照明装置４の第１の導光板４０に設ける半透過ミラー４５１の構成を示す概念的な断面図である。先ず、図７Ａ（ａ）に示すように、第１の導光板４０の半透過ミラー４５１は、例えば透明な樹脂基板に設定されたピッチで形成した帯状の傾斜面４０１の表面に誘電体多層膜４０２を積層して形成した構成を有してよい。なお、誘電体多層膜４０２は屈折率や膜厚を変化させて積層することが好ましい。
【００９０】
あるいは、図７Ｂに示すように、設定されたピッチで形成した帯状の傾斜面４０１の表面に誘電体多層膜４０２を積層した後、透明樹脂４０３で傾斜面４０１を埋め込むように形成してもよい。これらの構成とすることにより、半透過ミラー４５１により、赤色、緑色および青色の直線偏光のレーザ光を一方の主面４０ｂから出射させることができる。
【００９１】
また、半透過ミラー４５１は、レーザ光の伝播方向に対して垂直に略直線状に延び、伝播方向に沿って設定されたピッチで列状に並んで配列される。第１の導光板４０の入射面側から、レーザ光の伝搬方向に沿って、半透過ミラー４５１の反射率を段階的に変化させて形成している。反射率は、入射面側から伝播方向に沿って単調増加的に変化することが望ましい。これにより、一方の主面４０ｂの全面にわたって均一な輝度で直線偏光レーザ光を出射する面状照明装置４が得られる。
【００９２】
図８は、本実施形態の変形例の面状照明装置５の構成を示す概念的な断面図である。図８に示すように、この変形例の面状照明装置５においては、第１の導光板５０はレーザ光源１２のそれぞれの色の光源に対応して配置した副導光板５１１、５１２、５１３を備える。これらの副導光板５１１、５１２、５１３に半透過ミラー５５１が設けられる。これらの副導光板５１１、５１２、５１３は、それぞれ設定されたピッチで形成した傾斜面の表面に誘電体多層膜を積層し、傾斜面を透明樹脂で埋めてなる半透過ミラー５５１が設けられている。すなわち、副導光板５１１、５１２、５１３の構造は、図７Ｂに示す導光板と基本的に同じである。これにより、それぞれの副導光板５１１、５１２、５１３のそれぞれの半透過ミラー５５１により、赤色、緑色および青色のレーザ光は、それぞれ、少なくとも一部が反射され、一方の主面５０ｂから出射される。なお、他方の主面５０ｃ側には、筐体１６が配置されている。
【００９３】
このような構成により、レーザ光源を光源として用い、一方の主面５０ｂから面状に直線偏光レーザ光を出射可能な面状照明装置５を得ることができる。また、面状照明装置５をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置は、光源としてレーザ光源を用いているので、色再現範囲が広く、かつ、液晶表示パネル背面側の偏光板を省略可能である。
【００９４】
さらに、この変形例の面状照明装置５を、液晶表示装置のバックライト照明装置として用いる場合においては、赤色、緑色および青色の各レーザ光が一方の主面５０ｂから出射する位置を、液晶表示パネルの画素を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に対応するように半透過ミラー５５１を配置することができる。このように半透過ミラー５５１を構成することにより、一方の主面５０ｂから出射する赤色レーザ光を赤色画素部に、緑色レーザ光を緑色画素部に、また、青色レーザ光を青色画素部に、入射させることが可能である。この場合、液晶表示パネルの画素からカラーフィルタをなくすことが可能である。
【００９５】
また、上記において、第１の導光板５０に設けた光学素子は、第１の導光板５０内を伝播するレーザ光のうち、所定の方向を向いた偏光軸を有する直線偏光レーザ光のみを反射させ、その一部を一方の主面５０ｂと略垂直な方向へ出射させてもよい。これにより、一方の主面から略垂直に出射するレーザ光の偏光度は、さらに向上され、優れた直線偏光性を有するレーザ光を面状に出射する面状照明装置５を得ることができる。
【００９６】
図９Ａおよび図９Ｂは、本実施形態にかかる面状照明装置４をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置６の構成を示す図である。図９Ａは構成の概略を示す平面図、図９Ｂは図９ＡのＤ−Ｄ線に沿って切断した断面の概略図である。この液晶表示装置６を図示する場合においても、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。図９Ａおよび図９Ｂに示す本実施形態の液晶表示装置６は、図５Ａおよび図５Ｂに示す第１の実施形態の液晶表示装置３との比較において、バックライト照明装置である面状照明装置４の第１の導光板４０の光学素子４０ａが半透過ミラー４５１である点において異なる。
【００９７】
図９Ｂに示すように、本実施形態の液晶表示装置６は、偏光板３４１を表示面側、すなわち観察者側に有する液晶表示パネル３４と、液晶表示パネル３４を背面側から照明するバックライト照明装置とを備える。このバックライト照明装置が、上述の面状照明装置４である。
【００９８】
なお、本実施形態の液晶表示装置６においては、第１の導光板４０の一方の主面４０ｂにレーザ光の進行方向を偏向し、液晶表示画面の視野角を拡大する偏向用シート４５を配置している。この偏向用シート４５は、例えば透明なアクリル系樹脂やポリオレフィン系樹脂材料などからなる拡散板、レンズシートまたはプリズムシートを使用することができる。これにより、バックライト照明装置の一方の主面４０ｂの全面から斜め方向にもレーザ光が均一に広がるので、広い視野で均一表示の液晶表示装置６を得ることができる。
【００９９】
また、第１の導光板４０の半透過ミラー４５１は、レーザ光の伝播方向に垂直な方向に、略直線状に延び、レーザ光の伝播方向に沿って、並んで配列される。各半透過ミラー４５１は、第１の導光板４０の入射面側（一方の端面４０ｄ側）から、レーザ光の伝搬方向に沿って、その反射率を段階的に変化させて設けられている。こうすることにより、一方の主面４０ｂから、全面にわたって均一な輝度を有する直線偏光レーザ光を出射することができ、面内で均一な輝度を有する液晶表示装置６を得ることができる。
【０１００】
第１の実施形態による液晶表示装置３と同様、液晶表示パネル３４の表示面側の偏光板３４１の偏光軸方向と、面状照明装置４から出射される直線偏光レーザ光の偏光軸とが成す角は、予め設定される交差角度に一致する。すなわち、液晶表示装置６においては、偏光軸の方向が、液晶表示パネル３４の表示側の偏光板３４１の偏光軸方向と設定された交差角度を成す一方の主面４０ｂから出射される直線偏光レーザ光により、液晶表示パネル３４がその背面側から照明される構成を有する。例えば、ツイストネマティック型液晶表示パネルであれば、交差角度は０度あるいは９０度に、ホメオトロピック型液晶表示パネルであれば、交差角度は０度に設定される。このような構成を有する液晶表示装置６においては、液晶表示パネル３４の背面側に偏光板を設ける必要がない。なお、面状照明装置４の第１の導光板４０の一方の主面４０ｂと、偏向用シート４５と、液晶表示パネル３４とは、ほぼ密接して配置されている。
【０１０１】
液晶表示パネル３４は、透過型または半透過型構成で、例えばＴＦＴアクティブマトリクス型の液晶表示パネルであり、表示領域には赤色画素部、緑色画素部および青色画素部を１つの画素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枚のガラス基板の間に液晶層が所定の方向に配向されて設けられている。また、この液晶層を駆動するためのＴＦＴはガラス基板の一方に形成されているが、これらは図示していない。この液晶表示パネル３４は、パネル背面側の偏光板が省略可能である点を除き、従来から使用されているものと同等である。
【０１０２】
本実施形態の液晶表示装置６では、バックライト照明装置として、レーザ光を光学素子４０ａである半透過ミラー４５１によって一部反射し一方の主面４０ｂ方向から出射する面状照明装置４を用い、パネル背面側から直線偏光の高出力のレーザ光で照明する。偏光軸をそろえて背面側から入射されたレーザ光は、動作する液晶層の液晶分子配向の変化により屈折率異方性が変化して旋光あるいは偏光状態に変化を受けた後、前面側の偏光板（検光子）３４１によって偏光制御され光強度変調を受ける。そして、光強度変調を受けたレーザ光が表示面側、すなわち観察者側に出射され、画像が形成される。この機構は、各色のレーザ光について全く同様に作用し、よって、フルカラーによる画像表示が実現される。
【０１０３】
上記したように、本実施形態の液晶表示装置６では、背面側の偏光板を省略可能であるので、従来型の、背面側に偏光板を有する液晶表示装置との比較において光利用効率を約５０％向上させることができる。また、レーザ光源１２においては、発光波長に関し非常に色純度のよいものが得られることから、色再現範囲を大幅に拡大できる。この結果、従来の蛍光表示管やＬＥＤ光源を使用する照明方式に比べ、より高画質の画像を表示することが可能となる。
【０１０４】
また、本実施形態の液晶表示装置６においては、バックライト照明装置は一方の主面方向から、その偏光の状態を維持して出射された各色のレーザ光を用い、そのまま液晶表示パネルの背面側を照明する構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、バックライト照明装置として、図８に示す面状照明装置５を用いてもよい。この場合に、一方の主面５０ｂからは、少なくとも赤色、緑色および青色に分離したレーザ光が出射し、各色レーザ光は、液晶表示パネル３４の各画素を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に対応して、それぞれ入射するような構成としてもよい。
【０１０５】
このような構成とすれば、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を個別に照射することができるので、カラーフィルタを省略することも可能である。カラーフィルタを除去することにより、なおさらに明るい画像表示を実現することができる。なお、このような構成とするためには、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部が、半透過ミラー５５１と対応して列状に並んで配置され、半透過ミラー５５１において反射される各色レーザ光の出射する位置に、赤色画素部、緑色画素部および青色画素部が対応しさえすればよい。
【０１０６】
（第３の実施形態）
図１０Ａおよび図１０Ｂは、本発明の第３の実施形態にかかる面状照明装置５０を示す図である。図１０Ａは構成の概要を示す平面図、図１０Ｂは、図１０ＡのＥ−Ｅ線に沿って切断した断面の概略図である。この面状照明装置５０を図示する場合において、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。
【０１０７】
図１０Ａおよび図１０Ｂに示す面状照明装置５０と、第１の実施形態の面状照明装置１との相違点を以下に説明する。先ず第１に、面状照明装置５０は、レーザ光源１２から出射されたレーザ光の光路を変換する光路変換部５６を備える点において面状照明装置１と相違する。面状照明装置５０の光路変換部５６は、光路変換部５６に入射したレーザ光を、平行レーザ光に変換し、第１の導光板５８の一方の端面部５８ｄに入射させる機能を有する。第２に、面状照明装置５０は、レーザ光源１２から出射されたレーザ光を、光路変換部５６へと導光する第２の導光板５４（第２の導光路）をさらに備える点において面状照明装置１と相違する。面状照明装置５０の第２の導光板５４は、第１の導光板５８の他方の主面５８ｃに積層して設けられ、第２の導光板５４の一方の端面部５４ａ側にレーザ光源１２が配置され、第２の導光板５４の他方の端面部５４ｂ側に光路変換部５６が配置される。
【０１０８】
また、図１０Ａに示すように、レーザ光源１２は少なくともＲ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂ、Ｂ光源１２ｃの３原色を発光する３つの光源を有する。また、図示しないが、レーザ光源１２から出射されたレーザ光を扁平ビームとして光路変換部５６に均一に入射させるための光学部材を配置してもよい。
【０１０９】
光路変換部５６は、例えばリフレクタや三角プリズム等を用いることができる。さらに、この光路変換部５６は、第１の導光板５８にレーザ光を漏れなく入射させ、かつより均一な面状照明光を得るために、入射角度に応じて角度の調整を行うように、その内側表面に微小な凹凸形状（図示は省略。）を設けてもよい。あるいは、光路変換部５６を所定の曲率で湾曲させることにより、レーザ光を第１の導光板５８の面内の所定の方向に平行光として入射させるようにしてもよい。光路変換部５６に対しこのような形状加工を施すことにより、第１の導光板５８に入射するレーザ光をほぼ平行光とすることが可能となる。よって、ホログラム層や半透過ミラー等の設計が容易になり、面内の光強度分布をさらに均一化することができる。
【０１１０】
なお、第１の導光板５８および第２の導光板５４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る。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。
【０１１１】
また、本実施形態においては、第１の導光板５８の光学素子５８ａは、第１の実施形態におけるホログラム層２５１と同じ構成のホログラム層５８１を用いており、例えば位相変調体積型ホログラムや位相変調平面型計算機合成ホログラムを設けている。
【０１１２】
本実施形態による面状照明装置５０は、先の実施形態による面状照明装置よりも装置全体を小型化できる。また、第２の導光板５４を設けることにより、レーザ光源１２から発生したレーザ光を第２の導光板５４を通して光路変換部５６に光の漏れを生じさせずに伝達することができる。また、面状照明装置５０にごみ等が付着または混入しても、レーザ光が遮断されることがないため、面状照明装置５０の信頼性を向上可能である。
【０１１３】
なお、本実施形態の面状照明装置５０においては、第１の導光板５８における光学素子５８ａとしてホログラム層５８１を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２の実施形態の面状照明装置４で説明した半透過ミラー４５１を用いた第１の導光板４０の構成としてもよい。
【０１１４】
また、本実施形態の面状照明装置５０においては、第２の導光板５４を備えた構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、レーザ光源１２から空間（空気層）を介して光路変換部５６に入射させる構成としてもよい。
【０１１５】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、本実施形態にかかる面状照明装置５０をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置６０の構成を示す図である。図１１Ａは平面概略図、図１１Ｂは、図１１ＡのＦ−Ｆ線に沿って切断した断面の概略図である。この液晶表示装置６０を図示する場合においても、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。
【０１１６】
本実施形態の液晶表示装置６０は、偏光板３４１を表示面側、すなわち観察者側に設けた液晶表示パネル３４と、液晶表示パネル３４を背面側から照明するバックライト照明装置とを備える。このバックライト照明装置は、上述した面状照明装置５０である。面状照明装置５０の第１の導光板５８の一方の主面５８ｂと、偏向用シート５５と、液晶表示パネル３４とはほぼ密接して配置される。
【０１１７】
なお、本実施形態では、第１の導光板５８の一方の主面５８ｂと液晶表示パネル３４の背面側との間には、偏向用シート５５が配置されており、斜め視角方向にもレーザ光を広げるようにしている。この偏向用シート５５は、拡散板、レンズシートまたはプリズムシートを用いることができる。
【０１１８】
液晶表示パネル３４は、透過型または半透過型構成で、例えばＴＦＴアクティブマトリクス型の液晶表示パネルであり、表示領域には赤色画素部、緑色画素部および青色画素部を１つの画素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。この液晶表示パネル３４は、第１の実施形態の液晶表示装置３で説明した液晶表示パネル３４を用いることができるので、さらなる説明を省略する。
【０１１９】
本実施形態の液晶表示装置６０では、バックライト照明装置として、レーザ光１２をホログラム層５８１によって一部回折させ、一方の主面５８ｂから出射する面状照明装置５０を用いているので、液晶表示パネル３４の背面側から直線偏光の高出力のレーザ光で照明することができる。
【０１２０】
偏光軸をそろえて背面側から入射したレーザ光は、動作する液晶層の液晶分子配向の変化により屈折率異方性が変化して旋光あるいは偏光状態に変化を受けた後、表示面側である前面側の偏光板（検光子）３４１によって偏光制御され光強度変調を受ける。そして、光強度変調を受けたレーザ光が表示面側に出てくることにより画像表示がなされる。これは各色のレーザ光について全く同様に作用し、フルカラー表示が実現できる。
【０１２１】
このような構成とすることにより、偏光の状態を維持して一部を回折あるいは反射し一方の主面５８ｂから出射された所定の発光波長の直線偏光レーザ光で均一に照明でき、かつ液晶表示パネル３４の背面側の偏光板を不要にすることができる。したがって、光利用効率を大幅に改善するとともに、高輝度で、かつ色再現範囲の広い高画質のカラー表示が可能となる。
【０１２２】
また、レーザ光源１２から出射したレーザ光の光路を変換する光路変換部５６をさらに備えることにより、バックライト照明装置である面状照明装置５０を、先の実施形態による面状照明装置よりも小型化できる。それにより、液晶表示装置を、より小型にすることもできる。さらに、光路変換部５６は、レーザ光を第１の導光板５８の一方の端面部５８ｄに平行光として入射させるので、光学素子５８ａであるホログラム層５８１の設計を容易に行え、面内光強度分布をより均一化することができるので、液晶表示装置６０としてより均一な表示が可能となる。
【０１２３】
また、バックライト照明装置である面状照明装置５０は、レーザ光を光路変換部５６に導光する第２の導光板５４をさらに備える。よって、レーザ光を第２の導光板５４を通して光路変換部５６に光の漏れを生じさせずに伝達できる。また、ごみ等が付着または混入してもレーザ光が遮断されることがないので、品質の高い液晶表示装置６０を実現できる。
【０１２４】
なお、バックライト照明装置である面状照明装置５０は、一方の主面５８ｂから少なくとも赤色、緑色および青色に分離したレーザ光を、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部にそれぞれ入射させる構成としてもよい。これにより、液晶表示パネル３４の画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を個別に照射することができるので、カラーフィルタをなくすことも可能である。カラーフィルタを除去することにより、より明るい表示を得ることもできる。
【０１２５】
なお、第１の導光板５８および第２の導光板５４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る。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。
【０１２６】
（第４の実施形態）
図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明の第４の実施形態にかかる面状照明装置７０を示す図である。図１２Ａは構成の概要を示す平面図、図１２Ｂは、図１２ＡのＧ−Ｇ線に沿って切断した断面の概略図である。この面状照明装置７０を図示する場合において、筐体１６および収納部１８の表面のそれぞれを切り取り、内部構成をわかりやすく示す。
【０１２７】
図１２Ａおよび図１２Ｂに示す面状照明装置７０は、第３の実施形態の面状照明装置５０との比較において、レーザ光源１２から出射したレーザ光を偏向走査して、第２の導光板５４の一方の端面部５４ａに導光する点で異なる。
【０１２８】
図１２Ａに示すように、本実施形態の面状照明装置７０は、Ｒ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂおよびＢ光源１２ｃからなるレーザ光源１２からのレーザ光をコリメートし、例えばダイクロイックミラー１４により合波した後、ビーム走査部５２に入射する。ビーム走査部５２は、反射ミラー５２ａと、この反射ミラー５２ａの角度を変化させるための角度調整機構５２ｂとを含んで構成される。そして、この角度調整機構５２ｂを用いて反射ミラー５２ａの角度を高速に変化させ、レーザ光を第２の導光板５４を介して光路変換部５６に入射させる。すなわち、図１２Ａに示すように、反射ミラー５２ａは光路変換部５６の長さ方向の全面にレーザ光を照射させるために偏向走査角度θで偏向走査される。図に示すように、偏向走査角度θは、反射ミラー５２ａで偏向されて伝播するレーザ光の両端が、反射ミラー５２ａにおいて成す角度である。
【０１２９】
反射ミラー５２ａは、シリコン基板を用いてマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)）技術により形成することができる。さらに、同じＭＥＭＳ技術を用いて、例えば圧電体素子により偏向走査角度を生じさせる角度調整機構５２ｂも一体化した構成とすることもできる。このような構成とすれば、ビーム走査部５２の形状を大幅に小型化することもできる。
【０１３０】
これにより、光路変換部５６の長さ方向の全体にわたりレーザ光が入射され、光路変換部５６から第１の導光板５８の一方の端面部５８ｄの全体に均一に平行レーザ光を入射させることができる。例えば、光路変換部５６には、反射ミラー５２ａを焦点とするシリンドリカルフレネルレンズ面が形成される。当該面の作用により、第２の導光板５４の他方の端面部５４ｂから出射されたレーザ光は平行光化される。
【０１３１】
本実施形態にかかる面状照明装置７０をバックライト照明装置として用いた液晶表示装置は、第３の実施形態の液晶表示装置６０と同じ構成であるので、説明を省略する。
【０１３２】
なお、第３の実施形態および第４の実施形態では、第１の導光板の光学素子としてホログラム層を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。半透過ミラーを用いる構成の第１の導光板を用いてもよい。また、図８に示す構成と同様に、Ｒ光源１２ａ、Ｇ光源１２ｂおよびＢ光源１２ｃのそれぞれに対応して、第１の導光板、第２の導光板および光路変換部をそれぞれ設けてもよい。このような構成とすれば、カラーフィルタを省略可能である。すなわち、図８で説明した構成と同様に、一方の主面から少なくとも赤色、緑色および青色に分離したレーザ光を液晶表示パネルの画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に対応して、それぞれ入射させる構成としてもよい。
【０１３３】
このような構成とすれば、液晶表示パネルの画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を個別に照射することができるので、カラーフィルタをなくすことが可能である。カラーフィルタを除去することにより、より明るい表示を得ることもできる。なお、このような構成とするためには、液晶表示パネルの画素列を構成する赤色画素部、緑色画素部および青色画素部が、それぞれ、ホログラム層または半透過ミラーの配列に対応して列状に配置され、これらの赤色画素部、緑色画素部および青色画素部に対応した位置から各色のレーザ光が出射する構成にすればよい。
【０１３４】
なお、第１の実施形態から第４の実施形態までにおいて説明した第１の導光板に入射する平行レーザ光は、わずかに発散性を有してよい。ただし、その場合の発散角度は±１０度以下が好ましく、より好ましくは±５度以下である。ここで発散角度は、光軸を共有する平行光である場合のレーザ光と発散性を有するレーザ光との外縁部の成す角度としてよい。外縁部は、上記各レーザ光における中心部での光強度から所定の割合だけ強度が低下した光強度を有する部分としてよい。
【０１３５】
また、本発明においては、その実施形態において、輝度の向上の効果を最大限に大きくするために、バックライト照明装置と液晶表示パネルとの間の、つまり、液晶表示パネル背面側の偏光板を除いた形態の液晶表示装置を例に挙げて説明したが、液晶表示装置のコントラストを上げるため背面側に偏光板を付加した構成としてもよい。背面側に偏光板を用いた場合も、第１の実施形態から第４の実施形態で説明したように不要な、つまり、背面側の偏光板で遮られる偏光成分はほとんどない。そのため、従来型液晶表示装置のように背面側の偏光板で除去される光は、本発明にかかる液晶表示装置においては非常に少なく、背面側に偏光板を用いた場合であっても除去される光は最小限に抑えられ、液晶表示の輝度の上昇効果は、同様に得られる。また、本発明の導光板には、中空型導光路や、湾曲が可能な可撓性のフィルムからなる導光路を用いてもよい。なお、本発明においては、レーザ光源にマルチモードファイバ等を含んでよい。この場合、レーザ光源から出射されるレーザ光の偏光の状態はランダム化されているが、本発明にかかる面状照明装置（バックライト照明装置）に既存の偏光変換素子等を追加し、当該ランダムな偏光性を有するレーザ光を直線偏光化させ、直線偏光化されたレーザ光を第１の導光路に入射させるように面状照明装置（バックライト照明装置）を構成すれば、そのような場合であっても、明細書に例示の実施形態と同様の効果を発揮する面状照明装置（バックライト照明装置）を得ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
本発明にかかる面状照明装置とそれを用いた液晶表示装置は、レーザ光を用いて一方の主面方向から直線偏光を出射し、面内で均一な輝度を有する面状照明装置を実現する。この面状照明装置を用いて光利用効率が高く高輝度で、高画質の液晶表示装置を実現できる。よって、本発明は、ディスプレー分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１Ａ】本発明にかかる第１の実施形態による面状照明装置の構成を示す概略的平面図
【図１Ｂ】図１Ａの線Ａ−Ａに沿った断面を示す概略的断面図
【図２Ａ】第１の実施形態による面状照明装置のホログラム層として、位相変調体積型ホログラムを配列した第１の導光板の構成を示す概略的斜視図
【図２Ｂ】第１の実施形態による面状照明装置のホログラム層として、位相変調体積型ホログラムを配列した第１の導光板の構成を示す概略的斜視図
【図３】第１の実施形態による面状照明装置のホログラム層として、位相変調体積型ホログラムを配列した第１の導光板の構成別例を示す概略的斜視図
【図４Ａ】第１の実施形態による面状照明装置の変形例の構成を示す概略的断面図
【図４Ｂ】位相変調平面型計算機合成ホログラムの部分拡大図
【図４Ｃ】凹凸パターンの繰り返しが断続的に形成された位相変調平面型計算機合成ホログラムの概略的部分断面図
【図５Ａ】第１の実施形態による面状照明装置をバックライト照明装置として用いる液晶表示装置の構成を示す概略的平面図
【図５Ｂ】図５Ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面を示す概略的断面図
【図６Ａ】本発明にかかる第２の実施形態による面状照明装置の構成を示す概略的平面図
【図６Ｂ】図６Ａの線Ｃ−Ｃ線に沿った断面を示す概略的断面図
【図７Ａ】第２の実施形態による面状照明装置の、半透過ミラーを配列した第１の導光板の構成を示す概略的断面図
【図７Ｂ】第２の実施形態による面状照明装置の、半透過ミラーを配列した第１の導光板の構成を示す概略的断面図
【図８】第２の実施形態による面状照明装置の変形例の構成を示す概略的断面図
【図９Ａ】第２の実施形態による面状照明装置をバックライト照明装置として用いる液晶表示装置の構成を示す概略的平面図
【図９Ｂ】図９Ａの線Ｄ−Ｄに沿った断面を示す概略的断面図
【図１０Ａ】第３の実施形態による面状照明装置をバックライト照明装置として用いる液晶表示装置の構成を示す概略的平面図
【図１０Ｂ】図１０Ａの線Ｅ−Ｅに沿った断面を示す概略的断面図
【図１１Ａ】第３の実施形態による面状照明装置をバックライト照明装置として用いる液晶表示装置の構成を示す概略的平面図
【図１１Ｂ】図１１Ａの線Ｆ−Ｆに沿った断面を示す概略的断面図
【図１２Ａ】本発明にかかる第４の実施形態による面状照明装置の構成を示す概略的平面図
【図１２Ｂ】図１２Ａの線Ｇ−Ｇに沿った断面を示す概略的断面図
【符号の説明】
【０１３８】
１、２、４、５、５０、７０    面状照明装置（バックライト照明装置）
３、６、６０    液晶表示装置
１２    レーザ光源
１２ａ    Ｒ光源（赤色光源）
１２ｂ    Ｇ光源（緑色光源）
１２ｃ    Ｂ光源（青色光源）
１３、１３ａ、１３ｂ    光学部材
１４    ダイクロイックミラー
１６    筐体
１８    収納部
２０、３０、４０、５０、５８    第１の導光板
２０ａ、４０ａ、５８ａ    光学素子
２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ、５０ｂ、５８ｂ    一方の主面
２０ｃ、４０ｃ、５０ｃ、５８ｃ    他方の主面
２０ｄ、３０ｄ、４０ｄ、５４ａ、５８ｄ    一方の端面部
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、４５、５５    偏向用シート
３４    液晶表示パネル
５２    ビーム走査部
５２ａ    反射ミラー
５２ｂ    角度調整機構
５４    第２の導光板
５４ｂ    他方の端面部
５６    光路変換部
２５１、３５１、５８１    ホログラム層
２５１ａ、２５１ｂ、２５１ｃ    位相変調体積型ホログラム
３０１、３０２、３０２、５１１、５１２、５１３    副導光板
３１１    溝
３４１    偏光板
３５１ａ、３５１ｂ、３５１ｃ    位相変調平面型計算機合成ホログラム
４０１    傾斜面
４０２    誘電体多層膜
４０３    透明樹脂
４５１、５５１    半透過ミラー
【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１Ａ】
2007074787.tif 000026
【図１Ｂ】
2007074787.tif 000027
【図２Ａ】
2007074787.tif 000028
【図２Ｂ】
2007074787.tif 000029
【図３】
2007074787.tif 000030
【図４Ａ】
2007074787.tif 000031
【図４Ｂ】
2007074787.tif 000032
【図４Ｃ】
2007074787.tif 000033
【図５Ａ】
2007074787.tif 000034
【図５Ｂ】
2007074787.tif 000035
【図６Ａ】
2007074787.tif 000036
【図６Ｂ】
2007074787.tif 000037
【図７Ａ】
2007074787.tif 000038
【図７Ｂ】
2007074787.tif 000039
【図８】
2007074787.tif 000040
【図９Ａ】
2007074787.tif 000041
【図９Ｂ】
2007074787.tif 000042
【図１０Ａ】
2007074787.tif 000043
【図１０Ｂ】
2007074787.tif 000044
【図１１Ａ】
2007074787.tif 000045
【図１１Ｂ】
2007074787.tif 000046
【図１２Ａ】
2007074787.tif 000047
【図１２Ｂ】
2007074787.tif 000048
【国際調査報告】
2007074787.tif 000049
2007074787.tif 000050
2007074787.tif 000051
2007074787.tif 000052