光源装置、使用该光源装置的液晶显示装置的制作方法

专利名称：光源装置、使用该光源装置的液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光源装置，特别是把激光作为光源使用的光源装置。
背景技术：
以往，使用液晶面板的显示装置把背光照明作为必要，作为背光光源，
使用荧光管或发光二极管(LED)。此外，在专利文献1和专利文献2中 表示了作为背光光源使用激光，并通过把激光在荧光管中进行波长变换而 进行彩色显示的方式。
专利文献1:特开2004-51016号公报
专利文献2:特开2003-302918号公报

发明内容
在液晶显示装置中，由于光电变换效率的极限，耗电增大成为问题。 特别在大型的显示器中，有必要解决低成本化、低耗电化。荧光管和LED 因为发光点尺寸大、光利用效率非常小到百分之几的程度，所以耗电变大。 此外，在荧光管中，由于光的波长受到限制，所以存在无法充分取得色再 现性、高色彩的彩色表现较为困难的问题。如专利文献1、 2所示，把激 光作为荧光变换使用时，变换效率无法取得高，所以具有耗电增大的问题。
作为在把荧光管和LED作为光源的液晶面板显示装置中光利用效率 低这一上述问题的要因之一，可以举出偏振光的利用。首先，荧光管和 LED中，单一偏振光化较为困难。与此相对，用液晶面板开关光时，如果 不利用单一偏振光，对比度就大幅度下降。因此，对液晶面板输入的光只 选择单一偏振光成分而利用，结果，光的利用效率低大幅度下降。
另一方面，激光光源能输出单一偏振光。可是，以往，并未提出维持 激光的单一偏振光而在背光光源中利用的结构。当前，仅仅公开了把激光 原样作为光源利用，偏振方向是随机的，与LED或灯光源同样作为偏振
光不一致的光源被利用的技术。因此，如液晶面板那样利用偏振光进行开 关时，并不利用偏振光的不同成分的光，因此产生利用效率低的问题、以 及即使使用了旨在利用偏振光的不同成分的光的偏振光变换装置，光学系 统也变得非常复杂的问题。

发明内容
本发明的目的在于，解决所述的问题，构筑能够实现激光的光量均一 化和偏振光的均一化的光学系统，并实现使用利用效率高的激光光源的光 源装置。此外，光源装置的低耗电化和小型化成为可能，,人而能够应用向 便携式仪器中适用的显示器。
本发明是为了实现所述的目的而提出的。本发明的光源装置的特征在 于，包括包括激光光源，其具有单一偏振光；波导板；反射部，其在 所述波导板的端部设置；透镜部，其在所述波导板设置，来自所述激光光 源的激光在所述波导板传播后，通过所述反射部和透镜部被准直，被准直 后的所述激光的偏振光与所述波导板的表面几乎平行。
根据本发明，能够在波导板内把激光变为均一的光量，并能够把激光 的偏振方向一致化，能实现以高效率从二维的面状发光的光源装置。如果 把它与液晶面板等二维开关组合，就能实现效率良好的液晶面板显示装 置。
在本发明的光源装置中，使用激光，所以能以高的效率把电变换为光。 本发明的光源装置能利用色纯度高的光，所以光的利用效率高，以低耗电 也能显示人画面。通过使用激光，能实现高的色再现性，0f以高色彩的彩 色显示成为可能。
此外，利用激光光源时，由于由其高的可干涉性而产生的斑点噪声， 也会产生图像质量恶化的问题，但是本发明也解决该问题。


图1是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。
图2是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的局部立体图。
图3是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图4是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图5是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图6是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。
图7是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图8是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图9是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图10是本发明实施方式2所涉及的背光装置的一个例子的俯视图(a)
和侧剖面图(b)。
图11是本发明实施方式2所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图12是本发明实施方式2所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图13是本发明实施方式3所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图14是本发明实施方式3所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图15是本发明实施方式3所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 图16是本发明实施方式3所涉及的背光装置的一个例子的俯视图(a)
和侧剖面图(b)。
图17是本发明实施方式4所涉及的液晶显示装置的框图。
图中l一激光；2—反射部；3—发散光；4—准直光；5—偏振方向；
6—波导板；21—微透镜；31—反射镜；51—反射部；61—第一波导板；
62—第二波导板；71—入/4板；81—偏向器；91一旋转棱镜。
具体实施例方式
本发明所涉及的光源装置具有单一偏振光的激光光、源和波导板，从激 光光源出射的发散光由在波导板的端部设置的反射部反射，由透镜部进行 准直，就能使得在波导板传播的激光的光量均一化，并使'激光的偏振一致。 把这样的光源装置作为背光，并组合利用偏振光的液晶面板，能实现效率 良好的二维显示装置。以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式。
实施方式1
图1是作为本发明实施方式1的背光装置的一个的俯视图。图1所示 的背光装置具有出射单一偏振光的激光光源7、在上方端部设置反射部2
的波导板6、使从激光光源7出射的激光发散并且入射到波导板6的(透
镜)光学系统32。实施方式1所涉及的背光装置用波导板6使激光1光量 均一化，据此，能作为用于液晶等的偏振光开关的背光使用。通常，液晶 面板的背光把光量均一化时，把光多次反射。可是，在多次反射的结构中， 即使对于光源使用单一偏振光的激光光源，结果在扩散板内部，偏振光方 向变为随机的方向，所以在液晶面板那样的利用偏振光的开关中利用时， 通过偏振片只提取特定的偏振光成分的结构成为必要。在这样的结构中， 光的利用效率极端下降，所以耗电增大，此外，由于需要偏振片，所以光 学系统变得复杂，与零件数量增大引起的成本上升有关。因此，在本发明 的实施方式l中，利用作为单一偏振光的激光光源的特性，实现效率良好 的背光装置。
在图1所示的背光装置中，从激光光源7通过适当的透镜光学系统32 对波导板6入射的激光1成为发散光3,在波导板6传播。在发散光3中， 激光的偏振光方向变为与波导光的前进方向垂直，所以在波导板6的内部 分布为扇状。发散光3由设置在波导板6的端面的反射部2反射。成为凹 面形状的反射构件与波导板6的上方凸状端部接合，形成反射部2。反射 部2对于在波导板6内部前进而至的发散光3具有透镜效果，把反射光变 换为准直光4。被反射的准直光4以平行状态在波导板6前进，所以偏振 光方向5彼此变为平行。据此，能实现光量均一化的单一偏振光的二维波 导光。组合该二维的背光装置和液晶面板以及扩散板的装置能在显示装 置、二维显示器、或者二维照明装置中利用。该装置能利用偏振一致的单 一偏振光的二维光，所以光的利用效率大幅度增大。
作为在波导板6传播的光，使用与波导板6的表面平行的单一偏振的 光。通过使偏振光方向变为与表面平行，利用偏振光的液晶面板的开关变 得容易。
优选为，波导板6由多片薄膜形成，从而使得波导板6具有双折射率。 如果使用双折射率波导板，就能防止在波导板6的内部偏振光旋转，所以 能维持单一偏振光，能抑制向不要光的变换，能减少光的损失。
另外，作为激光光源7，理想的是使用半导体激光器。特别是作为红 色激光器和蓝色激光器，容易利用高输出半导体激光器，所以是有效的。
在本发明中使用半导体激光器时，数W的高输出特性成为必要，所以作
为半导体激光器的构造，理想的是多条激光器(7》于只卜，^:Z)，所
述包含多条激光器宽条带(17^ 卜，Y7。)激光器或排列多个宽条带
激光器的。
(宽条带的激光器的排列)
把宽条带的激光器作为光源使用时，宽条带的排列方向和波导板6的 表面设置为平行，从而能提高向波导板6的入射效率。因此，理想的是与 波导板6表面平行设置半导体激光器的条的排列。可是，在如此设置的情 况下，半导体激光器的偏振光方向相对于波导板6的表面，变为垂直。为 了避免它，可以在半导体激光器的出射面设置A/2板，使偏振光方向旋转。 此外，在多条激光器的情况下，发光部的宽度变宽为数mm。对此即使设 置热沉(匕一卜^y夕)，如果热沉与波导板6平行设置，装置全体的薄 型化就是可能的。此外，作为热沉的冷却部件，使用热管(t一卜z,:/) 的情况下，成为使冷却液循环的构造，但是能把多条的激光器的背面冷却 构造薄型化，所以对装置全体的薄型化是有效的。
另一方面，在将宽条带的激光器的表面相对于波导板的表面垂直设置 的结构中也具有优点。图2是本发明实施方式1所涉及的背光装置的一个 例子的局部立体图，宽条带的激光器的表面对于波导板6的表面垂直。宽 条带的激光器的发散角(広力S^)角)在半导体激光器的厚度方向大到30° 左右，宽度方向小到数度左右。对波导板6入射的光在内部扩展，谋求了 波导板面内的光量均一化，但是，如果发散角小，有必要扩大透镜系统等。 因此，将半导体激光器的发散角大的厚度方向设为与波导板6表面平行(即 激光器的表面相对于波导板6的表面垂直设置)，不使用放大透镜系统， 就能把激光在波导板6面内充分扩展。把激光器的表面对于波导板的表面 垂直地设置的结构具有不使用A /2板，就能把激光器的偏振光方向设定为 与波导板平行的优点。可是，宽条带的激光器的条宽度是100 200um左 右，所以对于激光器的表面相对于波导板6的表面垂直设置的结构的情况， 如果变为多条构造，有时与波导板6的耦合效率下降。这时，或使用多个 宽条带激光器，或变为堆叠(7夕、乂夕)状，能提高半导体激光器和波导 板的耦合效率。
以堆叠状使用多个宽条带构造时，如图2所示，理想的是通过热沉
401，夹着具有有源层404的激光光源(蓝色激光器402、红色激光器403) 的多层构造。通过用热沉401夹着，能够提高激光的冷却效率，装置全体 的高输出化或长寿命化成为可能。螺纹，在热沉401内部，通过热管提高 冷却效率，能大幅度提高光源的可靠性。即使半导体激光器的发光点的间 隔为数mm以上，激光也能扩展到波导板6全体，所以，如果在激光光源 之间设置热沉401，就能充分提高热沉401的冷却效率，能适当进行对激 光器的热分离。
如后所述，作为半导体激光器，使用红色或蓝色的LD (激光二极管) 时，使用多个激光光源。这时，交替配置颜色不同的激光光源，能提高波 导板内的颜色的均一性。此外，由于蓝色LD相对于红色LD其发行强度 更大，所以理想的是多使用红色LD。例如，如果以2对1的个数比交替 配置红色LD和蓝色LD，就能实现波导板内的颜色的均一性。 (微透镜阵列的利用)
图3是本发明实施方式1所涉及的背光装置的其他例子的俯视图。在 图3所示的背光装置中，通过微透镜阵列21，对波导光进行准直。如果使 用光栅构造或光栅透镜构造，就能减小透镜部分，所以能减小背光装置整 体的构造。
此外，如果由液晶构成微透镜阵列21，就能随时间而改变微透镜阵列 21的焦点。通过焦点变化，在波导板6中导波的光的传播状态随时间而变 化，所以斑点噪声(^《、7夕& / <《)的减少成为可能。导波的光在微 透镜阵列21往返，光束光路的变化变为2倍，所以也能把驱动微透镜阵 列21的电力抑制在很低。使微透镜阵列21或反射部2微小振动的结构也 是有效的。通过使微透镜阵列21或反射部2微小振动，光束光路改变， 激光的散射模式变化，所以能减少斑点噪声。在微小振动中，偏振光的变 化小，所以对使偏振光一致、提高利用效率这一本发明的效果的影响小， 高效率化是可能的。
(向与反射部相面对的端部的反射镜的设置)
图4是本发明实施方式1所涉及的背光装置的其他例子的俯视图。如 图4所示，在激光入射部所处的波导板6端部设置反射镜31。通过这样，
由反射部2反射的准直光4能由反射镜31进一步反射，结果波导板6内
的光量的均一化增强。此外，由于背光装置的二维面状照明的利用效率提
高，所以成为效率高的背光装置。激光光源7的发光面积非常小，反射镜 31的开口部的损失小。使用多个激光光源时，变为在反射镜31设置多个 微小孔而从多个微小孔入射激光的结构。即使这样，也能够把反射镜的面 积做得比多个微小孔大很多，来自微小孔的激光的损失极小。 (光量分布的进一步均一化)
此外，图5是本发明实施方式1所涉及的背光装置的扩散板的扩散图 案301的结构例。如图5所示，设计扩散图案，从而使波导板的激光的扩 散强度分布相对于中心部，在周边部增强。即在波导板，进行光量分布均 一化和准直化时，通过在波导板的背面设置的扩散板，把向前面扩散的光 量分布均一化，把扩散板的扩散图案分布，设定为波导板内的光量分布的 反函数。据此，从波导板扩散的激光的光量均一性强化。
此外，作为扩展激光，特别是(如后所述)绿色激光的透镜光学系统 32，如果使用微透镜阵列，就能谋求波导板内的激光的强度分布的均一化。 然而，如果依然在透镜光学系统32使用单透镜，波导板6的中央附近的 强度分布就比周边部强。与此相对，通过在透镜光学系统32使用微透镜 阵列，就能缓和强度分布的强弱的发生，能谋求强度分布的均一化。 (激光的各种入射)
此外，图6是本发明实施方式1所涉及的背光装置的其他例子的俯视 图。图6所示的背光装置成为激光1从波导板下方端部的角部入射的结构。 无论激光1从波导板6下方端部的角部入射，还是多个激光从波导板下方 端部的各种位置入射，通过反射部2的设计，能实现准直状态，所以能实 现均一的单一偏振的背光装置。 (菲涅尔透镜的利用)
图7是本发明实施方式1所涉及的背光装置的其他例子的俯视图。如 图7所示，通过把反射部51变为菲涅尔透镜的形状，能使反射部51的面 积(以及体积)最小化，能实现准直光4。通过使用反射型的菲涅尔透镜， 能谋求装置全体的小型化，通过使用相干性高的激光，该菲涅尔透镜的设 计也变得容易。
此外，如果适宜设计菲涅尔透镜，就能部分地控制反射光4的方向。 例如，通过使中心部分的反射光4的反射方向向两侧面部分分散，把分布 强度强的中心部的光向侧部分散，能谋求全体的强度分布的均一化。
此外，着眼于RGB激光等的波长的不同，能进行基于折射色散(分 散)的反射分布的控制。即为了提高RPG激光器的发光点的位置的自由 度，有必要根据颜色，使反射分布不同。特别是如果(如后所述那样)绿 色激光是使用波长变换的激光，为了提高变换效率，光源的亮度设定得高， 并且出射点的数量也设定得少。对此，(同样如后所述)如果作为红色激 光器和蓝色激光器，使用半导体激光器，则出射点的数量就设定得多，并 且光源的亮度也设定得低。这样，假定根据波长而出射点的数量和光源的 亮度不同。这样，为了通过反射，使RBG光在波导板内均一分布，就需 要使用菲涅尔透镜那样的光栅透镜，对各色设计基于折射色散的反射分布 的不同。
(反射部的反射构件的分割)
图8是本发明实施方式1所涉及的背光装置的其他例子的俯视图。如 图8所示，把反射部2的凹面状的反射构件分割为多个，与它对应，变更 (縮小)波导板6上方端部的形状。据此，波导板6上部的面积减小，能 谋求背光装置全体的小型化。把分割后的反射构件更小地分割，成为10mm 以下的多个微凹面反射镜，如果由此构成反射部2，图l等所示的波导板 6上部的隆起部分变为不必要，装置全体能小型化。与此同时，当然光量 的均一化是可能的。即如果以将微凹面反射镜的各反射光合波后的光量分 布成为均一的分布的方式设计微凹面反射镜的反射分布，就能谋求背光形 成的光量的分布的均一化。
此外，如果使用微凹面反射镜，在扫描激光光束时，以很小的振动角 反射的光的相位大幅度变化，所以也能取得斑点噪声降低效果增大的效 果。
(使平行光多次反射的例子) 此外，图9是本发明实施方式1所涉及的背光装置的其他例子的俯视 图。在图9所示的波导板6中，将反射部2的被准直后的光由波导板6的 上下的端部多次反射。据此，实现波导板6内的光量的均一化。通过使反
射的角度相对于端面，接近垂直，能把平行光的偏振光几乎保持平行，能 提高光的利用效率。
以上，通过各种例子，说明了本发明的实施方式1，但是本发明的结 构适合于向便携式仪器等的应用。也就是说，能大幅度降低耗电，所以能 抑制电池的耗电，因此，利用给定的充电量，电池的长时间的使用成为可 能。如上所述，作为激光，如果使用红、蓝、绿的可见激光，则彩色显示 就成为可能。通过依次点亮激光，彩色显示也成为可能。
实施方式2 (2层构造的波导板)
图10是本发明实施方式2所涉及的背光装置的一个例子的俯视图(a) 和侧剖面图(b)。侧剖面图(b)是基于通过俯视图(a)的中心纵轴(未 图示)的纵剖面的。另外，本发明的实施方式2所涉及的背光装置与图1 所示的实施方式l所涉及的背光装置大致同样。因此，对同一部位付与同 一符号，省略说明。
在图IO所示的背光装置中，波导板成为2层构造(第一波导板61、 第二波导板62)。激光1对第一波导板61入射，成为发散光而传播，由构 成反射部2的直角棱镜63向第二波导板62导向。在第二波导板62，激光 变为准直光4，并且偏振光5成为平行。在实施方式2所涉及的背光装置 中，能实现波导板(特别是第二波导板62)内的光量均一化和激光的准直 化。
如上所述，在2层构造中，第二波导板62只传播准直光。因此，通 过该二维的背光装置和组合了液晶面板以及扩散板的装置，显示二维图像 时，不需要用于将针对液晶面板入射的光的偏振光进行分离的偏振片。这 样能实现光的利用效率优异的低耗电的背光装置。另外，图10所示的2 层构造的波导板也能与所述图3 图7所示的各种结构组合。 (入/4板的使用)
图11是本发明实施方式2所涉及的背光装置的其他例子的俯视图。 图11所示的背光装置利用偏振光和反射特性。即在图11所示的背光装置 中，在反射部2的内侧较薄地堆积入/4板71。
对波导板6入射的激光1成为发散光3，并由反射部2反射。可是，
以相对于波导板6的表面具有垂直的偏振光的方式预先设定激光1。因此，
由于在反射部2的内侧设置入/4板71，所以反射的激光1通过入/4板71 二次，而把偏振光旋转90°，作为结果，偏振光变换为成为波导板6表面。 由波导板6反射，被准直化后的激光成为准直光4，成为偏振光与波导板 表面平行的光量均一光。在入射光和反射光中，偏振光不同，能使用偏振 光分离，只把反射光取出到外部。即即使是l层构造的波导板，也能实现 偏振光的一致的二维面状背光装置。此外，图11所示的波导板能与所述 图3 图7所示的各种结构组合。 (背光装置的其他例子)
在本发明实施方式1或实施方式2所涉及的背光装置中，作为激光光 源，在RGB3色的激光光源以外还追加其他颜色的激光光源的结构，因色 再现性进一步提高而是优选的。通过追加其他颜色的激光光源，能大幅度 扩大所能表现的色度范围。
此外，激光因为相干性高，所以也能利用光栅等。如果采用在反射部 2的表面形成反射型的光栅构造，并通过光的衍射图案使激光在液晶面板 上均一照射的结构，就能用简单的光学系统实现液晶面板的光量的均一 化。作为RGB光源，能利用半导体激光器、固体激光器、光纤激光器等， 但是任何激光器都是电光变换效率非常高达20% 40%。相干性高，能够 使得只有彩色显示中成为必要的光的频谱产生振荡，所以为了 RGB (红绿 蓝)显示，能不浪费地利用光。
在本发明的实施方式1或2的背光装置中，通过使用激光器，波导板 的薄板化成为可能。在以往的使用荧光管和LED的背光装置中，波导板 的厚度至少需要是数mm。可是，因为荧光管和LED的发光面是,2量 级，相当大，如果波导板不足够厚，与波导板的耦合效率就大幅度下降。 而激光器的发光面是数PmX数lOOiim，非常小。对背光装置的轻量化、 小型化、低成本化是有利的。如果使激光器有源层的厚度方向与波导板的 厚度方向一致，激光器的发光面的厚度方向的尺寸就变为数Pm，如果波 导板是10y m以上的厚度，就能够以90%以上的高效率与激光的耦合。
此外，如果用多片薄膜构成波导板，就能容易实现具有双折射率的波 导板。为了使薄膜具有各折射率，通过对薄膜作用应力，能实现。但是，
如果这样，在各薄膜能保持强的应力，所以还产生能实现可靠性高的双折 射率薄膜的优点。
此外，在使显示装置工作的状况下，按照必要的亮度，调制激光光源 的强度，能降低耗电。对于激光的情况，强度调制是容易的，按照显示的 画面的最大的亮度，调制激光强度，能大幅度抑制激光的发光所需要的电 力。而在以往技术的荧光管中，高速的强度调制是困难的。在以往技术的
LED中，难以分别控制多个LED的强度，此外，强度引起的颜色的变化
大，所以缺乏输出强度的等级(階調)性。
另外，利用本发明的实施方式1或实施方式2所涉及的背光装置，在 入射的激光1中承载二维图像数据的结构也能实现。也就是说，是将预先 用二维的开关装置图像变换后的光传播到波导板，并由波导板放大显示的 结构。在该结构中，通过使用激光，与波导板的耦合大幅度提高。因为能 维持偏振光，所以显示图像的对比度大幅度提高。
在此前描述的背光装置中，波导板为平行平板，但是波导板也可以具 有在上部，表面和背面之间稍窄，在下部表面和背面之间稍宽的锥形构造。 如果利用这样的锥形构造，光量分布降低，能增加在周边部的扩散，作为 结果，能谋求全体的扩散的均一化。
实施方式3
在本发明的实施方式3中，说明关于波导板6的斑点噪声的降低的结 构。激光的相干高性，产生由光的干涉引起的斑点噪声。因此，如果利用 激光原封不动构成图像，图像的图像质量就不会太好。为了对此进行避免， 斑点噪声的减少是重要的。 (偏向器的利用)
图12是本发明实施方式3所涉及的背光装置的一个例子的俯视图。 另外，本发明实施方式3所涉及的背光装置也与实施方式1所涉及的背光 装置以及实施方式2所涉及的背光装置大致同样。因此，对同一部位付与 相同符号，省略说明。
在图12所示的背光装置中，在激光光源7的入射部附近设置偏向器 81。通过该偏向器81，激光的方向随时间变化，波导的光的相位随时间变 化，结果，斑点噪声减少。
即使不是偏向器，如果使用使相位或偏振光随时间稍微变化的装置， 也能减少斑点噪声。
(旋转棱镜的使用) 图13是本发明实施方式3所涉及的背光装置的其他例子的俯视图。
图13所示的背光装置中，在激光光源7的入射部附近设置旋转棱镜91。 通过该旋转棱镜91，随时间变化而变化激光扫瞄的方向，谋求激光的光量 均一化。用反射部2对光量均一化后的激光进行准直，能生成光量均一化 后的准直光。此外，通过扫描激光，激光的相位随时间而稍微变化，所以 能减少斑点噪声的发生。
(多个激光光源的利用) 此外，图14是本发明实施方式3所涉及的背光装置的其他例子的俯 视图。图14所示的背光装置中，对于一个波导板6，设置多个(n个)激 光光源(7- (1)、 7- (2)、 7- (3)"* 7- (n))。这样使用多个激光光源的 结构在以下方面是有效的。首先，设置多个RGB激光光源，对波导板入 射，即使一个激光的强度小，也能实现高亮度的显示装置。这时， 一个激 光的发光强度低亮度化，所以激光光源的寿命大幅度增大。此外，因为使 用多个激光光源，所以即使一个激光光源发生故障，也能用其他激光光源 弥补，所以能实现可靠性更高的显示装置。作为激光光源，能使用多阵列 的半导体激光器、堆叠多阵列的半导体激光器的激光器、或者排列多个激 光芯片的构造。
这样的结构对斑点噪声的降低是有效的。即通过从多个发光点产生激 光，形成复杂的波面，能抑制斑点噪声的发生。此外，通过适宜切换多个 激光光源的输出，干涉图案实现了多重化，能够抑制的斑点噪声。 (多个波长的利用)
通过变为使多个激光光源的波长稍微不同的结构，能进一步减小斑点 噪声。理想的是频谱的差是0.2nm以上，更希望是离开lnm以上。
此外，知道把半导体激光器作为激光光源使用时，通过在驱动电流重 叠高频，激光器的振荡频谱被扩展。通过扩大频谱，能减少相干性，所以 斑点噪声的减少成为可能。
(波长变换激光器和半导体激光器)
图15是本发明实施方式3所涉及的背光装置的其他例子的俯视图。 图15所示的背光装置具有配置在波导板6下方端部中央的绿色激光器(光
源)7'、配置在绿色激光r的波导板入射部附近的旋转棱镜91、分别配
置在旋转棱镜91附近以外的波导板6下方端部的多个红色激光器(光源) 101和蓝色激光器(光源)102、在上方端部设置反射部2的波导板6。
在图15所示的背光装置中，在绿色激光、蓝色激光和红色激光中， 用于向波导板入射的结构不同。
首先，绿色激光l'通过旋转棱镜91对波导板6入射。绿色激光束在 波导板6内部扫描，由反射部2反射，而被准直化。激光l'的偏振光与 波导板表面平行，准直光4的偏振光变换为与入射端面大致平行。而蓝色 激光器102和红色激光器101是半导体激光器，多个红色激光和蓝色激光 从波导板6的端面的其他部位入射。多个红色激光器101和蓝色激光器102 配置为交替排列，确保颜色的均一性。
使用RGB激光，构成能显示彩色的液晶显示装置时，绿色激光光源 是使用波长变换的激光光源。具体而言，绿色激光器是使用对固体激光器、 光纤激光器等基波光源用形成了周期偏振颠倒构造的Mg掺杂LiNb03进 行波长变换的结构的波长变换激光器。波长变换激光器的变换效率依存于 基波功率，所以在高效率变换中需要高输出的基波激光器。因此，输出光 成为l光束或2光束这样的较少个数。总之，如果光束数增多，各光束的 输出就降低，变换效率下降。此外，由于波长变换激光器是高效率变换， 所以光束质量高、频谱宽度窄，所以发生的斑点噪声大。另外，由于对于 绿色激光，人的视觉灵敏度较高，所以容易感到斑点噪声。
另一方面，红色激光光源和蓝色激光光源使用多个半导体激光器。对 于半导体激光器的情况，通过使用宽条带的LD，能扩大单体的频谱宽度。 并通过使多个半导体激光器的波长偏移数nm左右，能大幅度抑制斑点噪 声。通过对驱动电流作用高频重叠，扩大频谱，也能进一步减少斑点噪声。 因此，在RGB激光中，斑点噪声的减少变得特别重要的可以说是波长变 换激光即绿色激光。
在图15所示的背光装置中，在波导板6内部扫描绿色激光束，而谋 求斑点噪声的减少。如上所述，绿色激光的光束数量少，即使用旋转棱镜
或多边形镜等扫描光束，也能把装置全体的结构保持为小型。
此外，红色激光器和蓝色激光器通过上述的另外的结构，能减少斑点 噪声，但是有必要利用多个激光光源。(如上所述)关于绿色激光器，在 减少斑点噪声方面，扫描光束的结构是有效的。RGB激光器中电力效率是 绿色激光器最低。因此，在提高背光装置的电力效率方面，绿色激光器的 电力效率的提高是有效的。即，使绿色激光为单一偏振光，并通过光束扫 描并且反射准直而使用，把偏振光在波导板6内部变为平行而谋求利用效 率的提高，谋求背光装置的效率提高。
如上所述，关于用于红色激光器和蓝色激光器的半导体激光器，通过 使用多个激光光源，能减少斑点噪声。因此，理想的是从波导板的端面的 其他部位入射多个的结构。这时，理想的是，入射的光到达反射部之前， 从波导板前面较多地出射。即理想的是波导板设计为根据波长，散射效率 改变(即关于波导板的散射，红、蓝多，绿少)。
(波长变换激光器、半导体激光器和2层构造的波导板) 图16是本发明实施方式3所涉及的背光装置的其他例子的俯视图(a) 和侧剖面图(b)。侧剖面图(b)是基于通过俯视图(a)的中心纵轴(未 图示)的纵剖面。
在图16所示的背光装置中，波导板成为第一波导板61和第二波导板 62的2层构造(参照图10)。绿色激光l'从第一波导板61的下方端面入 射，由构成反射部2的直角棱镜63反射后，在第二波导板62传播，并且 从第二波导板62的表面发射，构成面状的光源。另一方面，红色激光101 和蓝色激光102从第二波导板62的下方端面入射，从第二波导板62的表 面发射。
绿色激光l'由反射部2反射，并且被准直化，在第二波导板62，以 具有与入射端面几乎平行的偏振光的准直光传播。据此，能使偏振与设置 在背光装置的表面的液晶面板的透过偏振一致，能提高绿色激光的利用效率。
在第二波导板62的上下端面附近设置第一波长滤光器2001和第二波 长滤光器2002。第一波长滤光器2001使绿色激光透过，并反射红、蓝色 激光。通过第一波导板61的绿色激光由反射部2反射，并通过第一滤光
器2001。而红、蓝色激光由第一滤光器2001反射。第二滤光器2002反射 绿色激光，反射红、蓝色激光。而且，第二滤光器2002成为从设置在给 定(多个)位置的微小孔，透过红、蓝色激光的结构。通过用上下端面反 射激光，能大幅度增大激光的利用效率。
作为绿色激光光源的基于波长变换激光的激光发散角小，所以为了光
量均一化，需要相当的传播距离。因此，优选为如下结构即用第一层的
波导板(第一波导板61)实现光束的扩展，并把第二层的波导板(第二波 导板62)作为背光光源而面状地发射绿色激光。
使用多个半导体激光器时，具有多个发光点，所以用于光量均一化的 波导距离可以较短。因此，利用从入射的第二波导板62发射的结构，红、 蓝色激光的均一化成为可能。
如上所述，从不同的波导板入射绿色激光和红、蓝色激光，设置光源 的部位的自由度增加，系统的小型化成为可能。此外，与波导板是l层构 造时(参照图15)相比，绿色激光的均一性提高。此外，波导板是l层构 造时，在波导板的下方端面的中心部配置绿色激光器，在其周边部配置红、 蓝色激光器，所以可以说也具有在显示画面出现颜色不均匀的可能性，但 是波导板分离为2层时，也能在波导板的下方端面的中央附近设置红、蓝 色激光的入射部，所以颜色的均一性大幅度提高。此外，通过分离入射部， 扫描绿色激光的结构的构筑也变得容易，能进一步减少斑点噪声。
作为波导板，假定使用聚碳酸酯、光敏聚合物等有机材料，但是这些 材料的绿色激光的吸收损失比蓝色激光小约一半左右。因此，即使绿色激 光由反射部反射而光路变长，由吸收引起的损失也比较小。与此相对，波 长450nm左右的蓝色激光非吸收量比较大，所以在由反射部反射之前从波 导板6放射，对利用效率的高效率化是重要的。
对波导板进行说明。波导板具有传播激光的作用，以及把激光向前面 散射并且形成面状的放射光源的作用。为了更好地使激光散射，主要有
(1) 在波导板内部混合成为扩散粒子的珠子(e' —《)的方式；
(2) 在波导板的背面设置用于扩散的凹凸的方式；或者
(3) 使用所述(1)、 (2)这双方的方式。
以往，认为如果激光在加入了扩散粒子的波导板(所述(1)的方式
的波导板)中前进，激光就散射，激光的偏振变为随机状态。如果实际进 行实验判明在绿激光时，即使对50英寸左右的波导板入射激光束，也 能够维持80%左右的光的偏振光。即实际证明用简单的结构能把激光的利 用效率提高到1.6倍。可知，在包含扩散粒子的波导板(所述(1)的方式 的波导板)内，稍微扫描绿色激光，斑点噪声就大幅度下降，成为用眼几 乎观测不到的水平。即在图16所示的背光装置的结构中，首先，斑点噪 声的大幅度降低是可能的，即使是在波导板中包含以往认为难以维持偏振 光的扩散粒子的结构，偏振光维持效果引起的激光的利用效率的大幅度提 高成为可能。而且，还取得能如下效果即大幅度降低由于激光光源的光 束质量、激光光源的多模化、或者波导板的不均一性而产生的背光照明的 亮度的不均匀。
另外，关于以上的实施方式1 实施方式3的说明中表示的背光装置， 在基于液晶面板的图像显示系统的背光以外，还能作为其他显示装置、乃 至二维面状照明装置等的光源利用。二维面状照明装置可以是平面状，也 可以是曲面状。
实施方式4
图17是本发明的液晶显示装置200的框图。图17所示的液晶显示装 置200具有液晶面板部201、照明液晶面板部201的背光装置202、驱动 液晶面板部201的LCD (Liquid Crystal Display;液晶显示器)控制部203。 这里的背光装置202是实施方式1 实施方式3的说明中表示的背光装置。
液晶面板部201设置在背光装置202的前面(图17的左右方向)。此 外，液晶面板部201与LCD控制部203连接为能与控制部203收发各种 电信号。控制部203按照从外部输入的图像信号，控制液晶面板部201的 动作。
通过利用本发明的显示装置，能实现光量均一，输出效率高的图像显 示。此外，本发明的显示装置具有低耗电、高的色再现性的优点。 工业上的可利用性
本发明的光源装置是使用单一偏振光的激光光源，能同时实现二维平 面的光量的均一化和偏振光的均一化的二维的光源。根据本发明，光的利 用效率大幅度提高，能实现低耗电的光源装置，其实用效果大。此外，小
型结构是可能的，所以向移动用途的应用也是可能的。由于低耗电，高亮 度图像的形成或长时间的电池驱动成为可能。
权利要求
1. 一种光源装置，其中，包括单一偏振光的激光光源；波导板；反射部，其在所述波导板的端部设置；透镜部，其在所述波导板设置，来自所述激光光源的激光在所述波导板传播后，通过所述反射部和透镜部被准直，被准直后的所述激光的偏振光与所述波导板的表面大致平行。
2. 根据权利要求l所述的光源装置，其特征在于， 所述波导板具有双折射率。
3. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 所述反射部具有凹面构造，所述反射部兼备透镜部的功能。
4. 根据权利要求l所述的光源装置，其特征在于， 所述透镜部具有菲涅尔透镜构造。
5. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 所述透镜部是微透镜。
6. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 具有第二反射部。
7. 根据权利要求l所述的光源装置，其特征在于， 所述波导板成为2层构造，从所述激光光源出来的激光作为发散光在第一层波导板导波后，由所述反射部和透镜部变换为准直光，在第二层波 导板传播。
8. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 还具有入/4板，从所述激光光源发出的激光的偏振光方向相对于所述波导板的表面 垂直；通过在所述反射板的附近设置的入/4板，将所述激光变换为相对于所 述波导板的表面平行的偏振光。
9. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 还具有光学元件，其对所述激光的偏振、偏转、焦点的至少一方进行调制， 通过所述光学元件，随时间变化地变化所述激光的偏振、偏转、相位 的至少一方。
10. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 还具有旋转棱镜，对所述激光的方向进行调制。
11. 根据权利要求l所述的光源装置，其特征在于， 所述激光光源的激光至少包含红、绿、蓝色的任一种可见光。
12. 根据权利要求ll所述的光源装置，其特征在于， 具有与所述红、绿、蓝色相对应的波长的激光的激光光源，至少其中一个具有多个发光点。
13. 根据权利要求12所述的光源装置，其特征在于， 从所述具有多个发光点的同色的激光光源发出的激光，相互具有不同的波长。
14. 根据权利要求12所述的光源装置，其特征在于， 从所述具有多个发光点的同色的激光光源发出的激光的波长，相互至少有lnm差异。
15. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 所述激光的至少一部分由波导板的侧面的至少一部分全反射。
16. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 至少具有红色激光光源、蓝色激光光源和绿色激光光源， 所述绿色激光光源由波长变换激光器这样的光源构成， 只有所述绿色激光光源的绿色激光的光束的方向被扫描。
17. 根据权利要求l所述的光源装置，其特征在于， 至少具有红色激光光源、蓝色激光光源和绿色激光光源， 所述绿色激光光源由波长变换激光器这样的光源构成， 所述绿色激光光源的绿色激光在所述波导板中传播后，被所述反射部和透镜部所准直； 其他激光从多个入射部对所述波导板入射。
18. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于， 至少具有红色激光光源、蓝色激光光源和绿色激光光源，所述绿色激光光源由波长变换激光器这样的光源构成， 所述波导板为两层构造，所述绿色激光光源的绿色激光对所述波导板的第一层入射，在第一层 的波导板中导波后，并由所述反射部变换为准直光后，在第二层波导板中 导波；所述红色激光光源的红色激光和所述蓝色激光光源的蓝色激光，从所述第二层的波导板的端面入射；所述红色激光光源的红色激光、所述蓝色激光光源的蓝色激光、以及 来自所述绿色激光光源的绿色激光，从所述第二层的波导板表面发射。
19. 根据权利要求1所述的光源装置，其特征在于，所述激光光源包含宽条带的半导体激光器，所述半导体激光器的表面 和所述波导板表面配置大致垂直。
20. —种液晶显示装置，其特征在于， 包括权利要求1 19中的任意一项所述的光源装置； 液晶面板；以及液晶面板控制部，其按照与液晶面板之间收发电信号的方式与液晶面 板连接，并按照从外部输入的信号，控制液晶面板的动作。
全文摘要
本发明提供一种光的利用效率高的光源装置，其使用单一偏振的激光光源，利用反射和准直，在二维的面状照明中同时实现光量的均一化和偏振的均一化。据此，能实现偏振一致的二维面状照明，所以在与液晶面板等利用偏振光的开关组合时，能大幅度提高光的利用效率。
文档编号G02B6/00GK101395425SQ20078000728
公开日2009年3月25日 申请日期2007年2月13日 优先权日2006年2月16日
发明者山本和久, 水内公典 申请人:松下电器产业株式会社