專利名稱：光源裝置、使用該光源裝置的液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光源裝置，特別是把激光作為光源使用的光源裝置。
背景技術：
以往，使用液晶面板的顯示裝置把背光照明作為必要，作為背光光源，
使用熒光管或發(fā)光二極管(LED)。此外，在專利文獻1和專利文獻2中 表示了作為背光光源使用激光，并通過把激光在熒光管中進行波長變換而 進行彩色顯示的方式。
專利文獻1:特開2004-51016號公報
專利文獻2:特開2003-302918號公報

發(fā)明內(nèi)容
在液晶顯示裝置中，由于光電變換效率的極限，耗電增大成為問題。 特別在大型的顯示器中，有必要解決低成本化、低耗電化。熒光管和LED 因為發(fā)光點尺寸大、光利用效率非常小到百分之幾的程度，所以耗電變大。 此外，在熒光管中，由于光的波長受到限制，所以存在無法充分取得色再 現(xiàn)性、高色彩的彩色表現(xiàn)較為困難的問題。如專利文獻1、 2所示，把激 光作為熒光變換使用時，變換效率無法取得高，所以具有耗電增大的問題。
作為在把熒光管和LED作為光源的液晶面板顯示裝置中光利用效率 低這一上述問題的要因之一，可以舉出偏振光的利用。首先，熒光管和 LED中，單一偏振光化較為困難。與此相對，用液晶面板開關光時，如果 不利用單一偏振光，對比度就大幅度下降。因此，對液晶面板輸入的光只 選擇單一偏振光成分而利用，結(jié)果，光的利用效率低大幅度下降。
另一方面，激光光源能輸出單一偏振光。可是，以往，并未提出維持 激光的單一偏振光而在背光光源中利用的結(jié)構。當前，僅僅公開了把激光 原樣作為光源利用，偏振方向是隨機的，與LED或燈光源同樣作為偏振
光不一致的光源被利用的技術。因此，如液晶面板那樣利用偏振光進行開 關時，并不利用偏振光的不同成分的光，因此產(chǎn)生利用效率低的問題、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變換裝置，光學系 統(tǒng)也變得非常復雜的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，解決所述的問題，構筑能夠?qū)崿F(xiàn)激光的光量均一 化和偏振光的均一化的光學系統(tǒng)，并實現(xiàn)使用利用效率高的激光光源的光 源裝置。此外，光源裝置的低耗電化和小型化成為可能，,人而能夠應用向 便攜式儀器中適用的顯示器。
本發(fā)明是為了實現(xiàn)所述的目的而提出的。本發(fā)明的光源裝置的特征在 于，包括包括激光光源，其具有單一偏振光；波導板；反射部，其在 所述波導板的端部設置；透鏡部，其在所述波導板設置，來自所述激光光 源的激光在所述波導板傳播后，通過所述反射部和透鏡部被準直，被準直 后的所述激光的偏振光與所述波導板的表面幾乎平行。
根據(jù)本發(fā)明，能夠在波導板內(nèi)把激光變?yōu)榫坏墓饬浚⒛軌虬鸭す?的偏振方向一致化，能實現(xiàn)以高效率從二維的面狀發(fā)光的光源裝置。如果 把它與液晶面板等二維開關組合，就能實現(xiàn)效率良好的液晶面板顯示裝 置。
在本發(fā)明的光源裝置中，使用激光，所以能以高的效率把電變換為光。 本發(fā)明的光源裝置能利用色純度高的光，所以光的利用效率高，以低耗電 也能顯示人畫面。通過使用激光，能實現(xiàn)高的色再現(xiàn)性，0f以高色彩的彩 色顯示成為可能。
此外，利用激光光源時，由于由其高的可干涉性而產(chǎn)生的斑點噪聲， 也會產(chǎn)生圖像質(zhì)量惡化的問題，但是本發(fā)明也解決該問題。


圖1是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。
圖2是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的局部立體圖。
圖3是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖4是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖5是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖6是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。
圖7是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖8是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖9是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖10是本發(fā)明實施方式2所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖(a)
和側(cè)剖面圖(b)。
圖11是本發(fā)明實施方式2所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖12是本發(fā)明實施方式2所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖13是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖14是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖15是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 圖16是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖(a)
和側(cè)剖面圖(b)。
圖17是本發(fā)明實施方式4所涉及的液晶顯示裝置的框圖。
圖中l(wèi)一激光；2—反射部；3—發(fā)散光；4—準直光；5—偏振方向；
6—波導板；21—微透鏡；31—反射鏡；51—反射部；61—第一波導板；
62—第二波導板；71—入/4板；81—偏向器；91一旋轉(zhuǎn)棱鏡。
具體實施例方式
本發(fā)明所涉及的光源裝置具有單一偏振光的激光光、源和波導板，從激 光光源出射的發(fā)散光由在波導板的端部設置的反射部反射，由透鏡部進行 準直，就能使得在波導板傳播的激光的光量均一化，并使'激光的偏振一致。 把這樣的光源裝置作為背光，并組合利用偏振光的液晶面板，能實現(xiàn)效率 良好的二維顯示裝置。以下，參照附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。
實施方式1
圖1是作為本發(fā)明實施方式1的背光裝置的一個的俯視圖。圖1所示 的背光裝置具有出射單一偏振光的激光光源7、在上方端部設置反射部2
的波導板6、使從激光光源7出射的激光發(fā)散并且入射到波導板6的(透
鏡)光學系統(tǒng)32。實施方式1所涉及的背光裝置用波導板6使激光1光量 均一化，據(jù)此，能作為用于液晶等的偏振光開關的背光使用。通常，液晶 面板的背光把光量均一化時，把光多次反射。可是，在多次反射的結(jié)構中， 即使對于光源使用單一偏振光的激光光源，結(jié)果在擴散板內(nèi)部，偏振光方 向變?yōu)殡S機的方向，所以在液晶面板那樣的利用偏振光的開關中利用時， 通過偏振片只提取特定的偏振光成分的結(jié)構成為必要。在這樣的結(jié)構中， 光的利用效率極端下降，所以耗電增大，此外，由于需要偏振片，所以光 學系統(tǒng)變得復雜，與零件數(shù)量增大引起的成本上升有關。因此，在本發(fā)明 的實施方式l中，利用作為單一偏振光的激光光源的特性，實現(xiàn)效率良好 的背光裝置。
在圖1所示的背光裝置中，從激光光源7通過適當?shù)耐哥R光學系統(tǒng)32 對波導板6入射的激光1成為發(fā)散光3,在波導板6傳播。在發(fā)散光3中， 激光的偏振光方向變?yōu)榕c波導光的前進方向垂直，所以在波導板6的內(nèi)部 分布為扇狀。發(fā)散光3由設置在波導板6的端面的反射部2反射。成為凹 面形狀的反射構件與波導板6的上方凸狀端部接合，形成反射部2。反射 部2對于在波導板6內(nèi)部前進而至的發(fā)散光3具有透鏡效果，把反射光變 換為準直光4。被反射的準直光4以平行狀態(tài)在波導板6前進，所以偏振 光方向5彼此變?yōu)槠叫?。?jù)此，能實現(xiàn)光量均一化的單一偏振光的二維波 導光。組合該二維的背光裝置和液晶面板以及擴散板的裝置能在顯示裝 置、二維顯示器、或者二維照明裝置中利用。該裝置能利用偏振一致的單 一偏振光的二維光，所以光的利用效率大幅度增大。
作為在波導板6傳播的光，使用與波導板6的表面平行的單一偏振的 光。通過使偏振光方向變?yōu)榕c表面平行，利用偏振光的液晶面板的開關變 得容易。
優(yōu)選為，波導板6由多片薄膜形成，從而使得波導板6具有雙折射率。 如果使用雙折射率波導板，就能防止在波導板6的內(nèi)部偏振光旋轉(zhuǎn)，所以 能維持單一偏振光，能抑制向不要光的變換，能減少光的損失。
另外，作為激光光源7，理想的是使用半導體激光器。特別是作為紅 色激光器和藍色激光器，容易利用高輸出半導體激光器，所以是有效的。
在本發(fā)明中使用半導體激光器時，數(shù)W的高輸出特性成為必要，所以作
為半導體激光器的構造，理想的是多條激光器(7》于只卜，^:Z)，所
述包含多條激光器寬條帶(17^ 卜，Y7。)激光器或排列多個寬條帶
激光器的。
(寬條帶的激光器的排列)
把寬條帶的激光器作為光源使用時，寬條帶的排列方向和波導板6的 表面設置為平行，從而能提高向波導板6的入射效率。因此，理想的是與 波導板6表面平行設置半導體激光器的條的排列?？墒?，在如此設置的情 況下，半導體激光器的偏振光方向相對于波導板6的表面，變?yōu)榇怪?。?了避免它，可以在半導體激光器的出射面設置A/2板，使偏振光方向旋轉(zhuǎn)。 此外，在多條激光器的情況下，發(fā)光部的寬度變寬為數(shù)mm。對此即使設 置熱沉(匕一卜^y夕)，如果熱沉與波導板6平行設置，裝置全體的薄 型化就是可能的。此外，作為熱沉的冷卻部件，使用熱管(t一卜z,:/) 的情況下，成為使冷卻液循環(huán)的構造，但是能把多條的激光器的背面冷卻 構造薄型化，所以對裝置全體的薄型化是有效的。
另一方面，在將寬條帶的激光器的表面相對于波導板的表面垂直設置 的結(jié)構中也具有優(yōu)點。圖2是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的一個 例子的局部立體圖，寬條帶的激光器的表面對于波導板6的表面垂直。寬 條帶的激光器的發(fā)散角(広力S^)角)在半導體激光器的厚度方向大到30° 左右，寬度方向小到數(shù)度左右。對波導板6入射的光在內(nèi)部擴展，謀求了 波導板面內(nèi)的光量均一化，但是，如果發(fā)散角小，有必要擴大透鏡系統(tǒng)等。 因此，將半導體激光器的發(fā)散角大的厚度方向設為與波導板6表面平行(即 激光器的表面相對于波導板6的表面垂直設置)，不使用放大透鏡系統(tǒng)， 就能把激光在波導板6面內(nèi)充分擴展。把激光器的表面對于波導板的表面 垂直地設置的結(jié)構具有不使用A /2板，就能把激光器的偏振光方向設定為 與波導板平行的優(yōu)點?？墒牵瑢挆l帶的激光器的條寬度是100 200um左 右，所以對于激光器的表面相對于波導板6的表面垂直設置的結(jié)構的情況， 如果變?yōu)槎鄺l構造，有時與波導板6的耦合效率下降。這時，或使用多個 寬條帶激光器，或變?yōu)槎询B(7夕、乂夕)狀，能提高半導體激光器和波導 板的耦合效率。
以堆疊狀使用多個寬條帶構造時，如圖2所示，理想的是通過熱沉
401，夾著具有有源層404的激光光源(藍色激光器402、紅色激光器403) 的多層構造。通過用熱沉401夾著，能夠提高激光的冷卻效率，裝置全體 的高輸出化或長壽命化成為可能。螺紋，在熱沉401內(nèi)部，通過熱管提高 冷卻效率，能大幅度提高光源的可靠性。即使半導體激光器的發(fā)光點的間 隔為數(shù)mm以上，激光也能擴展到波導板6全體，所以，如果在激光光源 之間設置熱沉401，就能充分提高熱沉401的冷卻效率，能適當進行對激 光器的熱分離。
如后所述，作為半導體激光器，使用紅色或藍色的LD (激光二極管) 時，使用多個激光光源。這時，交替配置顏色不同的激光光源，能提高波 導板內(nèi)的顏色的均一性。此外，由于藍色LD相對于紅色LD其發(fā)行強度 更大，所以理想的是多使用紅色LD。例如，如果以2對1的個數(shù)比交替 配置紅色LD和藍色LD，就能實現(xiàn)波導板內(nèi)的顏色的均一性。 (微透鏡陣列的利用)
圖3是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的其他例子的俯視圖。在 圖3所示的背光裝置中，通過微透鏡陣列21，對波導光進行準直。如果使 用光柵構造或光柵透鏡構造，就能減小透鏡部分，所以能減小背光裝置整 體的構造。
此外，如果由液晶構成微透鏡陣列21，就能隨時間而改變微透鏡陣列 21的焦點。通過焦點變化，在波導板6中導波的光的傳播狀態(tài)隨時間而變 化，所以斑點噪聲(^《、7夕& / <《)的減少成為可能。導波的光在微 透鏡陣列21往返，光束光路的變化變?yōu)?倍，所以也能把驅(qū)動微透鏡陣 列21的電力抑制在很低。使微透鏡陣列21或反射部2微小振動的結(jié)構也 是有效的。通過使微透鏡陣列21或反射部2微小振動，光束光路改變， 激光的散射模式變化，所以能減少斑點噪聲。在微小振動中，偏振光的變 化小，所以對使偏振光一致、提高利用效率這一本發(fā)明的效果的影響小， 高效率化是可能的。
(向與反射部相面對的端部的反射鏡的設置)
圖4是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的其他例子的俯視圖。如 圖4所示，在激光入射部所處的波導板6端部設置反射鏡31。通過這樣，
由反射部2反射的準直光4能由反射鏡31進一步反射，結(jié)果波導板6內(nèi)
的光量的均一化增強。此外，由于背光裝置的二維面狀照明的利用效率提
高，所以成為效率高的背光裝置。激光光源7的發(fā)光面積非常小，反射鏡 31的開口部的損失小。使用多個激光光源時，變?yōu)樵诜瓷溏R31設置多個 微小孔而從多個微小孔入射激光的結(jié)構。即使這樣，也能夠把反射鏡的面 積做得比多個微小孔大很多，來自微小孔的激光的損失極小。 (光量分布的進一步均一化)
此外，圖5是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的擴散板的擴散圖 案301的結(jié)構例。如圖5所示，設計擴散圖案，從而使波導板的激光的擴 散強度分布相對于中心部，在周邊部增強。即在波導板，進行光量分布均 一化和準直化時，通過在波導板的背面設置的擴散板，把向前面擴散的光 量分布均一化，把擴散板的擴散圖案分布，設定為波導板內(nèi)的光量分布的 反函數(shù)。據(jù)此，從波導板擴散的激光的光量均一性強化。
此外，作為擴展激光，特別是(如后所述)綠色激光的透鏡光學系統(tǒng) 32，如果使用微透鏡陣列，就能謀求波導板內(nèi)的激光的強度分布的均一化。 然而，如果依然在透鏡光學系統(tǒng)32使用單透鏡，波導板6的中央附近的 強度分布就比周邊部強。與此相對，通過在透鏡光學系統(tǒng)32使用微透鏡 陣列，就能緩和強度分布的強弱的發(fā)生，能謀求強度分布的均一化。 (激光的各種入射)
此外，圖6是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的其他例子的俯視 圖。圖6所示的背光裝置成為激光1從波導板下方端部的角部入射的結(jié)構。 無論激光1從波導板6下方端部的角部入射，還是多個激光從波導板下方 端部的各種位置入射，通過反射部2的設計，能實現(xiàn)準直狀態(tài)，所以能實 現(xiàn)均一的單一偏振的背光裝置。 (菲涅爾透鏡的利用)
圖7是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的其他例子的俯視圖。如 圖7所示，通過把反射部51變?yōu)榉颇鶢柾哥R的形狀，能使反射部51的面 積(以及體積)最小化，能實現(xiàn)準直光4。通過使用反射型的菲涅爾透鏡， 能謀求裝置全體的小型化，通過使用相干性高的激光，該菲涅爾透鏡的設 計也變得容易。
此外，如果適宜設計菲涅爾透鏡，就能部分地控制反射光4的方向。 例如，通過使中心部分的反射光4的反射方向向兩側(cè)面部分分散，把分布 強度強的中心部的光向側(cè)部分散，能謀求全體的強度分布的均一化。
此外，著眼于RGB激光等的波長的不同，能進行基于折射色散(分 散)的反射分布的控制。即為了提高RPG激光器的發(fā)光點的位置的自由 度，有必要根據(jù)顏色，使反射分布不同。特別是如果(如后所述那樣)綠 色激光是使用波長變換的激光，為了提高變換效率，光源的亮度設定得高， 并且出射點的數(shù)量也設定得少。對此，(同樣如后所述)如果作為紅色激 光器和藍色激光器，使用半導體激光器，則出射點的數(shù)量就設定得多，并 且光源的亮度也設定得低。這樣，假定根據(jù)波長而出射點的數(shù)量和光源的 亮度不同。這樣，為了通過反射，使RBG光在波導板內(nèi)均一分布，就需 要使用菲涅爾透鏡那樣的光柵透鏡，對各色設計基于折射色散的反射分布 的不同。
(反射部的反射構件的分割)
圖8是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的其他例子的俯視圖。如 圖8所示，把反射部2的凹面狀的反射構件分割為多個，與它對應，變更 (縮小)波導板6上方端部的形狀。據(jù)此，波導板6上部的面積減小，能 謀求背光裝置全體的小型化。把分割后的反射構件更小地分割，成為10mm 以下的多個微凹面反射鏡，如果由此構成反射部2，圖l等所示的波導板 6上部的隆起部分變?yōu)椴槐匾?，裝置全體能小型化。與此同時，當然光量 的均一化是可能的。即如果以將微凹面反射鏡的各反射光合波后的光量分 布成為均一的分布的方式設計微凹面反射鏡的反射分布，就能謀求背光形 成的光量的分布的均一化。
此外，如果使用微凹面反射鏡，在掃描激光光束時，以很小的振動角 反射的光的相位大幅度變化，所以也能取得斑點噪聲降低效果增大的效 果。
(使平行光多次反射的例子) 此外，圖9是本發(fā)明實施方式1所涉及的背光裝置的其他例子的俯視 圖。在圖9所示的波導板6中，將反射部2的被準直后的光由波導板6的 上下的端部多次反射。據(jù)此，實現(xiàn)波導板6內(nèi)的光量的均一化。通過使反
射的角度相對于端面，接近垂直，能把平行光的偏振光幾乎保持平行，能 提高光的利用效率。
以上，通過各種例子，說明了本發(fā)明的實施方式1，但是本發(fā)明的結(jié) 構適合于向便攜式儀器等的應用。也就是說，能大幅度降低耗電，所以能 抑制電池的耗電，因此，利用給定的充電量，電池的長時間的使用成為可 能。如上所述，作為激光，如果使用紅、藍、綠的可見激光，則彩色顯示 就成為可能。通過依次點亮激光，彩色顯示也成為可能。
實施方式2 (2層構造的波導板)
圖10是本發(fā)明實施方式2所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖(a) 和側(cè)剖面圖(b)。側(cè)剖面圖(b)是基于通過俯視圖(a)的中心縱軸(未 圖示)的縱剖面的。另外，本發(fā)明的實施方式2所涉及的背光裝置與圖1 所示的實施方式l所涉及的背光裝置大致同樣。因此，對同一部位付與同 一符號，省略說明。
在圖IO所示的背光裝置中，波導板成為2層構造(第一波導板61、 第二波導板62)。激光1對第一波導板61入射，成為發(fā)散光而傳播，由構 成反射部2的直角棱鏡63向第二波導板62導向。在第二波導板62，激光 變?yōu)闇手惫?，并且偏振光5成為平行。在實施方式2所涉及的背光裝置 中，能實現(xiàn)波導板(特別是第二波導板62)內(nèi)的光量均一化和激光的準直 化。
如上所述，在2層構造中，第二波導板62只傳播準直光。因此，通 過該二維的背光裝置和組合了液晶面板以及擴散板的裝置，顯示二維圖像 時，不需要用于將針對液晶面板入射的光的偏振光進行分離的偏振片。這 樣能實現(xiàn)光的利用效率優(yōu)異的低耗電的背光裝置。另外，圖10所示的2 層構造的波導板也能與所述圖3 圖7所示的各種結(jié)構組合。 (入/4板的使用)
圖11是本發(fā)明實施方式2所涉及的背光裝置的其他例子的俯視圖。 圖11所示的背光裝置利用偏振光和反射特性。即在圖11所示的背光裝置 中，在反射部2的內(nèi)側(cè)較薄地堆積入/4板71。
對波導板6入射的激光1成為發(fā)散光3，并由反射部2反射?？墒?，
以相對于波導板6的表面具有垂直的偏振光的方式預先設定激光1。因此，
由于在反射部2的內(nèi)側(cè)設置入/4板71，所以反射的激光1通過入/4板71 二次，而把偏振光旋轉(zhuǎn)90°，作為結(jié)果，偏振光變換為成為波導板6表面。 由波導板6反射，被準直化后的激光成為準直光4，成為偏振光與波導板 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 光分離，只把反射光取出到外部。即即使是l層構造的波導板，也能實現(xiàn) 偏振光的一致的二維面狀背光裝置。此外，圖11所示的波導板能與所述 圖3 圖7所示的各種結(jié)構組合。 (背光裝置的其他例子)
在本發(fā)明實施方式1或?qū)嵤┓绞?所涉及的背光裝置中，作為激光光 源，在RGB3色的激光光源以外還追加其他顏色的激光光源的結(jié)構，因色 再現(xiàn)性進一步提高而是優(yōu)選的。通過追加其他顏色的激光光源，能大幅度 擴大所能表現(xiàn)的色度范圍。
此外，激光因為相干性高，所以也能利用光柵等。如果采用在反射部 2的表面形成反射型的光柵構造，并通過光的衍射圖案使激光在液晶面板 上均一照射的結(jié)構，就能用簡單的光學系統(tǒng)實現(xiàn)液晶面板的光量的均一 化。作為RGB光源，能利用半導體激光器、固體激光器、光纖激光器等， 但是任何激光器都是電光變換效率非常高達20% 40%。相干性高，能夠 使得只有彩色顯示中成為必要的光的頻譜產(chǎn)生振蕩，所以為了 RGB (紅綠 藍)顯示，能不浪費地利用光。
在本發(fā)明的實施方式1或2的背光裝置中，通過使用激光器，波導板 的薄板化成為可能。在以往的使用熒光管和LED的背光裝置中，波導板 的厚度至少需要是數(shù)mm?？墒?，因為熒光管和LED的發(fā)光面是,2量 級，相當大，如果波導板不足夠厚，與波導板的耦合效率就大幅度下降。 而激光器的發(fā)光面是數(shù)PmX數(shù)lOOiim，非常小。對背光裝置的輕量化、 小型化、低成本化是有利的。如果使激光器有源層的厚度方向與波導板的 厚度方向一致，激光器的發(fā)光面的厚度方向的尺寸就變?yōu)閿?shù)Pm，如果波 導板是10y m以上的厚度，就能夠以90%以上的高效率與激光的耦合。
此外，如果用多片薄膜構成波導板，就能容易實現(xiàn)具有雙折射率的波 導板。為了使薄膜具有各折射率，通過對薄膜作用應力，能實現(xiàn)。但是，
如果這樣，在各薄膜能保持強的應力，所以還產(chǎn)生能實現(xiàn)可靠性高的雙折 射率薄膜的優(yōu)點。
此外，在使顯示裝置工作的狀況下，按照必要的亮度，調(diào)制激光光源 的強度，能降低耗電。對于激光的情況，強度調(diào)制是容易的，按照顯示的 畫面的最大的亮度，調(diào)制激光強度，能大幅度抑制激光的發(fā)光所需要的電 力。而在以往技術的熒光管中，高速的強度調(diào)制是困難的。在以往技術的
LED中，難以分別控制多個LED的強度，此外，強度引起的顏色的變化
大，所以缺乏輸出強度的等級(階調(diào))性。
另外，利用本發(fā)明的實施方式1或?qū)嵤┓绞?所涉及的背光裝置，在 入射的激光1中承載二維圖像數(shù)據(jù)的結(jié)構也能實現(xiàn)。也就是說，是將預先 用二維的開關裝置圖像變換后的光傳播到波導板，并由波導板放大顯示的 結(jié)構。在該結(jié)構中，通過使用激光，與波導板的耦合大幅度提高。因為能 維持偏振光，所以顯示圖像的對比度大幅度提高。
在此前描述的背光裝置中，波導板為平行平板，但是波導板也可以具 有在上部，表面和背面之間稍窄，在下部表面和背面之間稍寬的錐形構造。 如果利用這樣的錐形構造，光量分布降低，能增加在周邊部的擴散，作為 結(jié)果，能謀求全體的擴散的均一化。
實施方式3
在本發(fā)明的實施方式3中，說明關于波導板6的斑點噪聲的降低的結(jié) 構。激光的相干高性，產(chǎn)生由光的干涉引起的斑點噪聲。因此，如果利用 激光原封不動構成圖像，圖像的圖像質(zhì)量就不會太好。為了對此進行避免， 斑點噪聲的減少是重要的。 (偏向器的利用)
圖12是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的一個例子的俯視圖。 另外，本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置也與實施方式1所涉及的背光 裝置以及實施方式2所涉及的背光裝置大致同樣。因此，對同一部位付與 相同符號，省略說明。
在圖12所示的背光裝置中，在激光光源7的入射部附近設置偏向器 81。通過該偏向器81，激光的方向隨時間變化，波導的光的相位隨時間變 化，結(jié)果，斑點噪聲減少。
即使不是偏向器，如果使用使相位或偏振光隨時間稍微變化的裝置， 也能減少斑點噪聲。
(旋轉(zhuǎn)棱鏡的使用) 圖13是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的其他例子的俯視圖。
圖13所示的背光裝置中，在激光光源7的入射部附近設置旋轉(zhuǎn)棱鏡91。 通過該旋轉(zhuǎn)棱鏡91，隨時間變化而變化激光掃瞄的方向，謀求激光的光量 均一化。用反射部2對光量均一化后的激光進行準直，能生成光量均一化 后的準直光。此外，通過掃描激光，激光的相位隨時間而稍微變化，所以 能減少斑點噪聲的發(fā)生。
(多個激光光源的利用) 此外，圖14是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的其他例子的俯 視圖。圖14所示的背光裝置中，對于一個波導板6，設置多個(n個)激 光光源(7- (1)、 7- (2)、 7- (3)"* 7- (n))。這樣使用多個激光光源的 結(jié)構在以下方面是有效的。首先，設置多個RGB激光光源，對波導板入 射，即使一個激光的強度小，也能實現(xiàn)高亮度的顯示裝置。這時， 一個激 光的發(fā)光強度低亮度化，所以激光光源的壽命大幅度增大。此外，因為使 用多個激光光源，所以即使一個激光光源發(fā)生故障，也能用其他激光光源 彌補，所以能實現(xiàn)可靠性更高的顯示裝置。作為激光光源，能使用多陣列 的半導體激光器、堆疊多陣列的半導體激光器的激光器、或者排列多個激 光芯片的構造。
這樣的結(jié)構對斑點噪聲的降低是有效的。即通過從多個發(fā)光點產(chǎn)生激 光，形成復雜的波面，能抑制斑點噪聲的發(fā)生。此外，通過適宜切換多個 激光光源的輸出，干涉圖案實現(xiàn)了多重化，能夠抑制的斑點噪聲。 (多個波長的利用)
通過變?yōu)槭苟鄠€激光光源的波長稍微不同的結(jié)構，能進一步減小斑點 噪聲。理想的是頻譜的差是0.2nm以上，更希望是離開lnm以上。
此外，知道把半導體激光器作為激光光源使用時，通過在驅(qū)動電流重 疊高頻，激光器的振蕩頻譜被擴展。通過擴大頻譜，能減少相干性，所以 斑點噪聲的減少成為可能。
(波長變換激光器和半導體激光器)
圖15是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的其他例子的俯視圖。 圖15所示的背光裝置具有配置在波導板6下方端部中央的綠色激光器(光
源)7'、配置在綠色激光r的波導板入射部附近的旋轉(zhuǎn)棱鏡91、分別配
置在旋轉(zhuǎn)棱鏡91附近以外的波導板6下方端部的多個紅色激光器(光源) 101和藍色激光器(光源)102、在上方端部設置反射部2的波導板6。
在圖15所示的背光裝置中，在綠色激光、藍色激光和紅色激光中， 用于向波導板入射的結(jié)構不同。
首先，綠色激光l'通過旋轉(zhuǎn)棱鏡91對波導板6入射。綠色激光束在 波導板6內(nèi)部掃描，由反射部2反射，而被準直化。激光l'的偏振光與 波導板表面平行，準直光4的偏振光變換為與入射端面大致平行。而藍色 激光器102和紅色激光器101是半導體激光器，多個紅色激光和藍色激光 從波導板6的端面的其他部位入射。多個紅色激光器101和藍色激光器102 配置為交替排列，確保顏色的均一性。
使用RGB激光，構成能顯示彩色的液晶顯示裝置時，綠色激光光源 是使用波長變換的激光光源。具體而言，綠色激光器是使用對固體激光器、 光纖激光器等基波光源用形成了周期偏振顛倒構造的Mg摻雜LiNb03進 行波長變換的結(jié)構的波長變換激光器。波長變換激光器的變換效率依存于 基波功率，所以在高效率變換中需要高輸出的基波激光器。因此，輸出光 成為l光束或2光束這樣的較少個數(shù)?？傊绻馐鴶?shù)增多，各光束的 輸出就降低，變換效率下降。此外，由于波長變換激光器是高效率變換， 所以光束質(zhì)量高、頻譜寬度窄，所以發(fā)生的斑點噪聲大。另外，由于對于 綠色激光，人的視覺靈敏度較高，所以容易感到斑點噪聲。
另一方面，紅色激光光源和藍色激光光源使用多個半導體激光器。對 于半導體激光器的情況，通過使用寬條帶的LD，能擴大單體的頻譜寬度。 并通過使多個半導體激光器的波長偏移數(shù)nm左右，能大幅度抑制斑點噪 聲。通過對驅(qū)動電流作用高頻重疊，擴大頻譜，也能進一步減少斑點噪聲。 因此，在RGB激光中，斑點噪聲的減少變得特別重要的可以說是波長變 換激光即綠色激光。
在圖15所示的背光裝置中，在波導板6內(nèi)部掃描綠色激光束，而謀 求斑點噪聲的減少。如上所述，綠色激光的光束數(shù)量少，即使用旋轉(zhuǎn)棱鏡
或多邊形鏡等掃描光束，也能把裝置全體的結(jié)構保持為小型。
此外，紅色激光器和藍色激光器通過上述的另外的結(jié)構，能減少斑點 噪聲，但是有必要利用多個激光光源。(如上所述)關于綠色激光器，在 減少斑點噪聲方面，掃描光束的結(jié)構是有效的。RGB激光器中電力效率是 綠色激光器最低。因此，在提高背光裝置的電力效率方面，綠色激光器的 電力效率的提高是有效的。即，使綠色激光為單一偏振光，并通過光束掃 描并且反射準直而使用，把偏振光在波導板6內(nèi)部變?yōu)槠叫卸\求利用效 率的提高，謀求背光裝置的效率提高。
如上所述，關于用于紅色激光器和藍色激光器的半導體激光器，通過 使用多個激光光源，能減少斑點噪聲。因此，理想的是從波導板的端面的 其他部位入射多個的結(jié)構。這時，理想的是，入射的光到達反射部之前， 從波導板前面較多地出射。即理想的是波導板設計為根據(jù)波長，散射效率 改變(即關于波導板的散射，紅、藍多，綠少)。
(波長變換激光器、半導體激光器和2層構造的波導板) 圖16是本發(fā)明實施方式3所涉及的背光裝置的其他例子的俯視圖(a) 和側(cè)剖面圖(b)。側(cè)剖面圖(b)是基于通過俯視圖(a)的中心縱軸(未 圖示)的縱剖面。
在圖16所示的背光裝置中，波導板成為第一波導板61和第二波導板 62的2層構造(參照圖10)。綠色激光l'從第一波導板61的下方端面入 射，由構成反射部2的直角棱鏡63反射后，在第二波導板62傳播，并且 從第二波導板62的表面發(fā)射，構成面狀的光源。另一方面，紅色激光101 和藍色激光102從第二波導板62的下方端面入射，從第二波導板62的表 面發(fā)射。
綠色激光l'由反射部2反射，并且被準直化，在第二波導板62，以 具有與入射端面幾乎平行的偏振光的準直光傳播。據(jù)此，能使偏振與設置 在背光裝置的表面的液晶面板的透過偏振一致，能提高綠色激光的利用效率。
在第二波導板62的上下端面附近設置第一波長濾光器2001和第二波 長濾光器2002。第一波長濾光器2001使綠色激光透過，并反射紅、藍色 激光。通過第一波導板61的綠色激光由反射部2反射，并通過第一濾光
器2001。而紅、藍色激光由第一濾光器2001反射。第二濾光器2002反射 綠色激光，反射紅、藍色激光。而且，第二濾光器2002成為從設置在給 定(多個)位置的微小孔，透過紅、藍色激光的結(jié)構。通過用上下端面反 射激光，能大幅度增大激光的利用效率。
作為綠色激光光源的基于波長變換激光的激光發(fā)散角小，所以為了光
量均一化，需要相當?shù)膫鞑ゾ嚯x。因此，優(yōu)選為如下結(jié)構即用第一層的
波導板(第一波導板61)實現(xiàn)光束的擴展，并把第二層的波導板(第二波 導板62)作為背光光源而面狀地發(fā)射綠色激光。
使用多個半導體激光器時，具有多個發(fā)光點，所以用于光量均一化的 波導距離可以較短。因此，利用從入射的第二波導板62發(fā)射的結(jié)構，紅、 藍色激光的均一化成為可能。
如上所述，從不同的波導板入射綠色激光和紅、藍色激光，設置光源 的部位的自由度增加，系統(tǒng)的小型化成為可能。此外，與波導板是l層構 造時(參照圖15)相比，綠色激光的均一性提高。此外，波導板是l層構 造時，在波導板的下方端面的中心部配置綠色激光器，在其周邊部配置紅、 藍色激光器，所以可以說也具有在顯示畫面出現(xiàn)顏色不均勻的可能性，但 是波導板分離為2層時，也能在波導板的下方端面的中央附近設置紅、藍 色激光的入射部，所以顏色的均一性大幅度提高。此外，通過分離入射部， 掃描綠色激光的結(jié)構的構筑也變得容易，能進一步減少斑點噪聲。
作為波導板，假定使用聚碳酸酯、光敏聚合物等有機材料，但是這些 材料的綠色激光的吸收損失比藍色激光小約一半左右。因此，即使綠色激 光由反射部反射而光路變長，由吸收引起的損失也比較小。與此相對，波 長450nm左右的藍色激光非吸收量比較大，所以在由反射部反射之前從波 導板6放射，對利用效率的高效率化是重要的。
對波導板進行說明。波導板具有傳播激光的作用，以及把激光向前面 散射并且形成面狀的放射光源的作用。為了更好地使激光散射，主要有
(1) 在波導板內(nèi)部混合成為擴散粒子的珠子(e' —《)的方式；
(2) 在波導板的背面設置用于擴散的凹凸的方式；或者
(3) 使用所述(1)、 (2)這雙方的方式。
以往，認為如果激光在加入了擴散粒子的波導板(所述(1)的方式
的波導板)中前進，激光就散射，激光的偏振變?yōu)殡S機狀態(tài)。如果實際進 行實驗判明在綠激光時，即使對50英寸左右的波導板入射激光束，也 能夠維持80%左右的光的偏振光。即實際證明用簡單的結(jié)構能把激光的利 用效率提高到1.6倍。可知，在包含擴散粒子的波導板(所述(1)的方式 的波導板)內(nèi)，稍微掃描綠色激光，斑點噪聲就大幅度下降，成為用眼幾 乎觀測不到的水平。即在圖16所示的背光裝置的結(jié)構中，首先，斑點噪 聲的大幅度降低是可能的，即使是在波導板中包含以往認為難以維持偏振 光的擴散粒子的結(jié)構，偏振光維持效果引起的激光的利用效率的大幅度提 高成為可能。而且，還取得能如下效果即大幅度降低由于激光光源的光 束質(zhì)量、激光光源的多?；⒒蛘卟▽О宓牟痪恍远a(chǎn)生的背光照明的 亮度的不均勻。
另外，關于以上的實施方式1 實施方式3的說明中表示的背光裝置， 在基于液晶面板的圖像顯示系統(tǒng)的背光以外，還能作為其他顯示裝置、乃 至二維面狀照明裝置等的光源利用。二維面狀照明裝置可以是平面狀，也 可以是曲面狀。
實施方式4
圖17是本發(fā)明的液晶顯示裝置200的框圖。圖17所示的液晶顯示裝 置200具有液晶面板部201、照明液晶面板部201的背光裝置202、驅(qū)動 液晶面板部201的LCD (Liquid Crystal Display;液晶顯示器)控制部203。 這里的背光裝置202是實施方式1 實施方式3的說明中表示的背光裝置。
液晶面板部201設置在背光裝置202的前面(圖17的左右方向)。此 外，液晶面板部201與LCD控制部203連接為能與控制部203收發(fā)各種 電信號?？刂撇?03按照從外部輸入的圖像信號，控制液晶面板部201的 動作。
通過利用本發(fā)明的顯示裝置，能實現(xiàn)光量均一，輸出效率高的圖像顯 示。此外，本發(fā)明的顯示裝置具有低耗電、高的色再現(xiàn)性的優(yōu)點。 工業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的光源裝置是使用單一偏振光的激光光源，能同時實現(xiàn)二維平 面的光量的均一化和偏振光的均一化的二維的光源。根據(jù)本發(fā)明，光的利 用效率大幅度提高，能實現(xiàn)低耗電的光源裝置，其實用效果大。此外，小
型結(jié)構是可能的，所以向移動用途的應用也是可能的。由于低耗電，高亮 度圖像的形成或長時間的電池驅(qū)動成為可能。
權利要求
1. 一種光源裝置，其中，包括單一偏振光的激光光源；波導板；反射部，其在所述波導板的端部設置；透鏡部，其在所述波導板設置，來自所述激光光源的激光在所述波導板傳播后，通過所述反射部和透鏡部被準直，被準直后的所述激光的偏振光與所述波導板的表面大致平行。
2. 根據(jù)權利要求l所述的光源裝置，其特征在于， 所述波導板具有雙折射率。
3. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 所述反射部具有凹面構造，所述反射部兼?zhèn)渫哥R部的功能。
4. 根據(jù)權利要求l所述的光源裝置，其特征在于， 所述透鏡部具有菲涅爾透鏡構造。
5. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 所述透鏡部是微透鏡。
6. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 具有第二反射部。
7. 根據(jù)權利要求l所述的光源裝置，其特征在于， 所述波導板成為2層構造，從所述激光光源出來的激光作為發(fā)散光在第一層波導板導波后，由所述反射部和透鏡部變換為準直光，在第二層波 導板傳播。
8. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 還具有入/4板，從所述激光光源發(fā)出的激光的偏振光方向相對于所述波導板的表面 垂直；通過在所述反射板的附近設置的入/4板，將所述激光變換為相對于所 述波導板的表面平行的偏振光。
9. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 還具有光學元件，其對所述激光的偏振、偏轉(zhuǎn)、焦點的至少一方進行調(diào)制， 通過所述光學元件，隨時間變化地變化所述激光的偏振、偏轉(zhuǎn)、相位 的至少一方。
10. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 還具有旋轉(zhuǎn)棱鏡，對所述激光的方向進行調(diào)制。
11. 根據(jù)權利要求l所述的光源裝置，其特征在于， 所述激光光源的激光至少包含紅、綠、藍色的任一種可見光。
12. 根據(jù)權利要求ll所述的光源裝置，其特征在于， 具有與所述紅、綠、藍色相對應的波長的激光的激光光源，至少其中一個具有多個發(fā)光點。
13. 根據(jù)權利要求12所述的光源裝置，其特征在于， 從所述具有多個發(fā)光點的同色的激光光源發(fā)出的激光，相互具有不同的波長。
14. 根據(jù)權利要求12所述的光源裝置，其特征在于， 從所述具有多個發(fā)光點的同色的激光光源發(fā)出的激光的波長，相互至少有l(wèi)nm差異。
15. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 所述激光的至少一部分由波導板的側(cè)面的至少一部分全反射。
16. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 至少具有紅色激光光源、藍色激光光源和綠色激光光源， 所述綠色激光光源由波長變換激光器這樣的光源構成， 只有所述綠色激光光源的綠色激光的光束的方向被掃描。
17. 根據(jù)權利要求l所述的光源裝置，其特征在于， 至少具有紅色激光光源、藍色激光光源和綠色激光光源， 所述綠色激光光源由波長變換激光器這樣的光源構成， 所述綠色激光光源的綠色激光在所述波導板中傳播后，被所述反射部和透鏡部所準直； 其他激光從多個入射部對所述波導板入射。
18. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于， 至少具有紅色激光光源、藍色激光光源和綠色激光光源，所述綠色激光光源由波長變換激光器這樣的光源構成， 所述波導板為兩層構造，所述綠色激光光源的綠色激光對所述波導板的第一層入射，在第一層 的波導板中導波后，并由所述反射部變換為準直光后，在第二層波導板中 導波；所述紅色激光光源的紅色激光和所述藍色激光光源的藍色激光，從所述第二層的波導板的端面入射；所述紅色激光光源的紅色激光、所述藍色激光光源的藍色激光、以及 來自所述綠色激光光源的綠色激光，從所述第二層的波導板表面發(fā)射。
19. 根據(jù)權利要求1所述的光源裝置，其特征在于，所述激光光源包含寬條帶的半導體激光器，所述半導體激光器的表面 和所述波導板表面配置大致垂直。
20. —種液晶顯示裝置，其特征在于， 包括權利要求1 19中的任意一項所述的光源裝置； 液晶面板；以及液晶面板控制部，其按照與液晶面板之間收發(fā)電信號的方式與液晶面 板連接，并按照從外部輸入的信號，控制液晶面板的動作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光的利用效率高的光源裝置，其使用單一偏振的激光光源，利用反射和準直，在二維的面狀照明中同時實現(xiàn)光量的均一化和偏振的均一化。據(jù)此，能實現(xiàn)偏振一致的二維面狀照明，所以在與液晶面板等利用偏振光的開關組合時，能大幅度提高光的利用效率。
文檔編號G02B6/00GK101395425SQ20078000728
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權日2006年2月16日
發(fā)明者山本和久, 水內(nèi)公典 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社