バックライト装置
【課題】スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができるバックライト装置を提供すること。
【解決手段】バックライト装置２は、レーザ光を出射するレーザ光源１０と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子１１と、前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板１２と、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部１３，１７と、を有する。
【解決手段】バックライト装置２は、レーザ光を出射するレーザ光源１０と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子１１と、前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板１２と、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部１３，１７と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源を有するバックライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の微細な光半導体製造技術の進展により、半導体レーザの性能が向上したため、半導体レーザを高効率な光源としてディスプレイ装置（特にバックライト装置）へ応用することが可能となってきた。
【０００３】
従来からディスプレイ装置の光源として用いられている光源に比べて、レーザ光は、スペクトルの純度が高いため、忠実な色再現が可能である。また、そのコヒーレンシが高いという特徴から、レーザ光のビーム径を細くしたり、複数のレーザ光のビームの方向を均一に揃えたりすることを容易に行うことができる。これにより、装置の小型化を図ったり、コントラストなどの変調素子の光学的な特性を向上させたりすることができる。
【０００４】
半導体レーザをディスプレイ装置に応用するにあたっては、レーザ光を扱いやすくするためにコリメートされた発散角の狭いレーザ光を、ディスプレイ装置に必要とされる平面状にする必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図８は、従来のディスプレイ装置において、コリメートされたレーザ光を平面状のレーザ光４０に広げるための構成を示す図である。
【０００６】
従来のディスプレイ装置は、太さＬ１のレーザ光を発するレーザ光源１０と、基材２１と反射型体積ホログラム２２とを有する反射部材２０と、複数のハーフミラー３２と導光体３１からなる偏向部材３０と、偏向部材３０上に配置された光学的な変調素子である不図示の液晶パネルから構成されている。ここで、レーザ光の太さは、最も強度の強い位置から、強度が一定量低下するまでの変移量で表現される。
【０００７】
反射部材２０は、レーザ光源１０からのレーザ光を複数に分割するとともに、分割されたレーザ光を所定方向にそれぞれ平行に反射させる。反射されたレーザ光２４は、複数のハーフミラー３２と、導光体３１とからなる偏向部材３０に入射し、ハーフミラー３２でそれぞれ上方に反射され、平面状のレーザ光４０となる。
【特許文献１】特開２００２−１６９４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、レーザ光には、前述のように、従来の光源による光に比べて、さまざまな優れた特徴がある一方で、同じ半導体レーザが発したレーザ光どうしが干渉を起こすという問題があった。この干渉により、細かい粒状の干渉模様がディスプレイ装置上に表示され、映像の品位が損なわれる。このような細かい粒状の干渉模様が、一般にスペックルノイズと呼ばれる。
【０００９】
このスペックルノイズを低減するには、干渉を起こすレーザ光の光学的な状態を時間的に変化させることによって、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させ、ディスプレイ装置を観察する人の眼の積分効果を用いてスペックルノイズを平滑化することが効果的である。
【００１０】
しかし、従来のディスプレイ装置においては、スペックルノイズを低減するために、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させる光学的な仕組みが備えられていない。このため、ディスプレイ装置の映像品位を高めることが困難である。
【００１１】
また、従来のディスプレイ装置においては、反射部材２０において入射するレーザ光を分割しているが、レーザ光の強度は図９に示すように一般に一様ではない。
【００１２】
図９は、レーザ光源から出射された集束したレーザ光であるレーザビームの強度分布を示すグラフである。図９に示すように、レーザ光の強度は中心部が最も高く、中心から外れるにつれその強度が低下するガウス分布を形成する。
【００１３】
ここで、レーザ光の太さは、上記のように、最も強度の強い位置から、強度が一定量低下するまでの変移量で表現する。このレーザ光の太さは、半導体レーザ毎にばらつきがあり、また、半導体レーザの周囲温度の変化や半導体レーザの経時的な劣化によっても変わる可能性がある。
【００１４】
さらに、半導体レーザにおいては、そのレーザ光の強度を変化させるとレーザ光の太さが変動する。ディスプレイ装置においては、明るさの調整のため、光源の明るさ、つまりレーザ光の強度（太さ）を調節することが必要となる。しかし、ガウス分布のレーザ光を入射すると、反射部材２０の中央の強度が強くなり、反射部材２０の端部に近づく程レーザ光の強度が弱くなる。即ち、反射部材２０に入射するレーザ光の分布は、一定でない。
【００１５】
このため、反射部材２０に入射するレーザ光の太さが変化すると、反射部材２０から出て行く平行なレーザ光２４の強さも変化するが、その変化の度合いが場所によって異なることになる。
【００１６】
これにより、スペックルノイズがディスプレイ装置に表示される映像の輝度ムラとなって現われる。
【００１７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができるバックライト装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のバックライト装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子と、前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板と、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部と、を有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
＜ディスプレイ装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。
【００２２】
図１において、ディスプレイ装置１は、バックライト装置２と、バックライト装置２により照明される光変調部３とから構成される。光変調部３としては、液晶パネルを用いることができる。
【００２３】
バックライト装置２は、レーザ光を出射するレーザ光源１０と、レーザ光を回折作用により複数のレーザ光に分岐する１周期分の回折パターン１１ａがレーザ光の光軸と垂直な面内の所定方向に繰り返し配置してなる回折光学素子１１と、分岐された複数のレーザ光を面状の光に変換する導光板１２と、回折光学素子１１を少なくとも１周期分の回折パターン１１ａの幅以上の振幅で、レーザ光の光軸に垂直な面内で所定方向に振動させるアクチュエータ１３と、から構成されている。ここで、回折光学素子１１は、レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる、本発明の「回折光学素子」に相当する。また、アクチュエータ１３は、回折光学素子から出射されるレーザ光の導光板へ入射する位置を所定方向に振動させる、本発明の「振動部」に相当する。
【００２４】
ここで、本実施の形態における所定方向とは、導光板１２の入射面１２ａの長手方向であり、図１において、水平方向である。なお、以下の実施の形態において、分岐されたレーザ光を分岐レーザ光と呼ぶことにする。
【００２５】
レーザ光源１０は、コリメートされた太さＬ１のレーザ光を出射するように構成されている。レーザ光源１０は、少なくとも１つの半導体レーザから構成されている。レーザ光源１０が複数の半導体レーザから構成されている場合、複数の異なる色の半導体レーザ（赤色の半導体レーザ、青色の半導体レーザ、緑色の半導体レーザ）からレーザ光源１０を構成するようにしてもよい。
【００２６】
回折光学素子１１は、１周期分の回折パターン１１ａが繰り返し配置される所定方向と導光板１２の入射面１２ａの長手方向とが平行になるように配置されている。そして、回折光学素子１１は、弾性体の支持体１４で支持されているので、図１で水平方向に発生するアクチュエータ１３の力によって、水平方向に振動する。また、１周期分の回折パターン１１ａは、図１に示す例では、正方形で示されている。そして、水平方向に複数の回折パターン１１ａが配置されている。
【００２７】
ここで、回折光学素子１１から出射された分岐レーザ光の相対強度の関係は一定となるため、ディスプレイ装置１の輝度ムラの発生を低減することができる。詳しくは、後述する。
【００２８】
１周期分の回折パターン１１ａは、入射したレーザ光を回折し、複数の分岐レーザ光に分岐させるために、回折光学素子１１の表面に施された微細な凹凸で構成されている。１周期分の回折パターン１１ａにより、回折光学素子１１から出射する分岐レーザ光は、回折次数毎に、ある平面上で等角度に分岐する。即ち、１周期分の回折パターン１１ａは、複数の分岐レーザ光が等角度で扇状に広がるように設計される。
【００２９】
また、図１に示す例では、水平方向に配置された複数の回折パターン１１ａが垂直方向にも配置されている。これは、回折光学素子１１をアクチュエータ１３により振動させた場合に、レーザ光が水平方向に配置された複数の回折パターン１１ａの列からずれても、レーザ光を分岐することができるようにするためである。理想的には、一列の回折パターン１１ａが水平方向に配置されていればよい。
【００３０】
なお、回折パターン１１ａが繰り返し配置される水平方向と導光板１２の入射面１２ａの長手方向とは、一致することが好ましい。２つの方向が一致することにより、導光板１２に入射するレーザ光を導光板１２の短手方向において同じ位置に入射することができる。
【００３１】
また、回折光学素子１１は、導光板１２の入射面１２ａの長手方向において複数の分岐レーザ光の間隔が均等になるようにレーザ光を分岐する構成とすることが好ましい。複数の分岐レーザ光の間隔を均等にすることにより、導光板１２に入射するレーザ光を導光板１２の長手方向において均等に分配することができる。
【００３２】
アクチュエータ１３は、機械的に回折光学素子１１と結合され、外部からの電気信号に応じて回折光学素子１１を所定方向に振動させる力を発生する。アクチュエータ１３は、所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させる振動部に相当する。アクチュエータ１３は、導光板１２の入射面１２ａにおける複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させるのが好ましい。
【００３３】
所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させることにより、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させることができ、スペックルノイズの発生を低減することができる。さらに、複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させることにより、スペックルノイズの発生を効果的に低減することができる。詳しくは、後述する。
【００３４】
本実施の形態においては、回折光学素子１１を少なくとも回折パターン１１ａの幅以上の振幅で水平方向に振動させることにより、複数の分岐レーザ光を水平方向に振動させている。
【００３５】
導光板１２は、例えば、前面１２ｂに光拡散層（図示せず）が配置され、背面１２ｃに反射シート（図示せず）が配置されている。導光板１２は、分岐レーザ光を内部で拡散し、前面１２ｂから面状の光を出射する。
【００３６】
光拡散層は、光拡散材を含む透光性樹脂から形成されている。光拡散層としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートに微細な凹凸パターンを設けたものや、乱反射させる白色インクを前面１２ｂに印刷したものが用いられる。このとき、光拡散層の拡散度合いは、全面から均一に光が出射するように微細な凹凸パターンの大きさを調整したり、白色インクによる各ドットの大きさを調整したりすることによって、変化させることができる。また、反射シートとしては、金属フィルムを用いてもよいし、背面１２ｃに金属を蒸着させてもよい。
【００３７】
また、導光板１２の裏面１２ｃには凹凸パターンを形成してもよい。この場合、導光板１２に入射した分岐レーザ光は、全反射を繰り返しながら導光板１２の中を進み、分岐レーザ光が凹凸パターンに当たるとそこで全反射条件が解け、導光板１２の表面から出射する。導光板１２の全面から均一に光が出射するように凹凸パターンの配置を決定する。
【００３８】
＜ディスプレイ装置１の作用＞
次に、本実施の形態に係るディスプレイ装置１における＜１＞輝度ムラを低減する作用および＜２＞スペックルノイズを低減する作用について説明する。
＜１．輝度ムラの低減＞
まず、図１に示すディスプレイ装置１において、回折光学素子１１が、レーザ光源１０の発生するレーザ光の太さＬ１の変動によっても輝度ムラを低減する作用について説明する。
【００３９】
回折光学素子１１上に形成された１周期分の回折パターン１１ａは、水平方向に繰り返し配置されている。ここで、１周期分の回折パターン１１ａの幅は、レーザ光の太さＬ１の少なくとも１／４であることが好ましい。この場合、レーザ光は少なくとも４つの回折パターン１１ａに入射することになる。１周期分の回折パターン１１ａの幅は、図１において回折パターン１１ａの水平方向の長さに相当する。１周期分の回折パターン１１ａの幅がレーザ光の太さＬ１の少なくとも１／４であることが好ましい理由について、以下説明する。
【００４０】
回折光学素子１１に入射されたレーザ光を複数の分岐レーザ光へ分岐する場合、複数の分岐レーザ光の相対強度は回折パターン１１ａの回折効率によって決まる。例えば、レーザ光が４つの回折パターンに入射すると、ある回折パターン１１ａが相対的に強度が弱いレーザ光の部分を水平方向に分岐し、他の回折パターン１１ａが相対的に強度が強いレーザ光の部分を水平方向に分岐する。そして、同じ方向に分岐された強度が弱いレーザ光と強度が強いレーザ光とでビームを形成するため、各分岐レーザ光の強度は、平均化される。そのため、ガウス分布であるレーザ光を入射する場合に比べて、輝度ムラを低減することができる。
【００４１】
回折光学素子１１に入射するレーザ光の太さＬ１が何らかの原因で変化した場合、レーザ光の分岐に寄与する回折パターン１１ａの総数または幅が変化する。しかし、分岐レーザ光相互の相対強度は、単一の回折パターン１１ａの回折効率によって決まる。したがって、回折光学素子１１へ入射するレーザ光の太さＬ１の変化にかかわらず分岐レーザ光の相対強度は一定に保たれる。
【００４２】
ただし、入射レーザ光の分岐にかかわる回折パターン１１ａの個数があまりにも少ない場合は、入射レーザ光の太さが回折効率に影響を及ぼす。そのため、本実施の形態に係るディスプレイ装置１における回折光学素子１１の回折パターン１１ａの１周期は、変動するレーザ光の最小太さの１／４以下にすることが好ましい。
【００４３】
これにより、少なくとも４つの回折パターン１１ａがレーザ光の分岐に寄与することになり、この条件の下では入射レーザ光の太さＬ１の変動が分岐レーザ光の相対強度に与える影響が十分小さくなる。
【００４４】
分岐レーザ光の相対強度の関係は回折光学素子による回折作用によって一意に決定される。即ち、上記の条件を満たす範囲内でレーザ光の太さＬ１に変動やバラツキがあっても、分岐レーザ光の相対強度の関係は一定となり、ディスプレイ装置１の輝度ムラの発生を低減することができる。
【００４５】
＜２．スペックルノイズの低減＞
次に、図１に示す本実施の形態に係るディスプレイ装置１において、回折光学素子１１を振動させることにより、レーザ光に特有のスペックルノイズが低減される作用について説明する。
【００４６】
アクチュエータ１３は、回折光学素子１１を水平方向に振動させるので、回折光学素子１１上の複数の回折パターン１１ａと、回折光学素子１１へ入射するレーザ光との相対的な位置関係が変化する。
【００４７】
ここで、回折光学素子１１を振動する方向は、支持体１４によって、回折光学素子１１と導光板１２を最短距離で結ぶ軸に対して垂直方向に制限されている。即ち、回折光学素子１１と導光板１２との最短距離が支持体１４によって一定に保たれる。
【００４８】
一方、回折光学素子１１は、回折次数に応じて等角度にレーザ光を分岐させる。そのため、前述のように回折光学素子１１と導光板１２の最短距離が一定であれば、アクチュエータ１３が回折光学素子１１を振動させても、回折光学素子１１によって分岐させられた複数の分岐レーザ光が導光板１２に入射する位置は大きく変化することはないため、導光板１２の入射面１２ａに入射する分岐レーザ光の強さも大きく変化することはない。
【００４９】
しかし、この場合、回折光学素子１１上の複数の回折パターン１１ａと、レーザ光との相対的な位置関係が変化するため、導光板１２の入射面へ入射するレーザ光の位相が変化する。前述のようにスペックルノイズは光の干渉によって引き起こされるので、スペックルノイズを発生するレーザ光の位相が変化すると、発生するスペックルノイズの現れ方も変化する。即ち、アクチュエータ１３で回折光学素子１１を振動させることにより、スペックルノイズの位置は時間とともに変化する。
【００５０】
さらに、アクチュエータ１３の発生する回折光学素子１１の振動速度を人間の眼の応答速度に比べて十分速くすれば、これを観察する人間の眼の積分効果によって平滑化され、これによりスペックルノイズが低減されることになる。さらに、映像信号の繰り返し周期に一致していれば不要なビートを生じることはない。例えば、回折光学素子１１の振動速度を１／３０秒または１／６０秒にすることが好ましい。
【００５１】
＜ディスプレイ装置の動作＞
次に、上記構成を有するディスプレイ装置の動作について説明する。
【００５２】
まず、レーザ光源１０は、太さＬ１のレーザ光を出射する。回折光学素子１１は、水平方向に振動する一方、レーザ光を分岐し、水平方向に振動する分岐レーザ光を導光板１２に出射する。
【００５３】
導光板１２に水平方向に振動しながら入射した分岐レーザ光は、導光板１２の内部を全反射を繰り返しながら伝播しつつ、導光板１２の前面１２ｂに配置された光拡散層で拡散される。このとき、拡散された分岐レーザ光のうち導光板１２の前面１２ｂに臨界角よりも小さい角度で入射するレーザ光の成分が現れる。そして、このレーザ光の成分が、導光板１２の前面１２ｂから均一に出射する。これにより、導光板１２は、平面状に発光する。
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、レーザ光を回折作用により複数のレーザ光に分岐する回折パターンを所定方向に繰り返し配置してなる回折光学素子１１を所定方向に振動させるため、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができる。
【００５５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図２に示すディスプレイ装置１ａは、バックライト装置２ａと、バックライト装置２ａにより照明される光変調部３とから構成される。光変調部３としては、液晶パネルを用いることができる。
【００５６】
本実施の形態では、図２に示すように、回折光学素子１１と導光板１２の間に第１の円筒レンズ１５と、第２の円筒レンズ１６が挿入されている。これらは導光板１２への入射光束を集束させる集束光学素子である。
【００５７】
第１の円筒レンズ１５は、導光板１２に入射する分岐レーザ光を導光板１２の入射面１２ａの長手方向において略平行光とするレンズである。第２の円筒レンズ１６は、導光板１２の入射面１２ａの短手方向における発散角を制御するレンズである。第１の円筒レンズ１５と第２の円筒レンズ１６は、本発明の「光学系」に相当する。
【００５８】
図３は、第１の円筒レンズ１５の作用を説明するために、図２のディスプレイ装置１ａを上方から見た平面図である。ただし、光変調部３を図示していない。図３に示すように、分岐レーザ光は、回折光学素子１１から扇状に出射する。
【００５９】
導光板１２の材質が入射した分岐レーザ光を拡散する素材で構成されている場合、導光板１２の内部で拡散するため、導光板１２の全面が均等に明るくなる。
【００６０】
ところが、導光板１２の材質が透明な素材の場合、分岐レーザ光は導光板１２の内部で拡散することなく内部を全反射しながら直進するので、分岐レーザ光の主要な経路に当たる部分は明るく、そうでない部分は暗くなり、面内に輝度ムラが発生する場合がある。
【００６１】
そこで、分岐レーザ光の通過経路を導光板１２の全面に均等に分散させるため、入射した分岐レーザ光が導光板１２の入射面１２ａの長手方向に揃うように、第１の円筒レンズ１５は分岐レーザ光をおよそ相互に平行になるように光束を集束させる。
【００６２】
これにより、導光板１２に入射した分岐レーザ光は、導光板１２の入射面１２ａの長手方向に振動しながら導光板１２内部を均等な経路で進んでいくので、前述のような輝度ムラの発生を低減することができる。
【００６３】
図４は、第２の円筒レンズ１６の作用を説明するために、図２のディスプレイ装置１ａを側方から見た側面図である。
【００６４】
導光板１２の材質が入射した分岐レーザ光を拡散する素材で構成されている場合は、導光板１２内部で分岐レーザ光を拡散するため、導光板１２の全面が均等に明るくなる。
【００６５】
ところが、導光板１２の材質が透明な素材の場合、分岐レーザ光は導光板１２内部で拡散することなく内部を直進するので、ほとんどの分岐レーザ光は導光板１２の入射面の反対側の面に到達し、導光板１２の表面から有効に外部に出射する量が減少する。
【００６６】
そこで、導光板１２に入射した分岐レーザ光が導光板１２内部で面の上下方向に広がり有効に外部に光が出射されるように、第２の円筒レンズ１６は導光板１２に入射する前に一旦レーザ光を集束させる。焦点を通過した分岐レーザ光は導光板１２内部を拡散しながら広がり、導光板１２の前面１２ｂを全反射しながら全面を明るく照らすことができる。
【００６７】
このように、本実施の形態によれば、導光板１２に入射する分岐レーザ光を導光板１２の入射面１２ａの長手方向において略平行光とし、導光板１２の入射面１２ａの短手方向における発散角を制御するため、導光板１２の全面を明るく照らすことができる。
【００６８】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図５において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図５に示すディスプレイ装置１ｂは、バックライト装置２ｂと、バックライト装置２ｂにより照明される光変調部３とから構成される。光変調部３としては、液晶パネルを用いることができる。本実施の形態における所定方向とは、導光板１２の入射面１２ａの長手方向であり、図５において水平方向である。
【００６９】
本実施の形態では、図１に示す実施の形態１におけるアクチュエータ１３に代えて、光軸振動部１７を有する。図５において、光軸振動部１７は、レーザ光源１０から出射されたレーザ光が回折光学素子１１へ入射する入射位置を少なくとも回折パターン１１の幅以上の振幅で、レーザ光の光軸に垂直な面内で所定方向に振動させる。光軸振動部１７は、回折光学素子から出射されるレーザ光の導光板へ入射する位置を所定方向に振動させる、本発明の「振動部」に相当する。光軸振動部１７は、導光板１２の入射面１２ａにおける複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に分岐レーザ光を振動させるのが好ましい。
【００７０】
光軸振動部１７は、具体的には、可動部分がない音響光学素子とガルバノメータの組み合わせ、または一般的なミラーとガルバノメータの組み合わせなどを利用することができる。
【００７１】
ここで、図７は、導光板１２の入射面１２ａへ入射するレーザ光の光強度を示すグラフである。分岐レーザ光の光強度は一定ではなくレーザ光の間隔ごとに強弱のパターンが存在するため、強度分布が均一でない。
【００７２】
光軸振動部１７から出射されるレーザ光は、水平方向に振動するため、回折光学素子１１へ入射する位置が変化する。このため、回折光学素子１１からの分岐レーザ光が導光板１２の入射面１２ａに入射する位置も水平方向に連動して変化する。これにより、導光板１２の前面１２ｂに発生するスペックルノイズのパターンが変化するため、スペックルノイズを低減することができる。
【００７３】
光軸振動部１７によって発生する回折光学素子１１への入射位置の振動速度を人間の眼の応答速度に比べて十分速くすれば、これを観察する人間の眼の積分効果によって平滑化され、これによりスペックルノイズが低減されることになる。さらに、映像信号の繰り返し周期に一致していれば不要なビートを生じることはない。例えば、回折光学素子１１の振動速度を１／３０秒または１／６０秒にすることが好ましい。
【００７４】
このように、本実施の形態によれば、光軸振動部１７によって導光板１２の入射面１２ａへの分岐レーザ光の入射位置を変化させることができるので、この入射位置をレーザ光の間隔以上の振幅で水平方向に変化させると、この強度分布を平準化することができ、スペックルノイズを低減することができる。これによって導光板１２の表面から出射するレーザ光を均一に出射することができる。
【００７５】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図６において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図６に示すディスプレイ装置１ｃは、バックライト装置２ｃと、バックライト装置２ｃにより照明される光変調部３とから構成される。光変調部３としては、液晶パネルを用いることができる。
【００７６】
本実施の形態においては、図５の実施の形態３の構成に加えて、回折光学素子１１と導光板１２の間に第１の円筒レンズ１５および第２の円筒レンズ１６が挿入されている。これらは導光板１２への入射光束を集束させる集束光学素子である。
【００７７】
第１の円筒レンズ１５は、導光板１２に入射する分岐レーザ光を導光板１２の入射面１２ａの長手方向において略平行光とするレンズである。第２の円筒レンズ１６は、導光板１２の入射面１２ａの短手方向における発散角を制御するレンズである。第１の円筒レンズ１５と第２の円筒レンズ１６は、本発明の「光学系」に相当する。
【００７８】
これにより、導光板１２が内部で光を拡散しない透明な素材の場合であっても、効率よく導光板１２から面状の光を出射することができる。
【００７９】
実施の形態３で説明したように、本実施の形態においても、図７に示す光強度を有する分岐レーザ光が導光板１２に入射されるため、レーザ光の光強度は一定ではなくレーザ光の間隔ごとに強弱のパターンが存在する。
【００８０】
従って、本発明の実施の形態４においても、光軸振動部１７によって回折光学素子１１へ入射するレーザ光の入射位置を所定の方向に所定の振幅で振動させると、導光板１２の入射面１２ａへの分岐レーザ光の入射位置を同じ方向に同じ振幅で振動させることができるので、導光板１２への入射位置を分岐レーザ光の間隔以上の振幅で水平方向に変化させると、この強度分布を平準化することができ、スペックルノイズを低減することができる。これによって導光板１２の表面から出射するレーザ光を均一に出射することができる。
【００８１】
（変形例）
なお、上記の実施の形態２から４においては、単一のレーザ光源１０について説明を行ったが、自然色の表示を行うためには、光の３原色について、それぞれ本発明を適用することができる。例えば、レーザ光源１０を複数の異なる色の半導体レーザ（赤色の半導体レーザ、青色の半導体レーザ、緑色の半導体レーザ）から構成するようにしてもよい。
【００８２】
また、光学特性によっては光の３原色について拡散板を共用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係るバックライト装置は、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができるバックライト装置として有用である。
【００８４】
即ち、本発明に係るバックライト装置は、回折光学素子を用いてレーザ光を分岐することによって、レーザ光の太さの変動によって発生するディスプレイ装置の輝度ムラを防ぐことができる。さらに、回折光学素子とレーザ光の光軸の相対位置関係を時間的に変化させることでスペックルノイズを低減することができる。
【００８５】
例えば、本発明に係るバックライト装置を液晶テレビに適用すれば、ディスプレイ用の光源として、レーザ光源は、電気−光変換効率が高いため、省エネルギーのディスプレイ装置を実現することができる。また、経時変化などによっても輝度ムラを生じないので大変有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態２に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図
【図３】第１の円筒レンズの作用を説明するための図２を上方から見た平面図
【図４】第２の円筒レンズの作用を説明するための図２を側方から見た側面図
【図５】本発明の実施の形態３に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図
【図６】本発明の実施の形態４に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図
【図７】導光板の入射面へ入射する分岐レーザ光の光強度の分布の一例を示すグラフ
【図８】従来のバックライト装置（レーザ光源）を有するディスプレイの構成を示す摸式図
【図９】レーザビームの強度分布の一例を示すグラフ
【符号の説明】
【００８７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ ディスプレイ装置
２、２ａ、２ｂ、２ｃ バックライト装置
３ 光変調部
１０ レーザ光源
１１ 回折光学素子
１１ａ 回折パターン
１２ 導光板
１３ アクチュエータ
１４ 支持体
１５ 第１の円筒レンズ
１６ 第２の円筒レンズ
１７ 光軸振動部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光源を有するバックライト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の微細な光半導体製造技術の進展により、半導体レーザの性能が向上したため、半導体レーザを高効率な光源としてディスプレイ装置（特にバックライト装置）へ応用することが可能となってきた。
【０００３】
従来からディスプレイ装置の光源として用いられている光源に比べて、レーザ光は、スペクトルの純度が高いため、忠実な色再現が可能である。また、そのコヒーレンシが高いという特徴から、レーザ光のビーム径を細くしたり、複数のレーザ光のビームの方向を均一に揃えたりすることを容易に行うことができる。これにより、装置の小型化を図ったり、コントラストなどの変調素子の光学的な特性を向上させたりすることができる。
【０００４】
半導体レーザをディスプレイ装置に応用するにあたっては、レーザ光を扱いやすくするためにコリメートされた発散角の狭いレーザ光を、ディスプレイ装置に必要とされる平面状にする必要がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図８は、従来のディスプレイ装置において、コリメートされたレーザ光を平面状のレーザ光４０に広げるための構成を示す図である。
【０００６】
従来のディスプレイ装置は、太さＬ１のレーザ光を発するレーザ光源１０と、基材２１と反射型体積ホログラム２２とを有する反射部材２０と、複数のハーフミラー３２と導光体３１からなる偏向部材３０と、偏向部材３０上に配置された光学的な変調素子である不図示の液晶パネルから構成されている。ここで、レーザ光の太さは、最も強度の強い位置から、強度が一定量低下するまでの変移量で表現される。
【０００７】
反射部材２０は、レーザ光源１０からのレーザ光を複数に分割するとともに、分割されたレーザ光を所定方向にそれぞれ平行に反射させる。反射されたレーザ光２４は、複数のハーフミラー３２と、導光体３１とからなる偏向部材３０に入射し、ハーフミラー３２でそれぞれ上方に反射され、平面状のレーザ光４０となる。
【特許文献１】特開２００２−１６９４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、レーザ光には、前述のように、従来の光源による光に比べて、さまざまな優れた特徴がある一方で、同じ半導体レーザが発したレーザ光どうしが干渉を起こすという問題があった。この干渉により、細かい粒状の干渉模様がディスプレイ装置上に表示され、映像の品位が損なわれる。このような細かい粒状の干渉模様が、一般にスペックルノイズと呼ばれる。
【０００９】
このスペックルノイズを低減するには、干渉を起こすレーザ光の光学的な状態を時間的に変化させることによって、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させ、ディスプレイ装置を観察する人の眼の積分効果を用いてスペックルノイズを平滑化することが効果的である。
【００１０】
しかし、従来のディスプレイ装置においては、スペックルノイズを低減するために、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させる光学的な仕組みが備えられていない。このため、ディスプレイ装置の映像品位を高めることが困難である。
【００１１】
また、従来のディスプレイ装置においては、反射部材２０において入射するレーザ光を分割しているが、レーザ光の強度は図９に示すように一般に一様ではない。
【００１２】
図９は、レーザ光源から出射された集束したレーザ光であるレーザビームの強度分布を示すグラフである。図９に示すように、レーザ光の強度は中心部が最も高く、中心から外れるにつれその強度が低下するガウス分布を形成する。
【００１３】
ここで、レーザ光の太さは、上記のように、最も強度の強い位置から、強度が一定量低下するまでの変移量で表現する。このレーザ光の太さは、半導体レーザ毎にばらつきがあり、また、半導体レーザの周囲温度の変化や半導体レーザの経時的な劣化によっても変わる可能性がある。
【００１４】
さらに、半導体レーザにおいては、そのレーザ光の強度を変化させるとレーザ光の太さが変動する。ディスプレイ装置においては、明るさの調整のため、光源の明るさ、つまりレーザ光の強度（太さ）を調節することが必要となる。しかし、ガウス分布のレーザ光を入射すると、反射部材２０の中央の強度が強くなり、反射部材２０の端部に近づく程レーザ光の強度が弱くなる。即ち、反射部材２０に入射するレーザ光の分布は、一定でない。
【００１５】
このため、反射部材２０に入射するレーザ光の太さが変化すると、反射部材２０から出て行く平行なレーザ光２４の強さも変化するが、その変化の度合いが場所によって異なることになる。
【００１６】
これにより、スペックルノイズがディスプレイ装置に表示される映像の輝度ムラとなって現われる。
【００１７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができるバックライト装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のバックライト装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子と、前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板と、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部と、を有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
＜ディスプレイ装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。
【００２２】
図１において、ディスプレイ装置１は、バックライト装置２と、バックライト装置２により照明される光変調部３とから構成される。光変調部３としては、液晶パネルを用いることができる。
【００２３】
バックライト装置２は、レーザ光を出射するレーザ光源１０と、レーザ光を回折作用により複数のレーザ光に分岐する１周期分の回折パターン１１ａがレーザ光の光軸と垂直な面内の所定方向に繰り返し配置してなる回折光学素子１１と、分岐された複数のレーザ光を面状の光に変換する導光板１２と、回折光学素子１１を少なくとも１周期分の回折パターン１１ａの幅以上の振幅で、レーザ光の光軸に垂直な面内で所定方向に振動させるアクチュエータ１３と、から構成されている。ここで、回折光学素子１１は、レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる、本発明の「回折光学素子」に相当する。また、アクチュエータ１３は、回折光学素子から出射されるレーザ光の導光板へ入射する位置を所定方向に振動させる、本発明の「振動部」に相当する。
【００２４】
ここで、本実施の形態における所定方向とは、導光板１２の入射面１２ａの長手方向であり、図１において、水平方向である。なお、以下の実施の形態において、分岐されたレーザ光を分岐レーザ光と呼ぶことにする。
【００２５】
レーザ光源１０は、コリメートされた太さＬ１のレーザ光を出射するように構成されている。レーザ光源１０は、少なくとも１つの半導体レーザから構成されている。レーザ光源１０が複数の半導体レーザから構成されている場合、複数の異なる色の半導体レーザ（赤色の半導体レーザ、青色の半導体レーザ、緑色の半導体レーザ）からレーザ光源１０を構成するようにしてもよい。
【００２６】
回折光学素子１１は、１周期分の回折パターン１１ａが繰り返し配置される所定方向と導光板１２の入射面１２ａの長手方向とが平行になるように配置されている。そして、回折光学素子１１は、弾性体の支持体１４で支持されているので、図１で水平方向に発生するアクチュエータ１３の力によって、水平方向に振動する。また、１周期分の回折パターン１１ａは、図１に示す例では、正方形で示されている。そして、水平方向に複数の回折パターン１１ａが配置されている。
【００２７】
ここで、回折光学素子１１から出射された分岐レーザ光の相対強度の関係は一定となるため、ディスプレイ装置１の輝度ムラの発生を低減することができる。詳しくは、後述する。
【００２８】
１周期分の回折パターン１１ａは、入射したレーザ光を回折し、複数の分岐レーザ光に分岐させるために、回折光学素子１１の表面に施された微細な凹凸で構成されている。１周期分の回折パターン１１ａにより、回折光学素子１１から出射する分岐レーザ光は、回折次数毎に、ある平面上で等角度に分岐する。即ち、１周期分の回折パターン１１ａは、複数の分岐レーザ光が等角度で扇状に広がるように設計される。
【００２９】
また、図１に示す例では、水平方向に配置された複数の回折パターン１１ａが垂直方向にも配置されている。これは、回折光学素子１１をアクチュエータ１３により振動させた場合に、レーザ光が水平方向に配置された複数の回折パターン１１ａの列からずれても、レーザ光を分岐することができるようにするためである。理想的には、一列の回折パターン１１ａが水平方向に配置されていればよい。
【００３０】
なお、回折パターン１１ａが繰り返し配置される水平方向と導光板１２の入射面１２ａの長手方向とは、一致することが好ましい。２つの方向が一致することにより、導光板１２に入射するレーザ光を導光板１２の短手方向において同じ位置に入射することができる。
【００３１】
また、回折光学素子１１は、導光板１２の入射面１２ａの長手方向において複数の分岐レーザ光の間隔が均等になるようにレーザ光を分岐する構成とすることが好ましい。複数の分岐レーザ光の間隔を均等にすることにより、導光板１２に入射するレーザ光を導光板１２の長手方向において均等に分配することができる。
【００３２】
アクチュエータ１３は、機械的に回折光学素子１１と結合され、外部からの電気信号に応じて回折光学素子１１を所定方向に振動させる力を発生する。アクチュエータ１３は、所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させる振動部に相当する。アクチュエータ１３は、導光板１２の入射面１２ａにおける複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させるのが好ましい。
【００３３】
所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させることにより、スペックルノイズのパターンを時間的に変化させることができ、スペックルノイズの発生を低減することができる。さらに、複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に複数の分岐レーザ光を振動させることにより、スペックルノイズの発生を効果的に低減することができる。詳しくは、後述する。
【００３４】
本実施の形態においては、回折光学素子１１を少なくとも回折パターン１１ａの幅以上の振幅で水平方向に振動させることにより、複数の分岐レーザ光を水平方向に振動させている。
【００３５】
導光板１２は、例えば、前面１２ｂに光拡散層（図示せず）が配置され、背面１２ｃに反射シート（図示せず）が配置されている。導光板１２は、分岐レーザ光を内部で拡散し、前面１２ｂから面状の光を出射する。
【００３６】
光拡散層は、光拡散材を含む透光性樹脂から形成されている。光拡散層としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートに微細な凹凸パターンを設けたものや、乱反射させる白色インクを前面１２ｂに印刷したものが用いられる。このとき、光拡散層の拡散度合いは、全面から均一に光が出射するように微細な凹凸パターンの大きさを調整したり、白色インクによる各ドットの大きさを調整したりすることによって、変化させることができる。また、反射シートとしては、金属フィルムを用いてもよいし、背面１２ｃに金属を蒸着させてもよい。
【００３７】
また、導光板１２の裏面１２ｃには凹凸パターンを形成してもよい。この場合、導光板１２に入射した分岐レーザ光は、全反射を繰り返しながら導光板１２の中を進み、分岐レーザ光が凹凸パターンに当たるとそこで全反射条件が解け、導光板１２の表面から出射する。導光板１２の全面から均一に光が出射するように凹凸パターンの配置を決定する。
【００３８】
＜ディスプレイ装置１の作用＞
次に、本実施の形態に係るディスプレイ装置１における＜１＞輝度ムラを低減する作用および＜２＞スペックルノイズを低減する作用について説明する。
＜１．輝度ムラの低減＞
まず、図１に示すディスプレイ装置１において、回折光学素子１１が、レーザ光源１０の発生するレーザ光の太さＬ１の変動によっても輝度ムラを低減する作用について説明する。
【００３９】
回折光学素子１１上に形成された１周期分の回折パターン１１ａは、水平方向に繰り返し配置されている。ここで、１周期分の回折パターン１１ａの幅は、レーザ光の太さＬ１の少なくとも１／４であることが好ましい。この場合、レーザ光は少なくとも４つの回折パターン１１ａに入射することになる。１周期分の回折パターン１１ａの幅は、図１において回折パターン１１ａの水平方向の長さに相当する。１周期分の回折パターン１１ａの幅がレーザ光の太さＬ１の少なくとも１／４であることが好ましい理由について、以下説明する。
【００４０】
回折光学素子１１に入射されたレーザ光を複数の分岐レーザ光へ分岐する場合、複数の分岐レーザ光の相対強度は回折パターン１１ａの回折効率によって決まる。例えば、レーザ光が４つの回折パターンに入射すると、ある回折パターン１１ａが相対的に強度が弱いレーザ光の部分を水平方向に分岐し、他の回折パターン１１ａが相対的に強度が強いレーザ光の部分を水平方向に分岐する。そして、同じ方向に分岐された強度が弱いレーザ光と強度が強いレーザ光とでビームを形成するため、各分岐レーザ光の強度は、平均化される。そのため、ガウス分布であるレーザ光を入射する場合に比べて、輝度ムラを低減することができる。
【００４１】
回折光学素子１１に入射するレーザ光の太さＬ１が何らかの原因で変化した場合、レーザ光の分岐に寄与する回折パターン１１ａの総数または幅が変化する。しかし、分岐レーザ光相互の相対強度は、単一の回折パターン１１ａの回折効率によって決まる。したがって、回折光学素子１１へ入射するレーザ光の太さＬ１の変化にかかわらず分岐レーザ光の相対強度は一定に保たれる。
【００４２】
ただし、入射レーザ光の分岐にかかわる回折パターン１１ａの個数があまりにも少ない場合は、入射レーザ光の太さが回折効率に影響を及ぼす。そのため、本実施の形態に係るディスプレイ装置１における回折光学素子１１の回折パターン１１ａの１周期は、変動するレーザ光の最小太さの１／４以下にすることが好ましい。
【００４３】
これにより、少なくとも４つの回折パターン１１ａがレーザ光の分岐に寄与することになり、この条件の下では入射レーザ光の太さＬ１の変動が分岐レーザ光の相対強度に与える影響が十分小さくなる。
【００４４】
分岐レーザ光の相対強度の関係は回折光学素子による回折作用によって一意に決定される。即ち、上記の条件を満たす範囲内でレーザ光の太さＬ１に変動やバラツキがあっても、分岐レーザ光の相対強度の関係は一定となり、ディスプレイ装置１の輝度ムラの発生を低減することができる。
【００４５】
＜２．スペックルノイズの低減＞
次に、図１に示す本実施の形態に係るディスプレイ装置１において、回折光学素子１１を振動させることにより、レーザ光に特有のスペックルノイズが低減される作用について説明する。
【００４６】
アクチュエータ１３は、回折光学素子１１を水平方向に振動させるので、回折光学素子１１上の複数の回折パターン１１ａと、回折光学素子１１へ入射するレーザ光との相対的な位置関係が変化する。
【００４７】
ここで、回折光学素子１１を振動する方向は、支持体１４によって、回折光学素子１１と導光板１２を最短距離で結ぶ軸に対して垂直方向に制限されている。即ち、回折光学素子１１と導光板１２との最短距離が支持体１４によって一定に保たれる。
【００４８】
一方、回折光学素子１１は、回折次数に応じて等角度にレーザ光を分岐させる。そのため、前述のように回折光学素子１１と導光板１２の最短距離が一定であれば、アクチュエータ１３が回折光学素子１１を振動させても、回折光学素子１１によって分岐させられた複数の分岐レーザ光が導光板１２に入射する位置は大きく変化することはないため、導光板１２の入射面１２ａに入射する分岐レーザ光の強さも大きく変化することはない。
【００４９】
しかし、この場合、回折光学素子１１上の複数の回折パターン１１ａと、レーザ光との相対的な位置関係が変化するため、導光板１２の入射面へ入射するレーザ光の位相が変化する。前述のようにスペックルノイズは光の干渉によって引き起こされるので、スペックルノイズを発生するレーザ光の位相が変化すると、発生するスペックルノイズの現れ方も変化する。即ち、アクチュエータ１３で回折光学素子１１を振動させることにより、スペックルノイズの位置は時間とともに変化する。
【００５０】
さらに、アクチュエータ１３の発生する回折光学素子１１の振動速度を人間の眼の応答速度に比べて十分速くすれば、これを観察する人間の眼の積分効果によって平滑化され、これによりスペックルノイズが低減されることになる。さらに、映像信号の繰り返し周期に一致していれば不要なビートを生じることはない。例えば、回折光学素子１１の振動速度を１／３０秒または１／６０秒にすることが好ましい。
【００５１】
＜ディスプレイ装置の動作＞
次に、上記構成を有するディスプレイ装置の動作について説明する。
【００５２】
まず、レーザ光源１０は、太さＬ１のレーザ光を出射する。回折光学素子１１は、水平方向に振動する一方、レーザ光を分岐し、水平方向に振動する分岐レーザ光を導光板１２に出射する。
【００５３】
導光板１２に水平方向に振動しながら入射した分岐レーザ光は、導光板１２の内部を全反射を繰り返しながら伝播しつつ、導光板１２の前面１２ｂに配置された光拡散層で拡散される。このとき、拡散された分岐レーザ光のうち導光板１２の前面１２ｂに臨界角よりも小さい角度で入射するレーザ光の成分が現れる。そして、このレーザ光の成分が、導光板１２の前面１２ｂから均一に出射する。これにより、導光板１２は、平面状に発光する。
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、レーザ光を回折作用により複数のレーザ光に分岐する回折パターンを所定方向に繰り返し配置してなる回折光学素子１１を所定方向に振動させるため、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができる。
【００５５】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図２に示すディスプレイ装置１ａは、バックライト装置２ａと、バックライト装置２ａにより照明される光変調部３とから構成される。光変調部３としては、液晶パネルを用いることができる。
【００５６】
本実施の形態では、図２に示すように、回折光学素子１１と導光板１２の間に第１の円筒レンズ１５と、第２の円筒レンズ１６が挿入されている。これらは導光板１２への入射光束を集束させる集束光学素子である。
【００５７】
第１の円筒レンズ１５は、導光板１２に入射する分岐レーザ光を導光板１２の入射面１２ａの長手方向において略平行光とするレンズである。第２の円筒レンズ１６は、導光板１２の入射面１２ａの短手方向における発散角を制御するレンズである。第１の円筒レンズ１５と第２の円筒レンズ１６は、本発明の「光学系」に相当する。
【００５８】
図３は、第１の円筒レンズ１５の作用を説明するために、図２のディスプレイ装置１ａを上方から見た平面図である。ただし、光変調部３を図示していない。図３に示すように、分岐レーザ光は、回折光学素子１１から扇状に出射する。
【００５９】
導光板１２の材質が入射した分岐レーザ光を拡散する素材で構成されている場合、導光板１２の内部で拡散するため、導光板１２の全面が均等に明るくなる。
【００６０】
ところが、導光板１２の材質が透明な素材の場合、分岐レーザ光は導光板１２の内部で拡散することなく内部を全反射しながら直進するので、分岐レーザ光の主要な経路に当たる部分は明るく、そうでない部分は暗くなり、面内に輝度ムラが発生する場合がある。
【００６１】
そこで、分岐レーザ光の通過経路を導光板１２の全面に均等に分散させるため、入射した分岐レーザ光が導光板１２の入射面１２ａの長手方向に揃うように、第１の円筒レンズ１５は分岐レーザ光をおよそ相互に平行になるように光束を集束させる。
【００６２】
これにより、導光板１２に入射した分岐レーザ光は、導光板１２の入射面１２ａの長手方向に振動しながら導光板１２内部を均等な経路で進んでいくので、前述のような輝度ムラの発生を低減することができる。
【００６３】
図４は、第２の円筒レンズ１６の作用を説明するために、図２のディスプレイ装置１ａを側方から見た側面図である。
【００６４】
導光板１２の材質が入射した分岐レーザ光を拡散する素材で構成されている場合は、導光板１２内部で分岐レーザ光を拡散するため、導光板１２の全面が均等に明るくなる。
【００６５】
ところが、導光板１２の材質が透明な素材の場合、分岐レーザ光は導光板１２内部で拡散することなく内部を直進するので、ほとんどの分岐レーザ光は導光板１２の入射面の反対側の面に到達し、導光板１２の表面から有効に外部に出射する量が減少する。
【００６６】
そこで、導光板１２に入射した分岐レーザ光が導光板１２内部で面の上下方向に広がり有効に外部に光が出射されるように、第２の円筒レンズ１６は導光板１２に入射する前に一旦レーザ光を集束させる。焦点を通過した分岐レーザ光は導光板１２内部を拡散しながら広がり、導光板１２の前面１２ｂを全反射しながら全面を明るく照らすことができる。
【００６７】
このように、本実施の形態によれば、導光板１２に入射する分岐レーザ光を導光板１２の入射面１２ａの長手方向において略平行光とし、導光板１２の入射面１２ａの短手方向における発散角を制御するため、導光板１２の全面を明るく照らすことができる。
【００６８】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図５において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図５に示すディスプレイ装置１ｂは、バックライト装置２ｂと、バックライト装置２ｂにより照明される光変調部３とから構成される。光変調部３としては、液晶パネルを用いることができる。本実施の形態における所定方向とは、導光板１２の入射面１２ａの長手方向であり、図５において水平方向である。
【００６９】
本実施の形態では、図１に示す実施の形態１におけるアクチュエータ１３に代えて、光軸振動部１７を有する。図５において、光軸振動部１７は、レーザ光源１０から出射されたレーザ光が回折光学素子１１へ入射する入射位置を少なくとも回折パターン１１の幅以上の振幅で、レーザ光の光軸に垂直な面内で所定方向に振動させる。光軸振動部１７は、回折光学素子から出射されるレーザ光の導光板へ入射する位置を所定方向に振動させる、本発明の「振動部」に相当する。光軸振動部１７は、導光板１２の入射面１２ａにおける複数の分岐レーザ光の間隔以上の振幅で所定方向に分岐レーザ光を振動させるのが好ましい。
【００７０】
光軸振動部１７は、具体的には、可動部分がない音響光学素子とガルバノメータの組み合わせ、または一般的なミラーとガルバノメータの組み合わせなどを利用することができる。
【００７１】
ここで、図７は、導光板１２の入射面１２ａへ入射するレーザ光の光強度を示すグラフである。分岐レーザ光の光強度は一定ではなくレーザ光の間隔ごとに強弱のパターンが存在するため、強度分布が均一でない。
【００７２】
光軸振動部１７から出射されるレーザ光は、水平方向に振動するため、回折光学素子１１へ入射する位置が変化する。このため、回折光学素子１１からの分岐レーザ光が導光板１２の入射面１２ａに入射する位置も水平方向に連動して変化する。これにより、導光板１２の前面１２ｂに発生するスペックルノイズのパターンが変化するため、スペックルノイズを低減することができる。
【００７３】
光軸振動部１７によって発生する回折光学素子１１への入射位置の振動速度を人間の眼の応答速度に比べて十分速くすれば、これを観察する人間の眼の積分効果によって平滑化され、これによりスペックルノイズが低減されることになる。さらに、映像信号の繰り返し周期に一致していれば不要なビートを生じることはない。例えば、回折光学素子１１の振動速度を１／３０秒または１／６０秒にすることが好ましい。
【００７４】
このように、本実施の形態によれば、光軸振動部１７によって導光板１２の入射面１２ａへの分岐レーザ光の入射位置を変化させることができるので、この入射位置をレーザ光の間隔以上の振幅で水平方向に変化させると、この強度分布を平準化することができ、スペックルノイズを低減することができる。これによって導光板１２の表面から出射するレーザ光を均一に出射することができる。
【００７５】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図である。なお、図６において、図１と同じ構成要素については同じ符号を付し、説明を省略する。図６に示すディスプレイ装置１ｃは、バックライト装置２ｃと、バックライト装置２ｃにより照明される光変調部３とから構成される。光変調部３としては、液晶パネルを用いることができる。
【００７６】
本実施の形態においては、図５の実施の形態３の構成に加えて、回折光学素子１１と導光板１２の間に第１の円筒レンズ１５および第２の円筒レンズ１６が挿入されている。これらは導光板１２への入射光束を集束させる集束光学素子である。
【００７７】
第１の円筒レンズ１５は、導光板１２に入射する分岐レーザ光を導光板１２の入射面１２ａの長手方向において略平行光とするレンズである。第２の円筒レンズ１６は、導光板１２の入射面１２ａの短手方向における発散角を制御するレンズである。第１の円筒レンズ１５と第２の円筒レンズ１６は、本発明の「光学系」に相当する。
【００７８】
これにより、導光板１２が内部で光を拡散しない透明な素材の場合であっても、効率よく導光板１２から面状の光を出射することができる。
【００７９】
実施の形態３で説明したように、本実施の形態においても、図７に示す光強度を有する分岐レーザ光が導光板１２に入射されるため、レーザ光の光強度は一定ではなくレーザ光の間隔ごとに強弱のパターンが存在する。
【００８０】
従って、本発明の実施の形態４においても、光軸振動部１７によって回折光学素子１１へ入射するレーザ光の入射位置を所定の方向に所定の振幅で振動させると、導光板１２の入射面１２ａへの分岐レーザ光の入射位置を同じ方向に同じ振幅で振動させることができるので、導光板１２への入射位置を分岐レーザ光の間隔以上の振幅で水平方向に変化させると、この強度分布を平準化することができ、スペックルノイズを低減することができる。これによって導光板１２の表面から出射するレーザ光を均一に出射することができる。
【００８１】
（変形例）
なお、上記の実施の形態２から４においては、単一のレーザ光源１０について説明を行ったが、自然色の表示を行うためには、光の３原色について、それぞれ本発明を適用することができる。例えば、レーザ光源１０を複数の異なる色の半導体レーザ（赤色の半導体レーザ、青色の半導体レーザ、緑色の半導体レーザ）から構成するようにしてもよい。
【００８２】
また、光学特性によっては光の３原色について拡散板を共用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係るバックライト装置は、スペックルノイズおよび輝度ムラを低減することができるバックライト装置として有用である。
【００８４】
即ち、本発明に係るバックライト装置は、回折光学素子を用いてレーザ光を分岐することによって、レーザ光の太さの変動によって発生するディスプレイ装置の輝度ムラを防ぐことができる。さらに、回折光学素子とレーザ光の光軸の相対位置関係を時間的に変化させることでスペックルノイズを低減することができる。
【００８５】
例えば、本発明に係るバックライト装置を液晶テレビに適用すれば、ディスプレイ用の光源として、レーザ光源は、電気−光変換効率が高いため、省エネルギーのディスプレイ装置を実現することができる。また、経時変化などによっても輝度ムラを生じないので大変有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図
【図２】本発明の実施の形態２に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図
【図３】第１の円筒レンズの作用を説明するための図２を上方から見た平面図
【図４】第２の円筒レンズの作用を説明するための図２を側方から見た側面図
【図５】本発明の実施の形態３に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図
【図６】本発明の実施の形態４に係るバックライト装置を有するディスプレイ装置の構成を示す模式図
【図７】導光板の入射面へ入射する分岐レーザ光の光強度の分布の一例を示すグラフ
【図８】従来のバックライト装置（レーザ光源）を有するディスプレイの構成を示す摸式図
【図９】レーザビームの強度分布の一例を示すグラフ
【符号の説明】
【００８７】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ ディスプレイ装置
２、２ａ、２ｂ、２ｃ バックライト装置
３ 光変調部
１０ レーザ光源
１１ 回折光学素子
１１ａ 回折パターン
１２ 導光板
１３ アクチュエータ
１４ 支持体
１５ 第１の円筒レンズ
１６ 第２の円筒レンズ
１７ 光軸振動部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子と、
前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板と、
前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部と、
を有するバックライト装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、回折作用により複数のレーザ光に分岐する回折パターンを前記レーザ光の光軸と垂直な面内の所定方向に繰り返し配置してなる、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項３】
前記振動部は、前記導光板の入射面における前記分岐されたレーザ光の間隔以上の振幅で、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の位置を振動させる、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項４】
前記振動部は、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を前記所定方向に振動させる、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項５】
前記振動部は、前記回折光学素子を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で振動させるアクチュエータである、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項６】
前記振動部は、前記回折光学素子を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で前記回折パターンの幅以上の振幅で振動させるアクチュエータである、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項７】
前記振動部は、前記回折光学素子に入射するレーザ光の入射位置を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で振動させる光軸振動部である、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項８】
前記振動部は、前記レーザ光の光軸を前記回折パターンの幅以上の振幅で前記所定方向に振動させる光軸振動部である、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項９】
前記回折光学素子は、前記所定方向が前記導光板の入射面の長手方向と平行になるように配置されている、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項１０】
前記回折光学素子は、前記導光板の入射面の長手方向において前記分岐されたレーザ光の間隔が均等になるように、前記回折パターンが構成されている、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項１１】
前記回折光学素子から出射されたレーザ光を前記導光板の入射面の長手方向において略平行光とし、かつ、そのレーザ光の前記導光板の入射面の短手方向における発散角を制御する光学系、をさらに有する請求項１記載のバックライト装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載のバックライト装置と、
前記バックライト装置により照明される光変調部と、
を備えるディスプレイ装置。
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の集束状態を回折作用により変化させる回折光学素子と、
前記回折光学素子から出射されたレーザ光を面状の光に変換する導光板と、
前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を振動させる振動部と、
を有するバックライト装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、回折作用により複数のレーザ光に分岐する回折パターンを前記レーザ光の光軸と垂直な面内の所定方向に繰り返し配置してなる、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項３】
前記振動部は、前記導光板の入射面における前記分岐されたレーザ光の間隔以上の振幅で、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の位置を振動させる、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項４】
前記振動部は、前記回折光学素子から出射されるレーザ光の前記導光板へ入射する位置を前記所定方向に振動させる、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項５】
前記振動部は、前記回折光学素子を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で振動させるアクチュエータである、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項６】
前記振動部は、前記回折光学素子を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で前記回折パターンの幅以上の振幅で振動させるアクチュエータである、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項７】
前記振動部は、前記回折光学素子に入射するレーザ光の入射位置を前記レーザ光の光軸に垂直な面内で振動させる光軸振動部である、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項８】
前記振動部は、前記レーザ光の光軸を前記回折パターンの幅以上の振幅で前記所定方向に振動させる光軸振動部である、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項９】
前記回折光学素子は、前記所定方向が前記導光板の入射面の長手方向と平行になるように配置されている、請求項１記載のバックライト装置。
【請求項１０】
前記回折光学素子は、前記導光板の入射面の長手方向において前記分岐されたレーザ光の間隔が均等になるように、前記回折パターンが構成されている、請求項２記載のバックライト装置。
【請求項１１】
前記回折光学素子から出射されたレーザ光を前記導光板の入射面の長手方向において略平行光とし、かつ、そのレーザ光の前記導光板の入射面の短手方向における発散角を制御する光学系、をさらに有する請求項１記載のバックライト装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載のバックライト装置と、
前記バックライト装置により照明される光変調部と、
を備えるディスプレイ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２３１０１７（Ｐ２００９−２３１０１７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７４３６８（Ｐ２００８−７４３６８）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]