液晶表示装置
【課題】高輝度・薄型で光の利用効率が高い低消費電力の液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１０は、液晶表示パネル１１と、液晶表示パネル１１のＲ、Ｇ、Ｂ画素３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂで構成されるＲＧＢ画素３３の配置に対応して設けたレンズアレイ２６と、レンズアレイ２６のそれぞれのレンズ３４に対して一定で、かつ色ごとに異なる入射角度で入射させる面状照明装置１５と、を備えている。この面状照明装置１５はＲ、Ｇ、Ｂ光１２、１３、１４を出射するレーザ光源と、Ｒ、Ｇ、Ｂ光１２、１３、１４を一方の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射する導光板２４を含んでいる。そして、導光板２４から出射するＲ、Ｇ、Ｂ光１２、１３、１４は、レンズ３４により集光されて対応する各画素に対して、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ光１２、１３、１４の光量が増加して入射する。
【解決手段】液晶表示装置１０は、液晶表示パネル１１と、液晶表示パネル１１のＲ、Ｇ、Ｂ画素３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂで構成されるＲＧＢ画素３３の配置に対応して設けたレンズアレイ２６と、レンズアレイ２６のそれぞれのレンズ３４に対して一定で、かつ色ごとに異なる入射角度で入射させる面状照明装置１５と、を備えている。この面状照明装置１５はＲ、Ｇ、Ｂ光１２、１３、１４を出射するレーザ光源と、Ｒ、Ｇ、Ｂ光１２、１３、１４を一方の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射する導光板２４を含んでいる。そして、導光板２４から出射するＲ、Ｇ、Ｂ光１２、１３、１４は、レンズ３４により集光されて対応する各画素に対して、それぞれＲ、Ｇ、Ｂ光１２、１３、１４の光量が増加して入射する。
【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高輝度の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いた液晶表示装置が、色再現範囲の広い液晶表示装置として精力的に開発が行われ実用化されている。また、高輝度の光源としてレーザ光を使用する液晶表示装置も、レーザ光の単色性と高輝度性を活かした、色再現範囲の広い高輝度の液晶表示装置として研究・開発が行われ注目を集めている。しかしながら、このような優れた特長を持つ液晶表示装置は、さらに薄型化・高効率化・低消費電力化が求められ、また量産性なども要求される。
【０００３】
従来の液晶表示装置において、高効率化・低消費電力化を妨げる主要な要因の１つとしてカラーフィルタによる損失がある。通常、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３原色からなる画素には、ＲＧＢの各画素に対応した１色の光のみを透過するカラーフィルタが配置されており、ＲＧＢの各画素に対応していない光はカラーフィルタにより除外されて損失となる。
【０００４】
従来からこの課題に対する様々な検討がなされており、例えば、マイクロフレネルレンズを用いてＲＧＢ光を分離して各画素に入射させる方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
この方法では、赤色レーザ光（Ｒ光）、緑色レーザ光（Ｇ光）および青色レーザ光（Ｂ光）からなる３つのレーザ光を１つのレーザ光に光カプラで合波してＲＧＢ光とし、このＲＧＢ光をポリゴンミラーおよび平板反射ミラーで走査してマイクロフレネルレンズアレイに入射させ、マイクロフレネルレンズの分光特性によりＲ光、Ｇ光およびＢ光に分離した後、液晶パネルの対応するＲＧＢの各画素に直接照射するとしている。
【０００６】
このようにカラーフィルタを用いないで構成した液晶パネルを液晶表示装置に使用することにより、効率よくＲＧＢ光を利用したカラー表示が行えるとしている。
【０００７】
また、カラーフィルタが不要な別の方法として、液晶表示パネルの各ＲＧＢ画素の位置に対応する、導光板の主面上のそれぞれ異なる位置から、Ｒ、ＧおよびＢの各光を垂直に出射させて対応する画素にのみ入射させる方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
この方法では、ＬＥＤ光源から出射するＲ、ＧおよびＢの各光を導光板の異なる縁部から入射させ、入射方向に対応した立上げミラーにより導光板の主面の異なる位置よりＲ、ＧおよびＢの各光を導光板の外に選択的に出射させ、液晶パネルの対応するＲＧＢの各画素に直接照射するとしている。
【０００９】
さらに、カラーフィルタが不要な別の方法として、ＬＥＤ光源アレイと２種のレンズアレイとを用いた構成が提案されている（特許文献３参照）。
【００１０】
この方法では、２次元のＬＥＤ光源アレイからのＲ、ＧおよびＢの各光をコンデンサレンズアレイでコリメートし、マイクロレンズアレイで液晶パネルの対応するＲＧＢの各画素に直接照射するとしている。
【特許文献１】特開平６−１４８６３５号公報
【特許文献２】特開２００３−３５９０４号公報
【特許文献３】特開平１１−２３１３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これらの特許文献ではＲ、ＧおよびＢの各光が空間的に有限の広がりを有し、この光の広がりをも考慮して、Ｒ、ＧおよびＢの光が対応する色の画素にのみ完全に分離して導入する方法については明示されていない。さらに、これらの画像表示装置においてＲ、ＧおよびＢの光が対応する色の画素にのみ完全に分離することは難しく、例えば、カラーフィルタを省いた表示を行った場合には、Ｒ、ＧおよびＢの光が重なり合い鮮明な画像は得られないと考えられる。
【００１２】
また、ファインピッチ化が進む赤色画素（Ｒ画素）、緑色画素（Ｇ画素）および青色画素（Ｂ画素）のサイズに対応してＲ、ＧおよびＢの各光を導入するための導光板やレンズなどの光学系の具体的な構成についても十分に示されていない。
【００１３】
すなわち、特許文献１に示された方法では、Ｂ光はＢ画素だけでなくＧ画素にも漏れこみ、Ｇ光およびＲ光は対応する画素以外の画素に漏れこむ光量が光学系の構成上多くなるという課題を生じている。したがって、カラーフィルタを除いた構成とすると鮮明な画像が得られず、カラーフィルタを用いたとしても、対応する画素以外の画素に漏れ込む光がカラーフィルタで除外されて損失となる。さらに、このような液晶表示装置は、走査光学系が大きく装置が薄型化できないという課題も生じる。
【００１４】
また、特許文献２では光ガイドである導光板内部での光の広がりを考慮すると、各画素に対応した導光板隆起部（立上げミラー部）で反射した光の大半を各画素にそれぞれ対応した出射面のレンズでコリメートするような光学構成は難しく、画素のサイズを考慮した具体的な光学構成も明示されていない。そして、出射面のレンズがなければＲ、ＧおよびＢの光を各画素に対応させて分離して入射することは一層困難であるという課題がある。
【００１５】
さらに、特許文献３による構成を液晶表示装置のバックライト照明として使用する場合には、ＬＥＤ光源アレイからコンデンサレンズアレイまでの距離がある程度必要なため薄型化が難しいという課題がある。この距離は、ＬＥＤ素子およびコンデンサレンズの数を増やせば縮めることができるが、ＬＥＤ素子を増やすとコストやばらつきが課題となる。
【００１６】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、高輝度・薄型で、かつ光の利用効率が高くて低消費電力の液晶表示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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルの赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の配置に対応して設けたレンズアレイと、少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光を一方の主面から出射して、上記レンズアレイのそれぞれのレンズに対して一定で、かつ色ごとに異なる入射角度で入射させる面状照明装置と、を備え、上記面状照明装置は、少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光をそれぞれ出射するレーザ光源と、上記赤色、緑色および青色レーザ光を側面から入射し、上記一方の主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する導光板と、を含み、上記赤色、緑色および青色レーザ光は、上記導光板の上記一方の主面からそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、上記レンズによりそれぞれ異なる方向に集光し、それぞれ前記赤色画素、緑色画素および青色画素に入射する構成からなる。
【００１８】
このような構成とすることにより、主面全体からＲ光、Ｇ光およびＢ光がそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、赤色画素（Ｒ画素）、緑色画素（Ｇ画素）および青色画素（Ｂ画素）で構成される画素（ＲＧＢ画素）に対応して配置されたレンズアレイで液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光されるので、高輝度・薄型で、かつ光の利用効率が高い液晶表示装置が実現できる。加えて、レーザ光は高効率に利用されるので低消費電力の液晶表示装置がさらに実現できる。
【００１９】
また、導光板は、主面に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシートを含んで構成され、主面と対向する対向面に複数の立上げミラーが形成されて、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の同一の側面から入射して対向面の立上げミラーによりプリズムシートに導かれ、主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００２０】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が導光板に入射したのちに導光板の主面全体からそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、レンズアレイにより効率よく液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光される。したがって、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【００２１】
また、導光板は、主面に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシートと、散乱体を含む樹脂材料で形成された導光板本体と、からなり、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の同一の側面から入射して導光板本体の散乱体によりプリズムシートに導かれ、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００２２】
このような構成とすることにより、さらに高輝度・薄型の導光板および液晶表示装置が実現できる。加えて、光の利用効率が高いので、低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【００２３】
また、プリズムシートは、赤色、緑色および青色レーザ光が入射する方向に対して垂直にストライプ状のプリズムが形成されている構成としてもよい。
【００２４】
このような構成とすることにより、プリズムの作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００２５】
また、導光板は、波長選択性の透過型回折パターンが主面に形成され、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の同一の側面から入射して透過型回折パターンに導かれ、主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００２６】
また、導光板は、波長選択性の反射型回折パターンが内側の主面と対抗する対向面に形成され、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の同一の側面から入射して対向面の反射型回折パターンにより、主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００２７】
このような構成とすることにより、さらに薄型の導光板および液晶表示装置が実現できる。さらに、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。加えて、導光板の作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００２８】
また、導光板の対向面は、赤色、緑色および青色レーザ光が入射する同一の側面から離れるに従い主面との距離が小さくなるように形成されている構成としてもよい。
【００２９】
このような構成とすることにより、導光板の作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００３０】
また、導光板は、内側の主面と対向する対向面に複数の多面体ミラーが形成されて、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の３つの異なる側面から入射して対向面の多面体ミラーにより、主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００３１】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が導光板に入射したのちに導光板の主面全体からそれぞれ異なる出射角度を有して出射して、レンズアレイにより効率よく液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光される。したがって、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【００３２】
また、青色レーザ光は、導光板の長辺側の側面から入射する構成としてもよい。このような構成とすることにより、青色レーザ光の導光板での吸収を低減することができ、さらに光の利用効率が高い低消費電力の液晶表示装置が実現できる。
【００３３】
また、多面体ミラーは、導光板の３つの異なる側面から入射するレーザ光を主面の方向に反射する少なくとも３つの反射ミラーを備える構成としてもよい。
【００３４】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が導光板に入射したのちに導光板の主面全体からそれぞれ異なる出射角度を有して出射して、レンズアレイにより効率よく液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光される。したがって、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【００３５】
また、レンズアレイは、液晶表示パネルの赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の幅に対応した幅のシリンドリカルレンズがストライプ状に並んだシート状のレンズである構成としてもよい。
【００３６】
このような構成とすることにより、赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素と対応して配置するレンズアレイは、作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００３７】
また、レンズアレイは、液晶表示パネルの赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の横方向の幅に対応した横幅と赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の縦方向の幅に対応した縦幅を有するトーリックレンズが縦と横とに複数個並んだシート状のレンズである構成としてもよい。
【００３８】
このような構成とすることにより、赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素と対応して配置するレンズアレイは、作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。そのうえに、レンズがないと隣接する一組のＲＧＢ画素の列と列の間に到達するレーザ光が、レンズアレイによりＲＧＢ画素のそれぞれの色の画素に集光できるので、さらにレーザ光を高効率に利用することができる。
【００３９】
また、液晶表示パネルの前記ＲＧＢ画素を挟むガラス板のいずれかの外側に隣接して配置された補正板により、前記レーザ光を拡散または偏向して前記液晶表示パネルからの前記レーザ光の出射特性を補正する構成としてもよい。
【００４０】
このような構成とすることにより、赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素に到達したＲＧＢ光を効率よく散乱して、液晶表示装置は輝度ムラがない均一な高輝度の画像表示を行うことができる。すなわち、液晶表示装置を見る角度により色が変わる視野角の色特性を改善できる。
【００４１】
また、赤色、緑色および青色レーザ光は、入射角度または入射位置を走査して導光板の側面から入射する構成としてもよい。
【００４２】
このような構成とすることにより、導光板の主面からそれぞれ異なる出射角度で出射する均一なＲ、ＧおよびＢ光が得られ導光板は薄型化ができるので、液晶表示装置は、さらに高輝度で薄型にすることができる。
【００４３】
また、導光板は、側面にレーザ光導入部をさらに備え、レーザ光導入部は、赤色、緑色および青色レーザ光からなるレーザ光束を分離または広げる光学素子を含む構成としてもよい。
【００４４】
このような構成とすることにより、レーザ光を導光板の側面に垂直に入射させたとしても、導光板の主面からそれぞれ異なる出射角度で出射する均一なＲ、ＧおよびＢ光が得られ導光板は薄型化ができるので、液晶表示装置は、さらに高輝度で薄型にすることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の液晶表示装置によれば、主面全体から高輝度のＲ光、Ｇ光およびＢ光がそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、赤色画素（Ｒ画素）、緑色画素（Ｇ画素）および青色画素（Ｂ画素）で構成される画素（ＲＧＢ画素）に対応して配置されたレンズアレイで液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光されるので、高輝度・薄型で、かつ光の利用効率が高い液晶表示装置が実現できる。加えて、レーザ光は高効率に利用されるので低消費電力の液晶表示装置がさらに実現できる。したがって、色再現範囲の広い大面積で高画質・薄型の液晶表示装置が実現できるという大きな効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について、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もある。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、形状等については正確な表示ではない。
【００４７】
（実施の形態１）
図１から図９に本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の模式図を示す。図１は本実施の形態の液晶表示装置の概略構成図を模式的に示したものである。図１（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置の分解斜視図、図１（ｂ）は液晶表示パネルの方から見た液晶表示装置の正面の概略構成図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線の断面から見た主要部分の概略断面図である。
【００４８】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１０は、液晶表示パネル１１と、液晶表示パネル１１の赤色画素（Ｒ画素）３３Ｒ、緑色画素（Ｇ画素）３３Ｇおよび青色画素（Ｂ画素）３３Ｂで構成される画素（ＲＧＢ画素）３３の配置に対応して設けたレンズアレイ２６と、レンズアレイ２６のそれぞれのレンズ３４に対して一定で、かつ色ごとに異なる入射角度で入射させる面状照明装置１５を備えている。
【００４９】
また面状照明装置１５は、赤色レーザ光（Ｒ光）１２を出射する赤色レーザ光源（Ｒ光源）１９と、緑色レーザ光（Ｇ光）１３を出射する緑色レーザ光源（Ｇ光源）２０と、青色レーザ光（Ｂ光）１４を出射する青色レーザ光源（Ｂ光源）２１と、Ｇ光は透過するがＢ光は反射するダイクロイックミラー２７と、Ｇ光およびＢ光は透過するがＲ光は反射するダイクロイックミラー２８と、反射ミラー３０と、光分配部３１と、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４を側面２２から入射し、一方の主面２３からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する導光板２４から構成されている。
【００５０】
ここで光分配部３１は、例えば図１（ｂ）に示すように、反射ミラー３０から遠ざかるほど反射率が順に高くなるように配列されたミラー３２が多数並ぶことによりＲＧＢ光２９を分配して、導光板２４の側面２２の全体に均一に入射させるように構成されている。
【００５１】
このようにして構成される液晶表示装置１０の概略の動作を説明する。Ｒ光源１９、Ｇ光源２０およびＢ光源２１から出射されるＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、ダイクロイックミラー２７、２８により光量をほとんどロスすることなく１つのＲＧＢ光２９に合波され、このＲＧＢ光２９は、反射ミラー３０および光分配部３１を経由して導光板２４の側面２２の全体に均一に入射する。
【００５２】
導光板２４に入射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、導光板２４の一方の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射する。本実施の形態の導光板２４の構成および動作は後で詳しく説明する。
【００５３】
このとき、眼３５ａの位置が導光板２４の主面２３からＲ光１２が出射する方向であるときは、眼３５ａから見た導光板２４はＲ光１２の一部が直進して眼３５ａに到達するのでＲ光３６ａだけの赤色一色に見える。また、眼３５ｂの位置が導光板２４の主面２３からＢ光１４が出射する方向であるときは、同様に眼３５ｂから見た導光板２４はＢ光１４の一部が直進して眼３５ｂに到達するのでＢ光３６ｂだけの青色一色に見える。そして、眼（図示せず）が液晶表示パネル１１の上側にあるときに、液晶表示パネル１１とレンズアレイ２６とを外して導光板２４を見ると同様にＧ光１３の一部が直進して眼（図示せず）に到達するのでＧ光（図示せず）だけの緑色一色に見える。
【００５４】
導光板２４をそれぞれ異なる出射角度で出射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、レンズ３４により集光され、Ｒ画素３３Ｒ、Ｇ画素３３ＧおよびＢ画素３３Ｂに入射する。
【００５５】
このとき、従来の構成と比べて対応する画素へ入射する光量が増加する。この理由を以下に説明する。
【００５６】
図１（ｃ）は液晶表示装置１０の図１（ｂ）のＡ−Ａ線の断面から見た主要部分の概略断面図を示している。図１（ｃ）において液晶表示パネル１１は、ＲＧＢ画素３３と液晶５４とが、２枚のガラス板５５、５６で挟まれて構成され、レーザ光が出射する側のガラス板５５に隣接して拡散板５７が配置された構成となっている。また、拡散板５７は補正板としてレーザ光を拡散または偏向して液晶表示パネル１１からのレーザ光の出射特性を補正するものとして配置されている。
【００５７】
このように構成された液晶表示パネル１１において、導光板２４の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、レンズアレイ２６により液晶パネル１１のＲＧＢ画素３３に入射する。
【００５８】
図１（ｃ）では５つのＲＧＢ画素３３が示され、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、両端のＲＧＢ画素３３で示されるように導光板２４の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射している。中央の３つのＲＧＢ画素３３でもＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、同様に導光板２４の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射している。ここでは、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４がＲＧＢ画素３３にどのようにして導かれるかを説明するために、中央の３つのＲＧＢ画素３３では、それぞれＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４のみについて示している。すなわち、Ｒ光１２の大部分の光量は、Ｒ光１２aからＲ光１２ｂまでの領域で一定の方向に出射し、レンズアレイ２６のＲＧＢ画素３３に対応したシリンドリカルレンズ３４により集光されてＲ光１２ｃからＲ光１２ｄまでの領域に、液晶パネル１１の赤色画素（Ｒ画素）３３Ｒに集められる。また、同様にＧ光１３およびＢ光１４の大部分の光量は、Ｒ光１３ａからＲ光１３ｂまでの領域およびＲ光１３ｃからＲ光１３ｄまでの領域で一定の方向に出射する。そして、レンズアレイ２６のＲＧＢ画素３３に対応したシリンドリカルレンズ３４により集光されて、液晶パネル１１の緑色画素（Ｇ画素）３３Ｇおよび青色画素（Ｂ画素）３３Ｂに集められる。
【００５９】
このようにして、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４をそれぞれ対応する画素に集光して導くことにより、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４が隣接する画素に入射してロスとなる光量を減らすことができる。
【００６０】
この効率向上の効果を図２を用いて具体的に説明する。図２（ａ）はレンズアレイ２６の無い従来の構成の液晶表示部にＲＧＢ光２９が垂直に入射する場合、図２（ｂ）から（ｄ）は本実施の形態の液晶表示部および面上照明装置（図示せず）を用いた場合の液晶表示部の概略断面図である。
【００６１】
図２（ａ）に示すように、従来構成ではＲＧＢ光２９はＲＧＢ画素３３に均一に入射する。このときに１つのＲＧＢ画素３３に入射するＲＧＢ光２９は、ＲＧＢ光２９ａからＲＧＢ光２９ｂまでの光で、Ｒ画素３３Ｒ、Ｇ画素３３ＧおよびＢ画素３３Ｂに入射して利用されるのはＲ光、Ｇ光およびＢ光の１／３以下である。このとき画素の開口率が８０％とすると利用できるＲ光、Ｇ光およびＢ光はそれぞれ２４％程度となる。
【００６２】
一方、本実施の形態では、図１（ｃ）で説明したように、Ｇ光１３は画素３３Ｇを中心とした領域に、Ｒ光１２は、画素３３Ｒを中心とした領域に、Ｂ光１４は、画素３３Ｂを中心とした領域にそれぞれ入射する。図２（ｂ）から（ｄ）はこの様子をＧ光１３、Ｒ光１２、およびＢ光１４の場合に分けて示している。
【００６３】
このとき、レンズアレイの設計およびＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４の入射角のばらつきによるが、それぞれ対応する画素に５０％程度は集光させることは可能と考えられる。したがって従来構成の２倍程度の利用効率が達成できる。
【００６４】
次に、このような効率改善効果を実現するための、本実施の形態の導光板２４の構成および動作を説明する。
【００６５】
図３に導光板２４の構成の概略断面図を示す。図３に示すように導光板２４は、プリズムシート３７と導光板本体３８とから構成されている。図３ではこれらは分離されているが、プリズムシート３７と導光板本体３８とが一体化されていてもよい。なお、分離されている場合も、これらは、屈折率の近い接着剤（図示せず）を用いるなどして接着されていてもよい。したがって、導光板２４は、主面２３に屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシート３７が配置され、主面２３と対抗する対向面３９に複数の立上げミラー４０が形成されている。立上げミラー４０は微小なバー状で対向面のほぼ前面に亘って形成されている。
【００６６】
このように構成された導光板２４において、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、導光板２４の同一の側面２２から入射して対向面３９の立上げミラー４０によりプリズムシート３７に導かれる。このときにＲＧＢ光２９は対向面３９にほぼ平行して導光板本体３８の中を進行する。ＲＧＢ光２９はビームウェストが導光板本体３８の外側にあるため、平行光に近い状態で伝播するが、実際はやや広がって伝播する。したがって、対向面３９に整列して配置された立上げミラー４０により、対向面３９に近いＲＧＢ光２９の一部がＲＧＢ光２９ａとなってプリズムシート３７の方向に反射される。そして、ＲＧＢ光２９ａは、プリズムシートを構成する材料が屈折率の波長分散が高い材料であることから、プリズムシート３７を通過して主面２３の出射位置２５から出射するときには、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４がそれぞれ異なる出射角度を有して、色ごとに一定の方向にそれぞれ出射する。
【００６７】
このように構成することにより、図１および図２で説明したようにＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４を液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３に効率よく入射させることができる。
【００６８】
この実施の形態において、導光板本体は内部に散乱体を含む樹脂材料で構成されていても良い。図４は導光板２４の別の構成の概略断面図を示しており、図４が図３と異なるところは導光板本体が内部に散乱体を含む樹脂材料で構成されているところである。
【００６９】
図４に示すように導光板２４は主面２３に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシート３７と、散乱体４１を含む樹脂材料で形成された導光板本体４２とで構成されており、プリズムシート３７と導光板本体４２の間には空気層がある。
【００７０】
このように構成された導光板２４において、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、導光板２４の同一の側面２２から入射して導光板本体４２の中にランダムに配置されている散乱体４１と出会うと、散乱体４１により屈折されて進行方向を曲げられる。このとき、散乱体４１で進行方向を曲げられたＲＧＢ光のうち、導光板本体４２の主面２３ｂに対して垂直な方向を基準として４０度程度の角度以上で入射するＲＧＢ光は全反射をして導光板本体４２の内部を伝搬していく。
【００７１】
したがって主面２３ｂから出射できるＲＧＢ光は、主面２３ｂに対して垂直な方向を基準として４０度以下の角度で進行する光であるが、導光板本体４２の内部を進行するＲＧＢ光は、その進行方向が主面２３ｂに対して垂直に近づく程、確率的に少なくなるため、主面２３ｂから出射するＲＧＢ光は狭い範囲の出射角ばらつきで出射する。
【００７２】
実験において、このような導光板から出射するＲＧＢ光２９ａの角度は６７度を中心に±７度の範囲という結果が得られた。
【００７３】
このようにして得られたＲＧＢ光２９は、図３に示した構成と同様にＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４をそれぞれ異なる出射角度で出射させることができ、液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３に効率よく入射させることができる。
【００７４】
図５は、図３および図４の導光板２４をＢの方向からみた概略構成図である。プリズムシート３７は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９が入射する方向に対して垂直にストライプ状のプリズムが形成されている構成になっている。このようにストライプ状に構成することにより、樹脂材料などで一体成形で生産することも可能となるので、量産性が高い構成となっている。なお、図４に示した内部に散乱体を含む導光板の場合は、入射方向と直交する方向でも出射する光の角度が狭い範囲に偏っていることが実験によっても確認されている。したがって、導光板へ入射する方向をレンズアレイのストライプの方向と平行に配置することもできる。
【００７５】
以上説明したように本実施の形態の液晶表示装置は、薄い導光板２４の側面２２からＲＧＢ光を入射させ、導光板２４の主面２３よりそれぞれ異なる出射角度でＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４を出射させるので、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４をレンズアレイ２６により液晶表示パネル１１のＲ画素３３Ｒ、Ｇ画素３３ＧおよびＢ画素３３Ｂにそれぞれ集光して導くことができる。このようにすることにより、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４が隣接する画素に入射してロスとなる光量を減らすことができる。また、レーザ光源も、例えば導光板２４の周囲に光学系を分散させて配置するなど工夫することにより、薄型の液晶表示装置１０を実現することができる。
【００７６】
このような構成とすることにより、高輝度・薄型で光の利用効率が高い液晶表示装置が実現できる。また、レーザ光は高効率に利用されるので同じ光出力を得るのに余計な電力が不要であるので、低消費電力の液晶表示装置がさらに実現できる。
【００７７】
なお、本実施の形態の導光板は、導光板本体の対向面をＲＧＢ光が入射する側面から離れるに従い主面に近づけるように構成してもよい。図６は、図３の導光板の構成を基本として、導光板本体の対向面をＲＧＢ光が入射する側面から離れるに従い主面に近づけるように構成した導光板の例の概略断面図を示す。すなわち、導光板２４の導光板本体４３の対向面３９は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９が入射する同一の側面２２から離れるに従い、主面２３との距離が小さくなるように形成されている。このような構成にすることにより、立上げミラー４０の配置間隔をより狭めて、立上げミラー４０で反射したＲＧＢ光２９ｃがプリズムシート３７で分離して主面２３から出射するＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４が、輝度や強度がより均一となるようにすることができる。
【００７８】
また、図７は図６と同様の効果を得るために、導光板本体３８は図３と同じ物を用いるが、ＲＧＢ光の入射方法を工夫している。すなわち、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、さらに導光板本体３８の本体主面５１と平行な面と、例えば−５°以上＋５°以下の角度範囲で導光板２４の側面２２からレーザ光４４、４５を入射する。このレーザ光４４、４５は単色光であってもＲＧＢ光であってもよい。また、複数本のレーザ光４４、４５を側面２２から入射する替わりに、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９を導光板本体３８の本体主面５１と平行な面と−５°以上＋５°以下の角度範囲で走査して導光板３８の側面２２から入射させてもよい。なお、この入射角度は目安であり、導光板のサイズや厚み等に応じて輝度が均一となるように適当な値に設定する必要がある。
【００７９】
また、側面２２に導光板３８の厚み方向に光束を少し拡散させる凹凸面またはレンズ面を形成してもよい。このような構成とすることにより、主面から均一なＲＧＢ光が得られる導光板の作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００８０】
また、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の出射する方向を一層分離して、レンズアレイと画素を近づけ、液晶表示装置をさらに薄型化することができる。図８にＲ光、Ｇ光およびＢ光の出射方向を大きく分離できる導光板の概略断面図を示す。
【００８１】
ここで導光板２４は、側面２２にレーザ光導入部４６をさらに備え、このレーザ光導入部４６は、少なくともプリズムまたは回折光学素子からなる構成としている。図８では、例えばプリズムとして構成されている。このようにすることにより、ＲＧＢ光２９は導光板３８に入射したときに、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光（図示せず）がほぼ同じ方向に分離してＲＧＢ光４７として伝搬するので、プリズムシート３７を伝搬したのちに導光板２４の主面２３から出射するときは、異なる一定の方向により離れた角度でＲ光４８、Ｇ光４９およびＢ光５０が主面２３より出射する。すなわち、ＲＧＢ光４７はＲ光、Ｇ光およびＢ光がわずかに進行する方向が一定の角度だけ離れて進行している。
【００８２】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の分岐角が大きくなるように光学系を構成することができるので、レンズアレイと画素の距離をさらに近づけることができ、液晶表示装置を薄型化することができる。また、ＲＧＢ画素上で分離がし易くなり、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光はそれぞれのＲＧＢ画素に集光性よく集光されるので光量のロスを減らすことができる。
【００８３】
また、図８のレーザ光導入部４６は導光板本体３８と一体であってもよく、さらに、このような形状に導光板本体３８の側面を傾斜させて一体として形成してもよい。あるいは、導光板本体３８の側面に回折格子を設けて図８で説明した内容と同様に、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光（図示せず）がほぼ同じ方向に分離してＲＧＢ光４７として伝搬するような機能をもたせてもよい。
【００８４】
図９に本実施の形態の液晶表示装置の光学系を簡略化するためのレンズアレイの概略斜視図について示す。図９（ａ）は液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３に対応して製作されたシート状のシリンドリカルレンズ５２からなるレンズアレイ２６を示す。すなわち、レンズアレイ２６は液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３の幅Ｗに対応した幅ＷＬのシリンドリカルレンズ５２がストライプ状にシート状のレンズとして並んだ構成となっている。このような配置にして各画素に割り当てられたＲ光、Ｇ光およびＢ光を無駄なく効率よくそれぞれの色の画素に集光して導くことができる。
【００８５】
また、図９（ａ）に示すような形状でＲＧＢ画素３３と対応して配置するレンズアレイ２６は、バー状のレンズを並べたシートの形状で容易に一体成形できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。そのうえに、レンズがないときには隣接する一組のＲＧＢ画素の間に到達するレーザ光が、レンズアレイによりＲＧＢ画素のそれぞれの色の画素に集光できるので、さらにレーザ光を高効率に利用することができる。
【００８６】
さらに、レンズアレイ２６を図９（ｂ）に示すトーリックレンズ５３が縦と横にマトリックス状に並んだ構成として図９（ａ）のシリンドリカルレンズ５２が集光できる方向と垂直な方向にも光をロスなく集光することもできる。すなわち、図９（ｃ）に示すように、レンズアレイ２６は、液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３の横方向の幅に対応した横幅Ｗ１とＲＧＢ画素３３の縦方向の幅に対応した縦幅Ｗ２を有するトーリックレンズ５３が縦と横とに複数個並んだシート形状のレンズとして構成されている。このような構成とすることにより、ＲＧＢ画素と対応して配置するレンズアレイは、マトリックス状のレンズを縦と横に並べたシートの形状で容易に一体成形できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００８７】
ところで、本実施の形態ではＲ光、Ｇ光およびＢ光は液晶表示パネルに異なる角度で入射するように構成しているが、液晶表示パネルから画像として出射される場合には、どの角度から見ても均一性が良く、より広い視野角の画像が得られることが望ましい。出射角特性を改善し、見る角度により輝度ムラや色ムラが生じないようにするため、本実施の形態では拡散板を用いた構成としている。
【００８８】
図１０に出射面に拡散板５７を設けた液晶表示パネル１０１の概略構造を示す。この構成において、導光板２４からそれぞれ異なる出射角度を有して出射されるＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、レンズアレイ２６で集光され、液晶表示パネル１０１の偏光板５９ａ、ガラス板５６および液晶５４を通過して、ＲＧＢ画素３３の赤色画素３３Ｒ、緑色画素３３Ｇおよび青色画素３３Ｂに入射する。
【００８９】
ＲＧＢ画素３３に入射したレーザ光は、変調されたのちカラーフィルタ５８で赤色画素３３Ｒ、緑色画素３３Ｇおよび青色画素３３Ｂに対応したレーザ光が選択され、ガラス板５５を通過し、偏光板５９ｂにより一定の偏光方向の成分のレーザ光が出射される。
【００９０】
偏光板５９ｂを通過したレーザ光は、拡散板５７により拡散または偏向され、レーザ光の出射特性が補正されて液晶表示パネル１０１を出射する。
【００９１】
このような構成とすることにより、赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素に到達したＲＧＢ光を効率よく散乱して、液晶表示装置は輝度ムラや色ムラがない均一な高輝度の画像表示を行うことができる。すなわち、液晶表示装置を見る角度により色が変わる視野角の色特性を改善でき、液晶表示装置の視野角も広くすることができる。
【００９２】
（実施の形態２）
図１１および図１２を用いて本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置を説明する。本実施の形態において実施の形態１と異なるのは導光板のみであり、レーザ光をＲ光、Ｇ光およびＢ光に分離するために、プリズムではなく回折パターンを用いる。
【００９３】
図１１は本実施の形態の導光板の構成の概略断面図であり、図１１（ａ）は反射型回折パターンを用いた構成、図１１（ｂ）は透過型回折パターンを用いた構成を示している。
【００９４】
図１１（ａ）に示すように、導光板６１は導光板本体６５と、フォトポリマー材料でシート状に形成された波長選択性の反射型回折パターン６２で構成されており、反射型回折パターン６２は、導光板６１の主面６３に対して対向する対向面６４に形成されている。
【００９５】
また、プリズム６７が導光板６１の側面２２に配置され、ＲＧＢ光２９が側面２２に対して角度を付けて入射するように構成されている。
【００９６】
このように構成された導光板６１において、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、導光板６１の同一の側面２２から入射して主面６３に平行な方向から数度下向きに進行するようにＲＧＢ光２９ｆとして屈折されて反射型回折パターン６２に一定の角度で到達する。
【００９７】
ここでＲＧＢ光２９ｆは反射型回折パターン６２の波長選択性により、異なる波長ごとにそれぞれ異なる一定の方向に回折され反射される。反射型回折パターン６２で反射し、進行方向が分離されたＲ光、Ｇ光およびＢ光は主面６３の出射位置６６からそれぞれ異なる出射角度を有してＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４として出射する。
【００９８】
また、導光板６１の別の構成例として、図１１（ｂ）に透過型回折パターンを用いた場合の構成を示す。図１１（ｂ）に示すように、導光板６１は導光板本体６５と、波長選択性の透過型回折パターン６８で構成されており、透過型回折パターン６８は、導光板６１の主面６３に形成されている。
【００９９】
また、図１１（ａ）と同様にプリズム６７が導光板６１の側面２２に配置され、ＲＧＢ光２９が側面２２に対して角度を付けて入射するように構成されている。
【０１００】
このように構成された導光板６１において、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、導光板６１の同一の側面２２から入射して主面６３に平行な方向から数度上向きに進行するようにＲＧＢ光２９ｇとして屈折されて透過型回折パターン６８に一定の角度で到達する。
【０１０１】
ここでＲＧＢ光２９ｇは透過型回折パターン６８の波長選択性により、異なる波長ごとにそれぞれ異なる一定の方向に回折され、主面６３の出射位置６６からそれぞれ異なる出射角度を有してＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４として出射する。
【０１０２】
図１２は、本実施の形態の液晶表示装置７０の主要部分の概略断面図を示している。液晶表示装置７０は、図１１（ａ）または（ｂ）で示した導光板６１と、図１０で示した液晶表示パネル１０１を含んで構成されている。
【０１０３】
図１２に示すように、導光板６１の主面６３から異なる一定の方向に出射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、実施の形態１と同様にレンズアレイ２６により集光され、液晶表示パネル１０１のＲＧＢ画素３３に効率よく入射する。
【０１０４】
このような構成とすることにより、さらに薄型の導光板および液晶表示装置が実現できる。さらに、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような構成の導光板により実現できる。
【０１０５】
また、立体的なプリズムではなく平面的な回折パターンにより導光板を作製するので導光板の作製が容易となり、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【０１０６】
なお、フォトポリマー材料による回折パターンの作製は、入射光の方向からＲ光、Ｇ光およびＢ光を入射させ、回折光が発生する方向と反対の方向からＲ光、Ｇ光およびＢ光を入射させて、シート状のフォトポリマー材料上で干渉パターンを生成して焼き付けることで製作することができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、側面２２にプリズム６７を配置しているが、これらを導光板６１と一体で形成してもよく、また、プリズム６７の代わりに厚み方向に回折する回折素子を側面２２に設けてもよい。
【０１０８】
（実施の形態３）
図１３から図１５を用いて本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置を説明する。本実施の形態では、レーザ光をＲ光、Ｇ光およびＢ光に分離するために、プリズムではなく多面体ミラーを用いる。
【０１０９】
図１３は本実施の形態にかかる液晶表示装置に用いる導光板の構成の概略斜視図であり、図１３（ａ）は導光板７１の概略斜視図、図１３（ｂ）は（ａ）の破線で囲んだＣの主要な部分を拡大した主要部分の概略構成図である。
【０１１０】
図１３（ａ）（ｂ）に示すように、導光板７１は、主面７２と対向する対向面７３に複数の多面体ミラー７４が形成され、多面体ミラー７４は少なくとも３つの反射ミラー面８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂからなるミラー面８２を備えている。
【０１１１】
本実施の形態では、Ｒ光７５、Ｇ光７６およびＢ光７７は、導光板７１の異なる３つの側面７８、７９、８０から別々に入射するように構成されており、反射ミラー面８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂは、導光板７１の３つの異なる側面７８、７９、８０から入射したＲ光７５、Ｇ光７６およびＢ光７７を主面７２の方向に反射するとともに、主面７２の出射位置８１からそれぞれ異なる一定の方向にＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４が出射するように構成されている。
【０１１２】
このように構成された導光板７１の動作について図１４を用いて説明する。図１４に本実施の形態にかかる液晶表示装置に用いる導光板の概略構成図について示す。図１４（ａ）は主面７２から見た概略構成図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線の断面から見た概略断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ線の断面から見た概略断面図を示している。
【０１１３】
図１４（ａ）において、多面体ミラー７４は、導光板７１の主面７２に対向した対向面（図示せず）にマトリックス状に縦と横に多数配置されている。
【０１１４】
また、Ｂ光はＲ光やＧ光と比較して導光板材料となる樹脂材料に対する光の吸収量が大きく、伝搬距離が長くなると光の吸収ロスの影響を受けるため、Ｂ光を長辺側の側面８０から入射させる構成としている。
【０１１５】
このように構成された導光板７１において、Ｒ光７５は側面７８から、Ｇ光７６は側面７９から、Ｂ光７７は側面８０からそれぞれ主面７２に平行に入射する。
【０１１６】
このとき図１４（ｂ）に示すように、Ｂ光７７は主面７２および対向面７３にほぼ平行して導光板７１の中をＢ光７７ａ、７７ｂとして進行する。Ｂ光７７はビームウェストが導光板７１の外側にあるため、Ｂ光７６ａ、７７ｂは平行光に近い状態で伝播するが、実際はやや広がって伝播する。したがって、対向面７３に整列して配置された多面体ミラー７４により、対向面７３に近いＢ光７７ｂの一部が主面７２の方向に反射されＢ光１４として出射する。
【０１１７】
同様に図１４（ｃ）に示すように、Ｒ光７５およびＧ光７６は平行光に近い状態で導光板７１の中をＲ光７５ａ、７５ｂおよびＧ光７６ａ、７６ｂとして伝播するが、実際はやや広がって伝播する。したがって、対向面７３に整列して配置された多面体ミラー７４により、対向面７３に近いＲ光７５ｂおよびＧ光７６ｂの一部が主面７２の方向に反射されＲ光１２およびＧ光１３として出射する。
【０１１８】
図１５は、本実施の形態の液晶表示装置９０の主要部分の概略断面図を示している。液晶表示装置９０は、本実施の形態で説明した導光板７１と、図１０で示した液晶表示パネル１０１を含んで構成されている。ただし実施の形態１および２とＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４の出射する方向が違うため、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の並ぶ順番を変えて図示している。
【０１１９】
図１５に示すように、導光板７１の主面６３から異なる一定の方向に出射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、第１の実施の形態と同様にレンズアレイ２６により集光され、液晶表示パネル１０１のＲＧＢ画素３３に効率よく入射する。
【０１２０】
このような構成とすることにより、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【０１２１】
なお、実施の形態２および３において、実施の形態１と同様に導光板の主面に対抗する対向面を主面に対して傾けて、レーザ光が入射する側面から遠ざかるにつれて主面に近づくように構成してもよい。
【０１２２】
また、レンズアレイは、シリンドリカルレンズがストライプ状に並んだシート状のレンズを用いてもよく、トーリックレンズが縦と横とに複数個並んだシート状のレンズを用いてもよい。
【０１２３】
なお、導光板への入射光の導入は、導光板の側面に対して入射光を傾けて入射してもよく、入射光の側面に対する入射角を変化させるように入射光を走査して導入してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明の液晶表示装置は、高輝度・薄型・低消費電力で量産性に富むので大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の概略構成図で、（ａ）液晶表示装置の概略斜視図（ｂ）液晶表示装置の正面の概略構成図（ｃ）（ｂ）のＡ−Ａ線の断面から見た主要部分の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の主要部分の概略断面図で、（ａ）ＲＧＢ光が垂直に出射する場合の概略断面図（ｂ）Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が効率よく集光される内容を示す概略断面図（ｃ）Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が効率よく集光される内容を示す概略断面図（ｄ）Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が効率よく集光される内容を示す概略断面図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる導光板の構成の概略断面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる他の導光板の構成の概略断面図
【図５】図３および図４の導光板をＢの方向から見た概略構成図
【図６】本発明の実施の形態１にかかる他の導光板の構成の概略断面図
【図７】本発明の実施の形態１にかかる入射光の入射方法を示す概略断面図
【図８】本発明の実施の形態１にかかる他の入射光の入射方法を示す概略断面図
【図９】本発明の実施の形態１にかかるレンズアレイの概略斜視図で、（ａ）シート状のシリンドリカルレンズからなるレンズアレイを示す図（ｂ）トーリックレンズが縦と横にマトリックス状に並ぶレンズアレイを示す図（ｃ）トーリックレンズが縦と横にマトリックス状に並ぶレンズアレイを示す図
【図１０】本発明の実施の形態１にかかる拡散板を用いた液晶表示装置の構成の概略断面図
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置に用いる導光板の構成の概略断面図で、（ａ）反射型回折パターンを用いた例を示す図（ｂ）透過型回折パターンを用いた例を示す図
【図１２】本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置の概略断面図
【図１３】本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置の概略斜視図で、（ａ）導光板の概略斜視図（ｂ）（ａ）の破線で囲んだＣの主要な部分を拡大した概略構成図
【図１４】本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置に用いる導光板の概略構成図で、（ａ）主面から見た概略構成図（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線の断面から見た概略断面図（ｃ）（ａ）のＤ−Ｄ線の断面から見た概略断面図
【図１５】本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置の概略断面図
【符号の説明】
【０１２６】
１０，６０，７０，９０ 液晶表示装置
１１，１０１ 液晶表示パネル
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１６，３６ａ，４８，７５，７５ａ，７５ｂ 赤色レーザ光（Ｒ光）
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１７，４９，７６，７６ａ，７６ｂ 緑色レーザ光（Ｇ光）
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１８，３６ｂ，５０，７７，７７ａ，７７ｂ 青色レーザ光（Ｂ光）
１５ 面状照明装置
１９ 赤色レーザ光源（Ｒ光源）
２０ 緑色レーザ光源（Ｇ光源）
２１ 青色レーザ光源（Ｂ光源）
２２，７８，７９，８０ 側面
２３，２３ｂ，６３，７２ 主面
２４，６１，７１ 導光板
２５，６６，８１ 出射位置
２６ レンズアレイ
２７，２８ ダイクロイックミラー
２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，４７ ＲＧＢ光
３０，８２，８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ 反射ミラー
３１ 光分配部
３２ ミラー
３３ ＲＧＢ画素
３３Ｂ 青色画素（Ｂ画素）
３３Ｇ 緑色画素（Ｇ画素）
３３Ｒ 赤色画素（Ｒ画素）
３４ レンズ
３５ａ，３６ｂ 眼
３７ プリズムシート
３８，４２，４３，６５ 導光板本体
３９，６４，６９，７３ 対向面
４０ 立上げミラー
４１ 散乱体
４４，４５ レーザ光
４６ レーザ光導入部
５１ 本体主面
５４ 液晶
５５，５６ ガラス板
５７ 拡散板
５８ カラーフィルタ
５９ａ，５９ｂ 偏光板
６２ 反射型回折パターン
６７ プリズム
６８ 透過型回折パターン
７４ 多面体ミラー
１０１ 液晶表示パネル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源としてレーザ光を使用した高輝度の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いた液晶表示装置が、色再現範囲の広い液晶表示装置として精力的に開発が行われ実用化されている。また、高輝度の光源としてレーザ光を使用する液晶表示装置も、レーザ光の単色性と高輝度性を活かした、色再現範囲の広い高輝度の液晶表示装置として研究・開発が行われ注目を集めている。しかしながら、このような優れた特長を持つ液晶表示装置は、さらに薄型化・高効率化・低消費電力化が求められ、また量産性なども要求される。
【０００３】
従来の液晶表示装置において、高効率化・低消費電力化を妨げる主要な要因の１つとしてカラーフィルタによる損失がある。通常、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）の３原色からなる画素には、ＲＧＢの各画素に対応した１色の光のみを透過するカラーフィルタが配置されており、ＲＧＢの各画素に対応していない光はカラーフィルタにより除外されて損失となる。
【０００４】
従来からこの課題に対する様々な検討がなされており、例えば、マイクロフレネルレンズを用いてＲＧＢ光を分離して各画素に入射させる方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
この方法では、赤色レーザ光（Ｒ光）、緑色レーザ光（Ｇ光）および青色レーザ光（Ｂ光）からなる３つのレーザ光を１つのレーザ光に光カプラで合波してＲＧＢ光とし、このＲＧＢ光をポリゴンミラーおよび平板反射ミラーで走査してマイクロフレネルレンズアレイに入射させ、マイクロフレネルレンズの分光特性によりＲ光、Ｇ光およびＢ光に分離した後、液晶パネルの対応するＲＧＢの各画素に直接照射するとしている。
【０００６】
このようにカラーフィルタを用いないで構成した液晶パネルを液晶表示装置に使用することにより、効率よくＲＧＢ光を利用したカラー表示が行えるとしている。
【０００７】
また、カラーフィルタが不要な別の方法として、液晶表示パネルの各ＲＧＢ画素の位置に対応する、導光板の主面上のそれぞれ異なる位置から、Ｒ、ＧおよびＢの各光を垂直に出射させて対応する画素にのみ入射させる方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
この方法では、ＬＥＤ光源から出射するＲ、ＧおよびＢの各光を導光板の異なる縁部から入射させ、入射方向に対応した立上げミラーにより導光板の主面の異なる位置よりＲ、ＧおよびＢの各光を導光板の外に選択的に出射させ、液晶パネルの対応するＲＧＢの各画素に直接照射するとしている。
【０００９】
さらに、カラーフィルタが不要な別の方法として、ＬＥＤ光源アレイと２種のレンズアレイとを用いた構成が提案されている（特許文献３参照）。
【００１０】
この方法では、２次元のＬＥＤ光源アレイからのＲ、ＧおよびＢの各光をコンデンサレンズアレイでコリメートし、マイクロレンズアレイで液晶パネルの対応するＲＧＢの各画素に直接照射するとしている。
【特許文献１】特開平６−１４８６３５号公報
【特許文献２】特開２００３−３５９０４号公報
【特許文献３】特開平１１−２３１３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これらの特許文献ではＲ、ＧおよびＢの各光が空間的に有限の広がりを有し、この光の広がりをも考慮して、Ｒ、ＧおよびＢの光が対応する色の画素にのみ完全に分離して導入する方法については明示されていない。さらに、これらの画像表示装置においてＲ、ＧおよびＢの光が対応する色の画素にのみ完全に分離することは難しく、例えば、カラーフィルタを省いた表示を行った場合には、Ｒ、ＧおよびＢの光が重なり合い鮮明な画像は得られないと考えられる。
【００１２】
また、ファインピッチ化が進む赤色画素（Ｒ画素）、緑色画素（Ｇ画素）および青色画素（Ｂ画素）のサイズに対応してＲ、ＧおよびＢの各光を導入するための導光板やレンズなどの光学系の具体的な構成についても十分に示されていない。
【００１３】
すなわち、特許文献１に示された方法では、Ｂ光はＢ画素だけでなくＧ画素にも漏れこみ、Ｇ光およびＲ光は対応する画素以外の画素に漏れこむ光量が光学系の構成上多くなるという課題を生じている。したがって、カラーフィルタを除いた構成とすると鮮明な画像が得られず、カラーフィルタを用いたとしても、対応する画素以外の画素に漏れ込む光がカラーフィルタで除外されて損失となる。さらに、このような液晶表示装置は、走査光学系が大きく装置が薄型化できないという課題も生じる。
【００１４】
また、特許文献２では光ガイドである導光板内部での光の広がりを考慮すると、各画素に対応した導光板隆起部（立上げミラー部）で反射した光の大半を各画素にそれぞれ対応した出射面のレンズでコリメートするような光学構成は難しく、画素のサイズを考慮した具体的な光学構成も明示されていない。そして、出射面のレンズがなければＲ、ＧおよびＢの光を各画素に対応させて分離して入射することは一層困難であるという課題がある。
【００１５】
さらに、特許文献３による構成を液晶表示装置のバックライト照明として使用する場合には、ＬＥＤ光源アレイからコンデンサレンズアレイまでの距離がある程度必要なため薄型化が難しいという課題がある。この距離は、ＬＥＤ素子およびコンデンサレンズの数を増やせば縮めることができるが、ＬＥＤ素子を増やすとコストやばらつきが課題となる。
【００１６】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、高輝度・薄型で、かつ光の利用効率が高くて低消費電力の液晶表示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】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、液晶表示パネルと、上記液晶表示パネルの赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の配置に対応して設けたレンズアレイと、少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光を一方の主面から出射して、上記レンズアレイのそれぞれのレンズに対して一定で、かつ色ごとに異なる入射角度で入射させる面状照明装置と、を備え、上記面状照明装置は、少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光をそれぞれ出射するレーザ光源と、上記赤色、緑色および青色レーザ光を側面から入射し、上記一方の主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する導光板と、を含み、上記赤色、緑色および青色レーザ光は、上記導光板の上記一方の主面からそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、上記レンズによりそれぞれ異なる方向に集光し、それぞれ前記赤色画素、緑色画素および青色画素に入射する構成からなる。
【００１８】
このような構成とすることにより、主面全体からＲ光、Ｇ光およびＢ光がそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、赤色画素（Ｒ画素）、緑色画素（Ｇ画素）および青色画素（Ｂ画素）で構成される画素（ＲＧＢ画素）に対応して配置されたレンズアレイで液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光されるので、高輝度・薄型で、かつ光の利用効率が高い液晶表示装置が実現できる。加えて、レーザ光は高効率に利用されるので低消費電力の液晶表示装置がさらに実現できる。
【００１９】
また、導光板は、主面に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシートを含んで構成され、主面と対向する対向面に複数の立上げミラーが形成されて、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の同一の側面から入射して対向面の立上げミラーによりプリズムシートに導かれ、主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００２０】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が導光板に入射したのちに導光板の主面全体からそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、レンズアレイにより効率よく液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光される。したがって、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【００２１】
また、導光板は、主面に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシートと、散乱体を含む樹脂材料で形成された導光板本体と、からなり、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の同一の側面から入射して導光板本体の散乱体によりプリズムシートに導かれ、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００２２】
このような構成とすることにより、さらに高輝度・薄型の導光板および液晶表示装置が実現できる。加えて、光の利用効率が高いので、低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【００２３】
また、プリズムシートは、赤色、緑色および青色レーザ光が入射する方向に対して垂直にストライプ状のプリズムが形成されている構成としてもよい。
【００２４】
このような構成とすることにより、プリズムの作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００２５】
また、導光板は、波長選択性の透過型回折パターンが主面に形成され、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の同一の側面から入射して透過型回折パターンに導かれ、主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００２６】
また、導光板は、波長選択性の反射型回折パターンが内側の主面と対抗する対向面に形成され、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の同一の側面から入射して対向面の反射型回折パターンにより、主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００２７】
このような構成とすることにより、さらに薄型の導光板および液晶表示装置が実現できる。さらに、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。加えて、導光板の作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００２８】
また、導光板の対向面は、赤色、緑色および青色レーザ光が入射する同一の側面から離れるに従い主面との距離が小さくなるように形成されている構成としてもよい。
【００２９】
このような構成とすることにより、導光板の作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００３０】
また、導光板は、内側の主面と対向する対向面に複数の多面体ミラーが形成されて、赤色、緑色および青色レーザ光は、導光板の３つの異なる側面から入射して対向面の多面体ミラーにより、主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する構成としてもよい。
【００３１】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が導光板に入射したのちに導光板の主面全体からそれぞれ異なる出射角度を有して出射して、レンズアレイにより効率よく液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光される。したがって、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【００３２】
また、青色レーザ光は、導光板の長辺側の側面から入射する構成としてもよい。このような構成とすることにより、青色レーザ光の導光板での吸収を低減することができ、さらに光の利用効率が高い低消費電力の液晶表示装置が実現できる。
【００３３】
また、多面体ミラーは、導光板の３つの異なる側面から入射するレーザ光を主面の方向に反射する少なくとも３つの反射ミラーを備える構成としてもよい。
【００３４】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が導光板に入射したのちに導光板の主面全体からそれぞれ異なる出射角度を有して出射して、レンズアレイにより効率よく液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光される。したがって、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【００３５】
また、レンズアレイは、液晶表示パネルの赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の幅に対応した幅のシリンドリカルレンズがストライプ状に並んだシート状のレンズである構成としてもよい。
【００３６】
このような構成とすることにより、赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素と対応して配置するレンズアレイは、作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００３７】
また、レンズアレイは、液晶表示パネルの赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の横方向の幅に対応した横幅と赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の縦方向の幅に対応した縦幅を有するトーリックレンズが縦と横とに複数個並んだシート状のレンズである構成としてもよい。
【００３８】
このような構成とすることにより、赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素と対応して配置するレンズアレイは、作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。そのうえに、レンズがないと隣接する一組のＲＧＢ画素の列と列の間に到達するレーザ光が、レンズアレイによりＲＧＢ画素のそれぞれの色の画素に集光できるので、さらにレーザ光を高効率に利用することができる。
【００３９】
また、液晶表示パネルの前記ＲＧＢ画素を挟むガラス板のいずれかの外側に隣接して配置された補正板により、前記レーザ光を拡散または偏向して前記液晶表示パネルからの前記レーザ光の出射特性を補正する構成としてもよい。
【００４０】
このような構成とすることにより、赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素に到達したＲＧＢ光を効率よく散乱して、液晶表示装置は輝度ムラがない均一な高輝度の画像表示を行うことができる。すなわち、液晶表示装置を見る角度により色が変わる視野角の色特性を改善できる。
【００４１】
また、赤色、緑色および青色レーザ光は、入射角度または入射位置を走査して導光板の側面から入射する構成としてもよい。
【００４２】
このような構成とすることにより、導光板の主面からそれぞれ異なる出射角度で出射する均一なＲ、ＧおよびＢ光が得られ導光板は薄型化ができるので、液晶表示装置は、さらに高輝度で薄型にすることができる。
【００４３】
また、導光板は、側面にレーザ光導入部をさらに備え、レーザ光導入部は、赤色、緑色および青色レーザ光からなるレーザ光束を分離または広げる光学素子を含む構成としてもよい。
【００４４】
このような構成とすることにより、レーザ光を導光板の側面に垂直に入射させたとしても、導光板の主面からそれぞれ異なる出射角度で出射する均一なＲ、ＧおよびＢ光が得られ導光板は薄型化ができるので、液晶表示装置は、さらに高輝度で薄型にすることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の液晶表示装置によれば、主面全体から高輝度のＲ光、Ｇ光およびＢ光がそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、赤色画素（Ｒ画素）、緑色画素（Ｇ画素）および青色画素（Ｂ画素）で構成される画素（ＲＧＢ画素）に対応して配置されたレンズアレイで液晶表示パネルのＲＧＢ画素に集光されるので、高輝度・薄型で、かつ光の利用効率が高い液晶表示装置が実現できる。加えて、レーザ光は高効率に利用されるので低消費電力の液晶表示装置がさらに実現できる。したがって、色再現範囲の広い大面積で高画質・薄型の液晶表示装置が実現できるという大きな効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について、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もある。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、形状等については正確な表示ではない。
【００４７】
（実施の形態１）
図１から図９に本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の模式図を示す。図１は本実施の形態の液晶表示装置の概略構成図を模式的に示したものである。図１（ａ）は本実施の形態の液晶表示装置の分解斜視図、図１（ｂ）は液晶表示パネルの方から見た液晶表示装置の正面の概略構成図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線の断面から見た主要部分の概略断面図である。
【００４８】
図１（ａ）に示すように、本実施の形態の液晶表示装置１０は、液晶表示パネル１１と、液晶表示パネル１１の赤色画素（Ｒ画素）３３Ｒ、緑色画素（Ｇ画素）３３Ｇおよび青色画素（Ｂ画素）３３Ｂで構成される画素（ＲＧＢ画素）３３の配置に対応して設けたレンズアレイ２６と、レンズアレイ２６のそれぞれのレンズ３４に対して一定で、かつ色ごとに異なる入射角度で入射させる面状照明装置１５を備えている。
【００４９】
また面状照明装置１５は、赤色レーザ光（Ｒ光）１２を出射する赤色レーザ光源（Ｒ光源）１９と、緑色レーザ光（Ｇ光）１３を出射する緑色レーザ光源（Ｇ光源）２０と、青色レーザ光（Ｂ光）１４を出射する青色レーザ光源（Ｂ光源）２１と、Ｇ光は透過するがＢ光は反射するダイクロイックミラー２７と、Ｇ光およびＢ光は透過するがＲ光は反射するダイクロイックミラー２８と、反射ミラー３０と、光分配部３１と、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４を側面２２から入射し、一方の主面２３からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する導光板２４から構成されている。
【００５０】
ここで光分配部３１は、例えば図１（ｂ）に示すように、反射ミラー３０から遠ざかるほど反射率が順に高くなるように配列されたミラー３２が多数並ぶことによりＲＧＢ光２９を分配して、導光板２４の側面２２の全体に均一に入射させるように構成されている。
【００５１】
このようにして構成される液晶表示装置１０の概略の動作を説明する。Ｒ光源１９、Ｇ光源２０およびＢ光源２１から出射されるＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、ダイクロイックミラー２７、２８により光量をほとんどロスすることなく１つのＲＧＢ光２９に合波され、このＲＧＢ光２９は、反射ミラー３０および光分配部３１を経由して導光板２４の側面２２の全体に均一に入射する。
【００５２】
導光板２４に入射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、導光板２４の一方の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射する。本実施の形態の導光板２４の構成および動作は後で詳しく説明する。
【００５３】
このとき、眼３５ａの位置が導光板２４の主面２３からＲ光１２が出射する方向であるときは、眼３５ａから見た導光板２４はＲ光１２の一部が直進して眼３５ａに到達するのでＲ光３６ａだけの赤色一色に見える。また、眼３５ｂの位置が導光板２４の主面２３からＢ光１４が出射する方向であるときは、同様に眼３５ｂから見た導光板２４はＢ光１４の一部が直進して眼３５ｂに到達するのでＢ光３６ｂだけの青色一色に見える。そして、眼（図示せず）が液晶表示パネル１１の上側にあるときに、液晶表示パネル１１とレンズアレイ２６とを外して導光板２４を見ると同様にＧ光１３の一部が直進して眼（図示せず）に到達するのでＧ光（図示せず）だけの緑色一色に見える。
【００５４】
導光板２４をそれぞれ異なる出射角度で出射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、レンズ３４により集光され、Ｒ画素３３Ｒ、Ｇ画素３３ＧおよびＢ画素３３Ｂに入射する。
【００５５】
このとき、従来の構成と比べて対応する画素へ入射する光量が増加する。この理由を以下に説明する。
【００５６】
図１（ｃ）は液晶表示装置１０の図１（ｂ）のＡ−Ａ線の断面から見た主要部分の概略断面図を示している。図１（ｃ）において液晶表示パネル１１は、ＲＧＢ画素３３と液晶５４とが、２枚のガラス板５５、５６で挟まれて構成され、レーザ光が出射する側のガラス板５５に隣接して拡散板５７が配置された構成となっている。また、拡散板５７は補正板としてレーザ光を拡散または偏向して液晶表示パネル１１からのレーザ光の出射特性を補正するものとして配置されている。
【００５７】
このように構成された液晶表示パネル１１において、導光板２４の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、レンズアレイ２６により液晶パネル１１のＲＧＢ画素３３に入射する。
【００５８】
図１（ｃ）では５つのＲＧＢ画素３３が示され、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、両端のＲＧＢ画素３３で示されるように導光板２４の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射している。中央の３つのＲＧＢ画素３３でもＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、同様に導光板２４の主面２３からそれぞれ異なる出射角度で出射している。ここでは、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４がＲＧＢ画素３３にどのようにして導かれるかを説明するために、中央の３つのＲＧＢ画素３３では、それぞれＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４のみについて示している。すなわち、Ｒ光１２の大部分の光量は、Ｒ光１２aからＲ光１２ｂまでの領域で一定の方向に出射し、レンズアレイ２６のＲＧＢ画素３３に対応したシリンドリカルレンズ３４により集光されてＲ光１２ｃからＲ光１２ｄまでの領域に、液晶パネル１１の赤色画素（Ｒ画素）３３Ｒに集められる。また、同様にＧ光１３およびＢ光１４の大部分の光量は、Ｒ光１３ａからＲ光１３ｂまでの領域およびＲ光１３ｃからＲ光１３ｄまでの領域で一定の方向に出射する。そして、レンズアレイ２６のＲＧＢ画素３３に対応したシリンドリカルレンズ３４により集光されて、液晶パネル１１の緑色画素（Ｇ画素）３３Ｇおよび青色画素（Ｂ画素）３３Ｂに集められる。
【００５９】
このようにして、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４をそれぞれ対応する画素に集光して導くことにより、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４が隣接する画素に入射してロスとなる光量を減らすことができる。
【００６０】
この効率向上の効果を図２を用いて具体的に説明する。図２（ａ）はレンズアレイ２６の無い従来の構成の液晶表示部にＲＧＢ光２９が垂直に入射する場合、図２（ｂ）から（ｄ）は本実施の形態の液晶表示部および面上照明装置（図示せず）を用いた場合の液晶表示部の概略断面図である。
【００６１】
図２（ａ）に示すように、従来構成ではＲＧＢ光２９はＲＧＢ画素３３に均一に入射する。このときに１つのＲＧＢ画素３３に入射するＲＧＢ光２９は、ＲＧＢ光２９ａからＲＧＢ光２９ｂまでの光で、Ｒ画素３３Ｒ、Ｇ画素３３ＧおよびＢ画素３３Ｂに入射して利用されるのはＲ光、Ｇ光およびＢ光の１／３以下である。このとき画素の開口率が８０％とすると利用できるＲ光、Ｇ光およびＢ光はそれぞれ２４％程度となる。
【００６２】
一方、本実施の形態では、図１（ｃ）で説明したように、Ｇ光１３は画素３３Ｇを中心とした領域に、Ｒ光１２は、画素３３Ｒを中心とした領域に、Ｂ光１４は、画素３３Ｂを中心とした領域にそれぞれ入射する。図２（ｂ）から（ｄ）はこの様子をＧ光１３、Ｒ光１２、およびＢ光１４の場合に分けて示している。
【００６３】
このとき、レンズアレイの設計およびＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４の入射角のばらつきによるが、それぞれ対応する画素に５０％程度は集光させることは可能と考えられる。したがって従来構成の２倍程度の利用効率が達成できる。
【００６４】
次に、このような効率改善効果を実現するための、本実施の形態の導光板２４の構成および動作を説明する。
【００６５】
図３に導光板２４の構成の概略断面図を示す。図３に示すように導光板２４は、プリズムシート３７と導光板本体３８とから構成されている。図３ではこれらは分離されているが、プリズムシート３７と導光板本体３８とが一体化されていてもよい。なお、分離されている場合も、これらは、屈折率の近い接着剤（図示せず）を用いるなどして接着されていてもよい。したがって、導光板２４は、主面２３に屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシート３７が配置され、主面２３と対抗する対向面３９に複数の立上げミラー４０が形成されている。立上げミラー４０は微小なバー状で対向面のほぼ前面に亘って形成されている。
【００６６】
このように構成された導光板２４において、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、導光板２４の同一の側面２２から入射して対向面３９の立上げミラー４０によりプリズムシート３７に導かれる。このときにＲＧＢ光２９は対向面３９にほぼ平行して導光板本体３８の中を進行する。ＲＧＢ光２９はビームウェストが導光板本体３８の外側にあるため、平行光に近い状態で伝播するが、実際はやや広がって伝播する。したがって、対向面３９に整列して配置された立上げミラー４０により、対向面３９に近いＲＧＢ光２９の一部がＲＧＢ光２９ａとなってプリズムシート３７の方向に反射される。そして、ＲＧＢ光２９ａは、プリズムシートを構成する材料が屈折率の波長分散が高い材料であることから、プリズムシート３７を通過して主面２３の出射位置２５から出射するときには、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４がそれぞれ異なる出射角度を有して、色ごとに一定の方向にそれぞれ出射する。
【００６７】
このように構成することにより、図１および図２で説明したようにＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４を液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３に効率よく入射させることができる。
【００６８】
この実施の形態において、導光板本体は内部に散乱体を含む樹脂材料で構成されていても良い。図４は導光板２４の別の構成の概略断面図を示しており、図４が図３と異なるところは導光板本体が内部に散乱体を含む樹脂材料で構成されているところである。
【００６９】
図４に示すように導光板２４は主面２３に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシート３７と、散乱体４１を含む樹脂材料で形成された導光板本体４２とで構成されており、プリズムシート３７と導光板本体４２の間には空気層がある。
【００７０】
このように構成された導光板２４において、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、導光板２４の同一の側面２２から入射して導光板本体４２の中にランダムに配置されている散乱体４１と出会うと、散乱体４１により屈折されて進行方向を曲げられる。このとき、散乱体４１で進行方向を曲げられたＲＧＢ光のうち、導光板本体４２の主面２３ｂに対して垂直な方向を基準として４０度程度の角度以上で入射するＲＧＢ光は全反射をして導光板本体４２の内部を伝搬していく。
【００７１】
したがって主面２３ｂから出射できるＲＧＢ光は、主面２３ｂに対して垂直な方向を基準として４０度以下の角度で進行する光であるが、導光板本体４２の内部を進行するＲＧＢ光は、その進行方向が主面２３ｂに対して垂直に近づく程、確率的に少なくなるため、主面２３ｂから出射するＲＧＢ光は狭い範囲の出射角ばらつきで出射する。
【００７２】
実験において、このような導光板から出射するＲＧＢ光２９ａの角度は６７度を中心に±７度の範囲という結果が得られた。
【００７３】
このようにして得られたＲＧＢ光２９は、図３に示した構成と同様にＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４をそれぞれ異なる出射角度で出射させることができ、液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３に効率よく入射させることができる。
【００７４】
図５は、図３および図４の導光板２４をＢの方向からみた概略構成図である。プリズムシート３７は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９が入射する方向に対して垂直にストライプ状のプリズムが形成されている構成になっている。このようにストライプ状に構成することにより、樹脂材料などで一体成形で生産することも可能となるので、量産性が高い構成となっている。なお、図４に示した内部に散乱体を含む導光板の場合は、入射方向と直交する方向でも出射する光の角度が狭い範囲に偏っていることが実験によっても確認されている。したがって、導光板へ入射する方向をレンズアレイのストライプの方向と平行に配置することもできる。
【００７５】
以上説明したように本実施の形態の液晶表示装置は、薄い導光板２４の側面２２からＲＧＢ光を入射させ、導光板２４の主面２３よりそれぞれ異なる出射角度でＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４を出射させるので、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４をレンズアレイ２６により液晶表示パネル１１のＲ画素３３Ｒ、Ｇ画素３３ＧおよびＢ画素３３Ｂにそれぞれ集光して導くことができる。このようにすることにより、Ｒ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４が隣接する画素に入射してロスとなる光量を減らすことができる。また、レーザ光源も、例えば導光板２４の周囲に光学系を分散させて配置するなど工夫することにより、薄型の液晶表示装置１０を実現することができる。
【００７６】
このような構成とすることにより、高輝度・薄型で光の利用効率が高い液晶表示装置が実現できる。また、レーザ光は高効率に利用されるので同じ光出力を得るのに余計な電力が不要であるので、低消費電力の液晶表示装置がさらに実現できる。
【００７７】
なお、本実施の形態の導光板は、導光板本体の対向面をＲＧＢ光が入射する側面から離れるに従い主面に近づけるように構成してもよい。図６は、図３の導光板の構成を基本として、導光板本体の対向面をＲＧＢ光が入射する側面から離れるに従い主面に近づけるように構成した導光板の例の概略断面図を示す。すなわち、導光板２４の導光板本体４３の対向面３９は、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９が入射する同一の側面２２から離れるに従い、主面２３との距離が小さくなるように形成されている。このような構成にすることにより、立上げミラー４０の配置間隔をより狭めて、立上げミラー４０で反射したＲＧＢ光２９ｃがプリズムシート３７で分離して主面２３から出射するＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４が、輝度や強度がより均一となるようにすることができる。
【００７８】
また、図７は図６と同様の効果を得るために、導光板本体３８は図３と同じ物を用いるが、ＲＧＢ光の入射方法を工夫している。すなわち、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、さらに導光板本体３８の本体主面５１と平行な面と、例えば−５°以上＋５°以下の角度範囲で導光板２４の側面２２からレーザ光４４、４５を入射する。このレーザ光４４、４５は単色光であってもＲＧＢ光であってもよい。また、複数本のレーザ光４４、４５を側面２２から入射する替わりに、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９を導光板本体３８の本体主面５１と平行な面と−５°以上＋５°以下の角度範囲で走査して導光板３８の側面２２から入射させてもよい。なお、この入射角度は目安であり、導光板のサイズや厚み等に応じて輝度が均一となるように適当な値に設定する必要がある。
【００７９】
また、側面２２に導光板３８の厚み方向に光束を少し拡散させる凹凸面またはレンズ面を形成してもよい。このような構成とすることにより、主面から均一なＲＧＢ光が得られる導光板の作製が容易となり、液晶表示装置の光学系が簡略化できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００８０】
また、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の出射する方向を一層分離して、レンズアレイと画素を近づけ、液晶表示装置をさらに薄型化することができる。図８にＲ光、Ｇ光およびＢ光の出射方向を大きく分離できる導光板の概略断面図を示す。
【００８１】
ここで導光板２４は、側面２２にレーザ光導入部４６をさらに備え、このレーザ光導入部４６は、少なくともプリズムまたは回折光学素子からなる構成としている。図８では、例えばプリズムとして構成されている。このようにすることにより、ＲＧＢ光２９は導光板３８に入射したときに、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光（図示せず）がほぼ同じ方向に分離してＲＧＢ光４７として伝搬するので、プリズムシート３７を伝搬したのちに導光板２４の主面２３から出射するときは、異なる一定の方向により離れた角度でＲ光４８、Ｇ光４９およびＢ光５０が主面２３より出射する。すなわち、ＲＧＢ光４７はＲ光、Ｇ光およびＢ光がわずかに進行する方向が一定の角度だけ離れて進行している。
【００８２】
このような構成とすることにより、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光の分岐角が大きくなるように光学系を構成することができるので、レンズアレイと画素の距離をさらに近づけることができ、液晶表示装置を薄型化することができる。また、ＲＧＢ画素上で分離がし易くなり、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光はそれぞれのＲＧＢ画素に集光性よく集光されるので光量のロスを減らすことができる。
【００８３】
また、図８のレーザ光導入部４６は導光板本体３８と一体であってもよく、さらに、このような形状に導光板本体３８の側面を傾斜させて一体として形成してもよい。あるいは、導光板本体３８の側面に回折格子を設けて図８で説明した内容と同様に、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光（図示せず）がほぼ同じ方向に分離してＲＧＢ光４７として伝搬するような機能をもたせてもよい。
【００８４】
図９に本実施の形態の液晶表示装置の光学系を簡略化するためのレンズアレイの概略斜視図について示す。図９（ａ）は液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３に対応して製作されたシート状のシリンドリカルレンズ５２からなるレンズアレイ２６を示す。すなわち、レンズアレイ２６は液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３の幅Ｗに対応した幅ＷＬのシリンドリカルレンズ５２がストライプ状にシート状のレンズとして並んだ構成となっている。このような配置にして各画素に割り当てられたＲ光、Ｇ光およびＢ光を無駄なく効率よくそれぞれの色の画素に集光して導くことができる。
【００８５】
また、図９（ａ）に示すような形状でＲＧＢ画素３３と対応して配置するレンズアレイ２６は、バー状のレンズを並べたシートの形状で容易に一体成形できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。そのうえに、レンズがないときには隣接する一組のＲＧＢ画素の間に到達するレーザ光が、レンズアレイによりＲＧＢ画素のそれぞれの色の画素に集光できるので、さらにレーザ光を高効率に利用することができる。
【００８６】
さらに、レンズアレイ２６を図９（ｂ）に示すトーリックレンズ５３が縦と横にマトリックス状に並んだ構成として図９（ａ）のシリンドリカルレンズ５２が集光できる方向と垂直な方向にも光をロスなく集光することもできる。すなわち、図９（ｃ）に示すように、レンズアレイ２６は、液晶表示パネル１１のＲＧＢ画素３３の横方向の幅に対応した横幅Ｗ１とＲＧＢ画素３３の縦方向の幅に対応した縦幅Ｗ２を有するトーリックレンズ５３が縦と横とに複数個並んだシート形状のレンズとして構成されている。このような構成とすることにより、ＲＧＢ画素と対応して配置するレンズアレイは、マトリックス状のレンズを縦と横に並べたシートの形状で容易に一体成形できるので、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【００８７】
ところで、本実施の形態ではＲ光、Ｇ光およびＢ光は液晶表示パネルに異なる角度で入射するように構成しているが、液晶表示パネルから画像として出射される場合には、どの角度から見ても均一性が良く、より広い視野角の画像が得られることが望ましい。出射角特性を改善し、見る角度により輝度ムラや色ムラが生じないようにするため、本実施の形態では拡散板を用いた構成としている。
【００８８】
図１０に出射面に拡散板５７を設けた液晶表示パネル１０１の概略構造を示す。この構成において、導光板２４からそれぞれ異なる出射角度を有して出射されるＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、レンズアレイ２６で集光され、液晶表示パネル１０１の偏光板５９ａ、ガラス板５６および液晶５４を通過して、ＲＧＢ画素３３の赤色画素３３Ｒ、緑色画素３３Ｇおよび青色画素３３Ｂに入射する。
【００８９】
ＲＧＢ画素３３に入射したレーザ光は、変調されたのちカラーフィルタ５８で赤色画素３３Ｒ、緑色画素３３Ｇおよび青色画素３３Ｂに対応したレーザ光が選択され、ガラス板５５を通過し、偏光板５９ｂにより一定の偏光方向の成分のレーザ光が出射される。
【００９０】
偏光板５９ｂを通過したレーザ光は、拡散板５７により拡散または偏向され、レーザ光の出射特性が補正されて液晶表示パネル１０１を出射する。
【００９１】
このような構成とすることにより、赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素に到達したＲＧＢ光を効率よく散乱して、液晶表示装置は輝度ムラや色ムラがない均一な高輝度の画像表示を行うことができる。すなわち、液晶表示装置を見る角度により色が変わる視野角の色特性を改善でき、液晶表示装置の視野角も広くすることができる。
【００９２】
（実施の形態２）
図１１および図１２を用いて本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置を説明する。本実施の形態において実施の形態１と異なるのは導光板のみであり、レーザ光をＲ光、Ｇ光およびＢ光に分離するために、プリズムではなく回折パターンを用いる。
【００９３】
図１１は本実施の形態の導光板の構成の概略断面図であり、図１１（ａ）は反射型回折パターンを用いた構成、図１１（ｂ）は透過型回折パターンを用いた構成を示している。
【００９４】
図１１（ａ）に示すように、導光板６１は導光板本体６５と、フォトポリマー材料でシート状に形成された波長選択性の反射型回折パターン６２で構成されており、反射型回折パターン６２は、導光板６１の主面６３に対して対向する対向面６４に形成されている。
【００９５】
また、プリズム６７が導光板６１の側面２２に配置され、ＲＧＢ光２９が側面２２に対して角度を付けて入射するように構成されている。
【００９６】
このように構成された導光板６１において、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、導光板６１の同一の側面２２から入射して主面６３に平行な方向から数度下向きに進行するようにＲＧＢ光２９ｆとして屈折されて反射型回折パターン６２に一定の角度で到達する。
【００９７】
ここでＲＧＢ光２９ｆは反射型回折パターン６２の波長選択性により、異なる波長ごとにそれぞれ異なる一定の方向に回折され反射される。反射型回折パターン６２で反射し、進行方向が分離されたＲ光、Ｇ光およびＢ光は主面６３の出射位置６６からそれぞれ異なる出射角度を有してＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４として出射する。
【００９８】
また、導光板６１の別の構成例として、図１１（ｂ）に透過型回折パターンを用いた場合の構成を示す。図１１（ｂ）に示すように、導光板６１は導光板本体６５と、波長選択性の透過型回折パターン６８で構成されており、透過型回折パターン６８は、導光板６１の主面６３に形成されている。
【００９９】
また、図１１（ａ）と同様にプリズム６７が導光板６１の側面２２に配置され、ＲＧＢ光２９が側面２２に対して角度を付けて入射するように構成されている。
【０１００】
このように構成された導光板６１において、Ｒ光、Ｇ光およびＢ光からなるＲＧＢ光２９は、導光板６１の同一の側面２２から入射して主面６３に平行な方向から数度上向きに進行するようにＲＧＢ光２９ｇとして屈折されて透過型回折パターン６８に一定の角度で到達する。
【０１０１】
ここでＲＧＢ光２９ｇは透過型回折パターン６８の波長選択性により、異なる波長ごとにそれぞれ異なる一定の方向に回折され、主面６３の出射位置６６からそれぞれ異なる出射角度を有してＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４として出射する。
【０１０２】
図１２は、本実施の形態の液晶表示装置７０の主要部分の概略断面図を示している。液晶表示装置７０は、図１１（ａ）または（ｂ）で示した導光板６１と、図１０で示した液晶表示パネル１０１を含んで構成されている。
【０１０３】
図１２に示すように、導光板６１の主面６３から異なる一定の方向に出射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、実施の形態１と同様にレンズアレイ２６により集光され、液晶表示パネル１０１のＲＧＢ画素３３に効率よく入射する。
【０１０４】
このような構成とすることにより、さらに薄型の導光板および液晶表示装置が実現できる。さらに、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような構成の導光板により実現できる。
【０１０５】
また、立体的なプリズムではなく平面的な回折パターンにより導光板を作製するので導光板の作製が容易となり、さらに量産性の高い液晶表示装置が実現できる。
【０１０６】
なお、フォトポリマー材料による回折パターンの作製は、入射光の方向からＲ光、Ｇ光およびＢ光を入射させ、回折光が発生する方向と反対の方向からＲ光、Ｇ光およびＢ光を入射させて、シート状のフォトポリマー材料上で干渉パターンを生成して焼き付けることで製作することができる。
【０１０７】
なお、本実施の形態では、側面２２にプリズム６７を配置しているが、これらを導光板６１と一体で形成してもよく、また、プリズム６７の代わりに厚み方向に回折する回折素子を側面２２に設けてもよい。
【０１０８】
（実施の形態３）
図１３から図１５を用いて本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置を説明する。本実施の形態では、レーザ光をＲ光、Ｇ光およびＢ光に分離するために、プリズムではなく多面体ミラーを用いる。
【０１０９】
図１３は本実施の形態にかかる液晶表示装置に用いる導光板の構成の概略斜視図であり、図１３（ａ）は導光板７１の概略斜視図、図１３（ｂ）は（ａ）の破線で囲んだＣの主要な部分を拡大した主要部分の概略構成図である。
【０１１０】
図１３（ａ）（ｂ）に示すように、導光板７１は、主面７２と対向する対向面７３に複数の多面体ミラー７４が形成され、多面体ミラー７４は少なくとも３つの反射ミラー面８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂからなるミラー面８２を備えている。
【０１１１】
本実施の形態では、Ｒ光７５、Ｇ光７６およびＢ光７７は、導光板７１の異なる３つの側面７８、７９、８０から別々に入射するように構成されており、反射ミラー面８２Ｒ、８２Ｇ、８２Ｂは、導光板７１の３つの異なる側面７８、７９、８０から入射したＲ光７５、Ｇ光７６およびＢ光７７を主面７２の方向に反射するとともに、主面７２の出射位置８１からそれぞれ異なる一定の方向にＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４が出射するように構成されている。
【０１１２】
このように構成された導光板７１の動作について図１４を用いて説明する。図１４に本実施の形態にかかる液晶表示装置に用いる導光板の概略構成図について示す。図１４（ａ）は主面７２から見た概略構成図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線の断面から見た概略断面図、（ｃ）はＤ−Ｄ線の断面から見た概略断面図を示している。
【０１１３】
図１４（ａ）において、多面体ミラー７４は、導光板７１の主面７２に対向した対向面（図示せず）にマトリックス状に縦と横に多数配置されている。
【０１１４】
また、Ｂ光はＲ光やＧ光と比較して導光板材料となる樹脂材料に対する光の吸収量が大きく、伝搬距離が長くなると光の吸収ロスの影響を受けるため、Ｂ光を長辺側の側面８０から入射させる構成としている。
【０１１５】
このように構成された導光板７１において、Ｒ光７５は側面７８から、Ｇ光７６は側面７９から、Ｂ光７７は側面８０からそれぞれ主面７２に平行に入射する。
【０１１６】
このとき図１４（ｂ）に示すように、Ｂ光７７は主面７２および対向面７３にほぼ平行して導光板７１の中をＢ光７７ａ、７７ｂとして進行する。Ｂ光７７はビームウェストが導光板７１の外側にあるため、Ｂ光７６ａ、７７ｂは平行光に近い状態で伝播するが、実際はやや広がって伝播する。したがって、対向面７３に整列して配置された多面体ミラー７４により、対向面７３に近いＢ光７７ｂの一部が主面７２の方向に反射されＢ光１４として出射する。
【０１１７】
同様に図１４（ｃ）に示すように、Ｒ光７５およびＧ光７６は平行光に近い状態で導光板７１の中をＲ光７５ａ、７５ｂおよびＧ光７６ａ、７６ｂとして伝播するが、実際はやや広がって伝播する。したがって、対向面７３に整列して配置された多面体ミラー７４により、対向面７３に近いＲ光７５ｂおよびＧ光７６ｂの一部が主面７２の方向に反射されＲ光１２およびＧ光１３として出射する。
【０１１８】
図１５は、本実施の形態の液晶表示装置９０の主要部分の概略断面図を示している。液晶表示装置９０は、本実施の形態で説明した導光板７１と、図１０で示した液晶表示パネル１０１を含んで構成されている。ただし実施の形態１および２とＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４の出射する方向が違うため、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の並ぶ順番を変えて図示している。
【０１１９】
図１５に示すように、導光板７１の主面６３から異なる一定の方向に出射したＲ光１２、Ｇ光１３およびＢ光１４は、第１の実施の形態と同様にレンズアレイ２６により集光され、液晶表示パネル１０１のＲＧＢ画素３３に効率よく入射する。
【０１２０】
このような構成とすることにより、高輝度で光の利用効率が高く低消費電力の液晶表示装置がこのような導光板を含む光学系により実現できる。
【０１２１】
なお、実施の形態２および３において、実施の形態１と同様に導光板の主面に対抗する対向面を主面に対して傾けて、レーザ光が入射する側面から遠ざかるにつれて主面に近づくように構成してもよい。
【０１２２】
また、レンズアレイは、シリンドリカルレンズがストライプ状に並んだシート状のレンズを用いてもよく、トーリックレンズが縦と横とに複数個並んだシート状のレンズを用いてもよい。
【０１２３】
なお、導光板への入射光の導入は、導光板の側面に対して入射光を傾けて入射してもよく、入射光の側面に対する入射角を変化させるように入射光を走査して導入してもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明の液晶表示装置は、高輝度・薄型・低消費電力で量産性に富むので大型ディスプレイや高輝度ディスプレイ等のディスプレイ分野で有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の概略構成図で、（ａ）液晶表示装置の概略斜視図（ｂ）液晶表示装置の正面の概略構成図（ｃ）（ｂ）のＡ−Ａ線の断面から見た主要部分の概略断面図
【図２】本発明の実施の形態１にかかる液晶表示装置の主要部分の概略断面図で、（ａ）ＲＧＢ光が垂直に出射する場合の概略断面図（ｂ）Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が効率よく集光される内容を示す概略断面図（ｃ）Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が効率よく集光される内容を示す概略断面図（ｄ）Ｒ光、Ｇ光およびＢ光が効率よく集光される内容を示す概略断面図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる導光板の構成の概略断面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる他の導光板の構成の概略断面図
【図５】図３および図４の導光板をＢの方向から見た概略構成図
【図６】本発明の実施の形態１にかかる他の導光板の構成の概略断面図
【図７】本発明の実施の形態１にかかる入射光の入射方法を示す概略断面図
【図８】本発明の実施の形態１にかかる他の入射光の入射方法を示す概略断面図
【図９】本発明の実施の形態１にかかるレンズアレイの概略斜視図で、（ａ）シート状のシリンドリカルレンズからなるレンズアレイを示す図（ｂ）トーリックレンズが縦と横にマトリックス状に並ぶレンズアレイを示す図（ｃ）トーリックレンズが縦と横にマトリックス状に並ぶレンズアレイを示す図
【図１０】本発明の実施の形態１にかかる拡散板を用いた液晶表示装置の構成の概略断面図
【図１１】本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置に用いる導光板の構成の概略断面図で、（ａ）反射型回折パターンを用いた例を示す図（ｂ）透過型回折パターンを用いた例を示す図
【図１２】本発明の実施の形態２にかかる液晶表示装置の概略断面図
【図１３】本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置の概略斜視図で、（ａ）導光板の概略斜視図（ｂ）（ａ）の破線で囲んだＣの主要な部分を拡大した概略構成図
【図１４】本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置に用いる導光板の概略構成図で、（ａ）主面から見た概略構成図（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線の断面から見た概略断面図（ｃ）（ａ）のＤ−Ｄ線の断面から見た概略断面図
【図１５】本発明の実施の形態３にかかる液晶表示装置の概略断面図
【符号の説明】
【０１２６】
１０，６０，７０，９０ 液晶表示装置
１１，１０１ 液晶表示パネル
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１６，３６ａ，４８，７５，７５ａ，７５ｂ 赤色レーザ光（Ｒ光）
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１７，４９，７６，７６ａ，７６ｂ 緑色レーザ光（Ｇ光）
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１８，３６ｂ，５０，７７，７７ａ，７７ｂ 青色レーザ光（Ｂ光）
１５ 面状照明装置
１９ 赤色レーザ光源（Ｒ光源）
２０ 緑色レーザ光源（Ｇ光源）
２１ 青色レーザ光源（Ｂ光源）
２２，７８，７９，８０ 側面
２３，２３ｂ，６３，７２ 主面
２４，６１，７１ 導光板
２５，６６，８１ 出射位置
２６ レンズアレイ
２７，２８ ダイクロイックミラー
２９，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄ，４７ ＲＧＢ光
３０，８２，８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂ 反射ミラー
３１ 光分配部
３２ ミラー
３３ ＲＧＢ画素
３３Ｂ 青色画素（Ｂ画素）
３３Ｇ 緑色画素（Ｇ画素）
３３Ｒ 赤色画素（Ｒ画素）
３４ レンズ
３５ａ，３６ｂ 眼
３７ プリズムシート
３８，４２，４３，６５ 導光板本体
３９，６４，６９，７３ 対向面
４０ 立上げミラー
４１ 散乱体
４４，４５ レーザ光
４６ レーザ光導入部
５１ 本体主面
５４ 液晶
５５，５６ ガラス板
５７ 拡散板
５８ カラーフィルタ
５９ａ，５９ｂ 偏光板
６２ 反射型回折パターン
６７ プリズム
６８ 透過型回折パターン
７４ 多面体ミラー
１０１ 液晶表示パネル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の配置に対応して設けたレンズアレイと、
少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光を一方の主面から出射して、前記レンズアレイのそれぞれのレンズに対して一定で、かつ色ごとに異なる入射角度で入射させる面状照明装置と、を備え、
前記面状照明装置は、少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光をそれぞれ出射するレーザ光源と、前記赤色、緑色および青色レーザ光を側面から入射し、前記一方の主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する導光板とを含み、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の前記一方の主面からそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、前記レンズによりそれぞれ異なる方向に集光し、それぞれ前記赤色画素、緑色画素および青色画素に入射することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記導光板は、前記主面に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシートを含んで構成され、前記主面と対向する対向面に複数の立上げミラーが形成されて、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の同一の側面から入射して前記対向面の前記立上げミラーにより前記プリズムシートに導かれ、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記導光板は、前記主面に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシートと、散乱体を含む樹脂材料で形成された導光板本体と、からなり、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の同一の側面から入射して前記導光板本体の前記散乱体により前記プリズムシートに導かれ、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記プリズムシートは、前記赤色、緑色および青色レーザ光が入射する方向に対して垂直にストライプ状のプリズムが形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記導光板は、波長選択性の透過型回折パターンが前記主面に形成され、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の同一の側面から入射して前記透過型回折パターンに導かれ、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記導光板は、波長選択性の反射型回折パターンが内側の前記主面と対抗する対向面に形成され、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の同一の側面から入射して前記対向面の前記反射型回折パターンにより、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記導光板の前記対向面は、前記赤色、緑色および青色レーザ光が入射する前記同一の側面から離れるに従い前記主面との距離が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記導光板は、内側の前記主面と対向する対向面に複数の多面体ミラーが形成されて、前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の３つの異なる側面から入射して前記対向面の前記多面体ミラーにより、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記青色レーザ光は、前記導光板の長辺側の側面から入射することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記多面体ミラーは、前記導光板の３つの異なる側面から入射するレーザ光を前記主面の方向に反射する少なくとも３つの反射ミラーを備えることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記レンズアレイは、前記液晶表示パネルの前記赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の幅に対応した幅のシリンドリカルレンズがストライプ状に並んだシート状のレンズであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記レンズアレイは、前記液晶表示パネルの前記赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の横方向の幅に対応した横幅と前記赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の縦方向の幅に対応した縦幅を有するトーリックレンズが縦と横とに複数個並んだシート状のレンズであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記液晶表示パネルの前記ＲＧＢ画素を挟むガラス板のいずれかの外側に隣接して配置された補正板により、前記レーザ光を拡散または偏向して前記液晶表示パネルからの前記レーザ光の出射特性を補正することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、入射角度または入射位置を走査して前記導光板の側面から入射することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記導光板は、前記側面にレーザ光導入部をさらに備え、
前記レーザ光導入部は、前記赤色、緑色および青色レーザ光からなるレーザ光束を分離または広げる光学素子を含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１】
液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の配置に対応して設けたレンズアレイと、
少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光を一方の主面から出射して、前記レンズアレイのそれぞれのレンズに対して一定で、かつ色ごとに異なる入射角度で入射させる面状照明装置と、を備え、
前記面状照明装置は、少なくとも赤色、緑色および青色レーザ光をそれぞれ出射するレーザ光源と、前記赤色、緑色および青色レーザ光を側面から入射し、前記一方の主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射する導光板とを含み、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の前記一方の主面からそれぞれ異なる出射角度で出射したのち、前記レンズによりそれぞれ異なる方向に集光し、それぞれ前記赤色画素、緑色画素および青色画素に入射することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記導光板は、前記主面に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシートを含んで構成され、前記主面と対向する対向面に複数の立上げミラーが形成されて、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の同一の側面から入射して前記対向面の前記立上げミラーにより前記プリズムシートに導かれ、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記導光板は、前記主面に配置された屈折率の波長分散の高い材料からなるプリズムシートと、散乱体を含む樹脂材料で形成された導光板本体と、からなり、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の同一の側面から入射して前記導光板本体の前記散乱体により前記プリズムシートに導かれ、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記プリズムシートは、前記赤色、緑色および青色レーザ光が入射する方向に対して垂直にストライプ状のプリズムが形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記導光板は、波長選択性の透過型回折パターンが前記主面に形成され、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の同一の側面から入射して前記透過型回折パターンに導かれ、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記導光板は、波長選択性の反射型回折パターンが内側の前記主面と対抗する対向面に形成され、
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の同一の側面から入射して前記対向面の前記反射型回折パターンにより、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記導光板の前記対向面は、前記赤色、緑色および青色レーザ光が入射する前記同一の側面から離れるに従い前記主面との距離が小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記導光板は、内側の前記主面と対向する対向面に複数の多面体ミラーが形成されて、前記赤色、緑色および青色レーザ光は、前記導光板の３つの異なる側面から入射して前記対向面の前記多面体ミラーにより、前記主面からそれぞれ異なる出射角度を有して出射することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記青色レーザ光は、前記導光板の長辺側の側面から入射することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記多面体ミラーは、前記導光板の３つの異なる側面から入射するレーザ光を前記主面の方向に反射する少なくとも３つの反射ミラーを備えることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記レンズアレイは、前記液晶表示パネルの前記赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の幅に対応した幅のシリンドリカルレンズがストライプ状に並んだシート状のレンズであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記レンズアレイは、前記液晶表示パネルの前記赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の横方向の幅に対応した横幅と前記赤色画素、緑色画素および青色画素で構成される画素の縦方向の幅に対応した縦幅を有するトーリックレンズが縦と横とに複数個並んだシート状のレンズであることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記液晶表示パネルの前記ＲＧＢ画素を挟むガラス板のいずれかの外側に隣接して配置された補正板により、前記レーザ光を拡散または偏向して前記液晶表示パネルからの前記レーザ光の出射特性を補正することを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記赤色、緑色および青色レーザ光は、入射角度または入射位置を走査して前記導光板の側面から入射することを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記導光板は、前記側面にレーザ光導入部をさらに備え、
前記レーザ光導入部は、前記赤色、緑色および青色レーザ光からなるレーザ光束を分離または広げる光学素子を含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−１０１９１２（Ｐ２０１０−１０１９１２Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６７１９（Ｐ２００７−２６７１９）
【出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【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２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月６日（２００７．２．６）
【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 ]