JP2009229746A - 面発光装置および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度の均一性を向上することができる面発光装置および画像表示装置を提供すること。
【解決手段】面発光装置１０は、レーザ光を出射する少なくとも一つの半導体レーザ光源を含むレーザ光源１と、入射面からレーザ光を導光して出射面から面発光させる導光板８と、レーザ光源１から出射されたレーザ光の強度分布を、導光板８の入射端面８ａの長手方向において略均一な強度分布に変換する強度分布変換部５とを有する。導光板８の入射端面８ａに入射する前記半導体レーザから出射したレーザ光の速軸方向は、導光板８の入射端面８ａの長手方向と一致している。
【選択図】図１

Description

本発明は、面発光装置および画像表示装置に関する。

近年、携帯電話や情報機器などの普及に伴い、薄型で高品位な画面表示装置が要望されている。そして、そのような画面表示装置を実現するために、レーザを光源とした薄型で色再現性の良い液晶表示素子が提案されている（特許文献１、特許文献２）。

特許文献１に記載されたカラー表示素子は、液晶パネルを照明するバックライトを、導光板と、この導光板の任意の面に配置される３原色の各色に対応する複数のレーザ光源と、導光板の内部に配置された乱反射粒子と、導光板の側面および底面に配置された反射板とから構成することにより、色純度の高い光でカラー表示を行うことができるようにしている。

また、特許文献２に記載された平面光源は、レーザ光源の出射光を所定方向に略平行に反射させる反射部材と、この反射部材で反射した反射光を略直角方向に反射させる偏光部材とから構成することにより、１個のレーザ光により簡単な構成でコリメート平面光源を得ることができるようにしている。
特開平１１−２３７６３１号公報 特開２００２−１６９４８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたカラー表示素子においては、略点光源であるレーザを導光板の側面に配置するため、輝度ムラが生じやすいという問題がある。また、特許文献２に記載された平面光源においては、反射部材として反射型体積ホログラム用いているため、製作誤差に敏感であり、輝度の均一性を高くすることが困難であるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、輝度の均一性を向上することができる面発光装置および画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の面発光装置は、レーザ光を出射する少なくとも一つの半導体レーザ光源を含むレーザ光源部と、入射面からレーザ光を導光して出射面から面発光させる導光板と、前記レーザ光源部から出射されたレーザ光の強度分布を、前記導光板の入射面の長手方向において略均一な強度分布に変換する強度分布変換部と、を有し、前記導光板の入射面に入射する前記半導体レーザから出射したレーザ光の速軸方向は、前記導光板の入射面の長手方向と一致している、構成を採る。

本発明の画像表示装置は、上記構成の面発光装置と、前記導光板の出射面側に配置された表示パネルと、を有する構成を採る。

本発明によれば、輝度の均一性を向上することができる。

（実施の形態１）
＜面発光装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る面発光装置の概略構成を示す断面図である。図２は、図１の要部の概略構成を示す図１に垂直な方向の断面図である。

図１および図２に示す面発光装置１０は、レーザ光源部１、ビーム成形部２、色合成プリズム３、折り曲げミラー４、第１非球面レンズ素子５、第２非球面レンズ素子６、シリンドリカルレンズ素子７、および導光板８を有する。なお、ここでは、図１および図２に示すように、導光板８の入射端面８ａの短手方向および長手方向をそれぞれＸ軸およびＹ軸とし、このＸ軸およびＹ軸に直交する方向をＺ軸とする。図１は、面発光装置１０のＸＺ平面に沿う断面図であり、図２は、図１の面発光装置１０のうち第１非球面レンズ素子５から導光板８までのＹＺ平面に沿う断面図である。

図１において、レーザ光源部１は、３原色（赤、緑、青）の各色に対応する波長のレーザ光を出射する３つの半導体レーザ光源（以下単に「半導体レーザ」という）１ａ、１ｂ、１ｃから構成されている。例えば、半導体レーザ１ａは、波長６３５ｎｍの赤色のレーザ光を出射する半導体レーザである。また、半導体レーザ１ｂは、波長５３２ｎｍの緑色のレーザ光を出射する半導体レーザである。また、半導体レーザ１ｃは、波長４５０ｎｍの青色のレーザ光を出射する半導体レーザである。後述するように、半導体レーザ１ａ〜１ｃから出射されるレーザ光は、ビームの拡がり角が大きい方向（速軸方向）と、ビームの拡がり角が小さい方向（遅軸方向）とを有する。本実施の形態では、輝度の均一性を高くするため、導光板８の入射端面８ａに入射するレーザ光の速軸方向と導光板８の入射端面８ａの長手方向とが一致するように半導体レーザ１ａ〜１ｃを配置している。この原理は、後で詳しく説明する。

ビーム成形部２は、レーザ光源部１から出射されたレーザ光を所定のビーム形状に成形するビーム成形レンズ素子２ａ、２ｂ、２ｃから構成されている。レーザ光のビーム成形は、例えば、レーザ光のビーム径および発散角（波面の曲率半径）をそれぞれ所望の値に制御することによって行われる。本実施の形態では、各半導体レーザ１ａ、１ｂ、１ｃに対応してビーム成形レンズ素子２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ設けられている。すなわち、各ビーム成形レンズ素子２ａ〜２ｃは、対応する半導体レーザ１ａ〜１ｃからのレーザ光のビーム径および発散角を所望の値に制御して、そのレーザ光を所定のビーム形状に成形する。例えば、図１の例では、各ビーム成形レンズ素子２ａ〜２ｃは、対応する半導体レーザ１ａ〜１ｃからのレーザ光を、ビーム径がＡである平行ビームに変換している（後述する図３（Ａ）参照）。各半導体レーザ１ａ〜１ｃから出射され対応するビーム成形レンズ素子２ａ〜２ｃによりビーム成形されたレーザ光（平行光）９ａ、９ｂ、９ｃは、色合成プリズム３に入射される。

色合成プリズム３は、レーザ光源部１（半導体レーザ１ａ〜１ｃ）から出射されビーム成形レンズ素子２ａ〜２ｃによりビーム成形されたレーザ光９ａ〜９ｃを合成して、１本のレーザ光９を出射する。この合成されたレーザ光９は、折り曲げミラー４により光路が変更されて（図１の例では、９０°折り曲げられて）、順に、第１非球面レンズ素子５、第２非球面レンズ素子６、シリンドリカルレンズ素子７、および導光板８に入射する。

第１非球面レンズ素子５は、強度分布変換部を構成する強度分布変換素子として機能し、レーザ光源部１から出射されたレーザ光（ここでは、合成されたレーザ光９）の強度分布を、導光板８の入射端面８ａの長手方向において略均一な強度分布に変換する。

具体的には、例えば、第１非球面レンズ素子５は、Ｙ軸方向にのみパワーを有する非球面レンズ素子である（図２参照）。すなわち、第１非球面レンズ素子５は、強度分布がガウス分布であるビーム径Ａの平行ビームのＹ軸方向の強度分布を略均一な強度分布に変換し、第２非球面レンズ素子６へ入射する位置においてビーム幅を導光板８の入射端面８ａの長手方向の幅Ｂに略等しい幅に変換する。図３（Ａ）は、第１非球面レンズ素子５の入射面近傍におけるレーザ光９のＹ軸方向の強度分布の一例を示す図である。図３（Ｂ）は、第２非球面レンズ素子６へ入射する位置におけるレーザ光９のＹ軸方向の強度分布の一例を示す図である。図３（Ａ）および図３（Ｂ）に示すように、第１非球面レンズ素子５は、レーザ光９のＹ軸方向の強度分布を、ビーム径Ａのガウス分布から幅Ｂの均一な分布に変換する。

なお、本実施の形態では、強度分布変換部を構成する強度分布変換素子として非球面レンズ素子を用いているが、これに限定されない。例えば、強度分布変換部を構成する強度分布変換素子として、非球面ミラーを用いることも可能である。

なお、本実施の形態によれば、各半導体レーザ１ａ〜１ｃから出射され対応するビーム成形レンズ素子２ａ〜２ｃによりビーム成形されたレーザ光９ａ〜９ｃは、色合成プリズム３によって１本のレーザ光９に合成されたが、レーザ光９ａ〜９ｃのうち少なくとも一部は、１つのレーザ光に合成されることなく、独立して、対応する強度分布変換素子に入射されてもよい。

第２非球面レンズ素子６も、Ｙ軸方向にのみパワーを有する非球面レンズ素子である（図２参照）。第２非球面レンズ素子６は、導光板８に入射するレーザ光９を導光板８の入射端面８ａの長手方向に対する略平行入射光に変換するためのレンズ素子である。すなわち、第２非球面レンズ素子６は、第１非球面レンズ素子５により発散光にされたレーザ光９を再び平行光に変換する機能を有する。

一方、シリンドリカルレンズ素子７は、Ｘ軸方向にのみパワーを有するレンズ素子である（図１参照）。シリンドリカルレンズ素子７は、導光板８の入射端面８ａの短手方向における発散角を変更するためのレンズ素子である。すなわち、シリンドリカルレンズ素子７は、導光板８に入射するレーザ光９のＸ軸方向を収束光または発散光に変換する機能を有する。

このように、第１非球面レンズ素子５、第２非球面レンズ素子６、およびシリンドリカルレンズ素子７を組み合わせた光学系を設けることにより、導光板８の入射端面８ａに入射するレーザ光９は、Ｙ軸方向における強度分布が略均一になるとともに、Ｘ軸方向が収束光または発散光になり、Ｙ軸方向が略平行光になる。したがって、この光学系を最適化することにより、レーザ光源部１から出射されたレーザ光９を、Ｙ軸方向に略均一な分布で、かつ、導光板８の入射端面８ａの長手方向および短手方向の各幅に合わせて効率的に、導光板８の入射端面８ａに導くことができる。

導光板８は、入射端面８ａからレーザ光９を導光して出射面である前面８ｂからレーザ光を出射して平面状に発光する。導光板８は、例えば、ＰＭＭＡ（アクリル樹脂）やＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）などから形成されている。

また、導光板８は、例えば、前面８ｂに光拡散層が配置され、背面８ｃに反射シートが配置されている。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凹凸を設けたものや、乱反射させる白色インクを前面８ｂ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、微細凹凸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８ｃに金属を蒸着させてもよい。

ここで、導光板８の前面８ｂの拡散度合いの分布は、導光板８の前面８ｂから出射するレーザ光９の輝度が一様になるように形成されている。具体的には、導光板８の前面８ｂに形成される光拡散層は、Ｚ軸方向の輝度を均一にするため、導光板８の入射端面８ａからのＺ軸方向の距離に応じて拡散度合いを変化させた構成を有する。例えば、ここでは、導光板８の入射端面８ａから遠ざかるほど拡散度合いを大きくすることにより、Ｚ軸方向の輝度を均一にしている。

導光板８に入射したレーザ光９は、導光板８の内部を全反射を繰り返しながら伝播しつつ、導光板８の前面８ｂに配置された光拡散層で拡散される。このため、拡散されたレーザ光９のうち導光板８の前面８ｂ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。このレーザ光の成分は、導光板８の前面８ｂから均一に出射する。これにより、導光板８は、平面状に発光する。

なお、本実施の形態では、拡散シートを導光板８の前面８ｂに配置したが、これに限定されない。例えば、拡散シートは、導光板８の背面８ｃに配置してもよい。ただし、この場合、光拡散層は、反射シートよりも前面８ｂ側に配置される。

本実施の形態では、上記のように、輝度の均一性を高くするため、導光板８の入射端面８ａに入射するレーザ光の速軸方向と導光板８の入射端面８ａの長手方向とが一致するように半導体レーザ１ａ〜１ｃを配置している。この原理は、次の通りである。

ここでは、まず、半導体レーザ１ａ〜１ｃの構造について説明する。図４は、半導体レーザの一般的な構造を示す概略図である。なお、本実施の形態では、半導体レーザ１ａ〜１ｃとして、図４に示す一般的な構造の半導体レーザを用いている。

図４に示す半導体レーザは、電極４１、ストライプ４２、酸化膜４３、Ｐ型クラッド層４４、活性層４５、Ｎ型クラッド層４６、基板４７、電極４８、およびレーザ出射面４９を有する。

半導体レーザは、図４に示すように、バンドギャップの小さい活性層４５を、バンドギャップの大きいＰ型クラッド層４４とＮ型クラッド層４６とで挟んだ構造を有する。この構造において、電極４１、４８から順方向に電圧を印加すると、活性層４５に対してＰ型クラッド層４４からは正孔が、Ｎ型クラッド層４６からは電子がそれぞれ注入され、活性層４５の内部に反転分布が形成される。この結果、レーザ出射面４９から図４のＺ軸方向にレーザ光が取り出される。

このとき、図４のＹ軸方向（ストライプ４２の幅方向と直交する方向）は、活性層４５と各クラッド層４４、４６との屈折率の違いから、活性層４５の中に光が閉じ込められるため、Ｙ軸方向の横モードは、活性層４５のＹ軸方向の幅で決定される。通常、活性層４５のＹ軸方向の幅は１〜２μｍに設定され、このＹ軸方向においてレーザ光はシングルモードである。なお、一般に、図４に示すＹ軸方向は、レーザ光（ビーム）の拡がり角が大きく、上記のように「速軸」と呼ばれている。

一方、図４のＸ軸方向（ストライプ４２の幅方向と平行な方向）においては、ストライプ４２の領域にのみ反転分布が生じるため、ストライプ４２の幅Ｃを調整することでＸ軸方向のレーザ光のモードをコントロールする。例えば、横モードをシングルモードにする場合は（シングルモード発振）、ストライプ４２の幅は数μｍに設定される。また、横モードをマルチモードにする場合は（マルチモード発振）、ストライプ４２の幅は数十から数千ミクロンに設定される。なお、一般に、図４に示すＸ軸方向は、レーザ光（ビーム）の拡がり角が小さく、上記のように「遅軸」と呼ばれている。

本実施の形態では、Ｘ軸方向においては、大きなレーザ出力を得るため、ストライプ４２の幅を広げてマルチモード発振させる。すなわち、本実施の形態では、半導体レーザ１ａ〜１ｃから出射されるレーザ光は、Ｙ軸（速軸）方向がシングルモード発振、Ｘ軸（遅軸）方向がマルチモード発振となる。

このとき、本実施の形態では、図４のＹ軸方向と図２のＹ軸方向を一致させるように、つまり、半導体レーザから出射されたレーザ光９の速軸方向と、導光板８の入射端面８ａの長手方向とが、導光板８の入射端面８ａにおいて一致するように、半導体レーザ１ａ〜１ｃを配置する。

このように、半導体レーザから出射されたレーザ光９の速軸方向と導光板８の入射端面８ａの長手方向とを導光板８の入射端面８ａにおいて一致させる理由は、半導体レーザはシングルモードである速軸方向の強度分布が非常に安定しているからである。強度分布が非常に安定しているレーザ光９の速軸方向を導光板８の入射端面８ａにおいてその長手方向と一致させることにより、非常に安定したガウス分布のレーザ光を第１非球面レンズ素子５に入射することができる。

これに対し、遅軸方向をマルチモード発振させた場合、遅軸方向の強度分布は固体差が大きい。また、第１非球面レンズ素子５は、入射するレーザ光９の強度分布がガウス分布でない場合には、変換するレーザ光９の強度分布の均一性も劣化する。

このため、仮に本実施の形態において、図２のＹ軸方向（導光板８の入射端面８ａの長手方向）と図４のＸ軸方向（半導体レーザから出射されたレーザ光９の遅軸方向）とが導光板８の入射端面８ａにおいて一致するように半導体レーザ１ａ〜１ｃを配置した場合は、半導体レーザ１ａ〜１ｃの個体差に基づくレーザ光９のばらつきにより、第１非球面レンズ素子５に入射するレーザ光９の強度分布が変化し、第１非球面レンズ素子５はレーザ光９の強度分布を安定して均一に変換することができない。

そこで、本実施の形態では、図２のＹ軸方向（導光板８の入射端面８ａの長手方向）と図４のＹ軸方向（半導体レーザから出射されたレーザ光９の速軸方向）とが導光板８の入射端面８ａにおいて一致するように半導体レーザ１ａ〜１ｃを配置する。これにより、第１非球面レンズ素子５に入射するレーザ光９の強度分布は、半導体レーザの個体差によるばらつきがない、非常に安定したガウス分布になるため、第１非球面レンズ素子５は、安定してレーザ光９の強度分布を均一に変換することができる。この結果、面光源の輝度の均一性を高くすることができる。

なお、半導体レーザ１ａ〜１ｃの配置は、図１に示すような縦方向の配置に限定されず、横方向に配置してもよい。第１非球面レンズ素子５に入射するレーザ光９の速軸方向と導光板８の入射端面８ａの長手方向とを一致させる配置であれば、半導体レーザ光源１ａ〜１ｃの配置はどのような配置であってもよい。

＜面発光装置の動作＞
次に、上記の構成を有する面発光装置１０の動作について説明する。

まず、半導体レーザ１ａ〜１ｃは、赤色、緑色、および青色のレーザ光９ａ〜９ｃをそれぞれ出射する。半導体レーザ１ａ〜１ｃから出射されたレーザ光９ａ〜９ｃは、対応するビーム成形レンズ素子２ａ〜２ｃにより、ビーム径Ａの平行ビームに変換（ビーム成形）される。ビーム成形後のレーザ光９ａ〜９ｃは、色合成プリズム３により、１本のレーザ光９に合成される。合成後のレーザ光９は、折り曲げミラー４により折り曲げられて、第１非球面レンズ素子５に入射する。

第１非球面レンズ素子５に入射したレーザ光９は、第１非球面レンズ素子５により、強度分布がガウス分布であるビーム径Ａの平行ビームのＹ軸方向の強度分布が略均一な強度分布に変換された後、第２非球面レンズ素子６に入射する。このとき、本実施の形態では、導光板８の入射端面８ａに入射するレーザ光の速軸方向と導光板８の入射端面８ａの長手方向とが一致するように半導体レーザ１ａ〜１ｃを配置しているため、第１非球面レンズ素子５に入射するレーザ光９の強度分布は、半導体レーザの個体差によるばらつきがない、非常に安定したガウス分布になる。このため、第１非球面レンズ素子５は、安定してレーザ光９の強度分布を均一に変換することができる。これは、面光源の輝度の均一性の向上に大きく寄与する。

その後、第２非球面レンズ素子６では、第１非球面レンズ素子５により発散光とされたレーザ光９を再び平行光に変換する。

その後、シリンドリカルレンズ素子７は、レーザ光９のＸ軸方向の平行光を収束光または発散光に変換する。したがって、導光板８の入射端面８ａに入射するレーザ光９は、Ｙ軸方向における強度分布が略均一になるとともに、Ｘ軸方向が収束光または発散光になり、Ｙ軸方向が略平行光になる。

その後、シリンドリカルレンズ素子７から出射したレーザ光９は、導光板８の入射端面８ａから導光板８に入射する。導光板８に入射したレーザ光９は、導光板８の内部を全反射を繰り返しながら伝播しつつ、導光板８の前面８ｂに配置された光拡散層で拡散される。このとき、拡散されたレーザ光９のうち導光板８の前面８ｂ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８の前面８ｂから均一に出射する。これにより、導光板８は、平面状に発光する。

このように、本実施の形態によれば、導光板８の入射端面８ａに入射するレーザ光の速軸方向と導光板８の入射端面８ａの長手方向とが一致するように半導体レーザ１ａ〜１ｃを配置しているため、第１非球面レンズ素子５に入射するレーザ光９の強度分布は、半導体レーザの個体差によるばらつきがない、非常に安定したガウス分布になる。このため、第１非球面レンズ素子５は、安定してレーザ光９の強度分布を均一に変換することができる。この結果、面光源の輝度の均一性の向上を図ることができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る面発光装置について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る面発光装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図５に示す面発光装置５０は、実施の形態１の面発光装置１０とほぼ同様の構成を有する。本実施の形態の特徴は、実施の形態１で説明した半導体レーザ１ｂの代わりに、波長５３２ｎｍのレーザ光を出射するレーザとして、高効率のＳＨＧ（第２高調波発生：second harmonic generation）レーザ５１ｂを用いることである。ＳＨＧレーザ５１ｂのＳＨＧ結晶は、ＫＴＰやＬＢＯ、ＢｉＢｏなどが一般的に用いられる。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加えて、緑色の光源に高効率のＳＨＧレーザ５１ｂを用いるため、消費電力を低減することができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る面発光装置について説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係る面発光装置の要部の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６に示す面発光装置６０は、実施の形態１の面発光装置１０とほぼ同様の構成を有する。本実施の形態の特徴は、実施の形態１で説明した第２非球面レンズ素子６の代わりに、第１非球面レンズ素子５により発散光とされたレーザ光９を再び略平行光に変換する光学系として、図６のＹ軸方向にのみパワーを持つ非球面フレネルレンズ素子６６を用いることである。非球面フレネルレンズ素子６６は、通常の非球面レンズ素子に比べて、レンズ素子の厚さを薄くすることができる。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加えて、非球面フレネルレンズ素子６６を用いるため、レンズ素子の厚さを薄くすることができ、面発光装置の小型化を図ることができる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る面発光装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態４に係る面発光装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７に示す面発光装置７０は、実施の形態１の面発光装置１０とほぼ同様の構成を有する。本実施の形態の特徴は、実施の形態１で説明したシリンドリカルレンズ素子７の代わりに、シリンドリカルフレネルレンズ素子７７を用いることである。シリンドリカルフレネルレンズ素子７７は、図７のＸ軸方向にのみパワーを持ち、レーザ光９を収束光に変換する。シリンドリカルフレネルレンズ素子７７は、シリンドリカルレンズ素子７に比べて、レンズ素子の厚さを薄くすることができる。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加えて、シリンドリカルフレネルレンズ素子７７を用いるため、レンズ素子の厚さを薄くすることができ、面発光装置の小型化を図ることができる。

なお、変形例として、実施の形態３で説明したＹ軸方向にのみパワーを持つ非球面フレネルレンズ素子６６および実施の形態４で説明したＸ軸方向にのみパワーを持つシリンドリカルフレネルレンズ素子７７を同時に用いてもよい。これにより、２つのレンズ素子の厚さを薄くすることができるため、面発光装置の小型化をより一層図ることができる。

（実施の形態５）
次に、実施の形態５に係る面発光装置について説明する。図８は、本発明の実施の形態５に係る面発光装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図８に示す面発光装置８０は、実施の形態１の面発光装置１０とほぼ同様の構成を有する。本実施の形態の特徴は、実施の形態１で説明したシリンドリカルレンズ素子７の代わりに、拡散板８７を用いることである。拡散板８７は、第２非球面レンズ素子６を透過した後のレーザ光９に発散性を与える点で、シリンドリカルレンズ素子７と同様の機能を有する。しかも、拡散板８７は、シリンドリカルレンズ素子７に比べて、厚さを薄くすることができる。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加えて、拡散板８７を用いるため、厚さを薄くすることができ、結果として面発光装置の小型化を図ることができる。

なお、第１非球面レンズ素子５からのレーザ光９を拡散板８７に直接入射するように構成してもよい。これにより、第２非球面レンズ素子６を省略することができるため、面発光装置をさらにコンパクトにすることができる。

また、本実施の形態における拡散板８７と実施の形態４で説明したＸ軸方向にのみパワーを持つシリンドリカルフレネルレンズ素子７７とを同時に用いてもよい。これにより、シリンドリカルフレネルレンズ素子７７を単独で用いる場合に比べて導光板８の入射端面８ａに入射するレーザ光９の発散角をより大きくすることができ、Ｚ軸方向の輝度の均一性をさらに上げることができる。

（実施の形態６）
次に、実施の形態６に係る画像表示装置について説明する。図９は、本発明の実施の形態６に係る画像表示装置の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図９に示す画像表示装置９０は、図１に示す実施の形態１に対応する面発光装置１０と、表示パネル９１とを有する。

表示パネル９１は、導光板８の前面８ｂと対向する位置に配置されている。表示パネル９１は、例えば、公知の液晶パネルであり、図示しない偏光板や液晶セル、カラーフィルタなどから構成されている。

画像表示装置９０は、導光板８の前面８ｂから出射したレーザ光９を表示パネル９１に入射し、表示パネル９１による光の遮断および透過現象を利用して画像を表示する。

このように、本実施の形態によれば、実施の形態１で説明した輝度の均一性が高い面発光装置１０を光源として用いるため、輝度ムラを低減することができる。

なお、表示パネル９１と一緒に使用する面発光装置は、実施の形態１の面発光装置１０に限定されない。

例えば、画像表示装置は、図５に示す実施の形態２に対応する面発光装置５０と、表示パネル９１とを有する構成としてもよい。この場合、輝度の均一性が高い面発光装置５０を光源として用いるため、画像表示装置の輝度ムラを低減することができ、しかも、緑色の光源に高効率のＳＨＧレーザ５１ｂを用いるため、画像表示装置の消費電力も低減することができる。

また、画像表示装置は、図６に示す実施の形態３に対応する面発光装置６０、図７に示す実施の形態４に対応する面発光装置７０、またはこれらの変形例である図示しない上記の面発光装置と、表示パネル９１とを有する構成としてもよい。この場合、輝度の均一性が高い面発光装置６０、７０を光源として用いるため、画像表示装置の輝度ムラを低減することができ、しかも、レンズ素子の厚さを薄くできるため、画像表示装置の小型化を図ることができる。

また、画像表示装置は、図８に示す実施の形態５に対応する面発光装置８０と、表示パネル９１とを有する構成としてもよい。この場合、輝度の均一性が高い面発光装置８０を光源として用いるため、画像表示装置の輝度ムラを低減することができ、しかも、厚さを薄くできるため、画像表示装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る面発光装置および画像表示装置は、輝度の均一性を向上することができる面発光装置および画像表示装置として有用である。また、本発明に係る面発光装置および画像表示装置は、高画質化、小型化、および低消費電力化が望まれる液晶テレビや液晶モニタなどに好適である。

本発明の実施の形態１に係る面発光装置の概略構成を示す断面図 図１の要部の概略構成を示す図１に垂直な方向の断面図 （Ａ）は、図１の第１非球面レンズ素子の入射面近傍におけるレーザ光のＹ軸方向の強度分布の一例を示す図、（Ｂ）は、図１の第２非球面レンズ素子へ入射する位置におけるレーザ光のＹ軸方向の強度分布の一例を示す図 図１の半導体レーザの一般的な構造を示す概略図 本発明の実施の形態２に係る面発光装置の概略構成を示す断面図 本発明の実施の形態３に係る面発光装置の要部の概略構成を示す断面図 本発明の実施の形態４に係る面発光装置の概略構成を示す断面図 本発明の実施の形態５に係る面発光装置の概略構成を示す断面図 本発明の実施の形態６に係る画像表示装置の概略構成を示す断面図

符号の説明

１ａ 赤色半導体レーザ
１ｂ 緑色半導体レーザ
１ｃ 青色半導体レーザ
２ａ、２ｂ、２ｃ ビーム成形レンズ素子
３ 色合成プリズム
４ 折り曲げミラー
５ 第１非球面レンズ素子
６ 第２非球面レンズ素子
７ シリンドリカルレンズ素子
８ 導光板
８ａ 導光板の入射端面
８ｂ 導光板の前面
８ｃ 導光板の背面
９ａ 赤色半導体レーザから出射したレーザ光
９ｂ 緑色半導体レーザから出射したレーザ光
９ｃ 青色半導体レーザから出射したレーザ光
９ 色合成プリズムにより合成されたレーザ光
１０、５０、６０、７０、８０ 面発光装置
４１ 電極
４２ ストライプ
４３ 酸化膜
４４ Ｐ型クラッド層
４５ 活性層
４６ Ｎ型クラッド層
４７ 基板
４８ 電極
４９ レーザ出射面
５１ｂ 緑色ＳＨＧレーザ
６６ 非球面フレネルレンズ素子
７７ シリンドリカルフレネルレンズ素子
８７ 拡散板
９０ 画像表示装置
９１ 表示パネル

Claims (13)

1. レーザ光を出射する少なくとも一つの半導体レーザ光源を含む光源部と、
   入射面からレーザ光を導光して出射面から面発光させる導光板と、
   前記レーザ光源部から出射されたレーザ光の強度分布を、前記導光板の入射面の長手方向において略均一な強度分布に変換する強度分布変換部と、を有し、
   前記導光板の入射面に入射する前記半導体レーザから出射したレーザ光の速軸方向は、前記導光板の入射面の長手方向と一致している、
   面発光装置。
2. 前記レーザ光源部は、
   出射するレーザ光の波長が互いに異なる複数の半導体レーザ光源から構成され、
   前記導光板の入射面に入射する各レーザ光の速軸方向は、前記導光板の入射面の長手方向と一致している、
   請求項１記載の面発光装置。
3. 前記複数の半導体レーザ光源から出射された複数のレーザ光を合成する光合成部、をさらに有し、
   前記強度分布変換部は、
   前記光合成部によって合成されたレーザ光の強度分布を、前記導光板の入射面の長手方向において略均一な強度分布に変換する、
   請求項２記載の面発光装置。
4. 前記レーザ光源部と前記強度分布変換部との間に配置され、前記レーザ光源部から出射されたレーザ光を所定のビーム形状に成形するビーム成形部、
   をさらに有する請求項１記載の面発光装置。
5. 前記強度分布変換部と前記導光板との間に配置され、前記導光板に入射するレーザ光を前記導光板の入射面の長手方向に対する略平行入射光に変換し、および／または、前記導光板の入射面の短手方向における発散角を変更する光学系、
   をさらに有する請求項１記載の面発光装置。
6. 前記レーザ光源部は、
   ３原色の各色に対応する波長のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ光源を有する、
   請求項１記載の面発光装置。
7. 前記レーザ光源部は、
   ３原色のうち赤色と青色に対応する波長のレーザ光を出射する複数の半導体レーザ光源と、緑色に対応する波長のレーザ光を出射する１つ以上のＳＨＧレーザ光源とを有する、
   請求項１記載の面発光装置。
8. 前記強度分布変換部は、
   少なくとも１つ以上の非球面レンズ素子または非球面ミラーから構成されている、
   請求項１記載の面発光装置。
9. 前記光学系は、
   １つのレンズ素子を用いて、前記導光板に入射する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に変換する、
   請求項５記載の面発光装置。
10. 前記光学系は、
    １つのレンズ素子を用いて、前記導光板の入射面の短手方向における発散角を変更する
    請求項５記載の面発光装置。
11. 前記光学系は、
    １つの拡散板を用いて、前記導光板の入射面の短手方向における発散角を変更する、
    請求項５記載の面発光装置。
12. 前記光学系は、
    １つのレンズ素子および１つの拡散板を用いて、前記導光板の入射面の短手方向における発散角を変更する、
    請求項５記載の面発光装置。
13. 請求項１から請求項１２のいずれかに記載の面発光装置と、
    前記導光板の出射面側に配置された表示パネルと、
    を有する画像表示装置。

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