WO2007015402A1 - ディスプレイ装置及び照射装置 - Google Patents

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WO2007015402A1
WO2007015402A1 PCT/JP2006/314768 JP2006314768W WO2007015402A1 WO 2007015402 A1 WO2007015402 A1 WO 2007015402A1 JP 2006314768 W JP2006314768 W JP 2006314768W WO 2007015402 A1 WO2007015402 A1 WO 2007015402A1
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waveguide
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plate
waveguide plate
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Kiminori Mizuuchi
Kazuhisa Yamamoto
Shin-Ichi Kadowaki
Tetsuro Mizushima
Akihiro Morikawa
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a display apparatus using laser light and an irradiation apparatus that performs irradiation with laser light.
  • a display device using a liquid crystal panel requires backlight illumination for illuminating the liquid crystal panel.
  • Conventional display devices used fluorescent tubes and light-emitting diodes (LEDs) as backlight illumination, but fluorescent tubes and LEDs have a very small light use efficiency of several percent because of their large emission point size. Power consumption is great.
  • Patent Document 1 discloses a light emitting display device that performs color display by converting the wavelength of laser light into illumination light of a fluorescent tube using a fluorescent light emitting layer that emits secondary light by excitation light emission with laser light. ing.
  • laser light is used after being fluorescently converted, there is a problem in that power consumption increases due to high electro-optical conversion efficiency.
  • Patent Document 2 As a liquid crystal display device capable of suppressing this power consumption, there is one disclosed in Patent Document 2.
  • Patent Document 2 discloses a configuration in which a surface emitting semiconductor laser chip is arranged for each pixel on the back side of a liquid crystal panel. Further, Patent Document 2 discloses a liquid crystal display device that allows laser light from a light source to enter each pixel through a reflector whose angle of the reflection surface is adjusted so that the laser light is incident on each pixel of the liquid crystal panel. Disclosure!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-302918
  • Patent Document 2 JP 2005-157025 A
  • the liquid crystal display device disclosed in Patent Document 2 can reduce power consumption, but cannot uniformly irradiate the liquid crystal panel with a uniform amount of laser light.
  • the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and a display device that irradiates a liquid crystal panel with a uniform light amount distribution in a plane by laser light, and a light amount that emits laser light uniformly.
  • An object of the present invention is to provide an irradiation apparatus.
  • a display device of the present invention includes a liquid crystal panel, a reflector having a grating structure formed on the surface, and a laser light source that outputs laser light having red, blue, and green wavelength ranges. Then, the laser light output from the laser light source is reflected by the reflecting plate to illuminate the liquid crystal panel.
  • the display device of the present invention may have other configurations.
  • the display device of another configuration includes a liquid crystal panel and a laser light source that outputs laser light having red, blue, and green wavelength ranges.
  • a first waveguide plate that is disposed on the back side of the liquid crystal panel and multi-reflects the laser light; and a laser beam that is disposed on the back side of the first waveguide plate and propagates through the first waveguide plate.
  • a diffusing plate that scatters and emits in the direction of the liquid crystal panel.
  • a reflective film that reflects laser light may be further provided on a side surface of the first waveguide plate.
  • An incident port not surrounded by a reflective film is provided on a part of the side surface of the first waveguide plate,
  • the incident locus may be incident on the first waveguide plate.
  • the area of the entrance may be 1Z1000 or less of the total area of the side surfaces of the first waveguide plate.
  • a plurality of incident apertures are provided, and a film that reflects light other than specific light is formed at the incident aperture, and laser beams having red, blue, and green wavelengths respectively pass through the membrane. They may be incident on different entrances.
  • a wavelength plate for selecting and outputting the wavelength of the laser light emitted from the laser light source may be further provided.
  • a second waveguide plate is further provided on the back surface of the diffusion plate, and the laser light from the laser light source is incident on the second waveguide plate, and the second waveguide plate force is applied to the first waveguide plate. May be incident.
  • the laser light source may modulate the intensity of red, blue, and green laser light in synchronization with the switching of the liquid crystal panel.
  • An optical element that modulates at least one of the polarization, deflection, and focus of the laser beam may be further provided, and at least one of the polarization, deflection, and phase of the laser beam may be temporally changed.
  • the optical element may be formed as a part of the first waveguide plate or the second waveguide plate.
  • a laser light source having wavelengths corresponding to red, blue, and green may have a plurality of light emitting points.
  • the wavelengths of light output from a plurality of light emitting points may be slightly different.
  • the wavelength difference may be 1 nm or more.
  • the laser light source is composed of a plurality of light sources, and the plurality of laser light sources are arranged on the back surface side of the liquid crystal panel with a certain interval or more.
  • the power consumption of each of the plurality of laser light sources is
  • At least one of the plurality of laser light sources has a high frequency superposition
  • the display device may further include a waveguide that propagates the laser light emitted from the laser light source, and may propagate the laser light from the waveguide to the first waveguide plate.
  • the waveguide may be arranged on the side surface side of the first waveguide plate.
  • the waveguide may be disposed on the back side of the first waveguide plate.
  • the waveguide may be formed in a tapered shape.
  • the tapered shape of the waveguide may be curved.
  • the length of the waveguide is preferably longer than the length of the first waveguide plate.
  • a detector for detecting the amount of laser light from the waveguide or the laser light source may be further provided.
  • a diffractive element may be further provided, and the detector may detect the diffracted light of the diffractive element.
  • the display device of the present invention may have another configuration.
  • the display device includes: a liquid crystal panel; a laser light source that outputs laser light having red, blue, and green wavelength ranges; A plurality of first waveguides that are arranged on the back side and transmit laser light output from the laser light source for each wavelength, and a plurality of first waveguides that are arranged on the back side of the plurality of first waveguides.
  • a diffusing plate that scatters the laser beam propagating through the waveguide and outputs it in the direction of the liquid crystal panel
  • It has a plurality of second waveguides provided on the back surface side of the diffusion plate, and the plurality of second waveguides respectively receive red, blue, and green laser beams emitted from a laser light source.
  • the light may be branched for each wavelength and incident on each of the plurality of first waveguides.
  • the plurality of first waveguides are three waveguides that respectively propagate red, green, and blue laser beams. Each waveguide may be folded at both ends of the liquid crystal panel.
  • An irradiation apparatus of the present invention includes a laser light source that outputs a plurality of laser beams having different wavelengths, a waveguide plate that multi-reflects laser light, and a back surface side of the waveguide plate. And a diffusion plate that scatters the laser beam propagating and emits the surface force of the waveguide plate and the laser beam.
  • the irradiation apparatus of the present invention may have other configurations.
  • the irradiation apparatus propagates a laser light source that outputs a plurality of laser beams having different wavelengths and a laser light output from the laser light source for each wavelength.
  • FIG. 1 (a) shows a configuration of a display device according to Embodiment 1 of the present invention, and (b) shows a rectangular diffusion plate.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a display device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a display device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a display device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a display device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a display device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a display device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a display device according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a display device according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a display device according to a tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a display device according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a display device according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a display device according to a thirteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a display device according to a fourteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 (a) shows the configuration of the display device according to the first embodiment of the present invention.
  • the display device of the present embodiment includes a liquid crystal panel 101 and a reflection disposed on the back side of the liquid crystal panel 101.
  • the laser light source 103 is a fiber laser that emits laser light.
  • the reflection plate 102 has a planar shape, reflects the laser light emitted from the laser light source 103, and irradiates the liquid crystal panel 101.
  • a reflective grating structure is formed on the surface of the reflector 102.
  • the grating of this embodiment uses a computer generated hologram obtained by calculating the diffusion shape. This grating is designed so that the distribution of diffused light has a rectangular shape equivalent to that of the liquid crystal panel 101. Therefore, the light distribution in the liquid crystal panel 101 can be made uniform. Since the laser light has a narrow wavelength spectrum, a diffraction element can be used. By forming the grating structure, the diffraction pattern of the laser beam is uniformly irradiated on the liquid crystal panel 101.
  • the liquid crystal panel 101 converts the irradiated laser light into a two-dimensional image.
  • a grating can be used as in this embodiment.
  • the light quantity distribution can be made uniform with a simple optical system, and the liquid crystal panel 101 can be irradiated uniformly.
  • FIG. 1 (b) shows a surface view and a side view of the rectangular diffusion plate 104.
  • the rectangular diffusion plate 104 is formed with a small rectangular convex surface.
  • the light reflected by the surface of the rectangular diffuser 104 becomes rectangular reflected light, and a large number of the reflected light overlaps to realize a rectangular uniform light distribution.
  • By forming a rectangular light distribution uneven brightness of light in the liquid crystal plane is eliminated. Since there is little hologram and unnecessary light, light can be used efficiently.
  • a diffuser plate, a microlens array, or the like is used to make the light amount distribution of the laser light irradiated to the liquid crystal panel 101 uniform. May be.
  • a two-dimensional display device is realized by efficiently emitting laser light from a two-dimensional surface.
  • the electro-optic conversion efficiency of laser light by the laser light source 103 is very high, 20% to 40%.
  • Laser light source 103 has high coherence, so Only the spectrum of light necessary for display can be oscillated. Therefore, it is easy to design the optical system, and the loss at the reflector is small, so that a thin optical system with little loss can be designed.
  • the ability to use light with high color purity makes it possible to use light without waste for red, green, and blue displays, enabling high efficiency and low power consumption. Therefore, a large screen display can be realized.
  • low power consumption and miniaturization are possible, so that it can be applied to displays applied to portable devices.
  • By using laser light color reproducibility is greatly improved and high color display is possible.
  • the color range that can be displayed is significantly wider than the chromaticity range that can be expressed by conventional fluorescent tubes.
  • a filter that transmits only the color of each pixel of the liquid crystal panel 101 on the back surface of the liquid crystal panel 101.
  • Full color display can be realized by selectively transmitting laser light to each pixel through the filter.
  • the output of the RGB laser light may be switched in synchronization with the liquid crystal panel 101. In this case, a high-speed response of the liquid crystal is required, but the liquid crystal pixel is improved three times and a high-density pixel display becomes possible.
  • the laser light source 103 may be a force semiconductor laser or a solid-state laser that was a fiber laser.
  • three laser light sources 103 that respectively emit RGB three colors of laser light are used.
  • light sources that emit other colors may be further used. For example, by adding light sources with different colors and emitting four colors, the chromaticity range that can be expressed can be greatly expanded, and color reproducibility is improved.
  • one reflecting plate 102 is used for thinning the display, but a plurality of reflecting plates 102 may be used.
  • the light quantity distribution of the laser light applied to the liquid crystal panel 101 can be made uniform by multiple reflection by the plurality of reflecting plates 102. This enables a large screen display with a thin optical system.
  • FIG. 2 shows a display device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • Fig. 2 (a) is a side view of the display device
  • Fig. 2 (b) is a front view.
  • the display device of this embodiment is a laser light source that emits green, red, and blue laser beams 209, respectively.
  • waveguide plate 201 that guides laser light 209 of laser light sources 205, 206, and 207 by radiating from the J-plane force, and reflection provided on the side surface around waveguide plate 201
  • a film 211 a microlens array 208 that guides the laser light 209 to the waveguide plate 201, and wavelength selection films 212, 213, and 214 provided between the laser light sources 205, 206, and 207 and the microlens array 208, Equipped with.
  • the display device of the present embodiment is further provided on the back surface of the waveguide plate 201, and a diffusion plate 202 that appropriately scatters the guided light of the waveguide plate 201.
  • a filter 203 provided on the surface of the waveguide plate 201, a liquid crystal panel 204 provided on the surface side of the filter 203 for converting the laser light transmitted through the filter 203 into an image, and an upper surface of the liquid crystal panel 204.
  • a polarizing plate 210 is provided on the back surface of the waveguide plate 201, and a diffusion plate 202 that appropriately scatters the guided light of the waveguide plate 201.
  • the display device of the present embodiment converts the laser light 209 into a two-dimensional color image by the liquid crystal panel 204.
  • a reflective film 211 is provided between the laser light sources 205, 206, 207 and the waveguide plate 201.
  • the wavelength selection film 212 provided in the green laser light source 205 transmits green laser light and reflects red and blue laser lights.
  • the wavelength selection film 213 provided in the red laser light source 206 transmits only the red laser light and reflects the green and blue laser lights.
  • the wavelength selection film 214 provided in the blue laser light source 207 transmits only the blue laser light 209 and reflects the red and green laser lights.
  • Laser light 209 from the laser light sources 205, 206, and 207 is incident on a microphone aperture lens array 208 provided in the waveguide plate 201 through wavelength selection films 212, 213, and 214.
  • Microlens array 208 diffuses laser light 209 incident on waveguide plate 201 in a direction parallel to the main surface of waveguide plate 201.
  • Laser light 209 diffused by the microlens array 208 propagates through the waveguide plate 201.
  • the laser light 209 can be diffused at a short distance, and the scattering intensity of the laser light 209 is uniform in the plane of the waveguide plate 201.
  • the reflection film 211 provided around the waveguide plate 201 is a laser beam incident on the waveguide plate 201. 209 almost totally reflects. The laser beam 209 propagating through the waveguide plate 201 while being totally reflected is a planar light.
  • the laser beam 209 propagating in the waveguide plate 201 is partially scattered toward the surface by the diffusion plate 202 provided on the back surface of the waveguide plate 201.
  • the laser beam 209 scattered in the surface direction is incident on the filter 203.
  • the filter 203 provided on the surface of the waveguide plate 201 transmits only the selected wavelength and reflects other wavelengths. That is, the filter 203 transmits the laser light 209 having a wavelength corresponding to the pixel of the liquid crystal panel 204.
  • the liquid crystal panel 204 modulates the intensity of the laser beam transmitted by the filter 203 and converts it into an image.
  • the laser beam 209 that is reflected by the filter 203 and is not emitted from the liquid crystal panel 204 to the outside propagates through the waveguide plate 201.
  • the laser beam 209 is reflected back by the reflection film 211, and continues to be guided while being subjected to multiple reflections within the waveguide plate 201.
  • the light intensity distribution in the waveguide plate 201 is made uniform. Further, by repeating multiple reflections in the plane of the waveguide plate 201, light is not lost on the side surface of the waveguide plate 201, and light can be used efficiently.
  • the total area of the entrance is 1Z1000 or less of the total area of the side surfaces of the waveguide plate 201.
  • the laser light 209 output from the laser light sources 205, 206, and 207 has a very high emission point of about 100 m and is guided from a very small entrance.
  • Laser light 209 can be incident on the plate 201. Therefore, the area of the entrance can be made extremely small.
  • the entrance area of the coupling between the laser beam 209 and the waveguide plate 201 1% or less with respect to the total area of the side surface of the waveguide plate 201, the loss of the laser beam 209 that repeats multiple reflections from the side surface is greatly increased. Can be reduced.
  • the coupling efficiency with the wave guide plate 201 becomes high efficiency of 95% or more.
  • the coupling area with the wave guide plate is very large. Therefore, if the total reflection on the side surface of the wave guide plate is used, the reflected light is emitted from the light source. Release to the side The loss from being shot was very strong. As in this embodiment, when the laser light sources 205, 206, and 207 are used, the light loss on the side surface of the waveguide plate 201 is 1Z100 or less, which can be significantly reduced.
  • the leakage of laser light of other wavelengths at the entrance can be further reduced, and the utilization efficiency of the laser light is greatly increased. Further, the uniformity of light within the waveguide plate 201 is improved.
  • the thickness of the wave guide plate 201 of the present embodiment is a parallel plate, and the thickness of the force wave guide plate 201 may be a tapered structure.
  • the waveguide plate 201 may be tapered to make the scattering of the laser light 209 uniform.
  • the waveguide plate 201 can be thin.
  • Conventional backlights using fluorescent tubes or LEDs require several millimeters of waveguide plate thickness. This is because the luminous area of the fluorescent tube or LED is as large as mm, and the coupling efficiency with the waveguide plate is greatly reduced if the thickness of the waveguide plate is not sufficiently large.
  • the light emitting surface of the laser light is several m ⁇ several 100 m, which is very small. For this reason, when the thickness direction of the laser active layer is aligned with the thickness direction of the waveguide plate, the emission surface of the laser beam 209 is several / zm, and the waveguide plate 201 is 90% if the thickness is 10 ⁇ m or more.
  • the above high efficiency enables coupling with laser light. Therefore, by using the laser beam 209, the waveguide plate 201 can be thinned. Furthermore, since the light use efficiency is greatly improved, the power consumption can be reduced.
  • the laser light emission end face of laser light sources 205, 206, and 207 and the incident face of waveguide plate 201 be slightly inclined.
  • the reflected light of the end face force of the waveguide plate 201 is fed back to the laser light sources 205, 206, and 207, and the end faces of the laser light sources 205, 206, and 207 are destroyed and the output of the laser light becomes unstable. Can be prevented.
  • the laser beam 209 is obliquely incident on the waveguide plate 201, total reflection is efficiently performed when the total reflection is performed on the side surface of the waveguide plate 201 to achieve uniform light quantity in the waveguide plate 201. Can do.
  • the diffusing plate 202 is provided on the back surface of the waveguide plate 201.
  • the diffusing plate 202 may be formed by directly providing irregularities on the back surface of the waveguide plate 201.
  • the number of components is further reduced, and the cost can be reduced.
  • the diffusion plate 202 can be designed. Since the laser light 209 has high coherence, a diffractive structure using a periodic structure can be used for the pattern of the diffusion plate 202. Therefore, it becomes possible to selectively diffuse only a specific wavelength forward and control the direction of scattering depending on the wavelength of light.
  • the diffusion plate 202 By making the diffusion plate 202 a thin film and making the diffusion wavelength dependent, the desired wavelength can be selectively supplied to each pixel of the liquid crystal panel 204, thereby improving the light utilization efficiency. Furthermore, it can serve as a substitute for the wavelength filter 203 and is effective in reducing the cost.
  • the selection wavelength of the filter 203 is limited to three wavelengths of RGB. Since the spread of each spectrum of the laser beam 209 is a narrow band of about several nm, the selection ratio of the filter 203 for selecting the wavelength can be increased, and the extinction ratio is greatly increased. Further, by using the laser beam 209, the filter 203 can be easily designed, and the cost can be reduced. Furthermore, since the light utilization efficiency is improved, it is possible to drive with low power consumption.
  • the microlens array 208 is used to equalize the amount of light in the waveguide plate 201.
  • Other optical elements may be used.
  • FIG. 3 shows the configuration of the display device according to the third embodiment of the present invention.
  • 3 (a) is a side view of the display device
  • FIG. 3 (b) is a front view
  • FIG. 3 (c) is a back view.
  • the display device of the present embodiment includes a trapezoidal waveguide plate 301 provided on the back surface of the diffusion plate 202, and a right-angle prism that couples the waveguide plate 301 and the waveguide plate 201. And 310.
  • laser light sources 305, 306, and 307 that output green, red, and blue laser beams, respectively, are provided on the ⁇ J plane of the waveguide plate 301, and the laser light sources 305, 306, and 307 have the power
  • the output laser beam 309 is made uniform in the waveguide plate 301.
  • the laser light 309 propagated through the waveguide plate 301 is reflected by the prism 310 and enters the waveguide plate 201.
  • a certain amount of distance is required to make the amount of light in the waveguide plate 201 uniform.
  • the waveguide plate 301 is provided on the back side of the waveguide plate 201, and the laser beam 309 is folded back via the prism 310! /. Therefore, the propagation distance of the laser beam 309 is reduced. It can be secured on the back side of the waveguide plate 201. Therefore, the waveguide plate 201 can be made substantially the same size as the liquid crystal panel 304, and the display device can be miniaturized.
  • the waveguide plates 201 and 301 can be thin films. Therefore, even when the waveguide plate has a two-layer structure, the increase in volume is very small. Further, since the laser beam 309 has high coherence, the scattering loss at the folding prism 310 is also small.
  • the reflective film 211 of Embodiment 2 may be provided around the waveguide plate 301.
  • the multiple reflection of the laser light on the side surface of the waveguide plate 301 makes it possible to further uniform the amount of light and to significantly reduce the loss of the laser beam 309 reflected to the waveguide plate 301 side by the prism 310.
  • the display device in addition to the effects of the second embodiment, the display device can be reduced in size.
  • FIG. 4 shows a display device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • Fig. 4 (a) is a side view of the display device
  • Fig. 4 (b) is a front view
  • Fig. 4 (c) is a back view.
  • the display device according to the present embodiment includes a uniformizing optical system 413 in the waveguide plate 301 that increases the angle of spread of the laser light 309. Thereby, it is possible to further improve the in-plane uniformity S of the laser beam in the waveguide plate 301.
  • the display device of the present embodiment does not include the filter 203 shown in FIG.
  • the provision of the homogenizing optical system 413 and the absence of a filter are different from those of the third embodiment, and other configurations are the same as those of the third embodiment.
  • the laser light sources 305, 306, and 307 are sequentially turned on, and the liquid crystal panel 204 switches the displayed image to an image of each color of RGB in accordance with the switching. Thereby, a full color display is realized.
  • the liquid crystal panel 204 switches the displayed image to an image of each color of RGB in accordance with the switching.
  • the intensity of the laser light sources 305, 306, and 307 is modulated in accordance with the luminance of the image to be expressed. Thereby, power consumption can be reduced.
  • high-speed intensity modulation is difficult, but in the case of laser light, intensity modulation is easy.
  • the power required for the emission of the laser beam 309 can be significantly reduced.
  • conventional LEDs were used as liquid crystal knocklights, it was difficult to control the intensity of multiple LEDs, and the change in color due to the intensity was large.
  • the laser light 309 can easily control the intensity gradation, and thus can reduce power consumption.
  • FIG. 5 shows the configuration of the display device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 (a) is a side view of the display device
  • Fig. 5 (b) is a front view
  • Fig. 5 (c) is a back view.
  • a plurality of waveguides 501a are provided instead of the waveguide plate 201 shown in FIG. 4 of the fourth embodiment
  • a plurality of branching waveguides 501b are provided instead of the waveguide plate 301.
  • the prism 310 is not provided.
  • the present embodiment is the same as the configuration of the fourth embodiment.
  • the waveguide plate 201 of the second to fourth embodiments generates planar light, but this embodiment includes a waveguide 501a and a branching waveguide 501b, thereby generating line-shaped light.
  • the plurality of branching waveguides 501b are provided on the back surface side of the diffusion plate 202, and extend from the laser light sources 305, 306, and 307 to the waveguide 501a so as to form a trapezoidal shape! / Speak.
  • Light from the laser light sources 305, 306, and 307 is branched for each wavelength by a plurality of branching waveguides 501b and is incident on each of the waveguides 501a.
  • the plurality of waveguides 501a are provided between the liquid crystal panel 204 and the diffusion plate 202 as shown in FIG. 5 (a). As shown in FIG. 5B, each waveguide 501 a has a shape extending in the width direction of the liquid crystal panel 204 and is arranged in parallel in the longitudinal direction of the liquid crystal panel 204. Multiple waveguides 501a are red, green, or blue, branched by branching waveguide 501b The laser beam is guided for each wavelength. The laser light propagating in the waveguide 501a is scattered by the diffusion plate 202 provided on the back surface of the waveguide 50la, and a part of the RGB light scattered by the diffusion plate 202 is each pixel of the liquid crystal panel 204. To be supplied. As a result, a full-color image is constructed.
  • the laser light is branched for each wavelength by the branching waveguide 501b and guided to the waveguide 501a. Therefore, it is not necessary to provide a filter for selecting the wavelength.
  • the branching of the guided light to the waveguide 501a may be performed by a plastic fiber instead of the branching waveguide 501b.
  • the laser beam branched by the plastic fiber may be guided to the branching waveguide 501b.
  • FIG. 6 shows the configuration of the display device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • Fig. 6 (a) is a side view of the display device
  • Fig. 6 (b) is a front view
  • Fig. 6 (c) is a back view.
  • a diffusion plate 612 is provided between the laser light sources 305, 306, 307 and the waveguide plate 301.
  • Other configurations of the present embodiment are the same as those of the third embodiment.
  • the position of the diffusion plate 612 is changed with time. For example, the diffusion plate 612 is mechanically moved. Alternatively, the diffusion state is changed by electrically moving the particles in the diffusion plate 612. As a result, the interference pattern changes. When the interference pattern changes over time, the interference pattern appears to overlap with the human eye, and as a result, the interference pattern becomes invisible. Thus, speckle noise can be reduced by temporally changing the phase of the guided light.
  • FIG. 7 shows the configuration of the display device according to the seventh embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 (a) is a side view of the display device
  • Fig. 7 (b) is a front view
  • Fig. 7 (c) is a back view.
  • the display device of this embodiment has another configuration for reducing speckle noise.
  • a liquid crystal element 713 is provided in a waveguide plate 301, and the liquid crystal element The refractive index of 713 is changed with time.
  • Other configurations of the present embodiment are the same as those of the third embodiment.
  • the liquid crystal element 713 in the waveguide plate 301 By providing the liquid crystal element 713 in the waveguide plate 301, the power density of the laser light can be reduced, so that damage to the liquid crystal is reduced and reliability is improved. Furthermore, by applying an electric field from above and below the waveguide plate 301, the refractive index of the liquid crystal element 713 can be controlled, and speckle noise can be removed with a simple configuration.
  • the liquid crystal element 713 may be provided between the waveguide plate 301 and the laser light sources 305, 306, and 307 instead of being provided in the waveguide plate 301. Further, it may be provided in the waveguide plate 201. Further, by providing the liquid crystal element 713 in the waveguide 501a or the branching waveguide 501b in FIG. 5, the effect of reducing speckle noise can be obtained.
  • liquid crystal element 713 may be an optical element that modulates at least one of polarization, deflection, and focus of laser light.
  • FIG. 8 shows a display device having still another configuration for reducing speckle noise.
  • 8 (a) is a side view of the display device
  • FIG. 8 (b) is a front view
  • FIG. 8 (c) is a back view.
  • the display device according to this embodiment includes a plurality of laser light sources 805 that emit red, green, and blue laser beams for each wavelength, and the waveguide plate 301 receives laser beams from the plurality of laser light sources 805. Incident.
  • the plurality of laser light sources 805 are configured to have slightly different wavelengths. This further reduces speckle noise.
  • the difference in wavelength is preferably 0, 2 nm or more. Or more than lnm away.
  • a display device with high luminance can be realized even if the intensity of one laser beam is small.
  • the intensity of laser light emitted from one laser light source 805 can be lowered, and the life of the laser light source 805 is greatly increased.
  • the laser light source 805 a multi-array semiconductor laser, a stack of multi-array semiconductor lasers, or a structure having a plurality of laser chips can be used.
  • the oscillation spectrum of the laser is broadened by superimposing a high frequency on the drive current. Since the coherence can be reduced by expanding the spectrum, speckle noise can be reduced.
  • the plurality of laser light sources 805 are arranged apart from each other by about 10 mm or more.
  • the laser light source 805 requires several watts of output, and the power consumption of the laser light source 805 requires close to 10 W for each color.
  • semiconductor lasers have a noticeable decrease in output during high-temperature operation, and the lifetime is reduced by operating at high temperatures. For this reason, it is preferable to use the semiconductor laser at an operating temperature of 60 ° C or lower.
  • the thermal interference with the adjacent laser light sources can be greatly reduced by arranging the laser light sources at a distance of about 10 mm or more.
  • the semiconductor laser light source has a small light emitting area, thermal interference with the adjacent laser light source can be greatly reduced by suppressing the power consumption per light source to 2 W or less, preferably 1 W or less.
  • the laser light source 805 is arranged separately on the back side of the liquid crystal panel 204, and the power consumption of each laser light source 805 is suppressed to about 1W or less, so that the heat radiation effect is improved and the operating temperature of the laser light source is increased. Can be kept below 60 ° C. Therefore, the semiconductor laser can be driven by air cooling, and high reliability can be realized. [0098] (Embodiment 9)
  • FIG. 9 shows the configuration of the display device according to the ninth embodiment of the present invention.
  • the display device of this embodiment includes a liquid crystal panel 901, a tube-type waveguide 903 provided on the back surface of the liquid crystal panel 901, and an RGB light source 90 2 that is a laser light source provided at one end of the waveguide 903. And.
  • the waveguide 903 includes three waveguides that guide the red, green, and blue laser beams from the RGB light source 902, respectively.
  • the waveguide 903 is configured to be folded at both ends of the liquid crystal panel 901.
  • a diffusion plate (not shown) is formed on the back side of the waveguide 903, and the laser light guided in the waveguide 903 is scattered to the liquid crystal panel 901 side.
  • the RGB light source 902 sequentially turns on the RGB laser light and switches the liquid crystal screen, thereby realizing a high-quality image.
  • a wavelength plate may be provided in the liquid crystal panel 902 so that light having a desired wavelength is supplied to each pixel.
  • FIG. 10 shows the configuration of the display device according to the tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 (a) is a schematic side view of the display device
  • FIG. 10 (b) is a front view
  • FIG. 10 (c) is a side view in which a portion of the waveguide plate 201 is extracted.
  • the waveguide plate 201, the diffusion plate 202, the filter 203, the liquid crystal panel 204, and the polarizing plate 210 shown in FIG. 10 (a) are the same as those in the second embodiment shown in FIG. 2 (a). It is.
  • the display device of this embodiment includes a waveguide 1001 on the side surface in the longitudinal direction of the waveguide plate 201, and the side surface in the longitudinal direction of the waveguide 1001.
  • a diffusion plate 1008 is provided on the side.
  • laser light sources 1005, 1006, and 1007 are provided on the side surface J in the width direction of the waveguide 1001.
  • the laser light 1009 in which the side force of the waveguide 1001 is also incident propagates through the waveguide 1001 without being totally reflected, is diffused by the diffusion plate 1008, and the diffused light propagates through the waveguide plate 201 To do. Thereby, the laser beam 1009 propagating through the waveguide 1001 is made uniform.
  • the optical system for uniformizing the laser beam 1009 can be downsized.
  • FIG. 11 shows the configuration of the display device according to the eleventh embodiment of the present invention.
  • 11 (a) is a schematic side view of the display device
  • FIG. 11 (b) is a front view
  • FIG. 11 (c) is a part of a side view including the waveguide plate 201.
  • the waveguide 1101 is disposed on the back surface of the waveguide plate 201 via the diffusion plate 202, and the waveguide plate is formed by the right-angle prism 310. 201 and the waveguide 1101 are connected.
  • a diffusion plate 1108 is provided on the side surface of the waveguide 1101 in the longitudinal direction.
  • Other configurations of the present embodiment are the same as the configurations shown in the tenth embodiment.
  • Laser light sources 1005, 1006, and 1007 that emit green, red, and blue laser light 1009 are provided on the side surface of the waveguide 1101 in the width direction.
  • the laser light 1009 incident on the side surface in the width direction of the waveguide 1101 propagates through the waveguide 1101 while being totally reflected, and is diffused by the diffusion plate 1108.
  • the laser light 1009 diffused by the diffusion plate 1108 passes through the prism 310 and propagates through the waveguide plate 201.
  • the size can be further reduced as compared with the display device shown in FIG.
  • the waveguide plate 201 and the waveguide 1101 are connected by the right-angle prism 310.
  • the right-angle prism instead of providing 310, the waveguide plate 201 and the waveguide 1101 may be directly connected.
  • the degree of freedom in shape increases, so that wiring becomes easy, and cost and size can be reduced. This is particularly effective when this configuration is used for portable devices that require miniaturization.
  • the waveguide 1101 but also the waveguide plate 201 itself can be formed of a flexible material having an organic material force. By using flexible materials, the shape of the display can be changed freely, so it can be used for future wearable displays.
  • FIG. 12 shows the configuration of the display device according to the twelfth embodiment of the present invention.
  • 12 (a) is a schematic side view of the display device
  • FIG. 12 (b) is a front view
  • FIG. 12 (c) is a side view in which a portion of the layer of the waveguide plate 201 is extracted.
  • the shape of the waveguide 1201 is tapered.
  • Other configurations of the present embodiment are the same as those of the tenth embodiment.
  • the taper is It is formed so that the incident part (the left side of Fig. 12 (b)) of the light 1009 becomes narrower (the propagation direction) (the direction toward the right side of Fig. 12 (b)) becomes farther away from the wider incident part.
  • the diffusion plate 1208 is provided on the side surface in the longitudinal direction of the waveguide 1201 so as to follow the tapered waveguide 1201.
  • the amount of radiation from the waveguide 1201 to the waveguide plate 201 can be made constant by making the waveguide 1201 tapered. By making the waveguide 1201 into a taper shape, the distribution of light propagating from the waveguide 1201 to the waveguide plate 201 can be made uniform.
  • FIG. 13 shows a configuration of a display device according to the thirteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 (a) is a schematic side view of the display device
  • FIG. 13 (b) is a front view
  • FIG. 13 (c) is a side view in which a portion of the waveguide plate 201 is extracted.
  • the shape of the waveguide 1301 is a curved taper.
  • the shape of the tapered curved surface is determined based on the combination of the diffusion coefficient of the diffusion plate 1308 and the taper shape so that the amount of laser light 1009 emitted to the waveguide plate 201 is uniform.
  • the diffusion into the waveguide plate 201 can be made more uniform.
  • the diffusion plate 1308 is provided on the side surface in the longitudinal direction of the waveguide 1301 having a curved taper.
  • the surface roughness of the diffusing plate 1308 is formed so as to change in the propagation direction. As a result, the amount of diffusion to the waveguide plate 201 can be adjusted, and the amount of light can be made uniform.
  • the length of the waveguide 1301 in the longitudinal direction is longer than the length of the waveguide plate 201 in the longitudinal direction.
  • the light emitted from the laser light sources 1005, 1006, and 1007 is made uniform while being reflected by the side surface of the waveguide 1301, but a waveguide distance is required to make the light uniform.
  • the laser light in the waveguide 1301 can be made uniform.
  • the display device of this embodiment includes a mirror 1304 on the side surface of the waveguide 1301 where the waveguide 1301 is longer than the waveguide plate 201.
  • the mirror 1304 By providing the mirror 1304, the waveguide Light loss due to leakage from 201 is reduced, so that power consumption can be reduced.
  • This embodiment is the same as FIG. 12 of the twelfth embodiment except that the waveguide 1301 has a curved taper and a mirror 1304 is provided.
  • the waveguides 1201 and 1301 are provided on the side surfaces in the longitudinal direction of the waveguide plate 201. However, as in the eleventh embodiment, the waveguides 1201 and 1301 are provided. May be provided on the back side of the waveguide plate 201 to reduce the surface area of the display device.
  • Figure 14 shows a configuration for monitoring laser light.
  • 14 (a) is a schematic side view of the display device
  • FIG. 14 (b) is a front view
  • FIG. 14 (c) is a side view in which a layer portion of the waveguide plate 201 is extracted.
  • the display device of this embodiment includes detectors 1405 and 1406 that detect the amount of laser light, a diffraction element 1402 that separates RGB light, and detection results of detectors 1405 and 1406. And a drive circuit 1403 for controlling the light intensity of the laser light source based on the above.
  • the stability of the light intensity is improved. It is important to adjust the RGB light quantity ratio as the wavelength changes.
  • the in-plane uniformity of light can be realized by using the configuration according to the first to thirteenth embodiments.
  • a detector 1406 is provided on the side surface of the waveguide 1301, and the intensity of the wavelength of light on the output side of the waveguide 1301 is monitored. Is fed back to the display device drive circuit 1403 to control the light intensity to be stable.
  • a wavelength filter or a diffraction element may be provided in front of the detector 1406, and the detector 1406 may detect the intensity of each of the RGB wavelengths of the laser light.
  • the detector 1406 may be provided in a part of the waveguide 1301 or may be provided outside the waveguide 1301. When the detector 1406 is provided outside, it is effective for uniformizing the amount of guided light. Uniform distribution of light propagating in waveguide 1301 using multiple laser sources In this case, it is necessary to control the output of each light source so that the light distribution becomes uniform.
  • the in-plane uniformity of the guided light can be controlled. By controlling the light quantity of each of the plurality of laser light sources so as to make the monitor light quantity uniform, the in-plane uniformity of the light quantity of the guided light is improved.
  • the laser light sources 1005, 1006, and 1007 may be provided with a photodiode, and a constant output may be obtained by a feedback circuit to stabilize the output.
  • the wavelength of light may vary depending on the external environment.
  • wavelength variation occurs, for example, the color reproducibility realized by the balance of each RGB light quantity deteriorates.
  • the intensity ratio of each RGB light varies depending on the wavelength variation.
  • the display device of this embodiment monitors the wavelengths of the laser light sources 1005, 1006, and 1007 by the detector 1405, and controls the RGB intensity ratio for color reproducibility according to the wavelength variation. .
  • a diffractive element 1402 is provided at a position opposite to the waveguide 1301 with respect to the laser light sources 1005, 1006, and 1007 J (left side in Fig. 14 (b)), and a position behind the diffractive element 1402
  • a detector 1405 for detecting a wavelength shift of the laser light source is provided.
  • the detector 1405 detects each of the RGB lights separated by the diffraction element 1501 by utilizing the fact that the diffraction of light by the diffraction element 1402 differs depending on the wavelength.
  • the drive circuit 1403 controls the light intensity of the laser light sources 1005, 1006, and 1007 so that the light quantity ratio of each light source becomes constant.
  • the drive circuit 1403 of the display device of the present embodiment adjusts the laser power or controls the transmittance of the liquid crystal according to the wavelength variation of the laser light detected by the detector 1405. To do. Thereby, color reproducibility can be improved.
  • the wavelength detector 1405 is provided with a force waveguide 1301 or a waveguide provided at a position opposite to the waveguide 1301 with respect to the laser light sources 1005, 1006, and 1007.
  • the corrugated plate 201 may be provided.
  • detectors 1405 and 1406 are provided is not limited to the present embodiment, and the configurations shown in Embodiments 10 to 12 can also be applied.
  • the display device described in Embodiments 1 to 14 displays an image using a laser light source, a high-definition, high-color image can be realized.
  • the display device of the present invention is useful for a large liquid crystal display.
  • By connecting the laser irradiation means including the laser light source to a screen such as the liquid crystal panel 204 and limiting the irradiation direction it is possible to completely prevent the laser light from being directly irradiated in addition to the screen. This makes it possible to ensure safety even when the display device of the present embodiment is applied to mopile applications.
  • a small, highly portable, low power consumption and safe display device can be realized.
  • the configuration excluding the filter 203 and the liquid crystal panel 204 from the configuration of the display device described in Embodiments 1 to 14 constitutes a planar irradiation device.
  • the force irradiation device described in the case where the irradiation device is a knock of a liquid crystal display can be used in addition to the backlight.
  • the irradiation device can be used as a lighting device. For example, by using a planar irradiation device for a wall or ceiling in a room, a lighting device with low power consumption can be realized. Furthermore, it is possible to realize a white color temperature and a full-color illumination device by changing the intensity distribution with light of the RGB wavelength.
  • an illuminator that suppresses speckle noise can be realized. Furthermore, by superimposing a high frequency on the light source, it is possible to reduce the coherence of the laser light and reduce speckle noise.
  • speckle noise can be reduced by providing a plurality of laser light sources 805 in an illuminating device and irradiating the waveguide plate with light having different light emission points. Further, as shown in FIG.
  • the irradiation apparatus includes a tube-type flexible waveguide 903, an irradiation surface, an irradiation pair, and an irradiation area having an arbitrary shape can be realized. Further, as shown in FIG. 11, the waveguide 1101 and the waveguide plate 201 are assembled. In addition, it is also possible to configure a planar irradiation device. Since the irradiation apparatus of the present invention can realize planar light with low power consumption, its practical effect is great.
  • the display device of the present invention can irradiate a liquid crystal panel with a uniform light amount distribution! It has a long-lasting effect and is useful for large display devices and portable display devices.
  • the irradiation device of the present invention has an effect that it can be irradiated with a uniform light amount distribution, and is useful for an illumination device or the like.

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Abstract

　レーザ光を用いて均一な光量分布で液晶パネルを照射するディスプレイ装置及び均一な光量分布によるレーザ光を照射する照射装置を提供する。 　ディスプレイ装置は、液晶パネル２０４と、緑、赤、及び青色の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源２０５、２０６、２０７と、液晶パネル２０４の裏面側に配置され、レーザ光を多重反射させる導波板２０１と、導波板２０１の裏面側に配置され、導波板２０１が伝搬するレーザ光を散乱して、液晶パネル２０４の方向に出射する拡散板２０２と、を備える。

Description

明 細 書
ディスプレイ装置及び照射装置
技術分野
[0001] 本発明は、レーザ光を用いたディスプレイ装置及びレーザ光による照射を行う照射 装置に関する。
背景技術
[0002] 液晶パネルを用いたディスプレイ装置は、液晶パネルを照射するバックライト照明を 必要とする。従来のディスプレイ装置は、蛍光管や発光ダイオード (LED)をバックラ イト照明として用いていたが、蛍光管や LEDは、発光点サイズが大きぐ光の利用効 率が数％程度と非常に小さいため、消費電力が大きい。
[0003] そこで、近年、低消費電力化及び低コストィ匕を実現するために、光の利用効率が高 いレーザ光をバックライト照明として用いるディスプレイ装置が開発されてきている。
[0004] 例えば、特許文献 1は、レーザ光による励起発光により 2次発光する蛍光発光層を 用いて、レーザ光を蛍光管の照明光に波長変換することでカラー表示する発光表示 装置を開示している。し力しながら、レーザ光を蛍光変換して用いる場合は、電気— 光変換効率が高くな 、ために、消費電力が増大すると 、う問題がある。
[0005] この消費電力を抑制できる液晶表示装置として、特許文献 2に開示のものがある。
特許文献 2は、面発光型半導体レーザチップを液晶パネルの背面側に画素毎に配 列する構成を開示している。さらに、特許文献 2は、液晶パネルの各画素にレーザ光 が入射されるように反射面の角度を調整された反射板を介して、光源からのレーザ光 を各画素に入射する液晶表示装置を開示して!/、る。
特許文献 1：特開 2003— 302918号公報
特許文献 2 :特開 2005— 157025号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、特許文献 2に示された液晶表示装置は、消費電力を抑えることはで きるが、レーザ光の光量を均一にして、液晶パネルに照射することができない。 [0007] 本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、レーザ光による面内の光量分 布を均一にして液晶パネルに照射するディスプレイ装置、及びレーザ光の光量を均 一にして照射する照射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
[0008] 本発明のディスプレイ装置は、液晶パネルと、表面にグレーティング構造を形成さ れた反射板と、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、 を有し、レーザ光源から出力されるレーザ光を反射板で反射して、液晶パネルを照 射する。
[0009] 本発明のディスプレイ装置は他の構成を有しても良ぐ他の構成のディスプレイ装 置は、液晶パネルと、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ 光源と、液晶パネルの裏面側に配置され、レーザ光を多重反射させる第 1の導波板 と、第 1の導波板の裏面側に配置され、第 1の導波板が伝搬するレーザ光を散乱して 、液晶パネルの方向に出射する拡散板と、を備える。
[0010] 第 1の導波板の側面に、レーザ光を反射する反射膜をさらに備えても良い。
[0011] 第 1の導波板の側面の一部に反射膜で囲まれていない入射口を設け、レーザ光は
、入射ロカ 第 1の導波板に入射されても良い。
[0012] 入射口の面積は、第 1の導波板の側面の総面積の 1Z1000以下であっても良い。
[0013] 入射口は複数個設けられ、入射口には、特定の光以外の光を反射する膜が形成さ れ、赤、青、緑の波長をそれぞれ持つレーザ光は、膜を介して、それぞれ異なる入射 口に入射されても良い。
[0014] 液晶パネルと第 1の導波板との間に、レーザ光源から出射されるレーザ光を波長選 択して出力する波長板をさらに備えても良い。
[0015] 拡散板の裏面に第 2の導波板をさらに備え、レーザ光源のレーザ光を第 2の導波 板に入射し、第 2の導波板力 第 1の導波板にレーザ光を入射しても良い。
[0016] レーザ光源は、赤、青、緑色のレーザ光の強度を液晶パネルのスイッチングと同期 して変調しても良い。
[0017] レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも 1つを変調する光学素子をさらに備え、レ 一ザ光の偏光、偏向、位相の少なくとも 1つを時間的に変化させても良い。 [0018] 光学素子が第 1の導波板または第 2の導波板の一部として形成されても良い。
[0019] 赤、青、緑に対応する波長を有するレーザ光源は、複数の発光点を有しても良い。
[0020] 複数の発光点から出力される光の波長が僅かに異なっていても良い。
[0021] 波長の差が lnm以上であっても良い。
[0022] レーザ光源は複数の光源で構成され、複数のレーザ光源は、液晶パネルの裏面側 に、一定以上の間隔を有して配置され、複数のレーザ光源のそれぞれの消費電力は
2Wを越えな!/、ことが好まし!/、。
[0023] 複数のレーザ光源の少なくとも 、ずれかが高周波重畳されて!、ても良!、。
[0024] ディスプレイ装置は、レーザ光源力 出射されるレーザ光を伝搬する導波管をさら に有し、レーザ光を導波管から第 1の導波板に伝搬しても良い。
[0025] 導波管は、第 1の導波板の側面側に配置されても良い。
[0026] 導波管は、第 1の導波板の裏面側に配置されても良い。
[0027] 導波管はテーパ状に形成されても良い。
[0028] 導波管のテーパ状は、曲線状であっても良い。
[0029] 導波管の長さが、第 1の導波板の長さより長いことが好ましい。
[0030] 導波管またはレーザ光源のレーザ光の光量を検出する検出器をさらに備えても良 い。
[0031] 回折素子をさらに備え、検出器は、回折素子の回折光を検出しても良い。
[0032] 本発明のディスプレイ装置はさらに他の構成であっても良ぐディスプレイ装置は、 液晶パネルと、赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、 液晶パネルの裏面側に配置され、レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝 搬する複数の第 1の導波管と、複数の第 1の導波管の裏面側に配置され、複数の第 1の導波管が伝搬するレーザ光を散乱して、液晶パネルの方向に出力する拡散板と
、を備えても良い。
[0033] 拡散板の裏面側に設けられた複数の第 2の導波管を有し、複数の第 2の導波管は 、レーザ光源から出射される赤、青、緑の各レーザ光を波長毎に分岐して、複数の第 1の導波管のそれぞれに入射しても良い。
[0034] 複数の第 1の導波管は、赤、緑、青色のレーザ光をそれぞれ伝搬する 3つの導波管 で構成され、各導波管は液晶パネルの両端で折り返す構成であっても良 、。
[0035] 本発明の照射装置は、波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、レ 一ザ光を多重反射させる導波板と、導波板の裏面側に配置され、導波板が伝搬する レーザ光を散乱して、導波板の表面力 レーザ光を出射させる拡散板と、を備えても 良い。
[0036] 本発明の照射装置は、他の構成であっても良く、照射装置は、波長の異なる複数 のレーザ光を出力するレーザ光源と、レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎 に伝搬する複数の導波管と、複数の導波管の裏面側に配置され、複数の導波管が 伝搬するレーザ光を散乱して、導波管の表面力 レーザ光を出射させる拡散板と、を 備える。
発明の効果
[0037] 本発明によれば、レーザ光の光量分布を均一化して液晶パネルに照射するデイス プレイ装置、及びレーザ光を均一化して照射する照射装置を実現できる。
図面の簡単な説明
[0038] [図 1] (a)は本発明の実施形態 1のディスプレイ装置の構成を示し、（b)は矩形拡散 板を示す図
[図 2]本発明の実施形態 2のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 3]本発明の実施形態 3のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 4]本発明の実施形態 4のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 5]本発明の実施形態 5のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 6]本発明の実施形態 6のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 7]本発明の実施形態 7のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 8]本発明の実施形態 8のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 9]本発明の実施形態 9のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 10]本発明の実施形態 10のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 11]本発明の実施形態 11のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 12]本発明の実施形態 12のディスプレイ装置の構成を示す図
[図 13]本発明の実施形態 13のディスプレイ装置の構成を示す図 [図 14]本発明の実施形態 14のディスプレイ装置の構成を示す図
符号の説明
[0039] 101、 204、 901 液晶パネル
102 反射板
103、 205、 206、 207、 305、 306、 307、 805、 902、 1005、 1006、 1007 レ 一ザ光源
201、 301 導波板
202、 612、 1208、 1308 拡散板
203 フィルタ
208 マイクロレンズアレイ
209 レーザ光
211 反射膜
212、 213、 214 波長選択膜
310 プリズム
413 均一化光学系
501a、 903、 1001、 1101、 1201、 1301 導波管
501b 分岐導波管
713 液晶素子
1304 ミラー
1402 回折素子
1403 駆動回路
1405、 1406 検出器
発明を実施するための最良の形態
[0040] 以下、本発明を実施するための最良の形態を具体的に示した実施形態について、 図面を参照して説明する。
[0041] (実施形態 1)
図 1 (a)に、本発明の実施形態 1のディスプレイ装置の構成を示す。本実施形態の ディスプレイ装置は、液晶パネル 101と、液晶パネル 101の裏面側に配置される反射 板 102と、赤色 (R)、緑色 (G)、青色 (B)のレーザ光を反射板 102にそれぞれ出射 するレーザ光源 103とを有する。
[0042] レーザ光源 103は、レーザ光を出射するファイバーレーザである。反射板 102は、 平面状であり、レーザ光源 103から出射されるレーザ光を反射して、液晶パネル 101 に照射する。反射板 102の表面に、反射型のグレーティング構造が形成される。本実 施形態のグレーティングは、拡散形状を計算で求めた計算機ホログラムを用いる。こ のグレーティングは、拡散した光の分布が液晶パネル 101と同等の矩形状になるよう に設計されている。そのため、液晶パネル 101での光分布の均一化を図ることができ る。レーザ光は、波長スペクトルが狭いため、回折素子の利用が可能となる。グレー ティング構造を形成することにより、レーザ光の回折パターンが液晶パネル 101上で 均一に照射される。液晶パネル 101は、照射されたレーザ光を 2次元の画像に変換 する。
[0043] レーザ光はコヒーレンスが高いため、本実施形態にようにグレーティングを利用でき る。反射板 102の表面にグレーティング構造を形成することにより、簡単な光学系で 光量分布の均一化が図れ、液晶パネル 101を均一に照射することが可能となる。
[0044] なお、グレーティングの種類は本実施形態に限定されず、例えば図 1 (b)に示す矩 形拡散板 104を用いても良い。図 1 (b)は、矩形拡散板 104の表面図及び側面図を 示す。矩形拡散板 104は、矩形状の小さな凸面で形成される。矩形拡散板 104の表 面で反射された光は、矩形状の反射光となり、この反射光が多数重なり合うことにより 、矩形状の均一な光分布が実現できる。矩形状の光分布を形成することで、液晶面 内での光の輝度むらが無くなる。ホログラムかつ不要な光が少ないため、光を効率良 く利用することができる。
[0045] なお、反射板 102の表面にグレーティング構造を形成することに代えて、拡散板や 、マイクロレンズアレイ等を利用することにより、液晶パネル 101に照射されるレーザ 光の光量分布を均一化しても良い。
[0046] 本実施形態は、レーザ光を効率よく 2次元の面状から発光することで 2次元のデイス プレイ装置を実現する。レーザ光源 103によるレーザ光の電気 光変換効率は 20 %〜40%と非常に高い。また、レーザ光源 103は、コヒーレンスが高いため、カラー 表示に必要となる光のスペクトルのみを発振することができる。そのため、光学系の 設計が容易であり、かつ反射板での損失が少ないため、損失の少ない薄型光学系を 設計できる。色純度の高い光を利用できることにより、赤、緑、青色の表示に無駄なく 光を利用でき、高効率で低消費電力化が可能となる。よって、大画面表示を実現で きる。また、低消費電力化と小型化が可能になることで、携帯機器に適用されるディ スプレイへの応用も可能となる。レーザ光を用いることで、色再現性が大幅に向上し、 高色彩のカラー表示が可能となる。ディスプレイ表現できる色範囲は、従来の蛍光管 で表現できる色度範囲に比べて大幅に広がる。
[0047] 液晶パネル 101の裏面に、液晶パネル 101のそれぞれの画素の色のみを透過す るフィルタを形成することが好ましい。フィルタを介して、各画素に選択的にレーザ光 が透過されることにより、フルカラー表示を実現できる。また、フィルタを用いることに 代えて、 RGBのレーザ光の出力を液晶パネル 101に同期して切り替えても良い。こ の場合、液晶の高速応答が必要となるが、液晶の画素が 3倍に向上して、高密度の 画素表示が可能になる。
[0048] 本実施形態において、レーザ光源 103はファイバーレーザであった力 半導体レー ザや固体レーザであっても良い。
[0049] なお、本実施形態では、 RGB3色のレーザ光をそれぞれ発光するレーザ光源 103 を 3つ用いたが、他の色を発光する光源をさらに用いても良い。例えば、色の異なる 光源を追加して、 4色発光することで、表現できる色度範囲を大幅に拡大することが 可能となり、色再現性が向上する。
[0050] なお、実施形態では、ディスプレイの薄型化のために 1つの反射板 102を用いたが 、反射板 102を複数利用しても良い。この場合、複数の反射板 102による多重反射 により、液晶パネル 101に照射されるレーザ光の光量分布を均一化できる。これによ り、薄型の光学系で大画面表示が可能となる。
[0051] (実施形態 2)
図 2に、本発明の実施形態 2のディスプレイ装置を示す。図 2 (a)はディスプレイ装 置の側面図であり、図 2 (b)は表面図である。図 2 (b)に示すように、本実施形態のデ イスプレイ装置は、緑色、赤色、青色のレーザ光 209をそれぞれ発光するレーザ光源 205、 206、 207と、レーザ光源 205, 206, 207のレーザ光 209を佃 J面力ら人射され て導波する導波板 201と、導波板 201の周囲の側面に設けられた反射膜 211と、レ 一ザ光 209を導波板 201に導くマイクロレンズアレイ 208と、レーザ光源 205, 206, 207とマイクロレンズアレイ 208との間に設けられた波長選択膜 212, 213, 214とを 備える。
[0052] 図 2 (a)に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、さらに、導波板 201の裏 面に設けられて、導波板 201の導波光を適宜散乱する拡散板 202と、導波板 201の 表面に設けられたフィルタ 203と、フィルタ 203の表面側に設けられてフィルタ 203を 透過したレーザ光を画像に変換する液晶パネル 204と、液晶パネル 204の上面に設 けられた偏光板 210と、を備える。
[0053] 上記の構成により、本実施形態のディスプレイ装置は、液晶パネル 204によりレー ザ光 209を 2次元のカラー画像に変換する。
[0054] レーザ光源 205, 206, 207力らのレーザ光 209を導波板 201に導くために、レー ザ光源 205, 206, 207と導波板 201との間には、反射膜 211がー部取り除かれた 部分である入射口があり、その入射口に波長選択膜 212, 213, 214が設けられる。 緑色のレーザ光源 205に設けられた波長選択膜 212は、緑色のレーザ光を透過して 、赤色と青色のレーザ光を反射する。赤色のレーザ光源 206に設けられた波長選択 膜 213は、赤色のレーザ光のみを透過し、緑色と青色のレーザ光を反射する。青色 のレーザ光源 207に設けられた波長選択膜 214は、青色のレーザ光 209のみを透 過し、赤色と緑色のレーザ光を反射する。レーザ光源 205、 206、 207からのレーザ 光 209は、波長選択膜 212, 213, 214を介して、導波板 201内に設けられたマイク 口レンズアレイ 208に入射される。
[0055] マイクロレンズアレイ 208は、導波板 201に入射されたレーザ光 209を導波板 201 の主面に平行な方向に拡散する。マイクロレンズアレイ 208により拡散されたレーザ 光 209は、導波板 201を伝搬する。マイクロレンズアレイ 208を設けることで、レーザ 光 209は短い距離で拡散でき、レーザ光 209の散乱強度が導波板 201の面内で均 一になる。
[0056] 導波板 201の周囲に設けられた反射膜 211は、導波板 201に入射されたレーザ光 209をほぼ全反射する。全反射しながら導波板 201内を伝搬するレーザ光 209は、 面状の光となる。
[0057] 導波板 201内を伝搬するレーザ光 209は、導波板 201の裏面に設けられた拡散板 202により一部表面方向に散乱される。表面方向に散乱されたレーザ光 209は、フィ ルタ 203に入射される。導波板 201の表面に設けられたフィルタ 203は、選択した波 長のみを透過し、他の波長は反射する。すなわち、フィルタ 203は、液晶パネル 204 の画素に対応した波長のレーザ光 209を透過する。液晶パネル 204は、フィルタ 20 3により透過されたレーザ光を強度変調し、画像に変換する。フィルタ 203により反射 されて、液晶パネル 204から外部に放射されないレーザ光 209は、導波板 201を伝 搬する。
[0058] 本実施形態の構成にすれば、レーザ光 209は、反射膜 211で折り返し反射し、導 波板 201内を多重反射しながら、導波し続ける。これによつて、導波板 201内での光 の強度分布は均一化される。また、導波板 201の面内で多重反射を繰り返すことによ り、導波板 201の側面で光が損失することがなくなり、効率よく光を利用することが可 能となる。
[0059] 本実施形態において、入射口の総面積は導波板 201の側面の総面積の 1Z1000 以下である。これにより、導波板 201の側面で多重反射したレーザ光の漏れを 0. 1 %以下に抑えることが可能となる。さらに、入射口近傍で導波板 201の輝度むらが発 生することを低減できる。
[0060] レーザ光源 205、 206、 207力ら出力されるレーザ光 209は、 LEDやランプ光源と 異なり、輝度が高ぐ発光点が 100 m程度と非常に小さいため、微少な入射口から 導波板 201にレーザ光 209を入射できる。よって、入射口の面積を極端に小さくでき る。レーザ光 209と導波板 201とのカップリングの入り口面積を導波板 201の側面の 総面積に対して 1%以下にすることで、多重反射を繰り返すレーザ光 209が側面から 漏れる損失を大幅に低減できる。入射口を除く導波板 201の側面に反射膜 211を形 成することにより、導波板 201との結合効率は、 95%以上の高効率となる。従来の L ED、蛍光管を用いたディスプレイ装置では、導波板との結合面積が非常に大きいた めに、導波板の側面での全反射を利用した構成にすると、反射した光が光源側に放 射されることによる損失が非常に大き力つた。本実施形態にように、レーザ光源 205、 206、 207を用いると、導波板 201の側面での光の損失は 1Z100以下となり、大幅 に低減できる。
[0061] 波長選択膜 212、 213、 214を設けることにより、入射口での他の波長のレーザ光 の漏れをさらに低減でき、レーザ光の利用効率が大幅に増大する。また、導波板 20 1内での光の均一性が向上する。
[0062] なお、本実施形態の導波板 201の厚みは平行平板である力 導波板 201の厚みを テーパ構造にしても良い。ディスプレイでの光の面内均一性を向上させるため、導波 板 201をテーパ状にして、レーザ光 209の散乱の均一化は図っても良い。
[0063] また、レーザ光 209を用いることで、導波板 201の薄板ィ匕が可能となる。従来の蛍 光管や LEDを用いたバックライトでは、導波板の厚みが数 mm必要であった。これは 、蛍光管や LEDの発光面積が mmオーダと大きいため、導波板の厚みが十分厚くな いと導波板との結合効率が大幅に低下するためである。これに対して、レーザ光の発 光面は数 m X数 100 mであり、非常に小さい。このため、レーザ活性層の厚み 方向を導波板の厚み方向に揃えると、レーザ光 209の発光面は数/ z mと成り、導波 板 201は 10 μ m以上の厚みであれば、 90%以上の高効率でレーザ光との結合が可 能となる。よって、レーザ光 209を用いることにより、導波板 201の薄板ィ匕が可能とな る。さらに、光の利用効率が大幅に向上するため、低消費電力化が可能となる。
[0064] また、レーザ光 209を用いる構成において、レーザ光源 205, 206, 207のレーザ 光の出射端面と導波板 201の入射面を僅かに傾けることが望ましい。これにより、レ 一ザ光源 205, 206, 207に、導波板 201の端面力もの反射光が帰還して、レーザ 光源 205, 206, 207の端面破壊や、レーザ光の出力が不安定となることを防ぐこと ができる。さらに、導波板 201にレーザ光 209を斜めに入射すると、導波板 201の側 面で全反射させて導波板 201内での光量均一化を図る際に、全反射を効率よく行う ことができる。
[0065] なお、本実施形態においては、導波板 201の裏面に拡散板 202を設けたが、導波 板 201の裏面に直接凹凸をつけて拡散板 202を形成しても良い。これにより、構成 要素がさらに少なくなり、低コストィ匕が図れる。また、レーザ光 209を用いることで、特 殊な拡散板 202の設計が可能となる。レーザ光 209はコヒーレンスが高いため、拡散 板 202のパターンに周期状の構造を利用した回折構造を利用できる。よって、特定 の波長のみを選択的に前方に拡散させ、光の波長によって散乱する方向を制御する ことが可能となる。拡散板 202を薄膜ィ匕し、拡散に波長依存性を持たせることで、所 望の波長を選択的に液晶パネル 204の各画素に供給することで、光の利用効率を 向上できる。さらに波長フィルタ 203の代わりを果たすこともでき、低コスト化に有効で ある。
[0066] 本実施形態は、レーザ光 209を利用するため、フィルタ 203の選択波長が RGBの 3波長に限られる。レーザ光 209のそれぞれのスペクトルの広がりは数 nm程度と狭 帯域であるため、波長を選択するフィルタ 203の選択比を高めることが可能となり、消 光比が大幅に増大する。また、レーザ光 209を用いることにより、フィルタ 203の設計 が容易となり、コストを削減することができる。さらに、光の利用効率が向上するため、 低消費電力の駆動が可能となる。
[0067] なお、本実施形態においては、マイクロレンズアレイ 208を用いて、導波板 201内 の光量を均一化したが、マイクロレンズアレイ 208の代わりに、拡散板、グレーティン グ、プリズムアレイ等、他の光学素子を利用しても良い。
[0068] (実施形態 3)
図 3に、本発明の実施形態 3のディスプレイ装置の構成を示す。図 3 (a)はディスプ レイ装置の側面図であり、図 3 (b)は表面図、図 3 (c)は裏面図である。本実施形態の ディスプレイ装置は、実施形態 2の構成に加え、拡散板 202の裏面に設けられた台 形型の導波板 301と、導波板 301と導波板 201とを結合する直角プリズム 310とをさ らに有する。
[0069] 本実施形態において、緑色、赤色、青色のレーザ光をそれぞれ出力するレーザ光 源 305、 306、 307は、導波板 301の佃 J面に設けられ、レーザ光源 305、 306、 307 力も出力されたレーザ光 309は、導波板 301内で均一化される。導波板 301を伝播 したレーザ光 309は、プリズム 310で反射されて、導波板 201に入射する。
[0070] 導波板 201内の光量を均一化するためにはある程度の距離が必要であり、例えば 実施形態 2の図 2の構成で光量の均一化を向上させるためには、導波板 201の面積 を液晶パネル 204よりも大きくとる必要がある。一方、本実施形態は、導波板 301を 導波板 201の裏面側に設けて、プリズム 310を介してレーザ光 309を折り返す構造 にして!/、るため、レーザ光 309が伝播する距離を導波板 201の裏面側で確保できる 。そのため、導波板 201を液晶パネル 304とほぼ同じ大きさにすることができ、デイス プレイ装置の小型化が図れる。
[0071] レーザ光源 305、 306、 307は発光点、サイズ力 /J、さいので、導波板 201、 301は薄 膜ィ匕できる。よって、導波板を 2層構造にした場合でも、体積の増加は非常に少ない 。また、レーザ光 309はコヒーレンスが高いため、折り返しプリズム 310での散乱損失 も小さい。
[0072] なお、実施形態 2の反射膜 211を、導波板 301の周囲に設けても良い。導波板 30 1の側面でレーザ光が多重反射することにより、光量の均一化がさらに図れると共に プリズム 310で導波板 301側に反射されたレーザ光 309の損失を大幅に低減できる
[0073] 本実施形態によれば、実施形態 2の効果に加えて、ディスプレイ装置の小型化を実 現できる。
[0074] (実施形態 4)
図 4に、本発明の実施形態 4のディスプレイ装置を示す。図 4 (a)はディスプレイ装 置の側面図であり、図 4 (b)は表面図、図 4 (c)は裏面図である。本実施形態のデイス プレイ装置は、レーザ光 309の広がりの角度を広げる均一化光学系 413を導波板 30 1内に備えている。これにより、導波板 301内におけるレーザ光の面内均一性の向上 力 Sさらに図れる。
[0075] また、図 4 (a)に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、図 3に示すフィルタ 203を備えていない。本実施形態において、均一化光学系 413を設けることと、フィ ルタを設けないことが実施形態 3と異なり、それ以外の構成については実施形態 3と 同一である。
[0076] 本実施形態において、レーザ光源 305、 306、 307は順次に点灯し、その切り替え に合わせて、液晶パネル 204は表示する画像を、 RGBの各色の画像に切り替える。 これにより、フルカラー表示を実現する。本実施形態においては、液晶の切り替えに 高速性が必要となるが、画素数が 3倍に増大し、高精細の表示が容易になる。従来 の蛍光管の場合は、色の切り替えや、高速なスイッチングができな力つた力 レーザ 光源 305、 306、 307は高速の切り替えが可能なため、 RGBの切り替えを容易に行 える。
[0077] また、表現する画像の輝度に合わせて、レーザ光源 305、 306、 307の強度を変調 する。これにより、消費電力を低減することが可能となる。従来の蛍光管では、高速な 強度変調が難しかったが、レーザ光の場合、強度変調が容易である。表示する画面 の最大の輝度に合わせて、レーザ光の強度を変調することで、レーザ光 309の発光 に必要な電力を大幅に低減できる。また、従来の LEDを液晶のノ ックライトに用いた 場合、複数の LEDの強度を制御することは難しぐ強度による色の変化が大きいため に、出力強度の階調性に乏し力つた。これに対して、レーザ光 309は強度の階調の 制御が容易なため、低消費電力化が可能になる。
[0078] (実施形態 5)
図 5に、本発明の実施形態 5のディスプレイ装置の構成を示す。図 5 (a)はディスプ レイ装置の側面図、図 5 (b)は表面図、図 5 (c)は裏面図である。本実施形態におい ては、実施形態 4の図 4に示す導波板 201の代わりに複数の導波管 501aを備え、導 波板 301の代わりに複数の分岐導波管 501bを備えており、プリズム 310が設けられ ていない。それ以外の構成については、本実施形態は、実施形態 4の構成と同じで ある。実施形態 2から 4の導波板 201は面状の光を生成したが、本実施形態は導波 管 501aと分岐導波管 501bとを備えることにより、ライン状の光を生成する。
[0079] 複数の分岐導波管 501bは、拡散板 202の裏面側に設けられており、台形状を構 成するように、レーザ光源 305、 306、 307力ら導波管 501aに延びて!/ヽる。レーザ光 源 305、 306、 307からの光は、複数の分岐導波管 501bによって波長毎に分岐され て、導波管 501aのそれぞれに入射される。
[0080] 複数の導波管 501aは、図 5 (a)に示すように、液晶パネル 204と拡散板 202との間 に設けられる。各導波管 501aは、図 5 (b)に示すように、液晶パネル 204の幅方向に 向かって延びた形状であり、液晶パネル 204の長手方向に並列に並べて配置される 。複数の導波管 501aは、分岐導波管 501bによって分岐された、赤、緑、又は青色 のレーザ光を波長毎に導波する。導波管 501a内を伝搬するレーザ光は、導波管 50 laの裏面に設けられた拡散板 202で散乱され、拡散板 202により散乱された RGBの 光の一部が液晶パネル 204の各画素に供給される。これにより、フルカラー画像が構 成される。
[0081] 本実施形態は、分岐導波管 501bにより波長毎にレーザ光を分岐して、導波管 501 aにレーザ光を導くため、波長を選択するフィルタを設けなくて良い。
[0082] 本実施形態は、導波管 501aを備えることにより、各画素のクロストークが低減され、 コントラストの高い画像を実現できる。
[0083] なお、導波管 501aへの導波光の分岐は、分岐導波管 501bに代えて、プラスチッ クファイバーで行っても良い。また、プラスチックファイバーで分岐したレーザ光を分 岐導波管 501bに導くようにしても良 、。
[0084] (実施形態 6)
図 6に、本発明の実施形態 6のディスプレイ装置の構成を示す。図 6 (a)はディスプ レイ装置の側面図、図 6 (b)は表面図、図 6 (c)は裏面図である。本実施形態のデイス プレイ装置は、レーザ光源 305, 306, 307と導波板 301との間に拡散板 612を設け ている。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態 3と同じである。
[0085] レーザ光源 305, 306, 307によるレーザ光は、コヒーレンスの高い光であるため、 光の干渉によるスペックルノイズが発生する。このため、レーザ光により画像を構成す ると、画質が低下する。これを防止するには、スペックルノイズの低減が重要である。 本発明は、拡散板 612の位置を時間的に変化させる。例えば、機械的に拡散板 612 を移動させる。又は、拡散板 612内の微粒子を電気的に動かして、拡散状態を変え る。これにより、干渉パターンが変化する。干渉パターンが時間的に変化すると、人の 目には干渉パターンが重なって見え、その結果、干渉パターンは見えなくなる。この ように、導波している光の位相を時間的に変化させることにより、スペックルノイズを低 減することができる。
[0086] 本実施形態によれば、実施形態 3による効果に加えて、スペックルノイズを低減する という効果が得られる。
[0087] (実施形態 7) 図 7に、本発明の実施形態 7のディスプレイ装置の構成を示す。図 7 (a)はディスプ レイ装置の側面図、図 7 (b)は表面図、図 7 (c)は裏面図である。本実施形態のデイス プレイ装置は、スペックルノイズを低減する他の構成を有し、図 7 (a) (c)に示すように 、液晶素子 713を導波板 301内に設けて、液晶素子 713の屈折率を時間的に変化 させる。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態 3と同じである。液晶素子 713の 屈折率を時間的に変化させることで、導波板 301、 201を伝搬する光の波面を時間 的に変化させることが可能となり、スペックルノイズを低減できる。
[0088] 液晶素子 713を導波板 301内に設けることで、レーザ光のパワー密度を低減できる ため、液晶のダメージが少なくなり、信頼性が向上する。さらに導波板 301の上下か ら電界を印加することで、液晶素子 713の屈折率を制御することが可能となり、簡単 な構成でスペックルノイズの除去が可能となる。
[0089] なお、液晶素子 713を導波板 301内に設けることに代えて、導波板 301とレーザ光 源 305, 306, 307との間に設けても良い。また、導波板 201内に設けても良い。また 、液晶素子 713を、図 5の導波管 501a又は分岐導波管 501b内に設けることによつ ても、スペックルノイズを低減すると ヽぅ効果が得られる。
[0090] なお、液晶素子 713は、レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも何れかを変調す る光学素子であれば良い。
[0091] (実施形態 8)
図 8に、スペックルノイズを低減するさらに他の構成のディスプレイ装置を示す。図 8 (a)はディスプレイ装置の側面図、図 8 (b)は表面図、図 8 (c)は裏面図である。本実 施形態のディスプレイ装置は、赤、緑、青のレーザ光をそれぞれ発光するレーザ光 源 805を波長毎に複数個備えており、複数のレーザ光源 805からのレーザ光を導波 板 301に入射する。
[0092] 複数のレーザ光源 805の発光点からレーザ光が発生することで、複雑な波面が構 成され、スペックルノイズが抑えられる。また、複数のレーザ光源 805の出力を切り替 えて使用する。これにより、干渉パターンが多重化し、スペックルノイズを低減できる。
[0093] さらに、複数のレーザ光源 805の波長が僅かに異なった構成にする。これによりス ペックルノイズはさらに低減される。波長の差は 0、 2nm以上が好ましぐさらに望まし くは lnm以上離れて 、る方がょ 、。
[0094] また、レーザ光源 805を複数用いることで、一つのレーザ光の強度が少なくても高 輝度のディスプレイ装置を実現できる。また、複数のレーザ光源 805を備えることによ り、一つのレーザ光源 805からのレーザ光の発光強度を低輝度化することができ、レ 一ザ光源 805の寿命が大幅に増大する。また、複数のレーザ光源 805を用いること で、例え一つの光源が壊れても他の光源で補完できるため、より信頼性の高いディス プレイを実現できる。
[0095] なお、レーザ光源 805としては、マルチアレイの半導体レーザや、マルチアレイの 半導体レーザをスタックしたもの、またレーザチップを複数ならベた構造等が使用で きる。
[0096] なお、半導体レーザをレーザ光源 805として用いる場合は、駆動電流に高周波を 重畳することで、レーザの発振スペクトルを広げる。スペクトルを拡大することでコヒー レンスを低減することができるので、スペックルノイズの低減が可能となる。
[0097] なお、半導体レーザをレーザ光源 805として用いる場合は、複数のレーザ光源 805 をそれぞれ 10mm程度以上離間させて配置させることが好ま 、。半導体レーザに より液晶パネル 204を照射するには、レーザ光源 805でそれぞれ数 Wの出力が必要 であり、レーザ光源 805の消費電力として、それぞれの色あたり 10W近い電力が必 要となる。一方、半導体レーザは、高温動作における出力低下が顕著であり、高温で 動作させることで寿命の低下が生じる。このため、半導体レーザの動作温度は 60°C 以下で使用するのが好ましい。液晶パネル 204は比較的大きな面積であるため、レ 一ザ光源同士の距離を 10mm程度以上離間させて配置することで、隣接するレーザ 光源との熱干渉を大幅に低減できる。また、半導体レーザ光源は、発光面積が小さ いため、一つの光源あたりの消費電力を 2W以下、好ましくは 1W以下に抑えることに より、隣接するレーザ光源との熱干渉を大幅に低減できる。このように、液晶パネル 2 04の裏面側に、レーザ光源 805を離間させて配置し、それぞれのレーザ光源 805の 消費電力を 1W程度以下に抑えることで、放熱効果を高め、レーザ光源の動作温度 を 60°C以下に保つことができる。よって、空冷で半導体レーザを駆動することが可能 となり、高い信頼性を実現できる。 [0098] (実施形態 9)
図 9に、本発明の実施形態 9のディスプレイ装置の構成を示す。本実施形態のディ スプレイ装置は、液晶パネル 901と、液晶パネル 901の裏面に設けられたチューブ 式の導波管 903と、導波管 903の一端に設けられたレーザ光源である RGB光源 90 2とを備えている。導波管 903は、 RGB光源 902からの赤、緑、青色のレーザ光をそ れぞれ導波する 3本の導波管で構成される。導波管 903は、液晶パネル 901の両端 で折り返す構成となっている。導波管 903の裏面側には拡散板（図示を省略)が形成 されており、導波管 903内を導波するレーザ光は、液晶パネル 901側に散乱される。
[0099] 本実施形態にぉ 、て、 RGB光源 902が RGBのレーザ光を順次に点灯して、液晶 の画面を切り替えることで、高画質画像を実現できる。また、液晶パネル 902に波長 板を設けて、各画素に所望の波長の光を供給しても良い。
[0100] 導波管 903を備える本実施形態のディスプレイ装置によれば、実施形態 5と同様に 、各画素のクロストークが低減され、コントラストの高い画像を実現できる。
[0101] (実施形態 10)
図 10に、本発明の実施形態 10のディスプレイ装置の構成を示す。図 10 (a)はディ スプレイ装置の概略の側面図、図 10 (b)は表面図、図 10 (c)は導波板 201の層の部 分を抽出した側面図を示す。本実施形態において、図 10 (a)に示す、導波板 201と 、拡散板 202と、フィルタ 203と、液晶パネル 204と、偏光板 210は、図 2 (a)で示す 実施形態 2と同じである。本実施形態のディスプレイ装置は、図 10 (b)及び (c)に示 すように、導波板 201の長手方向の側面側に導波管 1001を備え、導波管 1001の 長手方向の側面側に拡散板 1008を備えている。また、導波管 1001の幅方向の側 面佃 Jにレーザ光源 1005, 1006, 1007を設けている。
[0102] 導波管 1001の側面力も入射されたレーザ光 1009は、導波管 1001を全反射しな 力 伝搬して、拡散板 1008により拡散され、拡散された光が導波板 201を伝搬する 。これにより、導波管 1001を伝搬するレーザ光 1009は均一化される。
[0103] 導波管 1001を備えて、導波管 1001の側面力もレーザ光を入射する構成にするこ とで、レーザ光 1009を均一化する光学系が小型になる。
[0104] (実施形態 11) 図 11に、本発明の実施形態 11のディスプレイ装置の構成を示す。図 11 (a)はディ スプレイ装置の概略の側面図、図 11 (b)は表面図、図 11 (c)は導波板 201を含む側 面図の一部を示す。図 11 (b) (c)に示すように、本実施形態のディスプレイ装置は、 拡散板 202を介して、導波管 1101を導波板 201の裏面に配置し、直角プリズム 310 で導波板 201と導波管 1101とを結んでいる。さらに、導波管 1101の長手方向の側 面に、拡散板 1108を設けている。その他の本実施形態の構成は、実施形態 10に示 す構成と同じである。
[0105] 緑、赤、青色のレーザ光 1009を発光するレーザ光源 1005, 1006, 1007は、導 波管 1101の幅方向の側面に設けられる。導波管 1101の幅方向の側面に入射され たレーザ光 1009は、導波管 1101を全反射しながら伝搬して、拡散板 1108により拡 散される。拡散板 1108により拡散されたレーザ光 1009は、プリズム 310を通って、 導波板 201を伝搬する。
[0106] 導波管 1101を導波板 201の裏面側に配置することにより、図 10に示すディスプレ ィ装置と比較して、さらに小型化することができる。
[0107] なお、本実施形態においては、直角プリズム 310により導波板 201と導波管 1101 とを結んだが、有機材料を用いたフレキシブルな導波管を用いた光配線を応用し、 直角プリズム 310を備えずに、導波板 201と導波管 1101とを直接結ぶ構成にしても 良い。導波管 1101にフレキシブル材料を用いると、形状の自由度が増すため、配線 が容易になり、低コスト化、小型化が可能となる。特に、小型化が必要とされる携帯機 器に本構成を利用する場合に有効になる。また、導波管 1101だけでなく導波板 201 自体を有機材料力もなるフレキシブルな素材で形成することも可能である。フレキシ ブル素材を用いることで、ディスプレイの形状を自由に変化できるため、将来のウェア ラブルディスプレイに対応できる。
[0108] (実施形態 12)
図 12に、本発明の実施形態 12のディスプレイ装置の構成を示す。図 12 (a)はディ スプレイ装置の概略の側面図、図 12 (b)は表面図、図 12 (c)は導波板 201の層の部 分を抽出した側面図を示す。本実施形態は、導波管 1201の形状をテーパ状にして いる。それ以外の本実施形態の構成は、実施形態 10と同じである。テーパは、レー ザ光 1009の入射部（図 12 (b)の左側）が広ぐ入射部から遠ざかるにつれて (伝播 方向）（図 12 (b)の右側へ向力 ほど)狭くなるように、形成される。拡散板 1208は、 テーパ状の導波管 1201に沿うように、導波管 1201の長手方向の側面に設けられる
[0109] 導波管 1201を伝播するレーザ光 1009は導波板 201へ放射されるので、通常、伝 播とともに光は減衰する。そのため、進行方向に対して導波板 201に放射する光が 弱くなる傾向がある。本実施形態にように、導波管 1201をテーパ状にすることで、導 波管 1201から導波板 201への放射量を一定にすることができる。導波管 1201をテ ーパ状にすることにより、導波管 1201から導波板 201へ伝播する光の分布を均一化 することができる。
[0110] (実施形態 13)
図 13に、本発明の実施形態 13のディスプレイ装置の構成を示す。図 13 (a)はディ スプレイ装置の概略の側面図、図 13 (b)は表面図、図 13 (c)は導波板 201の層の部 分を抽出した側面図を示す。本実施形態は、導波管 1301の形状を曲面状のテーパ にする。テーパの曲面の形状は、拡散板 1308の拡散係数とテーパの形状との組み 合わせに基づいて、導波板 201に放射されるレーザ光 1009の光量が均一になるよ うに決める。本実施形態にように、導波管 1301の形状を曲面状のテーパにすること で、導波板 201への拡散をより均一化することが可能となる。
[0111] 拡散板 1308は、曲面状のテーパを持つ導波管 1301の長手方向の側面に設けら れる。拡散板 1308の面粗さは、伝播方向に向力つて変化するように形成される。こ れにより、導波板 201への拡散量を調整することができ、光量の均一化が図れる。
[0112] 図 13 (b)に示すように、導波管 1301の長手方向の長さは、導波板 201の長手方 向の長さより長い。レーザ光源 1005、 1006、 1007力ら出た光は、導波管 1301の 側面で反射されながら均一化されるが、均一化するためには導波距離が必要となる 。導波管 1301の長さを導波板 201より長くすることにより、導波管 1301内のレーザ 光を均一化することができる。
[0113] 本実施形態のディスプレイ装置は、導波管 1301が導波板 201より長い部分の導波 管 1301の側面に、ミラー 1304を備えている。ミラー 1304を備えることにより、導波管 201からの漏れによる光の損失が低減されるため、消費電力を少なくすることができ る。
[0114] 本実施形態において、導波管 1301を曲面状のテーパにすることと、ミラー 1304を 設けること以外は、実施形態 12の図 12と同じである。
[0115] なお、実施形態 12及び実施形態 13において、導波管 1201、 1301は、導波板 20 1の長手方向の側面に設けたが、実施形態 11のように、導波管 1201、 1301を導波 板 201の裏面側に設けて、ディスプレイ装置の表面の面積を小さくしても良 、。
[0116] (実施形態 14)
図 14に、レーザ光をモニターする構成を示す。図 14 (a)はディスプレイ装置の概略 の側面図、図 14 (b)は表面図、図 14 (c)は導波板 201の層の部分を抽出した側面 図を示す。本実施形態のディスプレイ装置は、実施形態 13に示す構成に加え、レー ザ光の光量を検出する検出器 1405、 1406、 RGBの光を分離する回折素子 1402、 及び検出器 1405、 1406の検出結果に基づいてレーザ光源の光の強度を制御する 駆動回路 1403を更に備える。
[0117] レーザ光源 1005, 1006, 1007から出力される RGBのレーザ光を液晶パネル 20 4のバックライトに用いる本発明において、光の面内均一性に加えて、光の強度の安 定ィ匕と波長変動に伴う RGBの光量比の調整が重要である。光の面内均一性につい ては、実施形態 1から 13による構成を用いることにより、実現することができる。
[0118] 光の強度を安定ィ匕するためには、 RGBそれぞれの波長のバランスと光の出力を安 定ィ匕させる必要がある。図 14 (b)に示すように、本実施形態では、導波管 1301の側 面に検出器 1406を設けて、導波管 1301の出力側の光の波長の強度をモニターし 、モニターした結果をディスプレイ装置の駆動回路 1403にフィードバックして、光の 強度が安定ィ匕するように制御する。検出器 1406の前に波長フィルタまたは回折素子 を設けて、検出器 1406はレーザ光の RGBそれぞれの波長の強度を検出しても良い
[0119] なお、検出器 1406は導波管 1301の一部に設けても良いし、導波管 1301の外部 に設けても良い。外部に検出器 1406を設ける場合は、導波光の光量均一化に有効 である。複数のレーザ光源を用いて、導波管 1301内を伝播する光の分布を均一化 させる場合、光の分布が均一化するようにそれぞれの光源の出力を制御する必要が ある。検出器 1406にフォトディテクターアレイを用い、検出器 1406の前に設けられ た回折素子力 の回折光をフォトディテクターアレイで検出することで導波光の面内 均一性を制御できる。モニター光量を均一化するように複数のレーザ光源のそれぞ れの光量を制御することで、導波光の光量の面内の均一性が向上する。
[0120] なお、光の強度のモニター方法として、レーザ光源 1005, 1006, 1007にフォトダ ィオードを備え、フィードバック回路により一定出力を得て、出力を安定ィ匕させても良 い。
[0121] 光源の波長変動に関する制御について述べる。レーザ光源 1005, 1006, 1007 を用いた場合、光の波長が外部環境によって変化する場合がある。波長変動が発生 すると、例えば RGBのそれぞれの光量のバランスで実現する色再現性が劣化する。 すなわち、同じ色を再現する場合、 RGBそれぞれの光の強度比が波長変動により異 なってくる。これを改善するために、本実施形態のディスプレイ装置は、検出器 1405 によりレーザ光源 1005, 1006, 1007の波長をモニターし、波長変動に合わせて色 再現性のための RGBの強度比を制御する。
[0122] レーザ光源 1005、 1006、 1007に対して、導波管 1301と反対佃 J (図 14 (b)の左 側）の位置に回折素子 1402が設けられ、回折素子 1402の後側の位置に、レーザ光 源の波長ずれを検出する検出器 1405が設けられる。検出器 1405は、回折素子 14 02による光の回折が波長により異なることを利用して、回折素子 1501により分離さ れた RGBそれぞれの光を検出する。駆動回路 1403は、検出器 1405の検出結果に 基づいて、各光源の光量比が一定になるようにレーザ光源 1005、 1006、 1007の光 の強度を制御する。
[0123] 特に、赤色と青色のレーザ光源による光の波長変動を検出することが重要である。
赤色と青色の波長の変動は、色再現性に与える影響が大きぐ波長変動によるカラ 一バランスが崩れやすい。このため、少なくとも赤色と青色に関して、波長変化をモ- ターする。
[0124] 本実施形態のディスプレイ装置の駆動回路 1403は、検出器 1405が検出したレー ザ光の波長変動に合わせて、レーザパワーを調整するか又は液晶の透過率を制御 する。これにより、色再現性を向上することができる。
[0125] なお、本実施形態のディスプレイ装置において、波長の検出器 1405をレーザ光源 の 1005、 1006、 1007に対して、導波管 1301と反対側の位置に設けた力 導波管 1301または導波板 201に設けても良い。
[0126] また、検出器 1405、 1406を設ける構成は、本実施形態に限らず、実施形態 10か ら実施形態 12に示す構成であっても適用できる。
[0127] 上記実施形態 1から実施形態 14で説明したディスプレイ装置は、レーザ光源により 画像を表示するため、高精細、高色彩な画像を実現できる。本発明のディスプレイ装 置は、大型の液晶ディスプレイに有用である。レーザ光源を含むレーザ照射手段を 液晶パネル 204等のスクリーンに連結し、照射方向を限定することで、レーザ光がス クリーン以外に直接照射することを完全に防止できる。これによつて、本実施形態の ディスプレイ装置をモパイル用途に応用した場合にも安全性の確保が可能となる。小 型で携帯性にすぐれ、低消費電力で安全なディスプレイ装置を実現できる。
[0128] なお、上記実施形態 1から実施形態 14で説明したディスプレイ装置の構成から、フ ィルタ 203と液晶パネル 204を除いた構成は、面状の照射装置を構成する。上記実 施形態 1から実施形態 14で説明したディスプレイ装置では、照射装置が液晶ディス プレイのノ ックライトである場合について説明した力 照射装置はバックライト以外に も利用できる。照射装置を照明装置として利用できる。例えば、面状の照射装置を室 内の壁や天井に利用することで、低消費電力の照明装置を実現できる。さらに、 RG Bの波長の光を備え、その強度分布を変化させることで、白色の色温度や、フルカラ 一の照明装置を実現できる。図 7における液晶素子 713を照明装置に設けて、レー ザ光の偏光、偏向、焦点を時間的に変化させることで、スペックルノイズを抑圧する照 明装置を実現できる。さらに、光源に高周波を重畳することで、レーザ光のコヒーレン スを低下させてスペックルノイズを低減することができる。また、図 8に示すように、複 数のレーザ光源 805を照明装置に備えて、異なる発光点力も導波板に光を照射する ことでスペックルノイズを低減できる。また、図 9に示すように、照射装置がチューブ式 のフレキシブルな導波管 903を備えることにより、任意形状の照射面、照射対、照射 面積を実現できる。さらに、図 11に示すように、導波管 1101と導波板 201とを組み 合わせて、面状の照射装置を構成することも可能である。本発明の照射装置は、低 消費電力で面状の光を実現できるため、その実用効果は大きい。
産業上の利用可能性
本発明のディスプレイ装置は、均一な光量分布で液晶パネルを照射できると！ヽぅ効 果を有し、大型のディスプレイ装置や携帯用のディスプレイ装置等に有用である。本 発明の照射装置は、均一な光量分布で照射することができるという効果を有し、照明 装置等に有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 液晶パネルと、
表面にグレーティング構造を形成された反射板と、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、を有し、 前記レーザ光源から出力されるレーザ光を前記反射板で反射して、前記液晶パネ ルを照射するディスプレイ装置。
[2] 液晶パネルと、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記液晶パネルの裏面側に配置され、前記レーザ光を多重反射させる第 1の導波 板と、
前記第 1の導波板の裏面側に配置され、前記第 1の導波板が伝搬するレーザ光を 散乱して、前記液晶パネルの方向に出射する拡散板と、
を備えるディスプレイ装置。
[3] 前記第 1の導波板の側面に、前記レーザ光を反射する反射膜をさらに備える、請求 項 2に記載のディスプレイ装置。
[4] 前記第 1の導波板の側面の一部に前記反射膜で囲まれて 、な 、入射口を設け、 前記レーザ光は、前記入射口から前記第 1の導波板に入射される請求項 3に記載 のディスプレイ装置。
[5] 前記入射口の面積は、前記第 1の導波板の側面の総面積の 1Z1000以下である ことを特徴とする請求項 4に記載のディスプレイ装置。
[6] 前記入射口は複数個設けられ、
前記入射口には、特定の光以外の光を反射する膜が形成され、
赤、青、緑の波長をそれぞれ持つレーザ光は、前記膜を介して、それぞれ異なる前 記入射口に入射される請求項 4に記載のディスプレイ装置。
[7] 前記液晶パネルと前記第 1の導波板との間に、前記レーザ光源から出射されるレー ザ光を波長選択して出力する波長板をさらに備える請求項 2に記載のディスプレイ装 置。
[8] 前記拡散板の裏面に第 2の導波板をさらに備え、 前記レーザ光源のレーザ光を前記第 2の導波板に入射し、前記第 2の導波板から 前記第 1の導波板に前記レーザ光を入射する請求項 2に記載のディスプレイ装置。
[9] 前記レーザ光源は、赤、青、緑色のレーザ光の強度を前記液晶パネルのスィッチン グと同期して変調する請求項 2に記載のディスプレイ装置。
[10] 前記レーザ光の偏光、偏向、焦点の少なくとも 1つを変調する光学素子をさらに備 え、前記レーザ光の偏光、偏向、位相の少なくとも 1つを時間的に変化させる請求項
8に記載のディスプレイ装置。
[11] 前記光学素子が前記第 1の導波板または前記第 2の導波板の一部として形成され る請求項 10に記載のディスプレイ装置。
[12] 赤、青、緑に対応する波長を有する前記レーザ光源は、複数の発光点を有する請 求項 2に記載のディスプレイ装置。
[13] 前記複数の発光点力 出力される光の波長が僅かに異なっていることを特徴とする 請求項 12に記載のディスプレイ装置。
[14] 前記波長の差が lnm以上である請求項 13に記載のディスプレイ装置。
[15] 前記レーザ光源は複数の光源で構成され、
前記複数のレーザ光源は、前記液晶パネルの裏面側に、一定以上の間隔を有して 配置され、前記複数のレーザ光源のそれぞれの消費電力は 2Wを越えな 、ことを特 徴とする請求項 12に記載のディスプレイ装置。
[16] 前記複数のレーザ光源の少なくともいずれかが高周波重畳されている請求項 15に 記載のディスプレイ装置。
[17] 前記レーザ光源から出射されるレーザ光を伝搬する導波管をさらに有し、
前記レーザ光を前記導波管から前記第 1の導波板に伝搬する、請求項 2に記載の ディスプレイ装置。
[18] 前記導波管は、前記第 1の導波板の側面側に配置される、請求項 17に記載のディ スプレイ装置。
[19] 前記導波管は、前記第 1の導波板の裏面側に配置される、請求項 17に記載のディ スプレイ装置。
[20] 前記導波管はテーパ状に形成される、請求項 17に記載のディスプレイ装置。
[21] 前記導波管のテーパ状は、曲線状である請求項 17に記載のディスプレイ装置。
[22] 前記導波管の長さが、前記第 1の導波板の長さより長いことを特徴とする請求項 17 に記載のディスプレイ装置。
[23] 前記導波管または前記レーザ光源のレーザ光の光量を検出する検出器をさらに備 える請求項 17に記載のディスプレイ装置。
[24] 回折素子をさらに備え、
前記検出器は、前記回折素子の回折光を検出する請求項 23に記載のディスプレ ィ装置。
[25] 液晶パネルと、
赤、青、及び緑の波長域を有するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記液晶パネルの裏面側に配置され、前記レーザ光源から出力されるレーザ光を 波長毎に伝搬する複数の第 1の導波管と、
前記複数の第 1の導波管の裏面側に配置され、前記複数の第 1の導波管が伝搬す るレーザ光を散乱して、前記液晶パネルの方向に出力する拡散板と、
を備えるディスプレイ装置。
[26] 前記拡散板の裏面側に設けられた複数の第 2の導波管を有し、
前記複数の第 2の導波管は、前記レーザ光源から出射される赤、青、緑の各レーザ 光を波長毎に分岐して、前記複数の第 1の導波管のそれぞれに入射する請求項 25 に記載のディスプレイ装置。
[27] 前記複数の第 1の導波管は、赤、緑、青色のレーザ光をそれぞれ伝搬する 3つの導 波管で構成され、各導波管は前記液晶パネルの両端で折り返す構成である、請求 項 25に記載のディスプレイ装置。
[28] 波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を多重反射させる導波板と、
前記導波板の裏面側に配置され、前記導波板が伝搬するレーザ光を散乱して、前 記導波板の表面から前記レーザ光を出射させる拡散板と、
を備える照射装置。
[29] 波長の異なる複数のレーザ光を出力するレーザ光源と、 前記レーザ光源から出力されるレーザ光を波長毎に伝搬する複数の導波管と、 前記複数の導波管の裏面側に配置され、前記複数の導波管が伝搬するレーザ光 を散乱して、前記導波管の表面から前記レーザ光を出射させる拡散板と、
を備える照射装置。
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