激光背面照射装置以及液晶显示装置的制作方法

专利名称：激光背面照射装置以及液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种主要使用R (红)、G (绿)和B (蓝)三色的光源的激光背面照射 装置，以及使用该激光背面照射装置的液晶显示装置。
背景技术：
显示装置有自身发光的有机发光显示装置和等离子显示装置等发光型显示装置，以及 自身不发光而需要其他光源的液晶显示装置等受光型显示装置。 一般的液晶显示装置包括 具备电场形成电极的两个显示板、以及位于其间的具有介电常数各向异性(dielectric constantanisotropy)的液晶层。通过对电场形成电极施加电压而在液晶层形成电场，并改 变电压来调节该电场的强度，从而形成光阀(light valve)，调节通过液晶层的光的透射率 而得到所希望的图像。此时，作为光源， 一般采用另外备置的人工光源。作为液晶显示装 置用的光源，多数情况使用诸如冷阴极管荧光灯(CCFL)这样的荧光灯作为在液晶面板 的后面对整个液晶面板均匀地照射光的光源。通常，从导光板侧面入射的荧光灯的光，一 般从导光板前面作为大致均匀的光从后面照射液晶面板。
但是，近年来，从环境保护或节省电能的观点出发，作为不使用水银、功耗更少的光 源，以发光二极管(LED)或激光装置为光源的图像显示装置的开发取得了进展。特别是 激光装置，不但功耗低，而且在作为图像显示装置用光源来使用时，从色彩再现范围的广 度等画质方面的观点来看，也可以说是最适合于图像显示装置的光源。
另一方面，使用激光装置作为光源，在液晶面板的后面对整个液晶面板均匀地照射光 时，可考虑几种方法。 一种方法是日本专利公开公报特开平2-157790号(以下称作"专利 文献l")所示的通过多边形扫描仪(polygonalscanner)来扫描液晶面板的方法，另一种方 法是R本专利公报特许第3205478号(以下称作"专利文献2")所示的通过线扫描仪(line scanner)来扫描液晶面板的方法。
但是，专利文献l所示的通过多边形扫描仪进行扫描的方法中，由于从多边形的面到 液晶面板的距离变长，因此在原理上难以实现如使用CCFL等作为光源时那样的薄型化。 另外，专利文献2所示的通过线扫描仪来扫描液晶面板的方法中，由于在原理上很难以高
5速扫描大画面，因此对于显示装置可以说是不可釆用的方法。如上所述，迄今为止还没有 提出过使用激光装置作为光源的液晶面板的背面照射实现薄型化的方案。

发明内容
本发明是为了解决上述问题，其目的在于提供一种激光背面照射装置以及液品显示装 置，能够实现薄型化，通过使辉度分布(luminancedistribution)实质上均匀从而提高对比度。
本发明所提供的一种激光背面照射装置包括激光光源；将从所述激光光源射出的激 光分歧为多束的分歧光学系统；以及从背面照明对光强度进行二维调制的二维空间调制元 件的多个照明光学系统，所述多个照明光学系统将被所述分歧光学系统分歧的多束激光扩 大，分别照明被分割为多个区域的所述二维空间调制元件的各区域。
本发明还提供一种液晶显示装置，包括上述的激光背面照射装置，以及二维调制由所 述激光背面照射装置照射的光的光强度的二维空间调制元件。
根据本发明，通过多个照明光学系统，被分割为多个区域的二维空间调制元件的各区 域分别被照明，因此即使二维空间调制元件大型化，也能够通过增加分割的区域的数目， 而不会改变装置的厚度，从而实现薄型化。另外，由于通过多个照明光学系统，被分割为 多个区域的二维空间调制元件的各区域分别被照明，因此能够使照射到二维空间调制元件 的光的辉度分布均匀而提高对比度。
通过以下的详细说明和附图，本发明的目的、特征和优点将更加明确。


图1是表示本发明实施例的液晶显示装置的结构的正视图。
图2是从图1所示的箭头A的方向看到的液晶显示装置的侧视图。
图3是表示将被图1的镜反射的激光引导至液晶面板的照明光学系统的结构的立体图。
图4是图3所示的照明光学系统的正视图。 图5是图3所示的照明光学系统的侧视图。
图6是表示本实施例的第一变形例所涉及的液晶显示装置的结构的正视图。 图7是表示本实施例的第二变形例的分束器的结构的图。
图8是表示本实施例的第三变形例所涉及的激光背面照射装置的分歧光学系统以及照 明光学系统的结构的正视图。
6图9是本实施例中使用柱面透镜作为第二反射元件的照射光学系统的侧视图。 图10是本实施例中让各部分的端部重叠并使辉度分布实质上均匀的照射光学系统的 侧视图。
图11是本实施例中使用多透镜和平面镜作为第二反射元件的照射光学系统的侧视图。 图12是本实施例的第四变形例中N个照明光学系统的其中之一的放大立体图。 图13是本实施例的第五变形例中激光光源和N个照明光学系统的其中之一的放大立 体图。
图14是本实施例的第六变形例中N个照明光学系统的其中之一的放大立体图。 图15是表示本实施例的第七变形例所涉及的液晶显示装置的结构的IFJiL图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。此外，以下的实施例是将本发明具体化 的一个例子，并不限定本发明的技术范围。
图1是表示本发明实施例的液晶显示装置的结构的正视图，图2是从图1所示的箭头 A的方向看到的液晶显示装置的侧视图。图l所示的液晶显示装置200包括激光背面照射 装置100以及液晶面板5。激光背面照射装置100包括激光光源1、分歧光学系统101以 及多个照明光学系统102。分歧光学系统101具备分束器(beam splitter) 11至15 和镜16, 照明光学系统102具备第一反射元件2和第二反射元件3。
激光光源l射出激光。分歧光学系统101将从激光光源1射出的激光分歧为多束。多 个照明光学系统102从背面照明液晶面板5。液晶面板5是对光强度进行二维调制的二维 空间调制元件(two-dimensional space modulator)。多个照明光学系统102将被分歧光学系统 101分歧的多束激光扩大，分别照明被分割为多个区域的液晶面板5的各区域。
先来说明本结构的动作构成。首先，对将激光20分歧为N条激光的分歧光学系统101 进行说明。这里，以分歧光学系统101将激光20分割为纵3列、横4行的N=3列x4行= 总计12条激光为例进行说明。
从激光光源1射出的激光20通过分束器11按指定的光量比被加以分割。透过分束器 11的激光21首先到达分束器14。分束器14反射指定比例的光量形成激光22。透过分束 器14的指定光量的激光接下來到达分束器15。分束器15反射指定比例的光量形成激光 23。透过分束器15的指定光量的激光接下来到达镜16。最后，到达镜16的激光基本上 被镜16全反射而形成激光24。由以上可见，首先能够在纵方向上将激光分歧成3列。接下来，对在横方向上将激光分歧为4行的方法进行说明。激光20中的经分束器11 反射的激光25由分束器12以指定的光量比分割为透射光和反射光。透过分束器12的激 光入射至分束器13，以指定的光量比被分割为透射光和反射光。进一步，透过分束器13 的激光被镜16反射并向图中下方行进。由分束器12、 13和镜16分别反射的激光与激光 21同样， 一边向图中下方行进一边通过配置于各列的分束器和镜而被反射，作为激光26 至34到达指定的位置。经过以上的步骤，从激光光源l射出的激光20被分歧为纵3列x 横4行=12条的激光。以上的N-12条的激光分别照明液晶面板5的以图l中的虚线和实 线划分的N=12个被分割的各区域(分割部分(segments))。
照明光学系统102配置有多个，在本实施例中，纵3列x横4行二12个的照明光学系 统102以矩阵状配置。作为例子，用图3、图4和图5对与被分割为N二12条之后的激光 24所照明的液晶面板5上的分割部分4有关的照明光学系统102进行说明。图3是表示 将被图1的镜16反射的激光引导至液晶面板5的照明光学系统的结构的立体图，图4是 图3所示的照明光学系统的正视图，图5是图3所示的照明光学系统的侧视图。
由镜16反射的激光24，被第一反射元件2反射，在水平面内一边扩散一边向第二反 射元件3行进。行进的激光24被第二反射元件3向下反射， 一边二维扩散一边行进。行 进的激光24照明液晶面板5内的分割部分4。如上所述，照明光学系统102将平行光束 二维扩散，照明自身负责的分割部分。根据以上的结构，通过分割成N个分割部分可以用 单一的激光光束照明液晶面板5。
作为本实施例的效果例如可以举出以下两个。 一个效果是，即使液晶面板5的尺寸增 大，也能够用单一的激光光源构筑具有相同厚度的液晶面板用背面照射光学系统。专利文 献l所示的使用激光装置为光源的背面照射装置，不像本实施例这样分成分割部分，而是 用单一的光学系统照明液晶面板。在这种情况下，从液晶面板到光源的光学距离与液晶面 板的尺寸成比例地增大，从而装置尺寸大型化。另外，如果在液晶面板的尺寸增大的情况 下也要实现薄型化，则由于需要折叠光学系统等措施，因此需要非球面镜等复杂的光学系 统，从而无法避免相当程度的成本增加。
另外，假设替代CCFL而使用激光装置作为光源，通过使用旋转多面镜和扫描光学系 统照明导光板这样的结构来实现薄型化时，如果画面尺寸变大，则构成扫描透镜的尺寸也 会变大。因此，在不同的画面尺寸之间扫描透镜不能通用，无法使用相同的制造工序，所 以从合理制造的角度來看也无法避免大幅度的成本增加。另外，还需要按照每个画面尺寸 对构成扫描光学系统的扫描透镜等进行最佳设计，从设计工序的数目来看不同画面尺寸的生产装配(lineup)也需要花费时间。
与此相对，本实施例中的激光背面照射装置100具有即使液晶面板的尺寸大型化，只 要增加分割部分的数目则装置的厚度就基本上不变的优点。在本实施例的激光背面照射装 置100中，即使所使用的画面的尺寸大型化，也只通过增加分割部分的数目，增加分束器 以及反射元件的个数，可以将成本的上升控制到最低限度。另外，即使增加不同画面尺寸 的生产装配，光学系统的设计也仅仅是增加分割部分的数目，扩大画面尺寸的设计非常简 单，而且部件能够在不同尺寸的画面之间通用。因此，量产效果大、且能够以低廉的成本 制作激光背面照射装置100。
另外，在使用LED为光源的液晶面板用背面照射装置的情况下，由于用一个LED可 照射的分割部分的大小相同，所以根据液晶面板的尺寸增加LED的个数。由于通过根据 液晶面板的尺寸增加LED的个数，使得LED的驱动基板增加，驱动基板的零部件数也增 加，因此成为成本增加的重要原因。但是，通过使用本实施例的激光背面照射装置100， 即使液晶面板的尺寸变大也无需增加激光光源的驱动电路的个数，而仅仅是增加分束器和 反射元件等部件，可将成本增加控制在最小限度。另外，如果使用光纤光源为光源，则还 具有只需更换所使用的光纤光源，即可随时切换亮度(光量)和色彩(波长)的优点。
另外，如图1所示，从分歧光学系统射出的激光全部射向同一方向时，即，透过分束 器11并从分歧光学系统射出的激光22至24，与被分束器12反射并从分歧光学系统射出 的激光26至28、被分束器13反射并从分歧光学系统射出的激光29至31、被镜16反射 并从分歧光学系统射出的激光32至34全部朝着同一行进方向时，只要多个照明光学系统 102的结构全部相同，则照射各分割部分的激光的偏振方向全部为同一方向。
另外，在图1中，N条激光22至24、 26至34全部朝着同一方向，但也可以是N条 激光中的一部分激光的行进方向朝着与其他部分的激光的行进方向正相反的方向。即，入 射至多个照明光学系统102的多束激光的行进方向也可以全部朝着同一方向或者一部分朝 着相反方向。
一般而言，由于液晶面板是用正交尼科耳(cross-Nicols)式配置的偏振板夹在其前 后来使用的，所以指定的偏振方向以外的成分不参与图像形成。BP,像CCFL或LED那 样射出的光的偏振方向为随机的光会损失一半出射光量。即使用特殊的薄膜片等反射未透 过液晶面板的偏振成分，而仅让透过液晶面板的偏振成分透过，也由于薄膜片中的透射损 失或在导光板内传播时的透射损失等的影响，会造成20%至30%的光量损失。
另外，如前所述，替代CCFL使用激光装置作为光源，以使用旋转多面镜和扫描光学
9系统照明导光板这样的结构实现薄型化时，当激光射入导光板一次，激光会在导光板中因
散射粒子等而散射。因此，即使射入导光板的激光的偏振方向基本一致(aligned)，从导光 板射出的激光的偏振方向也会与前述的CCFL或LED同样变为随机偏振，还是会造成20 至30%的光量损失。
在使用激光装置为光源时，通常其偏振方向基本一致。因此，如上所述，如果从分歧 光学系统101射出的多束激光的行进方向相同，则照明液晶面板的激光的偏振方向会基本 上一致。通过将液晶面板前后的偏振板的方向对齐以使偏振成分对图像形成做出贡献，具 有光利用效率相对于CCFL或LED光源大幅度提髙这个重要的优点。
另外，如光纤光源那样，即使是暂时变为随机偏振的光源，也能够如图6所示将偏振 方向对齐。图6是表示本实施例的第一变形例所涉及的液晶显示装置的结构的正视图。图 6所示的激光背面照射装置103包括光纤光源6、偏振分束器7、 1/2波长板8、分歧光学 系统101以及多个照明光学系统102。分歧光学系统101具备分束器11至15和镜16， 照明光学系统102具备第一反射元件2和第二反射元件3。此外，在图6中，对与图l相 同的结构标注相同的符号，省略其说明。
从光纤光源6射出的激光20通过偏振分束器(PBS〉 7被分歧为P偏振光与S偏振 光。偏振分束器7让激光的P偏振成分透过，并反射S偏振成分。被反射的S偏振光射入 1/2波长板8。 1/2波长板8让射入的S偏振光的偏振方向旋转90。而转换为P偏振光。由 此，透过1/2波长板8的激光的偏振成分与透过偏振分束器7的P偏振光的偏振方向变为 基本一致。各P偏振光的光束一边沿着图6所示的路径行进， 一边被分歧成朝向各分割部 分的激光束，以照明各自负责的分割部分。
如上所述，作为光源，即使使用光纤光源也能够以非常简便的方法将偏振方向对齐， 能够实现光利用效率的大幅提高，也能够对低功耗化做出贡献。
另外，作为背面照射装置所要求的性能，包括辉度分布均匀性的确保。对于本实施例 的激光背面照射装置100、 103，如下所示，能够确保辉度分布均匀性。首先，分歧为N 条的多束激光的光量需要大致相等。在图1的情况下，分歧形成了纵3列x横4行=12条 激光，这些激光的光量需要大致等同。较为理想的是，分束器11的透射率为25%,反射 率为75%，分束器12、 14的透射率为66.7。/。，反射率为33.3%，分束器13、 15的透射 率为50%，反射率为50%，镜16的反射率为100%。
但是，实际上由于分束器的制造偏差、内部吸收或者散射等，难以得到上述的理想的 反射率和透射率，N条激光的光量会产生偏差。其结果是透过液品面板的光的辉度会产生
10偏差。进一歩，随着液晶面板的尺寸大画面化，所经由的分束器的数目增加，透射率或反
射率的偏差造成的光量的误差被积累，N条激光的光量的偏差变大。当然，也可以测定N 条激光的光量偏差，对每分割部分调整液晶面板的透射率并使辉度分布均匀。但是，在这 种情况下，由于N条激光的各光量是向最低的激光光量对齐，因此激光功率的损失较大， 并不是较佳的措施。
因此，在本实施例的第二变形例中的激光背面照射装置中，使用透射率和反射率的至 少其中之一在面内不均匀的分束器。具体而言，如图7所示，通过使用在分束器的反射面 内，沿指定方向反射率增大的分束器17，能够使被分歧的多束激光的辉度分布达到均匀。 图7是表示本实施例的第二变形例中的分束器的结构的图。此外，分束器以外的结构与图 1所示的激光背面照射装置100相同，所以省略说明。
艮P，分束器17将入射光35分歧为反射光36与透射光37。分束器17被施以ND (Neutral Density)过滤涂层(filter coat)，使得中心部分17a的反射率为设计中心的值， 反射率从中心部分I7a向着分束器17的上端部17b下降，反射率从中心部分17a向着下 端部17c增大。即，分束器17的反射率从中心部分17a沿着箭头Yl方向逐渐下降，反 射率从中心部分17a沿着箭头Y2的方向逐渐增大。
当反射光不足时，提高分束器17的位置，反射光过强时，降低分束器17的位置。由 此，通过分歧光学系统101而被分歧的激光能够得到所希望的光量，能够使被分歧的多束 激光的辉度分布均匀。在这种情况下，激光背面照射装置100还包括使分束器17沿着上 下方向、即沿着反射率变化的方向移动的移动机构。此外，移动机构可以通过用户手动移 动分束器17,也可以使用马达(迈otor)等自动移动分束器17。
而且，在本实施例中，将反射率的变动方向设为上下方向，但本发明并不特别限定于 此，当然也可以将反射率的变动方向设为左右方向。此外，构成图1的分歧光学系统101 的所有分束器可以采用图7所示的分束器17，或者也可以是一部分分束器采用图7所示的 分束器17。
另外，本实施例是分束器17的反射率变化，但本发明并不特别限定于此，也可以使 透射率变化，透射率和反射率的至少其中之一能够得到调整。
另外，更为理想的是，具有这样一种机构，该机构通过将被分歧为N条的各激光22 至24、 26至34的一部分预先用未图示的分束器分歧，用传感器监测各N条激光的光量， 并在形成各N条激光的分束器上预先安装致动器，自动调整镜的位置而使光量达到最优 化。图8是表示本实施例的第三变形例所涉及的激光背面照射装置的分歧光学系统以及照明光学系统的结构的正视图。
如图8所示，激光背面照射装置100还包括分束器51、传感器52、控制部53、以及 致动器54。其中，分束器15的结构与图7所示的分束器17的结构相同。分束器51将由 分束器15反射的激光23反射至传感器52,并让其透过至第一反射元件2。传感器52检 测被分束器51反射的激光的光量。控制部53对致动器54进行驱动控制，向致动器54 输出与传感器52检测到的光量对应的驱动信号。致动器54按照由控制部53输出的驱动 信号，让分束器15移动，使激光射向分束器15的入射位置发生变化。这里，致动器54 相当于调整部的一例。
接下来，对本实施例的第三变形例中的激光背面照射装置的光量调整动作进行说明。 首先，控制部53驱动致动器54，使分束器15移动到初始位置。该初始位置是指激光射 入反射率为设计中心的值的中心部分的位置。接下来，激光光源l射出激光。然后，经分 束器15反射后的激光被分束器51反射而射入传感器52。传感器52检测射入的激光的光 量。
接下来，控制部53将由传感器52检测到的光量与预先确定的指定的光量进行比较。 然后，当控制部53判断光量不足时，向致动器54输出让分束器15向反射率增大的方向 移动的驱动信号。另外，当控制部53判断光量过强时，向致动器54输出让分束器15向 反射率下降的方向移动的驱动信号。进一歩，当控制部53判断出被检测到的光量与指定 的光量一致时，向致动器54输出让分束器15停止的驱动信号。
这样，被分束器15分歧的激光的光量通过传感器52而得到检测。然后，通过致动器 54，分束器15被移动到检测的光量为指定的光量的位置。
通过该结构，例如，在看电视的过程中也能够积极地使任意部位的光量提高、下降。 例如，控制部53调整分束器15的反射率，使得画面中央部的激光27与激光30的光量提 高。由此，能够提高看电视的过程中通常注视的画面中央部的辉度，无需提高激光光源1 的光量，即可提高图像的识读性。
另外，也可以根据被发送到液晶面板的图像数据，调整分束器的透射率和反射率的至 少其中之一。例如，控制部53，在观看电影等时，相对夜晚的场景等在图像上形成暗部的 分割部分，调整分束器15的位置降低反射率，以使得射入该分割部分的激光的光量下降。 由此，能够降低射入液晶面板的激光的光量，提高对比度。当然，如果与分束器17同样 也使镜16的反射率不均匀，则能够降低画面上的总光量，从而能够积极控制整个画面的 光量。
12通过以上的对策，能够使分割部分(segment)间的辉度偏差(luminance variation)均 匀化，进一歩提高对比度。接下來，对使分割部分内的辉度偏差均匀化的措施进行说明。 图9是本实施例中使用柱面透镜(cylinder lens)作为第二反射元件3的照射光学系统的侧 视图，图10是本实施例中使各分割部分的端部重叠并使辉度分布均匀的照射光学系统的 侧视图。
构成照明光学系统102的第一反射元件2与第二反射元件3通常可以考虑采用柱面镜 (cylinder mirror)等。这种情况下，如图9所示，从激光光源1射出的激光的光束剖面41 通常为高斯分布。因此，由于反射角越大，光量就越下降，所以由柱面镜40反射的激光， 如光束剖面42所示那样，反射端部的光量下降。此外，在例如图4的虚线所围出的四角 的顶点附近，由于偏振在某种程度上旋转，因而可以想见光量会下降。
因此，如果将由照明光学系统102照明的分割部分仅像排列瓷砖(tile)那样没有间隙的 进行排列，则在各分割部分的接合部附近，光量会下降，造成观看图像时的辉度偏差。所 以，如图10所示，配置各照明光学系统102使得各分割部分的端部互相重叠。由此，能 够使照射液晶面板5的激光，如光束剖面43所示那样为大致均匀的光量分布。
图10示出的是以柱面镜40作为第二反射元件3时的情况，当然以柱面镜作为图3等 所示的第一反射元件2时的情况也相同。因此，通过如图1的虚线所示的分割部分4那样， 将偏振方向也纳入考虑地以重叠(overlap)的方式二维配置各分割部分4，能够得到没有辉 度分布不均的均匀的图像。此时，由多个照明光学系统102分别照明的液晶面板5上的各 分割部分4的面积总和大与液晶面板5的面积。
此外，图9和图10示出的是以柱面镜40作为第二反射元件3时的例子，但若采用用 多个柱面镜(cylinder mirror)排列构成的多柱镜(lenticular mirror)作为第二反射元件3更 佳。这样做，辉度分布的均匀性比柱面镜时提高，所以即使重叠面积小也能够实现辉度分 布均匀性，能够减少分割部分的数目、即减少照明光学系统102的数目，从而带来成本的 降低。
另外，本实施例中，如图11所示，通过用多透镜(lenticularlens)44扩散激光再由平 面镜45将其折返的结构也能够实现上述的效果。图ll是本实施例中使用多透镜和平面镜 作为第二反射元件的照射光学系统的侧视图。但是， 一般而言，多透镜(lenticular lens) 与多柱镜(lenticular mirror)等反射元件相比较，扩散的光束的角度较小。因此，与使用 多柱镜时相比较，从平面镜45 (第二反射元件3)到液晶面板5的光程长变长。
其结果是，即使如图11所示使用平面镜45折返的结构，如果在多透镜44附近配置
13平面镜45來折弯激光，从平面镜45到液晶面板5的距离变长，薄型化也困难。相反地， 如果在远离多透镜44的位置配置平面镜45来折弯激光，由于光束已经扩散，所以平面镜 45的长度变长，就整个装置而言薄型化依然困难。
另一方面，如图10那样使用柱面镜或多柱镜作为第二反射元件3时，由于通过减小 镜的曲率半径能够扩大反射后的发散角，因此可縮短从柱面镜40到液晶面板5的距离， 能够使装置薄型化。另外，由于是反射元件，所以即使激光光源使用R (红)、G (绿) 和B (蓝)三色，也不会发生使用透射元件时会看到的折射率分布不均造成的颜色错位， 能够得到良好的图像。
接下来，参照图12对使分割部分内的辉度偏差均匀化的其他方法进行说明。在图9 至图11中，通过由柱面镜或多柱镜等作为反射元件进行反射，从而无需让反射元件移动 即可照明液晶面板5，而在图12中，是让反射元件移动来进行照明。
图12是本实施例的第四变形例中N个照明光学系统中的其中之一的放大图。第一反 射元件2与第二反射元件3分别采用平面镜9和平面镜10，使其各自以旋转轴为中心旋 转振动。平面镜9通过以铅直轴为中心旋转振动让激光一维扫描。平面镜IO通过以水平 轴为中心旋转振动而让经平面镜9反射后的激光二维扫描。第一镜驱动部61以沿着垂直 于照射面的方向的铅直轴为旋转轴，使平面镜9旋转振动。第二镜驱动部62以沿着平行 于照射面的方向的水平轴为旋转轴，使平面镜10旋转振动。这里，第一镜驱动部61以及 第二镜驱动部62相当于镜驱动部的一例。
通过使平面镜9、 IO的扫描速度最优化，能够均匀地曝光各分割部分。另外，由于是 激光扫描，因此还具有散班杂讯得以降低的优点。另外，通过使旋转轴为水平方向的平面 镜10的旋转轴与邻接的照明光学系统102的平面镜10的旋转轴共通化，还能够减少用于 旋转振动的致动器(第二镜驱动部62)的数目。
当然，也可以由MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)镜等直接二维扫描液 晶面板5。在这种方式中，由于构成的部件依然是反射元件，因此即使激光光源使用R(红)、 G (绿)和B (蓝)三色，也不会发生在使用透射元件时会看到的由于折射率分散造成的 颜色偏差，能够得到良好的图像。
接下來，参照图13对使分割部分内的辉度偏差均匀化的其他方法进行说明。构成的 部件与图1相同，但这里使激光光源1在与光轴垂直的面内二维旋转振动。
图13是本实施例的第五变形例中激光光源和N个照明光学系统中的其中之一的放大 立体图。如图13所示，激光背面照射装置还包括光源旋转驱动部63。光源旋转驱动部63使激光光源1在与激光的光轴垂直的面内二维旋转。这里，光源旋转驱动部63相当于光 源驱动部的一例。
由此，从激光光源1射出的激光20的光轴也做圆状地旋转运动，行进的激光24的光 路也做圆状地旋转运动，进而照明光学系统102照明的区域也做旋转运动。结果是发生与 邻接的分割部分的重叠，因此曝光强度被时间积分，与振动前相比较，辉度偏差被均匀化。
由于激光光源l旋转运动，因此还具有降低散班杂讯的优点。另外，使激光光源l旋 转运动，由于运动的部件可以仅仅是激光光源l，所以与前述的扫描平面镜9、 IO的方法 相比较，结构也简便，还能够将成本增加控制在最小限度。当然，也可以组合前述的由平 面镜9、 10扫描液晶面板5的方法与使激光光源1旋转振动的两种方法。通过组合这两种 方法，能够进一歩实现良好的辉度分布均匀性与散班杂讯的降低。
其他的作为使激光振动的方法，也可以使在分歧光学系统内的、将激光分歧为N条的 分束器或镜等N个分歧元件振动。图14是本实施例的第六变形例中N个照明光学系统中 的其中之一的放大立体图。如图14所示，激光背面照射装置还包括分歧元件驱动部64。 分歧元件驱动部64以沿着平行于照射面的方向的水平轴作为旋转轴，让作为分歧光学系 统101的镜16旋转振动。这里，分束器11至15以及镜16相当于分歧元件的一例，分 歧元件驱动部64相当于分歧元件驱动部的一例。
如图14所示，分歧元件驱动部64例如让分歧光学系统101的镜16以旋转轴为中心 旋转振动。由此，经过镜16反射的激光24以后的光路就会振动。这样做，则产生与邻接 分割部分的重叠，从而提高辉度分布均匀性。图14中，记载了仅以平行于水平方向的旋 转轴为中心的旋转振动，但本发明并不特别限定于此。镜16的旋转轴也可以平行于垂直 方向，当然也可以使用MEMS镜等，以水平和垂直这两个方向为旋转轴而旋转振动。
此外，本实施例所使用的激光光源也可以是使用红(R)、绿(G)和蓝(B)三原色 的光源。例如，作为图1的激光光源1也可以使用将R、 G、 B用光纤捆束而得到的白色 光纤光源。进一歩，也可以使用利用R、 G、 B三原色的激光光源的激光背面照射装置从 背面照明液晶面板。在这种情况下，能够以低成本构筑薄型、高效率、辉度分布均匀、高 对比度的全色液晶显示器。
图15是表示本实施例的第七变形例所涉及的液晶显示装置的结构的正视图。此外， 对与图l所示的液晶显示装置相同的结构标注相同的符号，省略其说明。图15所示的激 光背面照射装置104还包括红色激光光源la、绿色激光光源lb、蓝色激光光源lc、镜 46、分束器47、以及分束器48。
15红色激光光源la射出红色激光。绿色激光光源lb射出绿色激光。蓝色激光光源lc 射出蓝色激光。镜46反射从红色激光光源la射出的红色激光。分束器47让经镜46反射 的红色激光透过，并反射从绿色激光光源lb射出的绿色激光。分束器48让透过分束器 47的红色激光以及经分束器47反射的绿色激光透过，并反射从蓝色激光光源lc射出的蓝 色激光。
从各激光光源la、 lb、 lc射出的激光被同轴化而入射至分束器ll。此外，被同轴化 的激光20射入分束器ll之后的动作与图l所示的激光背面照射装置100相同，因此省略 其说明。
此外，上述的具体实施方式
主要包括具有以下结构的发明。
本发明所涉及的激光背面照射装置，包括激光光源；将从所述激光光源射出的激光 分歧为多束的分歧光学系统；以及从背面照明对光强度进行二维调制的二维空间调制元件 的多个照明光学系统，所述多个照明光学系统将被所述分歧光学系统分歧的多束激光扩 大，分别照明被分割为多个区域的所述二维空间调制元件的各区域。
根据这种结构，通过多个照明光学系统，被分割为多个区域的二维空间调制元件的各 区域被分别照明，因此即使二维空间调制元件大型化，也能够通过增加分割的区域的数目， 避免装置厚度变化，实现薄型化。另外，通过多个照明光学系统，被分割为多个区域的二 维空间调制元件的各区域被分别照明，因此能够使照射到二维空间调制元件的光的辉度分 布均匀来提高对比度。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，入射至所述多个照明光学系统的 所述多束激光的行进方向全部朝着同一方向或者一部分朝着相反方向，所述多个照明光学 系统全部具有相同的结构。
根据这种结构，入射至多个照明光学系统的多束激光的行进方向全部朝着同一方向或 者一部分朝着相反方向，因此能够使照明的激光的偏振方向基本一致，能够提高光利用效 率。另外，由于多个照明光学系统全部具有相同的结构，因此能够抑制制造成本。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述分歧光学系统具备通过让从 所述激光光源射出的激光透过和被反射而将激光分歧为多束的多个分歧元件，所述多个分 歧元件的透射率和反射率的至少其中之一能够得到调整。
根据这种结构，通过让从激光光源射出的激光透过和被反射而将激光分歧为多束的多 个分歧元件的透射率和反射率的至少其中之一能够得到调整，因此能够调整区域间的辉度 的偏差。 16另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述分歧光学系统具备至少一个 分束器，所述分束器的透射率和反射率的至少其中之一在其面内不均匀。.
根据这种结构，由于分束器的透射率和反射率的至少其中之一在面内不均匀，因此通 过将激光的入射位置调到分束器上能够得到所希望的光量的位置，能够调整区域间的辉度 的偏差。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述多个照明光学系统的每个照 明光学系统具备检测被所述分束器分歧的激光的光量的传感器，所述激光背面照射装置还 包括调整所述分束器的透射率和反射率的至少其中之一以使由所述传感器检测的光量为 指定的光量的调整部。
根据这种结构，被分束器分歧的激光的光量得以检测，分束器的透射率和反射率的至 少其中之一被调整，以使得被检测的光量为指定的光量。因此，由于通过分束器的激光的 光量达到指定的光量，因此能够调整区域间的辉度的偏差。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述调整部根据被发送到所述二 维空间调整元件的图像数据，调整所述分束器的透射率和反射率的至少其中之一。
根据这种结构，由于根据被发送到二维空间调制元件的图像数据，分束器的透射率和 反射率的至少其中之一得以调整，因此能够根据图像数据调整各区域的辉度，能够提供提 高了对比度的图像。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，被所述多个照明光学系统分别照 明的所述二维空间调制元件上的各区域的面积总和大于所述二维空间调制元件的面积。
根据这种结构，由于邻接的区域以重叠的形式被加以照明，因此区域间的接缝消失， 从而能够抑制各区域的辉度的偏差。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述多个照明光学系统的每个照 明光学系统具备至少一个多柱镜或至少一个柱面镜。
根据这种结构，通过减小多柱镜或柱面镜的曲率半径，能够扩大反射后的激光的发散 角，从而能够实现激光背面照射装置的薄型化。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述多个照明光学系统具备至少 一个镜，所述激光背面照射装置还包括让所述镜旋转振动的镜驱动部。
根据这种结构，由于镜被旋转振动，因此能够使区域间的辉度分布均匀，并能够降低 散班杂讯。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，还包括让所述激光光源在与激光
17的光轴垂直的面内二维旋转的光源驱动部。
根据这种结构，由于激光光源在与激光的光轴垂直的面内二维旋转，因此能够使区域 间的辉度分布均匀，并能够降低散班杂讯。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述分歧光学系统具备将激光朝 着所述多个照明光学系统分歧为多束的多个分歧元件，所述激光背面照射装置还包括让所 述多个分歧元件的每个分歧元件振动的分歧元件驱动部，所述分歧元件驱动部让被所述多 个分歧元件分歧的所述多束激光的光路振动。
根据这种结构，由于被多个分歧元件分歧的多束激光的光路被振动，因此能够使区域 间的辉度分布均匀，并能够降低散班杂讯。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述分歧光学系统具备让激光分 别射入所述多个照明光学系统的多个分歧元件，所述多个照明光学系统的每个照明光学系 统具备反射从所述分歧元件入射的激光的第一反射元件、以及将被所述第一反射元件反射 的激光朝所述二维空间调制元件上的指定的区域反射的第二反射元件。
根据这种结构，在多个照明光学系的每个照明光学系统中，通过第一反射元件，从分 歧元件入射的激光被反射，通过第二反射元件，由第一反射元件反射的激光被反射至二维 空间调制元件上的指定的区域。因此，能够将被分歧元件分歧的激光引导至二维空间调制 元件。
另外，较为理想的是，在上述激光背面照射装置中，所述激光光源射出红、绿和蓝的 激光。
根据这种结构，由于红、绿和蓝的激光通过激光光源而射出，因此能够提供可显示全 色的激光背面照射装置。
本发明所涉及的液晶显示装置，包括上述的激光背面照射装置，以及二维调制由所述 激光背面照射装置照射的光的光强度的二维空间调制元件。
根据这种结构，能够提供一种可以实现薄型化、并可以使辉度分布均匀而提高对比度 的液晶显示装置。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的激光背面照射装置能够实现薄型化，能够使辉度分布均匀而提高对比
度，作为主要使用R (红)、G (绿)和B (蓝)三色光源的激光背面照射装置、以及使 用该激光背面照射装置的液晶显示装置是极为有用的。
权利要求
1.一种激光背面照射装置，其特征在于包括激光光源；分歧光学系统，将从所述激光光源射出的激光分歧为多束；以及多个照明光学系统，从背面照明对光强度进行二维调制的二维空间调制元件，其中，所述多个照明光学系统，将被所述分歧光学系统分歧的多束激光扩大，分别照明被分割为多个区域的所述二维空间调制元件的各区域。
2.根据权利要求l所述的激光背面照射装置，其特征在于入射至所述多个照明光学系统的所述多束激光的行进方向为全部朝着同一方向或者 一部分朝着相反方向，所述多个照明光学系统全部具有相同结构。
3.根据权利要求1或2所述的激光背面照射装置，其特征在于所述分歧光学系统，具备通过让从所述激光光源射出的激光透过和被反射而将激光分 歧为多束的多个分歧元件，所述多个分歧元件的透射率和反射率的至少其中之一为可调整。
4.根据权利要求3所述的激光背面照射装置，其特征在于 所述分歧光学系统至少具备一个分束器，所述分束器的透射率和反射率的至少其中之一在其面内不均匀。
5.根据权利要求3所述的激光背面照射装置，其特征在于所述多个照明光学系统的每个照明光学系统，具备检测被所述分束器分歧的激光的光 量的传感器，所述激光背面照射装置，还包括调整所述分束器的透射率和反射率的至少其中之一以 便使由所述传感器检测的光量为指定的光量的调整部。
6.根据权利要求5所述的激光背面照射装置，其特征在于所述调整部根据被发送到所述二维空间调整元件的图像数据，调整所述分束器的透射率和反射率的至少其中之
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的激光背面照射装置，其特征在于被所述 多个照明光学系统分别照明的所述二维空间调制元件上的各区域的面积的总和，大于所述 二维空间调制元件的面积。
8. 根据权利要求7所述的激光背面照射装置，其特征在于所述多个照明光学系统 的每个照明光学系统具备至少一个多柱镜或至少一个柱面镜。
9. 根据权利要求7所述的激光背面照射装置，其特征在于 所述多个照明光学系统具备至少一个镜，所述激光背面照射装置还包括使所述镜旋转振动的镜驱动部。
10. 根据权利要求1至9中的任一项所述的激光背面照射装置，其特征在于还包括 让所述激光光源在与激光的光轴垂直的面内二维旋转的光源驱动部。
11. 根据权利要求1至10中的任一项所述的激光背面照射装置，其特征在于 所述分歧光学系统具备将激光朝着所述多个照明光学系统分歧为多束的多个分歧元件，所述激光背面照射装置还包括使所述多个分歧元件的每个分歧元件振动的分歧元件 驱动部，其中，所述分歧元件驱动部，使被所述多个分歧元件分歧的所述多束激光的光路振动。
12. 根据权利要求l至ll中的任一项所述的激光背面照射装置，其特征在于 所述分歧光学系统具备让激光分别射入所述多个照明光学系统的多个分歧元件， 所述多个照明光学系统的每个照明光学系统具备反射从所述分歧元件入射的激光的第一反射元件、以及将被所述第一反射元件反射的激光朝所述二维空间调制元件上的指定 的区域反射的第二反射元件。
13. 根据权利要求1至12中的任一项所述的激光背面照射装置，其特征在于所述 激光光源射出红、绿和蓝的激光。
14. 一种液晶显示装置，其特征在于包括如权利要求1至13中的任一项所述的激光背面照射装置；以及 二维空间调制元件，二维调制由所述激光背面照射装置照射的光的光彈度。
全文摘要
本发明提供一种能够实现薄型化，能够使辉度分布均匀而提高对比度的激光背面照射装置以及液晶显示装置。激光背面照射装置(100)包括激光光源(1)；将从激光光源(1)射出的激光分歧为多束的分歧光学系统(101)；以及从背面照射对光强度进行二维调制的液晶面板(5)的多个照明光学系统(102)，多个照明光学系统(102)将被分歧光学系统(101)分歧的多束激光扩大，分别照明被分割为多个区域的液晶面板(5)的各区域。
文档编号G02F1/13357GK101663613SQ20088001261
公开日2010年3月3日 申请日期2008年4月10日 优先权日2007年4月20日
发明者中山健二, 山本和久, 式井慎一, 水岛哲郎 申请人:松下电器产业株式会社