專利名稱：激光背面照射裝置以及液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種主要使用R (紅)、G (綠)和B (藍)三色的光源的激光背面照射 裝置，以及使用該激光背面照射裝置的液晶顯示裝置。
背景技術：
顯示裝置有自身發(fā)光的有機發(fā)光顯示裝置和等離子顯示裝置等發(fā)光型顯示裝置，以及 自身不發(fā)光而需要其他光源的液晶顯示裝置等受光型顯示裝置。 一般的液晶顯示裝置包括 具備電場形成電極的兩個顯示板、以及位于其間的具有介電常數(shù)各向異性(dielectric constantanisotropy)的液晶層。通過對電場形成電極施加電壓而在液晶層形成電場，并改 變電壓來調(diào)節(jié)該電場的強度，從而形成光閥(light valve)，調(diào)節(jié)通過液晶層的光的透射率 而得到所希望的圖像。此時，作為光源， 一般采用另外備置的人工光源。作為液晶顯示裝 置用的光源，多數(shù)情況使用諸如冷陰極管熒光燈(CCFL)這樣的熒光燈作為在液晶面板 的后面對整個液晶面板均勻地照射光的光源。通常，從導光板側(cè)面入射的熒光燈的光，一 般從導光板前面作為大致均勻的光從后面照射液晶面板。
但是，近年來，從環(huán)境保護或節(jié)省電能的觀點出發(fā)，作為不使用水銀、功耗更少的光 源，以發(fā)光二極管(LED)或激光裝置為光源的圖像顯示裝置的開發(fā)取得了進展。特別是 激光裝置，不但功耗低，而且在作為圖像顯示裝置用光源來使用時，從色彩再現(xiàn)范圍的廣 度等畫質(zhì)方面的觀點來看，也可以說是最適合于圖像顯示裝置的光源。
另一方面，使用激光裝置作為光源，在液晶面板的后面對整個液晶面板均勻地照射光 時，可考慮幾種方法。 一種方法是日本專利公開公報特開平2-157790號(以下稱作"專利 文獻l")所示的通過多邊形掃描儀(polygonalscanner)來掃描液晶面板的方法，另一種方 法是R本專利公報特許第3205478號(以下稱作"專利文獻2")所示的通過線掃描儀(line scanner)來掃描液晶面板的方法。
但是，專利文獻l所示的通過多邊形掃描儀進行掃描的方法中，由于從多邊形的面到 液晶面板的距離變長，因此在原理上難以實現(xiàn)如使用CCFL等作為光源時那樣的薄型化。 另外，專利文獻2所示的通過線掃描儀來掃描液晶面板的方法中，由于在原理上很難以高
5速掃描大畫面，因此對于顯示裝置可以說是不可釆用的方法。如上所述，迄今為止還沒有 提出過使用激光裝置作為光源的液晶面板的背面照射實現(xiàn)薄型化的方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題，其目的在于提供一種激光背面照射裝置以及液品顯示裝 置，能夠?qū)崿F(xiàn)薄型化，通過使輝度分布(luminancedistribution)實質(zhì)上均勻從而提高對比度。
本發(fā)明所提供的一種激光背面照射裝置包括激光光源；將從所述激光光源射出的激 光分歧為多束的分歧光學系統(tǒng)；以及從背面照明對光強度進行二維調(diào)制的二維空間調(diào)制元 件的多個照明光學系統(tǒng)，所述多個照明光學系統(tǒng)將被所述分歧光學系統(tǒng)分歧的多束激光擴 大，分別照明被分割為多個區(qū)域的所述二維空間調(diào)制元件的各區(qū)域。
本發(fā)明還提供一種液晶顯示裝置，包括上述的激光背面照射裝置，以及二維調(diào)制由所 述激光背面照射裝置照射的光的光強度的二維空間調(diào)制元件。
根據(jù)本發(fā)明，通過多個照明光學系統(tǒng)，被分割為多個區(qū)域的二維空間調(diào)制元件的各區(qū) 域分別被照明，因此即使二維空間調(diào)制元件大型化，也能夠通過增加分割的區(qū)域的數(shù)目， 而不會改變裝置的厚度，從而實現(xiàn)薄型化。另外，由于通過多個照明光學系統(tǒng)，被分割為 多個區(qū)域的二維空間調(diào)制元件的各區(qū)域分別被照明，因此能夠使照射到二維空間調(diào)制元件 的光的輝度分布均勻而提高對比度。
通過以下的詳細說明和附圖，本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點將更加明確。


圖1是表示本發(fā)明實施例的液晶顯示裝置的結(jié)構的正視圖。
圖2是從圖1所示的箭頭A的方向看到的液晶顯示裝置的側(cè)視圖。
圖3是表示將被圖1的鏡反射的激光引導至液晶面板的照明光學系統(tǒng)的結(jié)構的立體圖。
圖4是圖3所示的照明光學系統(tǒng)的正視圖。 圖5是圖3所示的照明光學系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖6是表示本實施例的第一變形例所涉及的液晶顯示裝置的結(jié)構的正視圖。 圖7是表示本實施例的第二變形例的分束器的結(jié)構的圖。
圖8是表示本實施例的第三變形例所涉及的激光背面照射裝置的分歧光學系統(tǒng)以及照 明光學系統(tǒng)的結(jié)構的正視圖。
6圖9是本實施例中使用柱面透鏡作為第二反射元件的照射光學系統(tǒng)的側(cè)視圖。 圖10是本實施例中讓各部分的端部重疊并使輝度分布實質(zhì)上均勻的照射光學系統(tǒng)的 側(cè)視圖。
圖11是本實施例中使用多透鏡和平面鏡作為第二反射元件的照射光學系統(tǒng)的側(cè)視圖。 圖12是本實施例的第四變形例中N個照明光學系統(tǒng)的其中之一的放大立體圖。 圖13是本實施例的第五變形例中激光光源和N個照明光學系統(tǒng)的其中之一的放大立 體圖。
圖14是本實施例的第六變形例中N個照明光學系統(tǒng)的其中之一的放大立體圖。 圖15是表示本實施例的第七變形例所涉及的液晶顯示裝置的結(jié)構的IFJiL圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。此外，以下的實施例是將本發(fā)明具體化 的一個例子，并不限定本發(fā)明的技術范圍。
圖1是表示本發(fā)明實施例的液晶顯示裝置的結(jié)構的正視圖，圖2是從圖1所示的箭頭 A的方向看到的液晶顯示裝置的側(cè)視圖。圖l所示的液晶顯示裝置200包括激光背面照射 裝置100以及液晶面板5。激光背面照射裝置100包括激光光源1、分歧光學系統(tǒng)101以 及多個照明光學系統(tǒng)102。分歧光學系統(tǒng)101具備分束器(beam splitter) 11至15 和鏡16, 照明光學系統(tǒng)102具備第一反射元件2和第二反射元件3。
激光光源l射出激光。分歧光學系統(tǒng)101將從激光光源1射出的激光分歧為多束。多 個照明光學系統(tǒng)102從背面照明液晶面板5。液晶面板5是對光強度進行二維調(diào)制的二維 空間調(diào)制元件(two-dimensional space modulator)。多個照明光學系統(tǒng)102將被分歧光學系統(tǒng) 101分歧的多束激光擴大，分別照明被分割為多個區(qū)域的液晶面板5的各區(qū)域。
先來說明本結(jié)構的動作構成。首先，對將激光20分歧為N條激光的分歧光學系統(tǒng)101 進行說明。這里，以分歧光學系統(tǒng)101將激光20分割為縱3列、橫4行的N=3列x4行= 總計12條激光為例進行說明。
從激光光源1射出的激光20通過分束器11按指定的光量比被加以分割。透過分束器 11的激光21首先到達分束器14。分束器14反射指定比例的光量形成激光22。透過分束 器14的指定光量的激光接下來到達分束器15。分束器15反射指定比例的光量形成激光 23。透過分束器15的指定光量的激光接下來到達鏡16。最后，到達鏡16的激光基本上 被鏡16全反射而形成激光24。由以上可見，首先能夠在縱方向上將激光分歧成3列。接下來，對在橫方向上將激光分歧為4行的方法進行說明。激光20中的經(jīng)分束器11 反射的激光25由分束器12以指定的光量比分割為透射光和反射光。透過分束器12的激 光入射至分束器13，以指定的光量比被分割為透射光和反射光。進一步，透過分束器13 的激光被鏡16反射并向圖中下方行進。由分束器12、 13和鏡16分別反射的激光與激光 21同樣， 一邊向圖中下方行進一邊通過配置于各列的分束器和鏡而被反射，作為激光26 至34到達指定的位置。經(jīng)過以上的步驟，從激光光源l射出的激光20被分歧為縱3列x 橫4行=12條的激光。以上的N-12條的激光分別照明液晶面板5的以圖l中的虛線和實 線劃分的N=12個被分割的各區(qū)域(分割部分(segments))。
照明光學系統(tǒng)102配置有多個，在本實施例中，縱3列x橫4行二12個的照明光學系 統(tǒng)102以矩陣狀配置。作為例子，用圖3、圖4和圖5對與被分割為N二12條之后的激光 24所照明的液晶面板5上的分割部分4有關的照明光學系統(tǒng)102進行說明。圖3是表示 將被圖1的鏡16反射的激光引導至液晶面板5的照明光學系統(tǒng)的結(jié)構的立體圖，圖4是 圖3所示的照明光學系統(tǒng)的正視圖，圖5是圖3所示的照明光學系統(tǒng)的側(cè)視圖。
由鏡16反射的激光24，被第一反射元件2反射，在水平面內(nèi)一邊擴散一邊向第二反 射元件3行進。行進的激光24被第二反射元件3向下反射， 一邊二維擴散一邊行進。行 進的激光24照明液晶面板5內(nèi)的分割部分4。如上所述，照明光學系統(tǒng)102將平行光束 二維擴散，照明自身負責的分割部分。根據(jù)以上的結(jié)構，通過分割成N個分割部分可以用 單一的激光光束照明液晶面板5。
作為本實施例的效果例如可以舉出以下兩個。 一個效果是，即使液晶面板5的尺寸增 大，也能夠用單一的激光光源構筑具有相同厚度的液晶面板用背面照射光學系統(tǒng)。專利文 獻l所示的使用激光裝置為光源的背面照射裝置，不像本實施例這樣分成分割部分，而是 用單一的光學系統(tǒng)照明液晶面板。在這種情況下，從液晶面板到光源的光學距離與液晶面 板的尺寸成比例地增大，從而裝置尺寸大型化。另外，如果在液晶面板的尺寸增大的情況 下也要實現(xiàn)薄型化，則由于需要折疊光學系統(tǒng)等措施，因此需要非球面鏡等復雜的光學系 統(tǒng)，從而無法避免相當程度的成本增加。
另外，假設替代CCFL而使用激光裝置作為光源，通過使用旋轉(zhuǎn)多面鏡和掃描光學系 統(tǒng)照明導光板這樣的結(jié)構來實現(xiàn)薄型化時，如果畫面尺寸變大，則構成掃描透鏡的尺寸也 會變大。因此，在不同的畫面尺寸之間掃描透鏡不能通用，無法使用相同的制造工序，所 以從合理制造的角度來看也無法避免大幅度的成本增加。另外，還需要按照每個畫面尺寸 對構成掃描光學系統(tǒng)的掃描透鏡等進行最佳設計，從設計工序的數(shù)目來看不同畫面尺寸的生產(chǎn)裝配(lineup)也需要花費時間。
與此相對，本實施例中的激光背面照射裝置100具有即使液晶面板的尺寸大型化，只 要增加分割部分的數(shù)目則裝置的厚度就基本上不變的優(yōu)點。在本實施例的激光背面照射裝 置100中，即使所使用的畫面的尺寸大型化，也只通過增加分割部分的數(shù)目，增加分束器 以及反射元件的個數(shù)，可以將成本的上升控制到最低限度。另外，即使增加不同畫面尺寸 的生產(chǎn)裝配，光學系統(tǒng)的設計也僅僅是增加分割部分的數(shù)目，擴大畫面尺寸的設計非常簡 單，而且部件能夠在不同尺寸的畫面之間通用。因此，量產(chǎn)效果大、且能夠以低廉的成本 制作激光背面照射裝置100。
另外，在使用LED為光源的液晶面板用背面照射裝置的情況下，由于用一個LED可 照射的分割部分的大小相同，所以根據(jù)液晶面板的尺寸增加LED的個數(shù)。由于通過根據(jù) 液晶面板的尺寸增加LED的個數(shù)，使得LED的驅(qū)動基板增加，驅(qū)動基板的零部件數(shù)也增 加，因此成為成本增加的重要原因。但是，通過使用本實施例的激光背面照射裝置100， 即使液晶面板的尺寸變大也無需增加激光光源的驅(qū)動電路的個數(shù)，而僅僅是增加分束器和 反射元件等部件，可將成本增加控制在最小限度。另外，如果使用光纖光源為光源，則還 具有只需更換所使用的光纖光源，即可隨時切換亮度(光量)和色彩(波長)的優(yōu)點。
另外，如圖1所示，從分歧光學系統(tǒng)射出的激光全部射向同一方向時，即，透過分束 器11并從分歧光學系統(tǒng)射出的激光22至24，與被分束器12反射并從分歧光學系統(tǒng)射出 的激光26至28、被分束器13反射并從分歧光學系統(tǒng)射出的激光29至31、被鏡16反射 并從分歧光學系統(tǒng)射出的激光32至34全部朝著同一行進方向時，只要多個照明光學系統(tǒng) 102的結(jié)構全部相同，則照射各分割部分的激光的偏振方向全部為同一方向。
另外，在圖1中，N條激光22至24、 26至34全部朝著同一方向，但也可以是N條 激光中的一部分激光的行進方向朝著與其他部分的激光的行進方向正相反的方向。即，入 射至多個照明光學系統(tǒng)102的多束激光的行進方向也可以全部朝著同一方向或者一部分朝 著相反方向。
一般而言，由于液晶面板是用正交尼科耳(cross-Nicols)式配置的偏振板夾在其前 后來使用的，所以指定的偏振方向以外的成分不參與圖像形成。BP,像CCFL或LED那 樣射出的光的偏振方向為隨機的光會損失一半出射光量。即使用特殊的薄膜片等反射未透 過液晶面板的偏振成分，而僅讓透過液晶面板的偏振成分透過，也由于薄膜片中的透射損 失或在導光板內(nèi)傳播時的透射損失等的影響，會造成20%至30%的光量損失。
另外，如前所述，替代CCFL使用激光裝置作為光源，以使用旋轉(zhuǎn)多面鏡和掃描光學
9系統(tǒng)照明導光板這樣的結(jié)構實現(xiàn)薄型化時，當激光射入導光板一次，激光會在導光板中因
散射粒子等而散射。因此，即使射入導光板的激光的偏振方向基本一致(aligned)，從導光 板射出的激光的偏振方向也會與前述的CCFL或LED同樣變?yōu)殡S機偏振，還是會造成20 至30%的光量損失。
在使用激光裝置為光源時，通常其偏振方向基本一致。因此，如上所述，如果從分歧 光學系統(tǒng)101射出的多束激光的行進方向相同，則照明液晶面板的激光的偏振方向會基本 上一致。通過將液晶面板前后的偏振板的方向?qū)R以使偏振成分對圖像形成做出貢獻，具 有光利用效率相對于CCFL或LED光源大幅度提髙這個重要的優(yōu)點。
另外，如光纖光源那樣，即使是暫時變?yōu)殡S機偏振的光源，也能夠如圖6所示將偏振 方向?qū)R。圖6是表示本實施例的第一變形例所涉及的液晶顯示裝置的結(jié)構的正視圖。圖 6所示的激光背面照射裝置103包括光纖光源6、偏振分束器7、 1/2波長板8、分歧光學 系統(tǒng)101以及多個照明光學系統(tǒng)102。分歧光學系統(tǒng)101具備分束器11至15和鏡16， 照明光學系統(tǒng)102具備第一反射元件2和第二反射元件3。此外，在圖6中，對與圖l相 同的結(jié)構標注相同的符號，省略其說明。
從光纖光源6射出的激光20通過偏振分束器(PBS〉 7被分歧為P偏振光與S偏振 光。偏振分束器7讓激光的P偏振成分透過，并反射S偏振成分。被反射的S偏振光射入 1/2波長板8。 1/2波長板8讓射入的S偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90。而轉(zhuǎn)換為P偏振光。由 此，透過1/2波長板8的激光的偏振成分與透過偏振分束器7的P偏振光的偏振方向變?yōu)?基本一致。各P偏振光的光束一邊沿著圖6所示的路徑行進， 一邊被分歧成朝向各分割部 分的激光束，以照明各自負責的分割部分。
如上所述，作為光源，即使使用光纖光源也能夠以非常簡便的方法將偏振方向?qū)R， 能夠?qū)崿F(xiàn)光利用效率的大幅提高，也能夠?qū)Φ凸幕龀鲐暙I。
另外，作為背面照射裝置所要求的性能，包括輝度分布均勻性的確保。對于本實施例 的激光背面照射裝置100、 103，如下所示，能夠確保輝度分布均勻性。首先，分歧為N 條的多束激光的光量需要大致相等。在圖1的情況下，分歧形成了縱3列x橫4行=12條 激光，這些激光的光量需要大致等同。較為理想的是，分束器11的透射率為25%,反射 率為75%，分束器12、 14的透射率為66.7。/。，反射率為33.3%，分束器13、 15的透射 率為50%，反射率為50%，鏡16的反射率為100%。
但是，實際上由于分束器的制造偏差、內(nèi)部吸收或者散射等，難以得到上述的理想的 反射率和透射率，N條激光的光量會產(chǎn)生偏差。其結(jié)果是透過液品面板的光的輝度會產(chǎn)生
10偏差。進一歩，隨著液晶面板的尺寸大畫面化，所經(jīng)由的分束器的數(shù)目增加，透射率或反
射率的偏差造成的光量的誤差被積累，N條激光的光量的偏差變大。當然，也可以測定N 條激光的光量偏差，對每分割部分調(diào)整液晶面板的透射率并使輝度分布均勻。但是，在這 種情況下，由于N條激光的各光量是向最低的激光光量對齊，因此激光功率的損失較大， 并不是較佳的措施。
因此，在本實施例的第二變形例中的激光背面照射裝置中，使用透射率和反射率的至 少其中之一在面內(nèi)不均勻的分束器。具體而言，如圖7所示，通過使用在分束器的反射面 內(nèi)，沿指定方向反射率增大的分束器17，能夠使被分歧的多束激光的輝度分布達到均勻。 圖7是表示本實施例的第二變形例中的分束器的結(jié)構的圖。此外，分束器以外的結(jié)構與圖 1所示的激光背面照射裝置100相同，所以省略說明。
艮P，分束器17將入射光35分歧為反射光36與透射光37。分束器17被施以ND (Neutral Density)過濾涂層(filter coat)，使得中心部分17a的反射率為設計中心的值， 反射率從中心部分I7a向著分束器17的上端部17b下降，反射率從中心部分17a向著下 端部17c增大。即，分束器17的反射率從中心部分17a沿著箭頭Yl方向逐漸下降，反 射率從中心部分17a沿著箭頭Y2的方向逐漸增大。
當反射光不足時，提高分束器17的位置，反射光過強時，降低分束器17的位置。由 此，通過分歧光學系統(tǒng)101而被分歧的激光能夠得到所希望的光量，能夠使被分歧的多束 激光的輝度分布均勻。在這種情況下，激光背面照射裝置100還包括使分束器17沿著上 下方向、即沿著反射率變化的方向移動的移動機構。此外，移動機構可以通過用戶手動移 動分束器17,也可以使用馬達(邁otor)等自動移動分束器17。
而且，在本實施例中，將反射率的變動方向設為上下方向，但本發(fā)明并不特別限定于 此，當然也可以將反射率的變動方向設為左右方向。此外，構成圖1的分歧光學系統(tǒng)101 的所有分束器可以采用圖7所示的分束器17，或者也可以是一部分分束器采用圖7所示的 分束器17。
另外，本實施例是分束器17的反射率變化，但本發(fā)明并不特別限定于此，也可以使 透射率變化，透射率和反射率的至少其中之一能夠得到調(diào)整。
另外，更為理想的是，具有這樣一種機構，該機構通過將被分歧為N條的各激光22 至24、 26至34的一部分預先用未圖示的分束器分歧，用傳感器監(jiān)測各N條激光的光量， 并在形成各N條激光的分束器上預先安裝致動器，自動調(diào)整鏡的位置而使光量達到最優(yōu) 化。圖8是表示本實施例的第三變形例所涉及的激光背面照射裝置的分歧光學系統(tǒng)以及照明光學系統(tǒng)的結(jié)構的正視圖。
如圖8所示，激光背面照射裝置100還包括分束器51、傳感器52、控制部53、以及 致動器54。其中，分束器15的結(jié)構與圖7所示的分束器17的結(jié)構相同。分束器51將由 分束器15反射的激光23反射至傳感器52,并讓其透過至第一反射元件2。傳感器52檢 測被分束器51反射的激光的光量。控制部53對致動器54進行驅(qū)動控制，向致動器54 輸出與傳感器52檢測到的光量對應的驅(qū)動信號。致動器54按照由控制部53輸出的驅(qū)動 信號，讓分束器15移動，使激光射向分束器15的入射位置發(fā)生變化。這里，致動器54 相當于調(diào)整部的一例。
接下來，對本實施例的第三變形例中的激光背面照射裝置的光量調(diào)整動作進行說明。 首先，控制部53驅(qū)動致動器54，使分束器15移動到初始位置。該初始位置是指激光射 入反射率為設計中心的值的中心部分的位置。接下來，激光光源l射出激光。然后，經(jīng)分 束器15反射后的激光被分束器51反射而射入傳感器52。傳感器52檢測射入的激光的光 量。
接下來，控制部53將由傳感器52檢測到的光量與預先確定的指定的光量進行比較。 然后，當控制部53判斷光量不足時，向致動器54輸出讓分束器15向反射率增大的方向 移動的驅(qū)動信號。另外，當控制部53判斷光量過強時，向致動器54輸出讓分束器15向 反射率下降的方向移動的驅(qū)動信號。進一歩，當控制部53判斷出被檢測到的光量與指定 的光量一致時，向致動器54輸出讓分束器15停止的驅(qū)動信號。
這樣，被分束器15分歧的激光的光量通過傳感器52而得到檢測。然后，通過致動器 54，分束器15被移動到檢測的光量為指定的光量的位置。
通過該結(jié)構，例如，在看電視的過程中也能夠積極地使任意部位的光量提高、下降。 例如，控制部53調(diào)整分束器15的反射率，使得畫面中央部的激光27與激光30的光量提 高。由此，能夠提高看電視的過程中通常注視的畫面中央部的輝度，無需提高激光光源1 的光量，即可提高圖像的識讀性。
另外，也可以根據(jù)被發(fā)送到液晶面板的圖像數(shù)據(jù)，調(diào)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，在觀看電影等時，相對夜晚的場景等在圖像上形成暗部的 分割部分，調(diào)整分束器15的位置降低反射率，以使得射入該分割部分的激光的光量下降。 由此，能夠降低射入液晶面板的激光的光量，提高對比度。當然，如果與分束器17同樣 也使鏡16的反射率不均勻，則能夠降低畫面上的總光量，從而能夠積極控制整個畫面的 光量。
12通過以上的對策，能夠使分割部分(segment)間的輝度偏差(luminance variation)均 勻化，進一歩提高對比度。接下來，對使分割部分內(nèi)的輝度偏差均勻化的措施進行說明。 圖9是本實施例中使用柱面透鏡(cylinder lens)作為第二反射元件3的照射光學系統(tǒng)的側(cè) 視圖，圖10是本實施例中使各分割部分的端部重疊并使輝度分布均勻的照射光學系統(tǒng)的 側(cè)視圖。
構成照明光學系統(tǒng)102的第一反射元件2與第二反射元件3通?？梢钥紤]采用柱面鏡 (cylinder mirror)等。這種情況下，如圖9所示，從激光光源1射出的激光的光束剖面41 通常為高斯分布。因此，由于反射角越大，光量就越下降，所以由柱面鏡40反射的激光， 如光束剖面42所示那樣，反射端部的光量下降。此外，在例如圖4的虛線所圍出的四角 的頂點附近，由于偏振在某種程度上旋轉(zhuǎn)，因而可以想見光量會下降。
因此，如果將由照明光學系統(tǒng)102照明的分割部分僅像排列瓷磚(tile)那樣沒有間隙的 進行排列，則在各分割部分的接合部附近，光量會下降，造成觀看圖像時的輝度偏差。所 以，如圖10所示，配置各照明光學系統(tǒng)102使得各分割部分的端部互相重疊。由此，能 夠使照射液晶面板5的激光，如光束剖面43所示那樣為大致均勻的光量分布。
圖10示出的是以柱面鏡40作為第二反射元件3時的情況，當然以柱面鏡作為圖3等 所示的第一反射元件2時的情況也相同。因此，通過如圖1的虛線所示的分割部分4那樣， 將偏振方向也納入考慮地以重疊(overlap)的方式二維配置各分割部分4，能夠得到?jīng)]有輝 度分布不均的均勻的圖像。此時，由多個照明光學系統(tǒng)102分別照明的液晶面板5上的各 分割部分4的面積總和大與液晶面板5的面積。
此外，圖9和圖10示出的是以柱面鏡40作為第二反射元件3時的例子，但若采用用 多個柱面鏡(cylinder mirror)排列構成的多柱鏡(lenticular mirror)作為第二反射元件3更 佳。這樣做，輝度分布的均勻性比柱面鏡時提高，所以即使重疊面積小也能夠?qū)崿F(xiàn)輝度分 布均勻性，能夠減少分割部分的數(shù)目、即減少照明光學系統(tǒng)102的數(shù)目，從而帶來成本的 降低。
另外，本實施例中，如圖11所示，通過用多透鏡(lenticularlens)44擴散激光再由平 面鏡45將其折返的結(jié)構也能夠?qū)崿F(xiàn)上述的效果。圖ll是本實施例中使用多透鏡和平面鏡 作為第二反射元件的照射光學系統(tǒng)的側(cè)視圖。但是， 一般而言，多透鏡(lenticular lens) 與多柱鏡(lenticular mirror)等反射元件相比較，擴散的光束的角度較小。因此，與使用 多柱鏡時相比較，從平面鏡45 (第二反射元件3)到液晶面板5的光程長變長。
其結(jié)果是，即使如圖11所示使用平面鏡45折返的結(jié)構，如果在多透鏡44附近配置
13平面鏡45來折彎激光，從平面鏡45到液晶面板5的距離變長，薄型化也困難。相反地， 如果在遠離多透鏡44的位置配置平面鏡45來折彎激光，由于光束已經(jīng)擴散，所以平面鏡 45的長度變長，就整個裝置而言薄型化依然困難。
另一方面，如圖10那樣使用柱面鏡或多柱鏡作為第二反射元件3時，由于通過減小 鏡的曲率半徑能夠擴大反射后的發(fā)散角，因此可縮短從柱面鏡40到液晶面板5的距離， 能夠使裝置薄型化。另外，由于是反射元件，所以即使激光光源使用R (紅)、G (綠) 和B (藍)三色，也不會發(fā)生使用透射元件時會看到的折射率分布不均造成的顏色錯位， 能夠得到良好的圖像。
接下來，參照圖12對使分割部分內(nèi)的輝度偏差均勻化的其他方法進行說明。在圖9 至圖11中，通過由柱面鏡或多柱鏡等作為反射元件進行反射，從而無需讓反射元件移動 即可照明液晶面板5，而在圖12中，是讓反射元件移動來進行照明。
圖12是本實施例的第四變形例中N個照明光學系統(tǒng)中的其中之一的放大圖。第一反 射元件2與第二反射元件3分別采用平面鏡9和平面鏡10，使其各自以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋 轉(zhuǎn)振動。平面鏡9通過以鉛直軸為中心旋轉(zhuǎn)振動讓激光一維掃描。平面鏡IO通過以水平 軸為中心旋轉(zhuǎn)振動而讓經(jīng)平面鏡9反射后的激光二維掃描。第一鏡驅(qū)動部61以沿著垂直 于照射面的方向的鉛直軸為旋轉(zhuǎn)軸，使平面鏡9旋轉(zhuǎn)振動。第二鏡驅(qū)動部62以沿著平行 于照射面的方向的水平軸為旋轉(zhuǎn)軸，使平面鏡10旋轉(zhuǎn)振動。這里，第一鏡驅(qū)動部61以及 第二鏡驅(qū)動部62相當于鏡驅(qū)動部的一例。
通過使平面鏡9、 IO的掃描速度最優(yōu)化，能夠均勻地曝光各分割部分。另外，由于是 激光掃描，因此還具有散班雜訊得以降低的優(yōu)點。另外，通過使旋轉(zhuǎn)軸為水平方向的平面 鏡10的旋轉(zhuǎn)軸與鄰接的照明光學系統(tǒng)102的平面鏡10的旋轉(zhuǎn)軸共通化，還能夠減少用于 旋轉(zhuǎn)振動的致動器(第二鏡驅(qū)動部62)的數(shù)目。
當然，也可以由MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)鏡等直接二維掃描液 晶面板5。在這種方式中，由于構成的部件依然是反射元件，因此即使激光光源使用R(紅)、 G (綠)和B (藍)三色，也不會發(fā)生在使用透射元件時會看到的由于折射率分散造成的 顏色偏差，能夠得到良好的圖像。
接下來，參照圖13對使分割部分內(nèi)的輝度偏差均勻化的其他方法進行說明。構成的 部件與圖1相同，但這里使激光光源1在與光軸垂直的面內(nèi)二維旋轉(zhuǎn)振動。
圖13是本實施例的第五變形例中激光光源和N個照明光學系統(tǒng)中的其中之一的放大 立體圖。如圖13所示，激光背面照射裝置還包括光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部63。光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部63使激光光源1在與激光的光軸垂直的面內(nèi)二維旋轉(zhuǎn)。這里，光源旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部63相當于光 源驅(qū)動部的一例。
由此，從激光光源1射出的激光20的光軸也做圓狀地旋轉(zhuǎn)運動，行進的激光24的光 路也做圓狀地旋轉(zhuǎn)運動，進而照明光學系統(tǒng)102照明的區(qū)域也做旋轉(zhuǎn)運動。結(jié)果是發(fā)生與 鄰接的分割部分的重疊，因此曝光強度被時間積分，與振動前相比較，輝度偏差被均勻化。
由于激光光源l旋轉(zhuǎn)運動，因此還具有降低散班雜訊的優(yōu)點。另外，使激光光源l旋 轉(zhuǎn)運動，由于運動的部件可以僅僅是激光光源l，所以與前述的掃描平面鏡9、 IO的方法 相比較，結(jié)構也簡便，還能夠?qū)⒊杀驹黾涌刂圃谧钚∠薅?。當然，也可以組合前述的由平 面鏡9、 10掃描液晶面板5的方法與使激光光源1旋轉(zhuǎn)振動的兩種方法。通過組合這兩種 方法，能夠進一歩實現(xiàn)良好的輝度分布均勻性與散班雜訊的降低。
其他的作為使激光振動的方法，也可以使在分歧光學系統(tǒng)內(nèi)的、將激光分歧為N條的 分束器或鏡等N個分歧元件振動。圖14是本實施例的第六變形例中N個照明光學系統(tǒng)中 的其中之一的放大立體圖。如圖14所示，激光背面照射裝置還包括分歧元件驅(qū)動部64。 分歧元件驅(qū)動部64以沿著平行于照射面的方向的水平軸作為旋轉(zhuǎn)軸，讓作為分歧光學系 統(tǒng)101的鏡16旋轉(zhuǎn)振動。這里，分束器11至15以及鏡16相當于分歧元件的一例，分 歧元件驅(qū)動部64相當于分歧元件驅(qū)動部的一例。
如圖14所示，分歧元件驅(qū)動部64例如讓分歧光學系統(tǒng)101的鏡16以旋轉(zhuǎn)軸為中心 旋轉(zhuǎn)振動。由此，經(jīng)過鏡16反射的激光24以后的光路就會振動。這樣做，則產(chǎn)生與鄰接 分割部分的重疊，從而提高輝度分布均勻性。圖14中，記載了僅以平行于水平方向的旋 轉(zhuǎn)軸為中心的旋轉(zhuǎn)振動，但本發(fā)明并不特別限定于此。鏡16的旋轉(zhuǎn)軸也可以平行于垂直 方向，當然也可以使用MEMS鏡等，以水平和垂直這兩個方向為旋轉(zhuǎn)軸而旋轉(zhuǎn)振動。
此外，本實施例所使用的激光光源也可以是使用紅(R)、綠(G)和藍(B)三原色 的光源。例如，作為圖1的激光光源1也可以使用將R、 G、 B用光纖捆束而得到的白色 光纖光源。進一歩，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裝置從 背面照明液晶面板。在這種情況下，能夠以低成本構筑薄型、高效率、輝度分布均勻、高 對比度的全色液晶顯示器。
圖15是表示本實施例的第七變形例所涉及的液晶顯示裝置的結(jié)構的正視圖。此外， 對與圖l所示的液晶顯示裝置相同的結(jié)構標注相同的符號，省略其說明。圖15所示的激 光背面照射裝置104還包括紅色激光光源la、綠色激光光源lb、藍色激光光源lc、鏡 46、分束器47、以及分束器48。
15紅色激光光源la射出紅色激光。綠色激光光源lb射出綠色激光。藍色激光光源lc 射出藍色激光。鏡46反射從紅色激光光源la射出的紅色激光。分束器47讓經(jīng)鏡46反射 的紅色激光透過，并反射從綠色激光光源lb射出的綠色激光。分束器48讓透過分束器 47的紅色激光以及經(jīng)分束器47反射的綠色激光透過，并反射從藍色激光光源lc射出的藍 色激光。
從各激光光源la、 lb、 lc射出的激光被同軸化而入射至分束器ll。此外，被同軸化 的激光20射入分束器ll之后的動作與圖l所示的激光背面照射裝置100相同，因此省略 其說明。
此外，上述的具體實施方式
主要包括具有以下結(jié)構的發(fā)明。
本發(fā)明所涉及的激光背面照射裝置，包括激光光源；將從所述激光光源射出的激光 分歧為多束的分歧光學系統(tǒng)；以及從背面照明對光強度進行二維調(diào)制的二維空間調(diào)制元件 的多個照明光學系統(tǒng)，所述多個照明光學系統(tǒng)將被所述分歧光學系統(tǒng)分歧的多束激光擴 大，分別照明被分割為多個區(qū)域的所述二維空間調(diào)制元件的各區(qū)域。
根據(jù)這種結(jié)構，通過多個照明光學系統(tǒng)，被分割為多個區(qū)域的二維空間調(diào)制元件的各 區(qū)域被分別照明，因此即使二維空間調(diào)制元件大型化，也能夠通過增加分割的區(qū)域的數(shù)目， 避免裝置厚度變化，實現(xiàn)薄型化。另外，通過多個照明光學系統(tǒng)，被分割為多個區(qū)域的二 維空間調(diào)制元件的各區(qū)域被分別照明，因此能夠使照射到二維空間調(diào)制元件的光的輝度分 布均勻來提高對比度。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，入射至所述多個照明光學系統(tǒng)的 所述多束激光的行進方向全部朝著同一方向或者一部分朝著相反方向，所述多個照明光學 系統(tǒng)全部具有相同的結(jié)構。
根據(jù)這種結(jié)構，入射至多個照明光學系統(tǒng)的多束激光的行進方向全部朝著同一方向或 者一部分朝著相反方向，因此能夠使照明的激光的偏振方向基本一致，能夠提高光利用效 率。另外，由于多個照明光學系統(tǒng)全部具有相同的結(jié)構，因此能夠抑制制造成本。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述分歧光學系統(tǒng)具備通過讓從 所述激光光源射出的激光透過和被反射而將激光分歧為多束的多個分歧元件，所述多個分 歧元件的透射率和反射率的至少其中之一能夠得到調(diào)整。
根據(jù)這種結(jié)構，通過讓從激光光源射出的激光透過和被反射而將激光分歧為多束的多 個分歧元件的透射率和反射率的至少其中之一能夠得到調(diào)整，因此能夠調(diào)整區(qū)域間的輝度 的偏差。 16另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述分歧光學系統(tǒng)具備至少一個 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內(nèi)不均勻。.
根據(jù)這種結(jié)構，由于分束器的透射率和反射率的至少其中之一在面內(nèi)不均勻，因此通 過將激光的入射位置調(diào)到分束器上能夠得到所希望的光量的位置，能夠調(diào)整區(qū)域間的輝度 的偏差。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述多個照明光學系統(tǒng)的每個照 明光學系統(tǒng)具備檢測被所述分束器分歧的激光的光量的傳感器，所述激光背面照射裝置還 包括調(diào)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傳感器檢測的光量為 指定的光量的調(diào)整部。
根據(jù)這種結(jié)構，被分束器分歧的激光的光量得以檢測，分束器的透射率和反射率的至 少其中之一被調(diào)整，以使得被檢測的光量為指定的光量。因此，由于通過分束器的激光的 光量達到指定的光量，因此能夠調(diào)整區(qū)域間的輝度的偏差。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述調(diào)整部根據(jù)被發(fā)送到所述二 維空間調(diào)整元件的圖像數(shù)據(jù)，調(diào)整所述分束器的透射率和反射率的至少其中之一。
根據(jù)這種結(jié)構，由于根據(jù)被發(fā)送到二維空間調(diào)制元件的圖像數(shù)據(jù)，分束器的透射率和 反射率的至少其中之一得以調(diào)整，因此能夠根據(jù)圖像數(shù)據(jù)調(diào)整各區(qū)域的輝度，能夠提供提 高了對比度的圖像。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，被所述多個照明光學系統(tǒng)分別照 明的所述二維空間調(diào)制元件上的各區(qū)域的面積總和大于所述二維空間調(diào)制元件的面積。
根據(jù)這種結(jié)構，由于鄰接的區(qū)域以重疊的形式被加以照明，因此區(qū)域間的接縫消失， 從而能夠抑制各區(qū)域的輝度的偏差。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述多個照明光學系統(tǒng)的每個照 明光學系統(tǒng)具備至少一個多柱鏡或至少一個柱面鏡。
根據(jù)這種結(jié)構，通過減小多柱鏡或柱面鏡的曲率半徑，能夠擴大反射后的激光的發(fā)散 角，從而能夠?qū)崿F(xiàn)激光背面照射裝置的薄型化。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述多個照明光學系統(tǒng)具備至少 一個鏡，所述激光背面照射裝置還包括讓所述鏡旋轉(zhuǎn)振動的鏡驅(qū)動部。
根據(jù)這種結(jié)構，由于鏡被旋轉(zhuǎn)振動，因此能夠使區(qū)域間的輝度分布均勻，并能夠降低 散班雜訊。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，還包括讓所述激光光源在與激光
17的光軸垂直的面內(nèi)二維旋轉(zhuǎn)的光源驅(qū)動部。
根據(jù)這種結(jié)構，由于激光光源在與激光的光軸垂直的面內(nèi)二維旋轉(zhuǎn)，因此能夠使區(qū)域 間的輝度分布均勻，并能夠降低散班雜訊。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述分歧光學系統(tǒng)具備將激光朝 著所述多個照明光學系統(tǒng)分歧為多束的多個分歧元件，所述激光背面照射裝置還包括讓所 述多個分歧元件的每個分歧元件振動的分歧元件驅(qū)動部，所述分歧元件驅(qū)動部讓被所述多 個分歧元件分歧的所述多束激光的光路振動。
根據(jù)這種結(jié)構，由于被多個分歧元件分歧的多束激光的光路被振動，因此能夠使區(qū)域 間的輝度分布均勻，并能夠降低散班雜訊。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述分歧光學系統(tǒng)具備讓激光分 別射入所述多個照明光學系統(tǒng)的多個分歧元件，所述多個照明光學系統(tǒng)的每個照明光學系 統(tǒng)具備反射從所述分歧元件入射的激光的第一反射元件、以及將被所述第一反射元件反射 的激光朝所述二維空間調(diào)制元件上的指定的區(qū)域反射的第二反射元件。
根據(jù)這種結(jié)構，在多個照明光學系的每個照明光學系統(tǒng)中，通過第一反射元件，從分 歧元件入射的激光被反射，通過第二反射元件，由第一反射元件反射的激光被反射至二維 空間調(diào)制元件上的指定的區(qū)域。因此，能夠?qū)⒈环制缭制绲募す庖龑е炼S空間調(diào)制 元件。
另外，較為理想的是，在上述激光背面照射裝置中，所述激光光源射出紅、綠和藍的 激光。
根據(jù)這種結(jié)構，由于紅、綠和藍的激光通過激光光源而射出，因此能夠提供可顯示全 色的激光背面照射裝置。
本發(fā)明所涉及的液晶顯示裝置，包括上述的激光背面照射裝置，以及二維調(diào)制由所述 激光背面照射裝置照射的光的光強度的二維空間調(diào)制元件。
根據(jù)這種結(jié)構，能夠提供一種可以實現(xiàn)薄型化、并可以使輝度分布均勻而提高對比度 的液晶顯示裝置。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明所涉及的激光背面照射裝置能夠?qū)崿F(xiàn)薄型化，能夠使輝度分布均勻而提高對比
度，作為主要使用R (紅)、G (綠)和B (藍)三色光源的激光背面照射裝置、以及使 用該激光背面照射裝置的液晶顯示裝置是極為有用的。
權利要求
1.一種激光背面照射裝置，其特征在于包括激光光源；分歧光學系統(tǒng)，將從所述激光光源射出的激光分歧為多束；以及多個照明光學系統(tǒng)，從背面照明對光強度進行二維調(diào)制的二維空間調(diào)制元件，其中，所述多個照明光學系統(tǒng)，將被所述分歧光學系統(tǒng)分歧的多束激光擴大，分別照明被分割為多個區(qū)域的所述二維空間調(diào)制元件的各區(qū)域。
2.根據(jù)權利要求l所述的激光背面照射裝置，其特征在于入射至所述多個照明光學系統(tǒng)的所述多束激光的行進方向為全部朝著同一方向或者 一部分朝著相反方向，所述多個照明光學系統(tǒng)全部具有相同結(jié)構。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的激光背面照射裝置，其特征在于所述分歧光學系統(tǒng)，具備通過讓從所述激光光源射出的激光透過和被反射而將激光分 歧為多束的多個分歧元件，所述多個分歧元件的透射率和反射率的至少其中之一為可調(diào)整。
4.根據(jù)權利要求3所述的激光背面照射裝置，其特征在于 所述分歧光學系統(tǒng)至少具備一個分束器，所述分束器的透射率和反射率的至少其中之一在其面內(nèi)不均勻。
5.根據(jù)權利要求3所述的激光背面照射裝置，其特征在于所述多個照明光學系統(tǒng)的每個照明光學系統(tǒng)，具備檢測被所述分束器分歧的激光的光 量的傳感器，所述激光背面照射裝置，還包括調(diào)整所述分束器的透射率和反射率的至少其中之一以 便使由所述傳感器檢測的光量為指定的光量的調(diào)整部。
6.根據(jù)權利要求5所述的激光背面照射裝置，其特征在于所述調(diào)整部根據(jù)被發(fā)送到所述二維空間調(diào)整元件的圖像數(shù)據(jù)，調(diào)整所述分束器的透射率和反射率的至少其中之
7. 根據(jù)權利要求1至6中的任一項所述的激光背面照射裝置，其特征在于被所述 多個照明光學系統(tǒng)分別照明的所述二維空間調(diào)制元件上的各區(qū)域的面積的總和，大于所述 二維空間調(diào)制元件的面積。
8. 根據(jù)權利要求7所述的激光背面照射裝置，其特征在于所述多個照明光學系統(tǒng) 的每個照明光學系統(tǒng)具備至少一個多柱鏡或至少一個柱面鏡。
9. 根據(jù)權利要求7所述的激光背面照射裝置，其特征在于 所述多個照明光學系統(tǒng)具備至少一個鏡，所述激光背面照射裝置還包括使所述鏡旋轉(zhuǎn)振動的鏡驅(qū)動部。
10. 根據(jù)權利要求1至9中的任一項所述的激光背面照射裝置，其特征在于還包括 讓所述激光光源在與激光的光軸垂直的面內(nèi)二維旋轉(zhuǎn)的光源驅(qū)動部。
11. 根據(jù)權利要求1至10中的任一項所述的激光背面照射裝置，其特征在于 所述分歧光學系統(tǒng)具備將激光朝著所述多個照明光學系統(tǒng)分歧為多束的多個分歧元件，所述激光背面照射裝置還包括使所述多個分歧元件的每個分歧元件振動的分歧元件 驅(qū)動部，其中，所述分歧元件驅(qū)動部，使被所述多個分歧元件分歧的所述多束激光的光路振動。
12. 根據(jù)權利要求l至ll中的任一項所述的激光背面照射裝置，其特征在于 所述分歧光學系統(tǒng)具備讓激光分別射入所述多個照明光學系統(tǒng)的多個分歧元件， 所述多個照明光學系統(tǒng)的每個照明光學系統(tǒng)具備反射從所述分歧元件入射的激光的第一反射元件、以及將被所述第一反射元件反射的激光朝所述二維空間調(diào)制元件上的指定 的區(qū)域反射的第二反射元件。
13. 根據(jù)權利要求1至12中的任一項所述的激光背面照射裝置，其特征在于所述 激光光源射出紅、綠和藍的激光。
14. 一種液晶顯示裝置，其特征在于包括如權利要求1至13中的任一項所述的激光背面照射裝置；以及 二維空間調(diào)制元件，二維調(diào)制由所述激光背面照射裝置照射的光的光彈度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)薄型化，能夠使輝度分布均勻而提高對比度的激光背面照射裝置以及液晶顯示裝置。激光背面照射裝置(100)包括激光光源(1)；將從激光光源(1)射出的激光分歧為多束的分歧光學系統(tǒng)(101)；以及從背面照射對光強度進行二維調(diào)制的液晶面板(5)的多個照明光學系統(tǒng)(102)，多個照明光學系統(tǒng)(102)將被分歧光學系統(tǒng)(101)分歧的多束激光擴大，分別照明被分割為多個區(qū)域的液晶面板(5)的各區(qū)域。
文檔編號G02F1/13357GK101663613SQ20088001261
公開日2010年3月3日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權日2007年4月20日
發(fā)明者中山健二, 山本和久, 式井慎一, 水島哲郎 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社