JP5523538B2 - 面光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子の背面から液晶表示素子を照明することができる面光源装置に関するものである。

液晶表示装置に備えられる液晶表示素子は、自ら発光しないため、液晶表示素子を照明する光源装置として、液晶表示素子の背面にバックライト装置を備える必要がある。近年、液晶表示装置に対する薄型化への要求が高まっており、薄板状の導光板を備え、その側面と対向する様に光源を配置し、導光板の側面から光を入射することにより、面状光源を作り出すサイドライト方式のバックライト装置が広く用いられている。

バックライト装置の光源としては、従来は、ガラス管の内壁に蛍光体を塗布し白色の光を得る冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ））が主流であった。しかし、近年では、発光ダイオード（ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））の性能が飛躍的に向上したことに伴い、ＬＥＤを光源に用いたバックライト装置に対する需要が急速に高まっている。

ＬＥＤと呼ばれる素子は、大きく分けて二種類ある。一方の種類のＬＥＤは、ＬＥＤの直接発光により赤色、緑色、又は青色等の単色光を得る単色ＬＥＤである。他方の種類のＬＥＤは、単色ＬＥＤと蛍光体とを備え、単色ＬＥＤの光で蛍光体を励起することにより複数の色を得る多色ＬＥＤである。多色ＬＥＤには、例えば、青色の単色ＬＥＤと、青色の光を吸収し緑色から赤色の光を発光する蛍光体とを備えるものがある。多色ＬＥＤは、青色から赤色までの広いスペクトルを有した白色光を生成する白色ＬＥＤを構成することができる。白色ＬＥＤは、発光効率が高く低消費電力化に有効であるため、バックライト装置の光源として広く用いられている。

液晶表示装置は、その液晶表示素子の内部にカラーフィルタを備えている。液晶表示装置は、このカラーフィルタによって赤色、緑色及び青色の波長のスペクトル範囲だけを取り出して、色表現を行っている。白色ＬＥＤのように波長帯域幅の広い連続スペクトルを有する光源の場合、色再現範囲を広げるために、液晶表示装置は、カラーフィルタを透過する光の波長帯域を狭く設定して、表示色の色純度を高める必要がある。しかし、カラーフィルタを透過する光の波長帯域を狭く設定することで、不要となる光の量が多くなる。言い換えれば、液晶表示素子において、光の利用効率が非常に悪くなる。これにより、液晶表示素子の表示面の輝度の低下を引き起こす。また、輝度向上させようとすると、液晶表示装置の消費電力の増大を招く。

一般的に用いられるＣＣＦＬや白色ＬＥＤは、蛍光体の特性から、赤色波長域では、６１５［ｎｍ］程度の波長（赤色からオレンジ色にシフトした波長）にピークを持つ発光スペクトルを有している。このため、特に赤色において純赤として好ましい６３０〜６４０［ｎｍ］の波長領域で色純度を高めようとすると、透過光量が極めて減少し、輝度が著しく低下する。また、ＣＣＦＬや白色ＬＥＤは、特に６００［ｎｍ］から７００［ｎｍ］帯の赤色のスペクトルのエネルギー量が少なく、純赤として好ましい６３０〜６４０［ｎｍ］の波長領域で色純度を高めようとすると、透過光量が極めて減少し、輝度が著しく低下する。

カラーフィルタによる光損失を最小限に抑制しながらも、色再現範囲を広げるためには、波長帯域幅の狭い光を発する光源を採用する必要がある。すなわち、色再現範囲を広げるためには、色純度の高い光を発する光源を採用する必要がある。そこで、近年では、赤色、緑色及び青色の３原色の光をそれぞれ発する単色ＬＥＤを用いた液晶表示装置が提案されている。あるいは、３原色の光をそれぞれ発する単色のレーザを用いた液晶表示装置が提案されている。これらの液晶表示装置では、３原色の光を混色して白色光を生成する。

つまり、近年では、色再現範囲を広げるために、波長幅の狭い単色のＬＥＤやレーザを光源に用いたバックライトユニットを有する液晶表示装置が提案されている。「波長幅の狭い」とは、色純度の高いことである。特にレーザは、非常に優れた単色性を有する。また、レーザは、高い発光効率を有する。このため、ＬＥＤやレーザの使用は、色再現域が広く高輝度な画像の提供を可能にする。また、ＬＥＤやレーザの使用は、消費電力の低い液晶表示装置の提供を可能にする。特にレーザは、非常に優れた単色性を有するため、色再現範囲を大きく広げ、液晶表示装置の画質を大幅に向上させることができる。

しかし、これらの光源から出射される光を混色して白色光を生成するとき、各色の液晶表示素子の表示面上での空間輝度分布の差異が、色むらとなって現れる。この色むらを少なくするためには、各色の面内の空間輝度分布の均一性を高めることが求められる。しかし、発光原理や発光素子の材料特性が異なる光源から出射される光は、発散角や発光効率が異なるため、光源の配置個数や配置方法が異なる。これらの理由から、それぞれの光源に対し、面内の空間輝度分布を均一化する最適な手段を設ける必要がある。

言い換えれば、ＬＥＤやレーザのような点光源をサイドライト方式のバックライト装置の光源として採用した場合、光源近傍の輝度が著しく高くなる。その結果、光の入射端付近において輝度むらが生じる。このような輝度むらは、例えば、多数の点光源を狭い間隔で一列に配置して線状光源に近づける様な構成とすることにより、改善できる。しかし、面内の空間輝度分布の高い均一性を求められる液晶表示装置のバックライト装置では、非常に多数の光源が必要となる。このため、消費電力の増加、組立性の低下やコストの増大などが生じる。

さらに、異なる色の光がそれぞれ異なる輝度むらを生じる場合には、色むらが生じる。液晶表示装置において、輝度むらや色むらは、画質を著しく低下させるため望ましくない。そのため、バックライト装置においては、各色に対し面内の空間輝度分布の均一性が高い面状光を提供することが求められる。なお、面内の空間輝度分布とは、任意の平面において、２次元で表される位置に対する輝度の高低を示す分布である。

そこで、ＬＥＤなどの点光源を用いた場合に、できる限り少ない光源数で、面内の空間輝度分布を均一にする技術が報告されている。例えば、特許文献１の液晶表示装置では、屈折率の異なる複数の材料から成る半球形状の透光性材料で発光素子を被覆する技術が開示されている。発光素子から出射した光を屈折効果によって拡散し、導光板の入光部における光の分布を、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）に近づけることが可能となる。なお、線状光源とは、１次元方向に略均一な空間輝度分布を有する光を発する光源のことである。複数の点光源からの光を重ね合わせて、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）を生成することができる。

また、例えば、特許文献２の面光源装置は、導光板の背面に設けられる光拡散面において、点光源からの光を、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）に変換するための光拡散面を備えている。また、面光源装置は、バックライト装置の面内の空間輝度分布を均一にするための光拡散面を備えている。点光源からの光を、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）に変換するための拡散面においては、点光源の輝度が高い部分の拡散物質の被覆率を低くしている。一方、点光源の輝度が低い部分の拡散物質の被覆率を高くしている。これらにより、点光源からの光を、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）に変換することが可能となる。

また、色むら抑制のため、特性の異なる各光源に対し専用の導光板を備えたバックライトユニットが報告されている。例えば、特許文献３では、各色の光源に対し専用の導光板を備えた平面ディスプレイパネル用バックライトユニットが提案されている。この平面ディスプレイパネル用のバックライトユニットは、色ごとに異なる光源と、各色の光源に対し各々対応する導光板とを備え、それらを積層する構成を採用している。このバックライトユニットでは、各導光板から出射する単色の面状の光を足し合わせることで白色の照明光を生成する。この構成によれば、各導光板の構造は、その導光板に対応する１種類の光源の特性に対し最適化することができる。従って、この構成によれば、色毎の面内の空間輝度分布の均一性を高め、色むらを抑制することが可能となる。なお、面内の空間輝度分布とは、任意の平面において、２次元で表される位置に対する輝度の高低を示す分布である。

上記の特許文献１及び特許文献２に係る技術によれば、点光源からの光を、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）に変換する光学素子を追加している。それにより、１次元方向に略均一な空間輝度分布を有した光を導光板の側面から入射することができる。そして、面内の空間輝度分布の均一性が高い面光源を得ることが可能である。しかし、このような光学素子は、複雑な構造を要する。また、光源にレーザのような指向性の高い点光源を採用した場合には、より拡散性の高い複雑な光学素子が必要となる。そして、このような光学素子は、点光源からの光を、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）に変換するために必要な光学距離が長くなるため、装置が大型化する。このため、このような光学素子は、レーザ光源を用いる場合には最適ではない。

また、特許文献３に係る技術によるバックライトユニットは、特性の異なる複数の光源ごとに導光板を備えている。これにより、色むらが抑制され均一性の高い面内の空間輝度分布を有した面状光源を得ることが可能となる。しかし、上記構成では、複数の導光板を積層する必要があるため、特に装置の厚み方向でバックライトユニットは大型化する。

特開２００６−２６９２８９号公報 特許第２９１７８６６号公報 特開平６−１３８４５９号公報

しかしながら、上記の特許文献１又は２のように、液晶表示装置の光源に白色ＬＥＤを用いると、赤色の色域が狭くなるという問題がある。また、液晶表示装置の光源に単色の赤色ＬＥＤを用いる場合も、赤色の色域が狭くなるという問題がある。また、特許文献３のように、液晶表示装置の光源にＣＣＦＬを用いること、赤色の色域が狭くなるという問題がある。

なぜなら、既存のバックライト装置に広く用いられているＣＣＦＬや白色ＬＥＤの場合、赤色波長域では、６１５［ｎｍ］程度のオレンジ色にシフトした波長にピークを持つ発光スペクトルを有しているからである。言い換えれば、赤色域の光のエネルギー量が少ない。特に、赤色域の光のうち純赤として好ましい６３０〜６４０［ｎｍ］の光の割合は、非常に少ないからである。

このため、特に赤色において純赤として好ましい６３０〜６４０［ｎｍ］の波長領域で色純度を高めようとすると、極めて透過光量が落ち、著しく輝度が低下するという問題が発生する。また、単色の赤色ＬＥＤにおいては、波長帯域幅が数十ｎｍと広いため、波長域の狭いフィルタを用いると、輝度が低下するという問題がある。

一方、３原色の光源をレーザとすると、色純度を高めることはできるが、蛍光体を使った多色ＬＥＤに比べて低消費電力という点で劣るという問題がある。

本発明は、上記に鑑みて成されたものであって、光の利用効率の低下を抑制しつつ、色再現範囲を広げた画像表示を可能とする面光源装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る面光源装置は、点状の空間輝度分布の第１の光を発する第１の光源と、前記第１の光の発散角より大きな発散角を有する第２の光を発する第２の光源と、前記第１の光を端部に設けられた第１の光入射面から入射して前記点状の空間輝度分布を線状の空間輝度分布に変えて側面に設けられた第１の光出射面から出射するとともに、前記第２の光を前記第１の光出射面と異なる側面から入射して前記第１の光出射面から出射する導光素子と、前記線状の空間輝度分布となった第１の光及び前記第２の光を側面に設けられた第２の光入射面から入射して前記線状の空間輝度分布となった第１の光及び前記第２の光を面状の光に変えて第２の光出射面から出射する板状の導光板とを備え、前記導光素子は、前記第１の光出射面が前記第２の光入射面と対向して配置され、前記第１の光出射面と異なる側面は、前記第１の光を前記第１の光出射面に向けて反射するとともに、前記第２の光を透過する半球状の凸形状の微細光学素子を有する。

本発明に係る面光源装置によれば、消費電力の上昇を抑制しつつ、色再現範囲を広げた良好な画質を表示させることができる。

実施の形態１の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。 実施の形態１の液晶表示装置の構成を概略的に示すブロック図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、実施の形態１の第１バックライトユニットを構成する面状レーザ光源の構成の一例を概略的に示す図である。 導光板内を伝播する複数のレーザ光により形成された、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）のＹ軸方向における１次元の空間輝度分布を概略的に示す図である。 第１バックライトユニットから放射される照明光のＸ軸方向における１次元の空間輝度分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。 第１バックライトユニットから放射される照明光のＸ軸方向における１次元の空間輝度分布の実測結果を示すグラフである。 実施の形態２の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。 実施の形態３の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。 光伝播部におけるレーザ光の光路を概念的に示す図である。 光伝播部透過後のレーザ光のＹ軸方向における１次元の空間輝度分布を示すグラフである。 実施の形態４の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。 実施の形態４の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。 実施の形態４の液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４における導光素子の構成を模式的に示す図である。 実施の形態４における導光板に設けられた微細光学素子の配置構成を模式的に示す図である。 実施の形態４の液晶表示装置の構成の一例を模式的に示す図である。 実施の形態５の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。 実施の形態５における導光素子の構成を模式的に示す図である。 実施の形態６の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。 実施の形態６における導光板に設けられた微細光学素子の配置構成を模式的に示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態の液晶表示装置及びバックライト装置を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明に係る液晶表示装置及びバックライト装置は、以下の実施の形態に限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の透過型表示装置である液晶表示装置１００の構成を模式的に示す図である。実施の形態１のバックライト装置は、第１バックライトユニット２と第２バックライトユニット３とを有している。理解を容易にするために、液晶光学素子１の短辺方向をＹ軸方向とし、液晶光学素子１の長辺方向（Ｙ軸に直交する方向）をＸ軸方向とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ軸方向とする。また、液晶表示素子１の表示面１ａ側を＋Ｚ軸方向とし、液晶表示装置の上方向（液晶表示装置１００の画面を水平方向に向けて設置したときにおける、上方向）を＋Ｙ軸方向とし、後述する第１の光源２０ａの光出射方向を＋Ｘ軸方向とする。

図１に示されるように、液晶表示装置１００は、透過型の液晶表示素子１、第１の光学シート３１、第２の光学シート３２、第１バックライトユニット２、第２バックライトユニット３、及び光反射シート１５を備えている。これら構成要素１，３１，３２，２，３，１５は、Ｚ軸方向に重ねて配列されている。液晶表示素子１は、Ｘ−Ｙ平面と平行な表示面１ａを有する。

液晶表示装置１００は、液晶表示素子１を入力する映像信号に応じて駆動するための駆動部として、図２に示される液晶表示素子駆動部５２を有している。また、液晶表示装置１００は、第１バックライトユニット２に含まれる第１の光源２０として、光源２０ａ，２０ｂと、光源２０ａ，２０ｂを駆動するための光源駆動部５３ａとを有している。実施の形態１においては、第１の光源２０は、光源２０ａ及び光源２０ｂをまとめた表示である。さらに、液晶表示装置１００は、第２バックライトユニット３に含まれる第２の光源としての光源１０と、この光源１０を駆動するための光源駆動部５３ｂとを有している。液晶表示素子駆動部５２と光源駆動部５３ａ，５３ｂとの動作は、制御部５１によって制御される。

制御部５１は、図示しない信号源から供給された映像信号５４に画像処理を施して制御信号（例えば、液晶表示素子制御信号５５及び光源制御信号５６ａ，５６ｂ）を生成し、これら制御信号を液晶表示素子駆動部５２及び光源駆動部５３ａ，５３ｂに供給する。光源駆動部５３ａ，５３ｂは、それぞれ、制御部５１からの光源制御信号５６ａ，５６ｂに基づいて光源２０ａ，２０ｂ，１０を駆動して、光源２０ａ，２０ｂ，１０から光を出射させる。制御部５１は、光源駆動部５３ａを制御して、光源２０ａ，２０ｂから出射される第１の光である光２２ａ，２２ｂの輝度と、光源１０から出射される第２の光である光１３の輝度との割合を調整することができる。

第１バックライトユニット２は、光源２０ａ，２０ｂから出射される赤色の光２２ａ，２２ｂを＋Ｚ軸方向に向かう照明光３３ａ，３３ｂに変換して液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射する。この照明光３３ａ，３３ｂは、第２の光学シート３２と第１の光学シート３１とを透過して液晶表示素子１の背面１ｂに照射される。第２バックライトユニット３は、光源１０から出射された光１３（これは、青色と緑色とにピーク輝度を有する青緑色（シアン色）の光である。）を、液晶表示素子１の背面１ｂに向かう照明光１４に変換して放射する。この照明光１４は、第１バックライトユニット２、第２の光学シート３２及び第１の光学シート３１を透過して、液晶表示素子１の背面１ｂに照射される。ここで、第１の光学シート３１は、バックライトユニットから放射された光を液晶表示装置１００の画面に対する法線方向に集光する作用を有するシートである。また、第２の光学シート３２とは、細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する機能を有するシートである。

第２バックライトユニット３の直下（図１における、−Ｚ軸方向であり、液晶表示装置１００の背面側である。）には、光反射シート１５が配置されている。第１バックライトユニット２及び第２バックライトユニット３からその背面側（−Ｚ軸方向）に放射された光は、光反射シート１５で反射され、液晶表示素子１の背面１ｂを照射する照明光として利用される。光反射シート１５としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シートや、基板の表面に金属を蒸着させた光反射シートを使用することができる。

液晶表示素子１は、Ｘ−Ｙ平面に平行な液晶層を有する。液晶表示素子１の表示面１ａは、矩形状をしている。図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向は、それぞれ、この表示面１ａの互いに直交する２辺に沿った方向である。液晶表示素子駆動部５２は、制御部５１から供給された液晶表示素子制御信号５５に応じて液晶層の光透過率を画素単位で変化させる。各画素は、３つの副画素から構成されており、これらの副画素は、各々、赤色の光、緑色の光及び青色の光のみを透過させるカラーフィルタを備えている。液晶表示素子駆動部５２は、各副画素の透過率を制御することにより、表示面にカラー画像を表示させる。これにより、液晶表示素子１は、第１バックライトユニット２及び第２バックライトユニット３から入射した照明光を空間的に変調して画像光を生成する。そして、液晶表示素子１は、この画像光を表示面１ａから出射する。なお、画像光とは、画像情報を有する光のことである。実施の形態１によれば、例えば、制御部５１により各光源駆動部５３ａ，５３ｂを個別に制御して、第１バックライトユニット２から放射される赤色の照明光３３ａ，３３ｂの輝度と、第２バックライトユニット３から放射される青緑色の照明光１４の輝度との割合を調整することが可能である。映像信号５４に対し必要となる各色輝度の割合に応じて各光源の発光量を調整することにより、低消費電力化を実現することも可能である。

第１バックライトユニット２は、第１の面状レーザ光源部２００ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂとから構成される。第１の面状レーザ光源部２００ａは、光源２０ａと、液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置された導光板２１ａとから構成されている。第２の面状レーザ光源部２００ｂは、光源２０ｂと、液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置された導光板２１ｂとから構成されている。図３（Ａ）に、第１の面状レーザ光源部２００ａを＋Ｚ軸方向に見た（図１の下側から見た）概略図を示す。図３（Ｂ）に、第２の面状レーザ光源部２００ｂを＋Ｚ軸方向に見た（図１の下側から見た）概略図を示す。

第１の面状レーザ光源部２００ａに含まれる光源２０ａは、第１の導光板である導光板２１ａの−Ｘ軸方向の光入射端面である端面２３ａに対向して配置されている。例えば、光源２０ａは、複数のレーザ発光素子をＹ軸方向に等間隔で配列したものである。また、第１の面状レーザ光源部２００ａに含まれる導光板２１ａは、透明材料から成る。また、導光板２１ａは、板状部材である。導光板２１ａは、その液晶表示素子１と反対側の面である裏面２４ａに光学素子部である微細光学素子２５ａを有する。光源２０ａから発せられた光（出射光）２２ａは、導光板２１ａの端面２３ａから導光板２１ａ内に入射し、導光板２１ａ内を全反射されながら伝播する。同様に、第２の面状レーザ光源部２００ｂにおいて、光源２０ｂは、第１の導光板である導光板２１ｂのＸ軸方向の光入射端面である端面２３ｂに対向配置されている。例えば、光源２０ｂは、複数のレーザ発光素子をＹ軸方向に等間隔で配列したものである。また、第２の面状レーザ光源部２００ｂに含まれる導光板２１ｂは、透明材料から成る。また、導光板２１ｂは、板状部材である。導光板２１ｂは、その裏面２４ｂに微細光学素子２５ｂを有する。光源２０ｂから発せられた光（出射光）２２ｂは、導光板２１ｂの端面２３ｂから導光板２１ｂ内に入射し、導光板２１ｂ内を全反射されながら伝播する。

第１の面状レーザ光源部２００ａに含まれる光源２０ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂに含まれる光源２０ｂとは、互いに、同じ特性を有するレーザ発光素子を採用することが望ましい。また、レーザを配置する間隔や導光板２１ａ，２１ｂの端面２３ａ，２３ｂに対する位置、角度等は、互いに同様とすることが望ましい。また、第１の面状レーザ光源部２００ａに含まれる導光板２１ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂに含まれる導光板２１ｂとは、同じ構造を有していることが望ましい。すなわち、第１の面状レーザ光源部２００ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂとは、同じ特性を有していることが望ましい。

第１バックライトユニット２は、等しい特性を有する第１の面状レーザ光源部２００ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂとを有している。第１の面状レーザ光源部２００ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂとは、液晶表示素子１の表示面１ａに対する法線（図１におけるＺ軸方向の線）を中心軸として１８０度回転した位置関係を持つ。導光板２１ａと導光板２１ｂとは、導光板２１ａの４つの側面と導光板２１ｂの４つの側面とが互いに同一平面上に揃うように、積層して配置される。すなわち、第１の面状レーザ光源部２００ａに含まれる光源２０ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂに含まれる光源２０ｂとは、対向する向きに配置されている。そして、光源２０ａは、＋Ｘ軸方向に向けて光を出射する。一方、光源２０ｂは、−Ｘ軸方向に向けて光を出射する。このため、各々の光源２０ａ，２０ｂから出射される光（光２２ａ，２２ｂ）の進行方向は、逆方向となる。ただし、第１の面状レーザ光源部２００ａから放射される照明光３３ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂから放射される照明光３３ｂとは何れも、液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射される。

実施の形態１における第１バックライトユニット２は、上記のように、２つの面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂが、照明光が放射される方向（＋Ｚ軸方向）に積層配置される構成をとる。照明光３３ａ，３３ｂは、第１バックライトユニット２に含まれる光源２０ａ，２０ｂを点灯した際に得られる第１バックライトユニット２から放射される照明光である。２つの面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂから放射される照明光３３ａ，３３ｂは、足し合わされる。従って、第１バックライトユニット２から放射される照明光のＸ−Ｙ平面における空間輝度分布は、２つの面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂのＸ−Ｙ平面における空間輝度分布を足し合わせたものとなる。

導光板２１ａ，２１ｂは、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明部材で形成されている。導光板２１ａ，２１ｂは、例えば、厚み２［ｍｍ］の板状部材である。導光板２１ａ，２１ｂの端面２３ａ，２３ｂから入射した光（レーザ光）２２ａ，２２ｂは、導光板２１ａ，２１ｂと空気層との界面における全反射により導光板２１ａ，２１ｂ内を、反射を繰り返しながらＸ軸方向に進行する。図１、図３に示されるように、導光板２１ａ，２１ｂは、光源２０ａ，２０ｂから出射される光２２ａ，２２ｂを導光板２１а，２１ｂ内に閉じ込めて伝播する光伝播部２６ａ，２６ｂを有する。光伝播部２６ａ，２６ｂは、点状の空間輝度分布を線状の空間輝度分布に変換する機能を持つ第１の空間輝度分布変換部である。また、導光板２１ａ，２１ｂは、光伝播部２６ａ，２６ｂを経由しＸ軸方向に進行する光２２ａ，２２ｂの進行方向をＺ軸方向に変換する光学素子部２７ａ，２７ｂを有する。

導光板２１ａ，２１ｂに含まれる光伝播部２６ａ，２６ｂは、端面２３ａ，２３ｂ近傍に備えられている。光源２０ａ，２０ｂから出射された光２２ａ，２２ｂは、端面２３ａ，２３ｂから導光板２１ａ，２１ｂ内に入射する。その後、光２２ａ，２２ｂは、光伝播部２６а，２６ｂをＸ軸方向に伝播する。光伝播部２６ａ，２６ｂにおいて、光２２ａ，２２ｂが入射する導光板２１ａ，２１ｂの表面（液晶表示素子１側の面）及び裏面２４ａ，２４ｂ（液晶表示素子１と反対側の面）は、特に突起等の構造を有さず、平面である。従って、この光伝播部２６ａ，２６ｂを伝播する光２２ａ，２２ｂは、自らの発散角と進行方向を保存したまま伝播する。光源２０ａ，２０ｂから出射される光２２ａ，２２ｂは、光伝播部２６ａ，２６ｂを伝播することで自らの発散角により空間的に拡がる。

導光板２１ａ，２１ｂは、光伝播部２６ａ，２６ｂと異なる部分に光学素子部２７ａ，２７ｂを備える。光学素子部２７ａ、２７ｂは、線状の空間輝度分布を有する光を面状の空間輝度分布を有する光に変換する機能を持つ。また、光学素子部２７ａ、２７ｂは、その線状の空間輝度分布を有する光を液晶表示素子１に向けて放射する機能を持つ。光学素子部２７ａ、２７ｂは、第２の空間輝度分布変換部である。光学素子部２７ａ，２７ｂは、その裏面２４ａ，２４ｂ（液晶表示素子１と反対側の面）に、微細光学素子２５а，２５ｂをそれぞれ有している。微細光学素子２５а，２５ｂは、導光板２１ａ，２１ｂ内を伝播する光２２ａ，２２ｂを、液晶表示素子１の背面１ｂ方向（＋Ｚ軸方向）に向けて放射する光（照明光３３ａ，３３ｂ）に変換する。微細光学素子２５а，２５ｂは、半球状の凸形状（例えば、凸レンズ形状）をしている。光伝播部２６ａ，２６ｂからＸ軸方向に伝播する光２２ａ，２２ｂは、光学素子部２７ａ，２７ｂにおいて微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射すると、その曲面により屈折される。そして、導光板２１ａ，２１ｂ内を伝播する光２２ａ，２２ｂの中には、導光板２１ａ，２１ｂの表面（液晶表示素子１側の面）と空気層との界面における全反射条件を満たさなくなる光が生じる。全反射条件を満たさなくなる光が、導光板２１ａの表面から放射されて液晶表示素子１の背面１ｂに向けて進み、また、導光板２１ｂの表面から放射されて導光板２１ａを通過して液晶表示素子１の背面１ｂに向けて進む。

導光板２１ａ，２１ｂの光学素子部２７ａ，２７ｂに配される微細光学素子２５ａ，２５ｂは、導光板２１ａ，２１ｂ上のＸ−Ｙ平面内の位置に対し、その配置密度を変化させている。これにより、導光板２１ａ，２１ｂから液晶表示素子１に向けて放射される照明光３３ａ，３３ｂの面内の空間輝度分布を制御することが可能となる。配置密度とは、単位面積当たりの微細光学素子２５ａ，２５ｂの占める面積の割合である。図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、配置密度は、単位面積当たりの微細光学素子２５ａ，２５ｂの個数を変えることによって調整可能である。また、図１に示されるように、配置密度は、単位面積当たりの微細光学素子２５ａ，２５ｂの大きさ（１個の微細光学素子の面積）を変えることによって調整することも可能である。実施の形態１においては、図３に示されるように、レーザ光２２ａ，２２ｂの進行方向（図３における±Ｘ軸方向）の位置に対して微細光学素子２５ａ，２５ｂの配置密度が変化している。詳しくは、導光板２１ａ，２１ｂにおける端面２３ａ，２３ｂ近傍では、微細光学素子２５ａ，２５ｂを有さない。導光板２１ａ，２１ｂのＸ軸方向の中心位置の近傍から端面２３ａ，２３ｂと対向する側の端面位置までの領域において、微細光学素子２５ａ，２５ｂが設けられている。その配置密度が中心位置の近傍から導光板２１ａ，２１ｂの端面方向に向けて疎から密へと段階的又は連続的に変化する構成をとる。

微細光学素子２５ａ，２５ｂとしては、例えば、その表面の曲率が約０．１５［ｍｍ］、最大高さが約０．００５［ｍｍ］、屈折率が約１．４９の凸レンズ形状の微細光学素子を採用できる。なお、導光板２１ａ，２１ｂや微細光学素子２５ａ，２５ｂの材質は、アクリル樹脂とすることができる。しかし、微細光学素子２５ａ，２５ｂの材質は、アクリル樹脂に限定されるものではない。微細光学素子２５ａ，２５ｂの材質は、光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、アクリル樹脂に代えてポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料、又はガラス材料を使用してもよい。

なお、実施の形態１においては、微細光学素子２５ａ，２５ｂを凸レンズ形状としたが、微細光学素子２５ａ，２５ｂの形状は、これに限るものではない。微細光学素子２５ａ，２５ｂの形状は、導光板内をＸ軸方向に伝播するレーザ光を、屈折させて液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射する構造を有していれば、他の形状でもよい。微細光学素子２５ａ，２５ｂの形状は、例えば、プリズム形状や、ランダムな凹凸パターンから成る形状であってもよい。

また、実施の形態１においては、導光板の厚みを２［ｍｍ］としたが、導光板の厚みはこれに限るものではない。液晶表示装置の薄型化、軽量化、さらには、多重反射回数の増加による光の利用効率向上という点においては、厚みの小さい導光板を採用することが望ましい。レーザ光源は、発光面の面積が小さい光源で、また、指向性が高い光源であるから、厚みの小さい導光板に対しても高い光結合効率を得ることが可能である。ただし、このとき、導光板の厚みを薄型化することによる剛性低下の問題等も考慮する必要がある。

光源２０ａ，２０ｂは、波長６４０［ｎｍ］をピークとし、波長幅が半値全幅で１［ｎｍ］の極めて単色性の高いスペクトルを有するレーザ光を出射する光源を用いることが望ましい。また、その発散角は、速軸方向においては、半値全幅で４０度であり、遅軸方向においては、半値全幅で１０度である。実施の形態１においては、レーザ発光素子は、その速軸方向が導光板の側端面の短辺方向と平行になるように備えられる。これは、発散角の大きい速軸方向が、導光板の側端面における短辺方向、すなわち、導光板の対向する面と面との間隔が最も狭くなる方向（図１におけるＺ軸方向）と平行となるように配置している。このことにより、レーザ光の導光板内での反射回数が増大し、導光板２１ａ，２１ｂに設けられる微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射する光線が多くなる。このため、微細光学素子２５ａ，２５ｂによる光の取り出し効率Ｅを向上させることが可能となる。ここで、光の取り出し効率Ｅは、次式で定義される。
Ｅ＝（液晶表示素子に向けて放射される光量）／（導光板内を伝播する光量）

実施の形態１によると、光源２０ａ，２０ｂから出射されるレーザ光の光径は、端面２３ａ，２３ｂのＹ軸方向の大きさに対し極めて小さい点状であり、光源２０ａ，２０ｂは点光源と見なすことができる。しかし、光（レーザ光）２２ａ，２２ｂは、導光板２１ａ，２１ｂの光入射端面の近傍に設けられる光伝播部２６ａ，２６ｂおいて、十分な光学距離を、全反射しながら伝播することができる。このため、光２２ａ，２２ｂは、自らの発散角により拡がり、隣接する他のレーザ発光素子からの光２２ａ，２２ｂ同士が互いに重なり合うことにより、Ｙ軸方向における空間輝度分布が均一な光、すなわち、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となる。つまり、光２２ａ，２２ｂは、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となる。

図４は、隣り合う２つのレーザ光源から出射されるレーザ光が一定の光学距離を伝播することによって、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）を成すことを説明するための図である。図４に示されるように、空間輝度分布４０は、Ｘ軸方向の任意の位置における、単一のレーザ光源から出射されるレーザ光のＹ軸方向の位置に対応した輝度分布である。この輝度分布は、レーザ光が元々有する略ガウシアン形状の角度輝度分布をしている。つまり、角度輝度分布は、中心輝度が高く、中心から離れるにつれ急激に輝度が低下する様な形状を有する。そのため、単一のレーザ光が微細光学構造（微細光学素子２５ａ，２５ｂ）に入射すると、レーザ光の角度輝度分布が導光板から放射される照明光の面内の空間輝度分布に反映され輝度むらが生じてしまう。しかしながら、Ｙ軸方向に近接して配置されるレーザ光源から出射される複数のレーザ光を空間的に重ね合わせると、それらの分布が平均化される。例えば、図４における空間輝度分布４０を有する単一のレーザ光と空間輝度分布４１を有する単一のレーザ光とを重ね合わせると、合計の空間輝度分布は平均化された分布、すなわち、空間輝度分布４２の様な均一の空間輝度分布となる。このように、光源の配列方向（Ｙ軸方向）に均一な空間輝度分布を有するようにレーザ発光素子を配列することによって、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光を作り出すことができる。従って、単一では均一でない分布を有する光であっても、複数の光を重ね合わせることによって、合計の空間輝度分布を平均化された輝度分布とすることができる。このため、光源の配列方向において空間輝度分布が均一な、すなわち、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光を作り出すことが可能となる。

このように、近接するレーザ発光素子の光を重ね合わせるためには、レーザ光の発散角とレーザ光源の配置間隔により決まる一定以上の光学距離を、レーザ光が伝播する必要がある。しかし、実施の形態１の面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂに含まれる導光板２１ａ，２１ｂは、微細光学素子２５ａ，２５ｂにレーザ光が入射するまでに、光伝播部２６ａ，２６ｂを備えている。光伝播部２６ａ，２６ｂは、レーザ光が自らの発散角でレーザ発光素子の配列方向において十分に空間的に拡がるために必要な光学伝播距離を有している。このため、レーザ光は、均一性の高い光、すなわち、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となってから微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射することが可能となる。

また、実施の形態１では、光源２０ａ，２０ｂは、等しい発散角と角度輝度分布とを有する複数のレーザ発光素子を等間隔で配置した構成をとる。このため、より空間輝度分布の均一性が高い線状のレーザ光源が得られる。

上記のようにして、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となって光学素子部２７ａ，２７ｂが備える微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射した光（光２２ａ，２２ｂ）は、光の一部が屈折され、照明光３３ａ，３３ｂとして導光板２１ａ，２１ｂの表面から液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射される。微細光学素子２５ａ，２５ｂは、導光板２１ａ，２１ｂの裏面２４ａ，２４ｂにそれぞれ形成されている。このとき、微細光学素子２５ａ，２５ｂに入射する光（光２２ａ，２２ｂ）は、レーザ光源（光源２０ａ，２０ｂ）の配列方向（Ｙ軸方向）において均一な空間輝度分布を持つ光、すなわち、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）である。このため、光源の空間輝度分布の差による輝度むらを生じることなく、均一な照明光３３ａ，３３ｂとして、液晶表示素子１を照明することができる。

一方、面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂは、光進行方向（Ｘ軸方向）において、それぞれ、照明光を放射しない領域（光伝播部２６ａ，２６ｂ）を有している。光伝播部２６ａ，２６ｂは、レーザ光源（点状の光源）からの光を、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）に変換するために設けられている。しかし、実施の形態１においては、上記面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂは、互いが照明光を発光しない領域を補い合う様に積層配置されている。つまり、面状レーザ光源部２００аが発光しない領域と面状レーザ光源部２００ｂが発光する領域（図３におけるＸ軸の中心位置近傍から−Ｘ軸方向に向かう領域）とが、Ｚ軸方向に積層されるよう配置されている。また、面状レーザ光源部２００ｂが発光しない領域と面状レーザ光源部２００аが発光する領域（図３におけるＸ軸の中心位置近傍から＋Ｘ軸方向に向かう領域）とが、Ｚ軸方向に積層されるよう配置されている。このため、面状レーザ光源部２００ａと面状レーザ光源部２００ｂとから構成される第１バックライトユニット２は、面全体から照明光を放射することが可能となる。

さらに、実施の形態１においては、面状レーザ光源部２００ａと面状レーザ光源部２００ｂとのＸ軸方向における空間輝度分布が足し合わされてできる空間輝度分布が均一となるように、各々の空間輝度分布を決定する微細光学素子２５ａ，２５ｂのＸ軸方向における配置密度を最適化している。

図５は、第１バックライトユニット２から放射される照明光３３ａ，３３ｂのＸ軸方向における１次元の空間輝度分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。空間輝度分布４３は、第１の面状レーザ光源部２００ａのＸ軸方向における１次元の空間輝度分布である。空間輝度分布４４は、第２の面状レーザ光源部２００ｂのＸ軸方向における１次元の空間輝度分布である。空間輝度分布４５は、空間輝度分布４３と空間輝度分布４４とを足し合わせてできる第１バックライトユニット２のＸ軸方向における１次元の空間輝度分布である。

図５から理解できるように、第１の面状レーザ光源部２００ａから放射される照明光３３ａの１次元の空間輝度分布４３では、−Ｘ軸方向である端面２３ａ側から導光板２１ａのＸ軸方向中心位置の近傍にかけては、光が放射されない。また、１次元の空間輝度分布４３では、導光板２１ａのＸ軸方向における中心位置の近傍から＋Ｘ軸方向に向けて徐々に輝度が高くなり、＋Ｘ軸方向である端面２３ａと対向する端面側の近傍付近では、一定の輝度を保つ。一方、第２の面状レーザ光源部２００ｂから放射される照明光３３ｂの１次元の空間輝度分布４４は、第１の面状レーザ光源部２００ａと逆転する空間輝度分布を有している。１次元の空間輝度分布４４では、＋Ｘ軸方向である端面２３ｂ側から導光板２１ｂのＸ軸方向中心位置の近傍にかけては、光が放射されない。また、１次元の空間輝度分布４４では、導光板２１ｂのＸ軸方向における中心位置の近傍から−Ｘ軸方向に向けて徐々に輝度が高くなり、−Ｘ軸方向である端面２３ｂと対向する端面側近傍の付近では、一定の輝度を保つ。

第１バックライトユニット２から放射される照明光の面内の空間輝度分布４５は、第１の面状レーザ光源部２００ａから放射される照明光３３ａと第２の面状レーザ光源部２００ｂから放射される照明光３３ｂとの足し合わせにより生成される。このため、第１バックライトユニット２から放射される照明光の面内の空間輝度分布４５は、Ｘ軸方向において均一な分布となる。実施の形態１の構成に従い試作した第１バックライトユニット２から放射される照明光の面内の空間輝度分布を実際に計測した結果を、図６に示す。図６から理解できるように、２つの面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂをＺ軸方向に積層した第１バックライトユニット２において、レーザ光進行方向（Ｘ軸方向）において均一性に優れた照明光が得られる。

実施の形態１においては、複数の点光源であるレーザ光源からの光を、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）に変換するために必要とされる光伝播部２６ａ，２６ｂを、有効画像表示領域内に設けている。そのため、レーザ光が伝播する十分な光学距離を確保しながらも、画像表示平面（Ｘ−Ｙ平面）における液晶表示装置の面積に対するバックライト装置の面積の比率を抑制することが可能となる。このため、画質の良好な画像を提供しながらも、スタイリッシュな外観（細いベゼルの液晶表示素子１）を有する液晶表示装置を実現することが可能となる。なお、ベゼルとは、液晶パネルを囲う枠（キャビネット）である。

第２バックライトユニット３は、光源１０と導光板１１とを有している。光源１０は、広い発散角を有しＹ軸方向において線状の空間輝度分布を有する光源、例えば、ＬＥＤを用いた光源である。導光板１１は、液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置されている。導光板１１の裏面（液晶表示素子１とは、反対側の面）に光拡散反射部１２を有している。光源１０は、導光板１１のＸ軸方向の両端面（光入射端面）に対向配置され、導光板両端面から中心方向に向かう光（入射光１３）が入射される。その入射光１３は、第２の導光板である導光板１１の内部を全反射されながら伝播する。入射光１３は、拡散反射構造部である背面の光拡散反射部１２により伝播光の一部が拡散反射されて照明光１４として導光板１１の前面（液晶表示素子１側の面）から放射される。第２バックライトユニット３から放射される照明光１４は、第１バックライトユニット２、第２の光学シート３２及び第１の光学シート３１を透過して、液晶表示素子１を照明する。

先にも記述した通り、第２バックライトユニット３の上（＋Ｚ軸方向）に積層される第１バックライトユニット２の導光板２１ａ，２１ｂは、透明部材で形成されている。また、導光板２１ａ，２１ｂは、板状部材である。導光板２１ａ，２１ｂは、裏面に同じく透明部材で形成される光学微細素子２５ａ，２５ｂを有する構造である。導光板２１ａ，２１ｂは、これらを透過する照明光１４に対して吸収、反射などの光学的影響を及ぼすことが少ない。ここで、照明光１４は、第２バックライトユニット３から放射される照明光である。従って、照明光１４は、光の損失を生じることが少なく、液晶表示素子１を照明する照明光として効率良く利用されることができる。

光源１０は、例えば、緑色及び青色の入射光１３を出射する光源である。光源１０から出射される光は、第１バックライトユニット２から放射される赤色の照明光３３ａ，３３ｂとの混色により、白色光となる。光源１０は、例えば、青色の単色ＬＥＤを備えたパッケージに、この青色の光を吸収して緑色の光を発光する緑色蛍光体を充填した装置である。光源１０は、複数の青緑色ＬＥＤを、Ｙ軸方向に密に配列したものである。青緑色ＬＥＤで構成される光源１０は、４５０［ｎｍ］付近と５３０［ｎｍ］付近にピークを有し、４２０［ｎｍ］から５８０［ｎｍ］の帯域に連続的なスペクトルを有する青緑色の光を放射する。また、このような光源１０としては、例えば、励起光源と蛍光体との組み合わせにより青色と緑色を発光する光源を採用することができる。あるいは、光源１０としては、緑色の蛍光体を青色光で励起して青色光と緑色光を発光させる構成の蛍光ランプやＬＥＤなどを採用することも可能である。

導光板１１は、透明部材で形成された、例えば、厚み４［ｍｍ］の板状部材である。導光板１１は、その裏面に光拡散反射部１２を有する。光拡散反射部１２は、光源１０から放射された光を液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射するための拡散反射構造部である。光拡散反射部１２は、例えば、導光板１１の裏面に拡散反射材をドット状に塗布することにより構成することができる。その際、ドット状に塗布される拡散反射材の密度を、光源１０からの光入射端の近傍においては、疎とし、光源１０から離れるにつれ密とし、導光板１１のＸ軸方向の中心において最も密になるような分布とする。このことにより、導光板１１から放射される照明光１４のＸ−Ｙ平面における面内の空間輝度分布を均一にすることが可能となる。

レーザ光源は、点光源で且つ指向性が高い。このため、従来面内の輝度むらが問題となっていた。以上に説明したように、実施の形態１の液晶表示装置１００によれば、レーザ光源（光源２０ａ，２０ｂ）を採用した場合においても、面内の空間輝度分布が均一な照明光を生成することが可能となる。なぜなら、レーザ光が自ら有する発散角により近接する他のレーザ光と空間的に重なり合い、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となるために必要な光学伝播距離を十分に設けたからである。従って、輝度むらを抑えた良好な画像を表示可能な液晶表示装置を提供することができる。さらに、実施の形態１においては、上記の構成を、液晶表示装置の有効画像表示領域を有効に活用して簡易な構成としている。このため、液晶表示装置の有効画像表示領域に対しバックライト装置を大型化することなく実現することを可能にしている。

実施の形態１においては、第１バックライトユニット７の光源にレーザ光源を採用したが、この光源は、レーザ光源に限定されず、レーザ光源の様に発光面積が小さく且つ発散角を有する他の光源に対しても有効である。そのような光源に適用することにより、レーザ光源と同様に面内の空間輝度分布の均一性が高い面状光源を作り出すことが可能となる。例えば、ＬＥＤ光源に対して適用することによっても、高い効果を得ることができる。しかし、レーザを採用した方が後述する効果を得ることができる。

実施の形態１の液晶表示装置１００は、赤色のレーザと青緑色ＬＥＤとを備える。青緑色ＬＥＤは、青色の単色ＬＥＤと青色の光を吸収して緑色を発光する緑色蛍光体で構成されている。バックライトユニット２の光源２０ａ，２０ｂとして単色性に優れたレーザを採用することにより、単色ＬＥＤや多色ＬＥＤを採用した場合より、表示色の色純度を高めることができる。従って、光源２０ａ，２０ｂにレーザを採用した液晶表示装置１００は、他の光源を採用した液晶表示装置よりも、鮮やかな色彩表現が可能となる。また、レーザは、単色ＬＥＤと比較して、高出力で、高電流注入時の電気−光変換効率が高いため、小型で高出力かつ低消費電力を実現することが可能である。

実施の形態１の液晶表示装置１００が赤色レーザを採用している理由は、以下の通りである。

既存のバックライト装置に広く用いられている白色ＬＥＤの場合には、赤色域の光のエネルギー量が少ない。特に、赤色域の光のうち純赤として好ましい、波長６３０〜６４０［ｎｍ］の範囲内の光の割合は、非常に少ない。このため、この波長領域で色純度を高めようとすると、極めて透過光量が落ち、著しく輝度が低下するという問題が発生する。さらに、赤色は、色差に対する人間の感度が高い色である。例えば、白色ＬＥＤと比較し波長帯域幅の狭い赤色の単色ＬＥＤの波長帯域幅は、数十ｎｍ程度である。これに対し、赤色のレーザの波長帯域幅は、数ｎｍ程度しかない。赤色におけるこの波長帯域幅は、人間の視覚には、より顕著な差となって感じられる。ここで、波長帯域幅は、色純度の差である。

従って、３原色の色の中でも特に、赤色の光をレーザに置き換えることによる低消費電力化及び色純度向上に対する効果は、高い。これらの理由から、実施の形態１の液晶表示装置１００においては、赤色の光源に対しレーザを適用している。ここで、赤色のレーザ光は、例えば、波長６３０〜６５０［ｎｍ］の波長帯域の内の何れかの波長を主波長とする光であり、より好ましくは、波長６３０〜６４０［ｎｍ］の波長帯域の内の何れかの波長を主波長とする光である。

また、従来、青色から赤色までの連続スペクトルを有する白色ＬＥＤや波長帯域幅の広い赤色の単色ＬＥＤを使用していた。この場合においては、赤色の光の一部がスペクトルの隣接する緑色のフィルタを透過することにより、緑色の色純度も低下させていた。しかしながら、実施の形態１の液晶表示装置１００においては、赤色の色純度が増すため、緑色フィルタを透過する赤色の光量が低減され、緑色の色純度を向上させることが可能となる。

また、液晶表示装置１００においては、青色の光と緑色の光とは、青色の単色ＬＥＤと青色の光を吸収して緑色を発光する蛍光体とを備える青緑色ＬＥＤにより生成している。緑色については、緑色の光を発光する単色ＬＥＤや単色レーザの採用も考えられる。しかし、ディスプレイに適用可能な簡易で小型なものにおいて、これらの単色ＬＥＤや単色レーザは、蛍光体を使った多色ＬＥＤより低消費電力及び高出力の点で劣る。そこで、実施の形態１の液晶表示装置１００は、装置の簡易化、小型化及び低消費電力化のため、緑色の光は、単色ＬＥＤや単色レーザなどの発光素子ではなく、蛍光体を用いる構成としている。

実施の形態１において、青色の光を発光し、かつ緑色蛍光体を励起する光源として、青色の単色ＬＥＤを採用している。より色再現範囲を広げるために、青色の単色ＬＥＤの代わりに青色のレーザを採用することも有効である。しかしながら、実施の形態１の光源１０のように、青色の発光素子によって蛍光体を励起し他色の光を得る構成とする場合、レーザよりＬＥＤを採用する方が望ましい。

これは、以下の理由による。低電流駆動で低出力のＬＥＤに対し、レーザは、高電流駆動で高出力である。このため、駆動時のレーザからの発熱量が非常に大きい。また、ＬＥＤから出射される光は、広い発散角を有するのに対し、レーザから出射される光は、非常に狭い発散角を有する。このため、レーザの場合、蛍光体に入射する励起光の強度密度（蛍光体の単位体積あたりに入射する光の強度）が非常に高くなる。蛍光体に入射し吸収された光は、一部が他波長に変換され外部に放射され、その他の光は、主に熱エネルギーとなる。一般に、蛍光体の内部変換効率（吸収される光量に対する他波長の光に変換される光量）は、４０％から８０％程度である。すなわち、同時に発生する熱エネルギーは、入射した光エネルギーの２０％から６０％にも及ぶ。従って、高出力で光強度密度の高いレーザの光が入射した場合、蛍光体の発熱量は、非常に大きくなる。

蛍光体を備えるレーザ自身の発熱量が増加すると、蛍光体の温度が上昇する。また、蛍光体自身の発熱量が増加しても、蛍光体の温度が上昇する。蛍光体の温度が上昇すると、蛍光体の内部変換効率が大幅に低下し、輝度の低下や消費電力の増加を引き起こす。従って、実施の形態１における光源１０は、青色のＬＥＤと、この青色の光によって励起され緑色の光を発する蛍光体とを備えることによって青緑色の光を出射する青緑色ＬＥＤを採用している。

上記のように、実施の形態１の液晶表示装置１００において、３原色のうち赤色のみにレーザを採用し、青色と緑色には、青緑色ＬＥＤを採用している。青緑色ＬＥＤは、青色の単色ＬＥＤと、その青色の光を吸収し緑色の光を発光する蛍光体とを備えている。これにより、従来の白色ＬＥＤや、３原色の単色ＬＥＤや３原色の単色レーザを採用した液晶表示装置と比較して、簡易で安価な構成によって、低消費電力で広い色再現範囲を実現する液晶表示装置を提供することを可能にしている。

なお、実施の形態１においては、第１バックライトユニットの光源に６４０［ｎｍ］にピーク波長を有する赤色レーザ光源を採用したが、第１バックライトユニットの光源は、これに限るものではない。第１バックライトユニットの光源として、例えば、波長の異なる赤色レーザを採用してもよい。また、例えば、比較的単色性に優れた単色光を発光するＬＥＤを、第１バックライトユニット２の光源２０ａ，２０ｂとして採用することも有効である。しかし、より広い色再現領域を得るためには、できる限り波長幅の狭いレーザ光源を採用する方が、色再現領域の広域化に対する効果が高い。なお、波長幅の狭いレーザ光源とは、単色性に優れたレーザ光源である。なお、実施の形態１において、第２バックライトユニット３の光源１０は、第１バックライトユニット２の光源として採用する単色光源２０ａ，２０ｂに対し、白色を作り出すために必要な補色の光を放射する光源を採用する必要がある。

白色ＬＥＤ等の連続スペクトルを有する光源を採用し、液晶表示素子が有するカラーフィルタの透過波長を狭く設定し色純度を高めさせる場合には、カラーフィルタによる光の損失（光ロス）が増加して画像の輝度が低下してしまう。一方、実施の形態１では、光源の単色性を高めて色純度を向上させている。このため、光の損失（光ロス）は減少し、画像の輝度の低下を少なくすることができる。また、低消費電力で、色純度を高めることができる。

また、単色のＬＥＤ光源に対し、単色のレーザ光源の方が、単色性に優れて、低消費電力駆動が可能である。さらには、単色のレーザ光源の方が、その指向性の高さにより導光板への結合効率を向上させるという利点を有する。

実施の形態１における、複数の面状光源を積層した構成の第１バックライトユニット２は、導光板２１ａ，２１ｂや、その導光板に設けられる微細光学素子２５ａ，２５ｂが何れも透明部材で形成されている。また、複数のバックライトユニット２，３を積層した構成のバックライト装置３００は、その＋Ｚ軸側（上層）に備えられる導光板や、その導光板に設けられる微細光学素子が何れも透明部材で形成されている。そのため、−Ｚ軸側（下層）に配置されるバックライトユニットから出射する光は、光の損失を抑え、高い光利用効率を得ることが可能である。なぜなら、＋Ｚ軸側（上層）に備えられる導光板や微細光学素子が何れも透明部材で形成されているからである。

実施の形態１においては、第１バックライトユニット２に含まれる複数の面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂに同様の特性を有するものを採用したが、本発明はこれに限るものでは無い。前述したように、実施の形態１では、複数の面状レーザ光源部から放射される照明光をＸ−Ｙ平面方向において足し合わせる。これにより、面内の空間輝度分布が均一な第１バックライトユニットを生成する。この照明光をＸ−Ｙ平面方向において足し合わせる構成が発明の要素の一つである。これを達成するのであれば、複数の面状レーザ光源部から放射される照明光の面内の空間輝度分布が異なるものであっても構わない。

また、実施の形態１においては、光源２０ａ，２０ｂを備える２枚（２枚で１組）の面状レーザ光源部２００ａ，２００ｂを積層する構成を採用しているが、他の構成を採用することもできる。上記理由と同様に、各面状レーザ光源部が放射する照明光をＸ−Ｙ平面で足し合わせることにより、液晶表示素子全体を均一に照明する照明光が生成される構成であれば、１枚の面状レーザ光源部からなる構成、又は、３枚以上の面状レーザ光源部を積層した構成としても良い。

上記のように、複数の面状レーザ光源部から放射される照明光をＸ−Ｙ平面方向において足し合わせる。これにより面内の空間輝度分布が均一な第１バックライトユニットを生成する。この構成であれば、各面状レーザ光源部の面内の空間輝度分布が如何なるものであっても良い。また、面状レーザ光源部を何枚積層する構成としてもよい。しかし、その際に各面状レーザ光源部に含まれる導光板は、レーザ光源の入射端の近傍に光伝播部が設けられることが望ましい。光伝播部は、レーザ発光素子から出射された光が隣接する他のレーザ発光素子から出射された光と空間的に重なり合い、レーザ発光素子の配列方向の空間輝度分布を均一にするために必要な光学伝播距離を有する。そして、光伝播部は、微細光学素子を有さない。光伝播部を設けることにより、光学素子部に入射するレーザ光は、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となっている。これにより、微細光学素子により屈折され、導光板前面から液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射される照明光は、輝度分布むらを持たない。従って、表示むら（輝度むら及び色むら）を抑えた高画質な液晶表示装置１００を提供することが可能となる。

上記構成を達成することができれば、レーザ光源の配置間隔、レーザ光源の導光板の入射端面に対する配置方向及び角度等のレーザ光源の配置方法に制限はない。また、レーザ光源を導光板の４辺の何れの端面に対向して配置させる構成としてもよい。このとき、レーザ光源の入射端面を、液晶表示装置の短辺側端面とすることにより、レーザ光の光学伝播距離を効率良く長くすることが可能となる。このため、より面内の空間輝度分布の均一性に優れた照明光を得ることが可能となる。

また、実施の形態１によると、まず、レーザ光源は、導光板内の十分に長い光学伝播距離を多重反射しながら伝播している。次に、複数のレーザ光を空間的に重ね合わせている。これらにより、従来、コヒーレンスの高いレーザ光源を用いた画像表示装置で問題となるスペックルノイズが低減されるという効果も得られる。

実施の形態２．
図７は、本発明に係る実施の形態２の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）６００の構成を模式的に示す図である。実施の形態２のバックライト装置は、第１バックライトユニット２と第２バックライトユニット４とを有している。実施の形態２の液晶表示装置６００は、実施の形態１の液晶表示装置１００の第２バックライトユニット３に代えて、異なる構成を有する第２バックライトユニット４を備える点において、実施の形態１の液晶表示装置１００と相違する。この点を除き、実施の形態２の液晶表示装置６００は、実施の形態１の液晶表示装置１００と基本的に同じである。図７において、実施の形態１（図１）で説明した液晶表示装置１００の構成要素と同一又は対応する構成要素には、同じ符号を付す。

第２バックライトユニット４は、実施の形態１の第２バックライトユニット３に搭載した光源１０と同様に、発散角の広い、青緑色の光を出射する光源を複数搭載している。複数の光源１０は、第１バックライトユニット２の直下（−Ｚ軸方向）のＸ−Ｙ平面上に、２次元的に配列される。第２バックライトユニット４は、光源直下型のバックライトユニットである。ここで、発散角の広い青緑色の光を出射する光源とは、例えば、青緑色ＬＥＤである。光源１０から出射された光は、拡散板６０で拡散された後、第１バックライトユニット２、第１光学シート３２及び第２光学シート３１を透過して、液晶表示素子１の背面１ｂを照明する。

拡散板６０は、第２バックライトユニット４の２次元配列された光源１０から出射される光を、拡散透過させるために設けられている。拡散板６０は、光源１０からの照明光１４から、面内均一性の高い光を生成するために、光を拡散させる能力（拡散度）の高い材料から成る。

第２バックライトユニット４は、大きな発光量が求められる場合において効果的である。大きな発光量が求められる場合とは、例えば、液晶表示装置６００が大画面化される場合や、液晶表示素子１のカラーフィルタの青色や緑色の透過帯域を狭めて色再現範囲を広げる場合などである。これらの場合でも、光源直下型の第２バックライトユニット４を使用することで、十分な明るさを確保することが可能となる。

実施の形態３．
図８は、本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）７００の構成を模式的に示す図である。実施の形態３のバックライト装置は、第１バックライトユニット７と第２バックライトユニット３とを有している。実施の形態３の液晶表示装置７００は、実施の形態１の液晶表示装置１００より適した形態である。実施の形態３の液晶表示装置７００では、光伝播部の条件をより詳細に検討し、改良している。なお、図８において、実施の形態１（図１）において使用される構成要素と同じ又は対応する機能を有する構成要素には、同一符号を付している。ただし、実施の形態３で詳細に説明する構成要素については、新しい符号を付し、実施の形態１の構成要素と区別して説明する。

実施の形態３の液晶表示装置７００において、第１バックライトユニット７は、第１の光源としての光源７０ａ，７０ｂから出射した、第１の光としての赤色の光（出射光）７２ａ，７２ｂを、＋Ｚ軸方向に向かう照明光３７ａ，３７ｂに変換して、液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射する。この照明光３７ａ，３７ｂは、第２の光学シート３２と第１の光学シート３１とを透過して液晶表示素子１の背面１ｂに照射される。

第１バックライトユニット７は、第１の面状レーザ光源部７７ａと第２の面状レーザ光源部７７ｂとを有している。第１の面状レーザ光源部７７ａは、光源７０ａと導光板７１ａとを有している。導光板７１ａは、液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置されていることが望ましい。第２の面状レーザ光源部７７ｂは、光源７０ｂと導光板７１ｂとを有している。導光板７１ｂは、液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置されていることが望ましい。

第１の面状レーザ光源部７７ａに含まれる光源７０ａは、導光板７１ａの−Ｘ軸方向の端面７３ａに対向して配置されている。導光板７１ａは、第１の導光板である。また、端面７３ａは、光入射端面である。例えば、光源７０ａは、複数のレーザ発光素子をＹ軸方向に等間隔で配列したものである。また、第１の面状レーザ光源部７７ａに含まれる導光板７１ａは、透明材料から成る。そして、導光板７１ａは、板状部材である。導光板７１ａの裏面７４ａには、図９に示されるように、光学素子部である微細光学素子７５ａが備えられている。裏面７４ａとは、導光板７１ａにおける、液晶表示素子１と反対側（−Ｚ軸方向側）の面である。光源７０ａから発せられた光は、導光板７１ａの端面７３ａから導光板７１ａ内に入射し、導光板７１ａ内を全反射されながら伝播する。
同様に、第２の面状レーザ光源部７７ｂに含まれる光源７０ｂは、導光板７１ｂのＸ軸方向の端面７３ｂに対向して配置されている。導光板７１ｂは、第１の導光板である。また、端面７３ｂは、光入射端面である。例えば、光源７０ｂは、複数のレーザ発光素子をＹ軸方向に等間隔で配列したものである。また、第２の面状レーザ光源部７７ｂに含まれる導光板７１ｂは、透明材料から成る。そして、導光板７１ｂは、板状部材である。導光板７１ｂの裏面７４ｂには、光学素子部である微細光学素子７５ｂが備えられている。裏面７４ｂとは、導光板７１ｂにおける、液晶表示素子１と反対側（−Ｚ軸方向側）の面である。光源７０ｂから発せられた光は、導光板７１ｂの端面７３ｂから導光板７１ｂ内に入射し、導光板７１ｂ内を全反射されながら伝播する。

第１の面状レーザ光源部７７ａに含まれる光源７０ａと第２の面状レーザ光源部７７ｂに含まれる光源７０ｂとは、互いに、同じ特性を有するレーザ発光素子を採用することが望ましい。また、光源７０ａにおけるレーザ発光素子の配置間隔と光源７０ｂにおけるレーザ発光素子の配置間隔とは同じにし、レーザ発光素子と導光板７１ａの端面７３ａとの位置関係（距離や角度等）とレーザ発光素子と導光板７１ｂの端面７３ｂとの位置関係（距離や角度等）とは、同様にすることが望ましい。また、第１の面状レーザ光源部７７ａと第２の面状レーザ光源部７７ｂとに含まれる導光板７１ａ，７１ｂは、同じ構造を有することが望ましい。すなわち、第１の面状レーザ光源部７７ａと第２の面状レーザ光源部７７ｂとは、同じ特性を有することが望ましい。

第１バックライトユニット７においては、互いに等しい特性を有する第１の面状レーザ光源部７７ａと第２の面状レーザ光源部７７ｂとは、液晶表示素子１の表示面１ａの中心位置における、表示面１ａに対する法線（図８におけるＺ軸方向の法線）を中心軸として、互いに１８０度回転した位置関係にある。また、導光板７１ａと導光板７１ｂとは、導光板７１ａの側面（端面）と導光板７１ｂの側面（端面）とが互いに同一平面上に揃うように、積層して配置されている。すなわち、光源７０ａと光源７０ｂとは、対向する向きに配置されている。ここで、光源７０ａは、第１の面状レーザ光源部７７ａに含まれる光源である。また、光源７０ｂは、第２の面状レーザ光源部７７ｂに含まれる光源である。光源７０ａは、＋Ｘ軸方向に向けて光（出射光）７２ａを出射する。一方、光源７０ｂは、−Ｘ軸方向に向けて光（出射光）７２ｂを出射する。このため、各々の光源７０ａ，７０ｂから出射される光７２ａ，７２ｂの進行方向は、逆方向となる。ただし、面状レーザ光源部７７ａ，７７ｂから放射される照明光３７ａ，３７ｂは、何れも、液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射される。

実施の形態３における第１バックライトユニット７は、上記のように、２つの面状レーザ光源部７７ａ，７７ｂが、照明光が放射される方向（＋Ｚ軸方向）に積層して配置される構成をとる。このため、第１バックライトユニット７から放射される照明光は、２つの面状レーザ光源部７７ａ，７７ｂから放射される照明光３７ａ，３７ｂが足し合わされたものとなる。第１バックライトユニット７から放射される照明光３３ａ，３３ｂとは、第１バックライトユニット７に含まれる光源７０ａ，７０ｂを点灯した際に得られる照明光である。従って、第１バックライトユニット７から放射される照明光のＸ−Ｙ平面における空間輝度分布は、２つの面状レーザ光源部７７ａ，７７ｂのＸ−Ｙ平面における空間輝度分布の足し合わせたものとなる。

導光板７１ａ，７１ｂは、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明部材で形成されている。導光板７１ａ，７１ｂは、例えば、厚み２［ｍｍ］の板状部材である。導光板７１ａ，７１ｂの端面７３ａ，７３ｂから入射した光（レーザ光）７２ａ，７２ｂは、導光板７１ａ，７１ｂと空気層との界面における全反射により導光板７１ａ，７１ｂ内を、反射を繰り返しながらＸ軸方向に進行する。導光板７１ａ，７１ｂは、第１の空間輝度分布変換部である光伝播部７６ａ，７６ｂと第２の空間輝度分布変換部である光学素子部７８ａ、７８ｂとを有する。光伝播部７６ａ，７６ｂは、光源７０ａ，７０ｂから出射される光７２ａ，７２ｂを導光板７１а，７１ｂ内に閉じ込めて伝播させる部分である。微細光学素子７５ａ，７５ｂは、光伝播部７６ａ，７６ｂを経由しＸ軸方向に進行する光７２ａ，７２ｂの進行方向を、主にＺ軸方向（液晶表示素子１に向かう方向）に変換する。

導光板７１ａ，７１ｂに含まれる光伝播部７６ａ，７６ｂは、端面７３ａ，７３ｂ近傍に備えられている。光源７０ａ，７０ｂから出射された光７２ａ，７２ｂは、端面７３ａ，７３ｂから導光板７１ａ，７１ｂ内に入射する。その後、光７２ａ，７２ｂは、光伝播部７６а，７６ｂをＸ軸方向に伝播する。光伝播部７６ａ，７６ｂにおいては、導光板７１ａ，７１ｂの表面（液晶表示素子１側の面）及び裏面（液晶表示素子１と反対側の面）は、特に突起等の構造を有さず平面である。導光板７１ａには、光７２ａが入射する。導光板７１ｂには、光７２ｂが入射する。従って、この光伝播部７６ａ，７６ｂを伝播する光７２ａ，７２ｂは、自らの発散角と進行方向を保存したまま伝播する。光源７０ａ，７０ｂから出射される光７２ａ，７２ｂは、光伝播部７６ａ，７６ｂを伝播することで自らの発散角により空間的に広がる。

図９に示されるように、実施の形態３の第１の導光板７１ａ，７１ｂが備える光伝播部７６ａ，７６ｂは、特に、レーザ光８０ｐ，８１ｐを足し合わせてできるＹ軸方向の１次元の空間輝度分布を、より均一にする。レーザ光８０ｐ，８１ｐは、隣り合うレーザ発光素子８０，８１から出射される。このため、光伝播部７６ａ，７６ｂは、Ｘ軸方向に一定の光学距離Ｘを必要とする。

導光板７１ａ，７１ｂに含まれる光学素子部７８ａ，７８ｂは、導光板７１ａ，７１ｂの裏面７４ａ，７４ｂ（液晶表示素子１と反対側の面）に半球状の凸形状（以後、凸レンズ形状と呼ぶ。）の微細光学素子７５ａ，７５ｂを備えている。この凸レンズ形状（微細光学素子７５ａ，７５ｂ）は、導光板７１ａ，７１ｂ内をＸ軸方向に向けて伝播する光７２ａ，７２ｂを液晶表示素子１の背面１ｂ方向（＋Ｚ軸方向）に向けて放射する光（照明光３７ａ，３７ｂ）に変換する。光７２ａ，７２ｂは、端面７３ａ，７３ｂから導光板７１ａ，７１ｂ内に入射する。光７２ａ，７２ｂは、光伝播部７６ａ，７６ｂを伝播した後、進行方向をＸ軸方向としたまま微細光学素子７５ａ，７５ｂに入射する。微細光学素子７５ａ，７５ｂに入射した光７２ａ，７２ｂは、凸レンズ形状の曲面により屈折され、導光板７１ａ，７１ｂの表面（液晶表示素子１側の面）と空気層との界面において全反射条件を満たさなくなる光が生じる。その全反射条件を満たさなくなる光が、導光板７１ａ，７１ｂの表面から液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射される。

点光源である光源７０ａ，７０ｂから出射された光７２ａ，７２ｂは、光伝播部７６ａ，７６ｂを伝播することにより自らの発散角で拡がる。この自らの発散角で広がった光（光７２ａ，７２ｂ）は、近接する他のレーザ光（光７２ａ，７２ｂ）と空間的に重なり合いレーザ発光素子８０，８１の配列方向（Ｙ軸方向）の空間輝度分布が均一な光、すなわち、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となる。この光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光は、微細光学素子７５ａ，７５ｂに入射し、液晶表示素子１の背面１ｂに向けて放射される均一な照明光３７ａ，３７ｂとなる。

以下に、光源７０ａに含まれるレーザ発光素子８０と、それとＹ軸方向に隣り合うレーザ発光素子８１とを例に挙げ、実施の形態３の第１の導光板７１ａ，７１ｂに備えられる光伝播部７６ａ，７６ｂについて詳しく説明する。

図９は、レーザ光８０ｐ，８１ｐの光路を概念的に示す図である。レーザ光８０ｐ，８１ｐは、レーザ発光素子８０，８１から出射され、端面７３ａから導光板７１ａ内に入射する。図１０は、１次元の空間輝度分布８０ｑ，８１ｑ及びそれらを足し合わせて生成される、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光の１次元の空間輝度分布８２ｑを示すグラフである。１次元の空間輝度分布８０ｑ，８１ｑは、Ｘ軸方向の光学距離をＸとした光伝播部７６ａを伝播したレーザ光８０ｐ，８１ｐのＹ軸方向の空間輝度分布である。

図９に示されるように、レーザ発光素子８０，８１は、Ｙ軸方向に距離ｄを隔てて隣り合う。レーザ発光素子８０，８１は、各々導光板７１ａの端面７３ａに対向して配置されている。レーザ発光素子８０，８１の発光面と端面７３ａとの間隔は、距離ｆに設定されている。レーザ発光素子８０，８１は、同様の特性を有している。レーザ発光素子８０，８１から出射されるレーザ光８０ｐ，８１ｐのＸ−Ｙ平面における半値半角αの略ガウシアン形状の角度輝度分布は、同様の形状を有している。なお、半値半角とは、角度輝度分布において最も輝度が高い角度を中心（０度）とし、その最も高い輝度の半分の輝度となる角度を指す。

レーザ発光素子８０，８１から出射されたレーザ光８０ｐ，８１ｐは、端面７３ａから導光板７０ａ内に入射し、光伝播部７６ａを伝播する。このとき、光伝播部７６ａが有するＸ軸方向の光学距離Ｘは、式（１）で定義される。ここで、ｄは、レーザ発光素子８０，８１の発光点間距離である。ｆは、レーザ発光素子８０，８１の出射面と端面７３ａとの距離である。αは、レーザ発光素子８０，８１から出射される光のＸ−Ｙ平面における発散角の半値半角である。βは、導光板７１ａ内を伝播するレーザ光８０ｐ，８１ｐのＸ−Ｙ平面における発散角の半値半角である。

ただし、導光板７１ａ内の半値半角βは、式（２）で定義される。ここで、レーザ発光素子８０，８１から出射されたレーザ光８０ｐ，８１ｐが導光板７１а内に入射する前に伝播する層の屈折率をｎ_１とする。導光板７１ａの屈折率をｎ_２とする。

ここで、レーザ発光素子８０，８１の発光面積は、レーザ発光素子８０，８１の発光点間の距離ｄに対し十分に小さいため、その大きさを無視している。

上記式（１）及び式（２）は、レーザ光８０ｐとレーザ光８１ｐとが、Ｙ軸方向の空間輝度分布において、それぞれの光軸上に存在するピーク輝度の半分の輝度を有する位置で交点を持つために必要な光学距離Ｘを定めるものである。

レーザ光８０ｐ，８１ｐは、同様の角度輝度分布を有し、各々自らの光軸に対称な角度輝度分布を有する。このため、レーザ光８０ｐ，８１ｐが式（１）及び式（２）で定められる光学距離Ｘを伝播すると、図１０に示されるように、レーザ光８０ｐ，８１ｐは、各々がピーク輝度Ｌを有する点（Ｙ＝ｙ_０、ｙ_１）の中間点（Ｙ＝ｙ_２）において、輝度Ｌ／２を有する。それらのレーザ光８０ｐ，８１ｐが重なり合うことによって、中間点（Ｙ＝ｙ_２）の輝度は、Ｌとなる。従来であれば、レーザ光８０ｐ，８１ｐの光軸上に存在する明るい部分である明部に対しそれらの間に暗い部分である暗部が存在することで輝度むらが発生していた。しかし、式（１）及び式（２）で定義される光学距離Ｘを設けることにより、レーザ光８０ｐ，８１ｐによる明部（Ｙ＝ｙ_０、ｙ_１）の間に、それらと等しい輝度を有する明部（Ｙ＝ｙ_２）を補間することができる。また、同時に、それらの明部（Ｙ＝ｙ_０、ｙ_１）間の空間輝度分布が平均化されるため、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（輝度分布に高い均一性を有する線状光源からの光と同様の光）を生成することが可能となる。

上記のように、レーザ光８０ｐ，８１ｐが、式（１）及び式（２）で定義される光学距離Ｘを有する光伝播部７６ａを伝播する。これにより、光伝播部７６ａの大きさを最小限に抑えながらも、Ｙ軸方向の空間輝度分布が均一な、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光を生成することが可能となる。

微細光学素子７５ａは、光伝播部７６ａの＋Ｘ軸方向の端部から導光板７１ａの＋Ｘ軸方向の端部までの領域に設けられている。その配置密度は、＋Ｘ軸方向に向けて疎から密に連続的に変化するよう配置されている。微細光学素子７５аの構造及び特性については、実施の形態１に示したものと同様である。

光７２ａ（レーザ光）は、光源７０ａから出射され、Ｘ軸方向の長さを光学距離Ｘとした光伝播部７６ａを伝播する。このレーザ光７２ａは、光源７０ａの配列方向（Ｙ軸方向）に均一な空間輝度分布を持つ光、すなわち、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となった後、光学素子部７５ａ内に入射し、面内の空間輝度分布の均一な面光源となって液晶表示素子１を照明する。

ここでは、第１の面状レーザ光源部７７ａに関して記述したが、第２の面状レーザ光源部７７ｂも同様に、式（１）及び式（２）を満たす光伝播部７６ｂを備えている。光７２ｂ（レーザ光）は、高い均一性を有する光、すなわち、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となって微細光学素子７５ｂに入射し、面内の空間輝度分布の均一な面光源となって液晶表示素子１を照明する。

このような第１の面状レーザ光源部７７ａと第２の面状レーザ光源部７７ｂとが足し合わされて、第１バックライトユニット７は、均一性の高い面内分布の面状光源となる。照明光は、面内の空間輝度分布むらが抑えられている。従って、表示むらを抑えた高画質な液晶表示装置７００を提供することが可能となる。

実施の形態３においては、光伝播部７６ａ，７６ｂのＸ軸方向の長さを、式（１）及び（２）で定義される光学距離Ｘとする。このことで、高い均一性を有する面状レーザ光源部７７ａ，７７ｂを形成することが可能である。なお、この光学距離を、式（１）及び（２）で定義されるＸより長くすることにより、面状レーザ光源部７７ａ，７７ｂの面内の空間輝度分布の均一性を、さらに向上させることも可能である。

実施の形態４．
図１１は、本発明に係る実施の形態４の透過型表示装置である液晶表示装置８００の構成を模式的に示す図である。理解を容易にするために、液晶光学素子１の短辺方向をＹ軸方向とし、液晶光学素子１の長辺方向（Ｙ軸に直交する方向）をＸ軸方向とし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向をＺ軸方向とする。また、液晶表示素子１の表示面１ａ側を＋Ｚ軸方向とし、液晶表示装置の上方向（液晶表示装置１００の画面を水平方向に向けて設置したときにおける、上方向）を＋Ｙ軸方向とし、後述する第２の光源１０の光の出射方向を、＋Ｘ軸方向とする。

図１１に示されるように、液晶表示装置８００は、透過型の液晶表示素子１、光学シート３１、光学シート３２、バックライト装置３０３及び光反射シート１５を備えている。これら構成要素１，３１，３２，３０３，１５は、Ｚ軸方向に重ねて配列されている。液晶表示素子１は、Ｘ軸及びＹ軸を含むＸ−Ｙ平面と平行な表示面１ａを有する。また、光学シート３１は、第１の光学シートである。光学シート３２は、第２の光学シートである。

図１２は、図１１に示される液晶表示装置８００を−Ｚ軸方向に見た場合を示す図である。図１１及び図１２に示されるように、バックライト装置３０３は、導光板８１１、光拡散反射部８１２、導光素子５、光源６及び光源１０を備えている。なお、光源６は、第１の光源であり、光源１０は、第２の光源である。

導光板８１１と光拡散反射部８１２は、線状の空間輝度分布を有する光を面状の空間輝度分布を有する光に変換し、その面状の空間輝度分布を有する光を液晶表示素子１に向けて放射する第２の空間輝度分布変換部を構成する。光拡散反射部８１２は、導光板８１１の−Ｚ軸方向の面に接するように配置されている。導光素子５は、点状の空間輝度分布を線状の空間輝度分布に変換する機能を持っている。導光素子５は、第１の空間輝度分布変換部を構成する。導光素子５は、略四角柱の形状をしており、長辺を一辺に持つ長さ方向の一つの側面が導光板８１１の側面と対向するように配置されている。つまり、導光素子５の一つの長辺がＹ軸方向を向くように配置され、導光素子５の２つの短辺が各々Ｘ軸方向及びＺ軸方向を向くように配置されている。導光素子５の１つの短辺は、Ｘ軸と平行で、導光素子５の他の１つの短辺は、Ｚ軸と平行である。導光素子５の導光板８１１の側面と対向する側面が、導光素子５の光出射面５ｃである。導光板８１１の導光素子５の側面と対向する側面が、導光板８１１の光入射面８１１ａである。導光素子５の光出射面５ｃは、Ｚ軸方向の厚みにおいて、光入射面８１１ａより小さくなるよう構成されている。また、導光素子５の厚み方向（Ｚ軸方向）における中心位置と、導光板８１１の厚み方向（Ｚ軸方向）における中心位置とは、一致するよう配置されることが望ましい。導光素子５の光出射面５ｃには、例えば、Ｘ−Ｚ断面においてのみ曲率を有する凹形状の微細光学素子８５０が形成されている。微細光学素子８５０は、Ｙ軸方向に中心軸を持つ円筒面で、Ｘ−Ｚ断面には、曲率を持つ（曲線である）が、それと直交する方向（Ｙ軸方向）には、曲率を持たない（直線である）面である。導光素子５の光出射面５ｃには、複数の微細光学素子８５０がＺ軸方向に配列されている。この微細光学素子８５０により、導光素子５の光出射面５ｃから導光板８１１に向けてから出射する光線６１のＸ−Ｚ平面上での発散角を大きくすることができる。

光源６は、赤色の光線６１を出射する。光線６１は、導光素子５の２つの短辺で作られる光入射面５ａから入射し、導光素子５の中を＋Ｙ軸方向に伝播する。光源１０から出射される光線８７１は、＋Ｘ軸方向に出射して、導光素子５の光入射面５ｂから導光素子５内に入射する。光入射面５ｂは、導光素子５の導光板８１１と対向する光出射面５ｃと対向する面である。光源１０は、光入射面５ｂと対向して複数の発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄをＹ軸方向に配置した構成を有している。なお、光源６は、例えば、レーザ光源のように発散角が小さく指向性の高い発光素子である。また、光源１０は、発散角の大きな複数の発光素子から構成される。言い換えれば、光源６は、例えば、実施の形態１の光源２０ａ，２０ｂと同じレーザ光源である。また、光源１０は、例えば、実施の形態１の光源１０と同じ複数の発光素子としてのＬＥＤ光源である。また、光入射面５ａは、第１の光入射面であり、光入射面５ｂは、第２の光入射面である。光線６１は、第１の光であり、光線８７１は、第２の光である。

実施の形態１と同様に、液晶表示装置８００は、制御部５１、液晶表示素子駆動部５２及び光源駆動部５３ａ，５３ｂを有する。図１３は、液晶表示装置８００の構成を概略的に示すブロック図である。図１３を用いて液晶表示装置８００の動作を説明する。液晶表示装置８００は、液晶表示素子１を駆動する液晶表示素子駆動部５２、光源６を駆動する光源駆動部５３ａ及び複数の光源１０を駆動する光源駆動部５３ｂを有している。液晶表示素子駆動部５２と光源駆動部５３ａ，５３ｂの動作は、制御部５１によって制御される。

制御部５１は、図示しない信号源から供給された映像信号５４に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号を液晶表示素子駆動部５２及び光源駆動部５３ａ，５３ｂに供給する。液晶表示素子制御信号５５は、制御部５１から液晶表示素子駆動部５２に送られる制御信号である。光源制御信号５６ａは、制御部５１から光源駆動部５３ａに送られる制御信号である。光源制御信号５６ｂは、制御部５１から光源駆動部５３ｂに送られる制御信号である。光源駆動部５３ａ，５３ｂは、それぞれ、制御部５１からの光源制御信号５６ａ，５６ｂに応じて光源６，１０を駆動して、これら光源６，１０から光線を出射させる。

図１４は、実施の形態４の導光素子５の構造を模式的に示す図である。図１４は、導光素子５を−Ｘ軸方向に見た図である。言い換えれば、図１４は、導光素子５の光入射面５ｂ側を見た図である。導光素子５の光入射面５ｂは、導光板８１１と対向する光出射面５ｃの反対側の面である。実施の形態４において、導光素子５は、透明材料から成り、四角柱の棒状部材である。実施の形態４において、導光素子５は、光入射面５ｂに光学素子である微細光学素子１７を複数有する。光源６から出射した光線６１は、導光素子５の光入射面５ａから導光素子５内に入射し、導光素子５内を全反射しながら伝播する。光源１０を構成する複数の発光素子（例えば、１０ａ〜１０ｄ）から出射した光線８７１は、光入射面５ｂから導光素子５内に入射する。光線８７１は、微細光学素子１７を透過する際に散乱する。光線８７１は、導光素子５内において、光源６から入射した光線６１と混ざり合う。その後、光線８７１は、導光素子５の光出射面５ｃから導光板８１１に向けて出射する。

上述のように、光源６は、レーザ光源のように発散角が小さく指向性の高い光源である。この指向性の高い光源から線状の空間輝度分布を有する光を生成するため、レーザ光である光線６１を断面積の小さい光入射面５ａから導光素子５内に入射させる。光入射面５ａは、光線６１の光の進行方向（図１２におけるＹ軸方向）に対して垂直な面（図１２におけるＸ−Ｚ平面に平行な面）である。従って、指向性が高く、発散角の小さなレーザ光であっても、導光素子５内での反射回数を増やすことができる。この反射光を微細光学素子１７で一定量ずつ取り出し、光出射面５ｃから出射させれば、容易に線状の空間輝度分布を有する光（すなわち、光伝播方向に直交する平面で切る光線の断面形状が直線状になる光）を生成することができる。この場合、光線６１が最初に微細光学素子１７に入射するまでの光学距離が短いため、導光素子５は、不要なスペースを最小限に抑えることができる。その結果、バックライト装置３０３を小型化することができる。

導光板８１１は、液晶表示素子１の表示面１ａに対して平行に配置されている。導光板８１１は、裏面に光拡散反射部８１２を有する。導光板８１１の裏面は、導光板８１１の液晶表示素子１とは、反対側で−Ｚ軸方向側の面である。導光素子５は、光入射面８１１ａに対向して配置される。光入射面８１１ａは、導光板８１１の−Ｘ軸方向の端面である。導光素子５から出射される光線８０９は、導光板８１１の光入射面８１１ａから導光板８１１の中心方向に向けて進行する。なお、光線８０９は、照明光６２と光線８７１とが混ざり合った光である。

導光素子５から出射された光線８０９は、導光板８１１の内部を全反射しながら伝播する。そして、光線８０９は、背面側に配置された光拡散反射部８１２によりその一部が散乱して反射する。背面側とは、−Ｚ軸方向側である。その散乱光は、照明光８１０として導光板８１１の前面から出射する。導光板８１１の前面は、導光板８１１の液晶表示素子１側であり、＋Ｚ軸方向側の面である。導光板８１１から出射した照明光８１０は、光学シート３２及び光学シート３１を透過して、液晶表示素子１を照明する。

光学シート３１は、バックライト装置３０３から出射した照明光８１０を液晶表示素子１００の表示面１ａの法線方向に向ける作用を有する。また、光学シート３２は、細かな照明むらなどの光学的影響を抑制する機能を有する。

バックライト装置３０３の−Ｚ軸方向には、光反射シート１５が配置されている。バックライト装置３０３から背面側に出射した光線は、光反射シート１５で反射し、液晶表示素子１の背面１ｂを照明する照明光として利用される。背面側とは、−Ｚ軸方向側である。光反射シート１５としては、例えば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材とした光反射シートを使用することができる。また、光反射シート１５として、例えば、基板の表面に金属を蒸着させた光反射シートなどのような、他の光反射シートを使用してもよい。

液晶表示素子１は、Ｚ軸方向に直交するＸ−Ｙ平面と平行な液晶層を有する。液晶表示素子１の表示面１ａは、矩形状である。図１１に示されるＸ軸方向及びＹ軸方向は、それぞれ、この表示面１ａの互いに直交する２辺に沿った方向である。液晶表示素子駆動部５２は、制御部５１から供給された液晶表示素子制御信号５５に応じて液晶層の光透過率を画素単位で変化させる。各画素は、３つの副画素から構成されており、副画素は、各々赤色、緑色及び青色の光のみを透過させるカラーフィルタを備えている。液晶表示素子駆動部５２は、各副画素の透過率を制御することによりカラー画像を生成する。これにより、液晶表示素子１は、バックライト装置３０３から入射した照明光を空間的に変調して画像光を生成する。液晶表示素子１は、この画像光を表示面１ａから出射させることができる。なお、液晶表示素子１のカラーフィルタは、光の３原色である赤色、緑色及び青色で示しているが、色再現範囲を広げるために、光の３原色以外の色を追加することができる。

次に、実施の形態４の各構成要素について、詳しく説明をする。光源６は、例えば、６４０［ｎｍ］をピークとし、波長幅が半値全幅で１［ｎｍ］の極めて単色性の高いスペクトルを有するレーザ光源である。また、光源６からの光の発散角は、速軸方向においては、半値全幅で４０度であり、遅軸方向においては、半値全幅で１０度である。実施の形態４においては、光源６の有するレーザ発光素子は、半値全幅の大きい速軸方向が導光素子５の光入射端面５ｂと光出射端面５ｃにおいて反射するように配置される。すなわち、レーザ発光素子の速軸方向が、図１１におけるＸ軸方向となっている。光入射面８１１ａの短辺は、Ｚ軸と平行な辺である。光源６は、第１の光源である。

言い換えれば、レーザ発光素子の光線６１のうち、発散角の大きい速軸方向の光線が、導光素子５の光入射面５ｂと光出射面５ｃの間で反射するよう構成されている。この構成により、レーザ光の導光素子５内での反射回数が増え、導光素子５に設けられる微細光学素子１７に入射する光線６１が多くなる。結果として、この構成は、微細光学素子１７による光の取り出し効率Ｆを向上させることが可能となる。ここで、
Ｆ＝（導光板に向け導光素子から出射する光量）／（導光素子内を伝播する光量）
である。

導光素子５は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明部材で形成された、例えば、厚み２［ｍｍ］×２［ｍｍ］の棒状部材である。図１２及び図１４に示されるように、その光入射面５ｂ（導光板８１１と反対側の面）には、導光素子５内を伝播する光線６１を、光出射面５ｃの方向（＋Ｘ軸方向）に向けて出射するための半球状の凸形状（以後、凸レンズ形状と呼ぶ。）の微細光学素子１７が形成されている。

導光素子５の光入射面５ａから入射した光線６１は、導光素子５と空気層との界面における全反射により導光素子５内を、反射を繰り返しながらＹ軸方向に進行する。光線６１が微細光学素子１７に入射すると、その曲面により光線６１の進行方向が変化し、導光素子５の光出射面５ｃ（導光板８１１側の面）と空気層との界面における全反射条件を満たさなくなる場合が生じる。この全反射条件を満たさなくなった光線６１は、照明光６２として、導光素子５の光出射面５ｃから導光板８１１の光入射面８１１ａに向けて出射する。

配置密度とは、単位面積当たりの微細光学素子１７の占める面積の割合である。配置密度は、単位面積当たりの微細光学素子１７の個数を変えることによって調整可能である。また、配置密度は、単位面積当たりの微細光学素子１７の大きさ（１個の微細光学素子の面積）を変えることによって調整することも可能である。これにより、導光素子５から出射される照明光６２のＹ軸方向における空間輝度分布を制御することが可能となる。

微細光学素子１７の具体例としては、例えば、その表面の曲率が約０．１５［ｍｍ］、最大高さが約０．００５［ｍｍ］、屈折率が約１．４９の凸レンズ形状の微細光学素子１７を採用できる。なお、導光素子５や微細光学素子１７の材質は、アクリル樹脂とすることができる。しかし、導光素子５や微細光学素子１７の材質は、アクリル樹脂に限定されるものではない。導光素子５や微細光学素子１７の材質は、光の透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、アクリル樹脂に代えてポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料を使用してもよい。あるいは、導光素子５や微細光学素子１７の材質は、アクリル樹脂に代えてガラス材料を使用してもよい。

導光素子５は、光線６１の進行方向（図１２における＋Ｙ軸方向）の位置に対して微細光学素子１７の配置密度が変化する構造を有している。微細光学素子１７は、導光素子５の光入射面５ｂの上に設けられている。光入射面５ｂの上とは、導光素子５における光入射面５ａの近傍から光入射面５ａと対向する側の端面位置までの領域である。微細光学素子１７の配置密度は、光入射面５ａから疎から密へと連続的に変化する構成をとる。つまり、微細光学素子１７の配置密度は、光入射面５ａから光入射面５ａと対向する側の端面方向に向けて疎から密へと徐々に、又は、連続的に変化する構成をとる。

光入射面５ａから導光素子５内に入射した光線６１は、微細光学素子１７によって徐々に導光板８１１の方向に出射される。このため、光線６１がＹ軸方向に進むにつれて、導光素子５内の光量は減少する。しかし、図１４に示されるように、微細光学素子１７の配置密度は、Ｙ軸方向に進むにつれて、密になる。このため、導光素子５内を伝播する光線６１の光量に対し微細光学素子１７に入射する光量の割合が増す。結果として、導光素子５の光出射面５ｃから導光板８１１に向けて出射される照明光６２は、Ｙ軸方向における空間輝度分布が均一な、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となる。光出射面５ｃは、導光板８１１と対向する面である。

微細光学素子１７から出射する照明光６２の遅軸方向の発散角は、小さい。遅軸方向は、Ｚ軸方向の軸である。これは、光源６から出射した発散角の小さい光線６１が導光素子５内を反射しながら進むため、光源６を出射したときの発散角が維持されるからである。また、微細光学素子１７に入射した光は、進行方向を変更するが、その発散角は、ほとんど変化しないためである。このように、発散角の小さい照明光６２が導光板８１１内に入射すると、導光板８１１の裏面に設けられた光拡散反射部８１２に入射する光の割合が少なくなる。このため、照明光６２に対する導光板８１１の光取り出し効率が低下する。また、照明光６２が光拡散反射部８１２に入射する位置が空間的に不均一となる。このため、導光板８１１から出射される光のＸ−Ｙ平面における空間輝度分布が不均一になるという問題が生じる。さらに、実施の形態４においては、複数の光源６，１０が導光板８１１を共用する構成である。このため、導光板８１１内に入射する光の特性がほぼ同等となることで、色むらを抑制することが可能となる。つまり、照明光６２の発散角は、広いことが望ましい。

実施の形態４においては、導光素子５から出射する照明光６２は、導光素子５の光出射面５ｃに設けられる微細光学素子８５０を透過する。これにより、照明光６２の導光板８１１の厚み方向（遅軸方向）の発散角は、広くなる。発散角が広くなった照明光６２は、光出射面５ｃから導光板８１１の光入射面８１１ａに向けて出射される。微細光学素子８５０は、Ｘ−Ｚ平面において曲率を有しており、照明光６２のＸ−Ｚ平面上の発散角を大きくする。これにより、照明光６２に対する導光板８１１の光取り出し効率が向上する。そして、これにより、バックライトユニット１００の高輝度化の効果が得られる。さらには、低消費電力化という効果が得られる。また、導光板８１１から液晶表示素子１に向けて出射する照明光８１０の面内の空間輝度分布の均一化の問題も解消される。また、光源６の光と光源１０の光との混色による色むらの問題も解消される。

実施の形態４においては、微細光学素子８５０は、Ｘ−Ｚ平面においてのみ曲率を有し、Ｚ軸方向に複数配列する構造とした。しかし、本発明はこれに限るものではない。次の２つの要件の両方を満たせば、微細光学素子８５０の構造として、他の構造を採用してもよい。第１の要件は、微細光学素子１７から出射する光の発散角が大きくなるという要件である。第１の要件は、導光板８１１へ入射する光の入射角度が大きくなることと同等である。第２の要件は、導光板８１１内を伝播する照明光６２の光進行方向（Ｘ軸方向）に対し、光線が導光板８１１の厚み方向（Ｚ軸方向）に対称な角度輝度分布に変換されるという要件である。例えば、導光素子５のＸ−Ｚ断面において、斜面部を有す三角形状のプリズムがＺ軸方向に複数配列する構造でもよい。また、１次元方向（Ｚ軸方向）にのみ微細光学素子（例えば、微細光学素子８５０）を配列する構造に限らず、２次元方向（Ｚ軸方向及びＹ軸方向）に微細光学素子を配列する構造を有する構成としてもよい。ただし、照明光６２において導光板８１１の厚み方向に光を広げることによる効果が支配的であるから、１次元方向（Ｚ軸方向）のみに微細光学素子を配列する構造を持たせる方が簡易な構造で効率良く効果が得られる。

また、実施の形態４においては、微細光学素子８５０を光出射面５ｃに備えている。しかし、本発明はこれに限られるものではない。微細光学素子８５０は、光源６から出射される光線６１の発散角を拡大することが目的であるから、光線６１又は照明光６２が導光板８１１内に入射するまでに透過する他の面に備えてもよい。実施の形態４において、例えば、導光素子５の光入射面５ａや、導光板８１１の光入射面８１１ａに微細光学素子８５０を備える構成を採用してもよい。

一方、光源１０は、光源６から出射される赤色の照明光６２との混色により白色を作り出すため、緑色と青色（以下、青緑色と表現する。）の光線８７１を出射する。詳しくは、光源１０を構成する発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、青色の単色ＬＥＤを備えたパッケージに、この青色の光を吸収して緑色の光を発光する緑色蛍光体を充填したものである。光源１０は、これらの複数の青緑色ＬＥＤを、Ｙ軸方向に密に配列したものである。青緑色ＬＥＤからなる発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、４５０［ｎｍ］付近と５３０［ｎｍ］付近にピークを有する。そして、発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、４２０［ｎｍ］から５８０［ｎｍ］の帯域に連続的なスペクトルを有する青緑色の光線８７１を出射する。つまり、光源１０を構成する発光素子としては、例えば、励起光源と蛍光体との組み合わせにより青緑色の光を発光する光源を採用することができる。光源１０を構成する発光素子においては、上述の緑色の蛍光体を青色光で励起して青緑色の光を発光させる構成の他に、青色と緑色の蛍光体を紫外光で励起して青緑色の光を発光させる構成も採用できる。また、光源１０を構成する発光素子においては、上述のＬＥＤ以外に、蛍光ランプを採用することも可能である。なお、光源６は、第１の光源であり、光源１０は、第２の光源である。

実施の形態４の光源１０に用いるＬＥＤ光源は、広い発散角を有する。そのため、実施の形態４の光源１０のように、１次元（Ｙ軸方向）に配列された複数の光源から出射した光線８７１は、導光素子５を透過する際に自らの発散角により近接する光源から出射される光線８７１と空間的に重なり合う。さらに、導光素子５に設けられる微細光学素子１７は、曲率を有するため、微細光学素子１７に入射する光線８７１は、光拡散作用により空間的に均一化される効果も得られる。

近接して配置される光源から出射する複数の光線を空間的に重ね合わせると、それらの分布が平均化され、光源の配列方向に均一な空間輝度分布となる。従って、単一では均一でない空間輝度分布を有する光線であっても、複数の光を重ね合わせることによってそれらの分布を平均化し、光源の配列方向において空間輝度分布が均一な、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）を作り出すことが可能となる。

導光素子５は、導光板８１１の光入射面８１１ａに対向して配置されている。光源６から出射した赤色の照明光６２及び光源１０から出射した青緑色の光線８７１は、それぞれ導光素子５の光出射面５ｃから、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となって導光板８１１に向けて出射される。よって、制御部５１により各光源駆動部５３ａ，５３ｂを個別に制御（光源制御信号５６ａ，５６ｂ）して、光源６から出射する赤色の照明光６２の輝度と、光源１０から出射する青緑色の光線８７１の輝度との割合を調整する。これにより、導光素子５は、白色の線状光源として機能する。光入射面８１１ａは、導光板８１１のＸ軸方向の面である。

実施の形態４においては、導光素子５を、端面の２辺の長さが２［ｍｍ］×２［ｍｍ］の四角形とした、棒状部材とした。しかし、本発明はこれに限るものではない。導光素子５のＺ軸方向の厚みは、導光板８１１との光結合効率の点より、少なくとも導光板８１１の厚みより薄いことが求められる。また、液晶表示装置の薄型化や軽量化、さらには、多重反射回数の増加による光（光線６１）の利用効率向上という点において、Ｘ軸方向の厚みの小さい導光素子５を採用することが望ましい。特にレーザ光源は、発光面の面積が小さくかつ指向性が高い光源であるから、厚みの小さい導光素子５に対しても高い光結合効率を得ることが可能である。ただし、このとき、導光素子５の厚みを薄型化することによる剛性低下の問題等も考慮する必要がある。

導光板８１１は、例えば、透明部材で形成されている。また、導光板８１１は、例えば、厚み４［ｍｍ］の板状部材である。導光板８１１は、裏面に導光素子５から出射された照明光６２及び光線８７１を液晶表示素子１の背面１ｂに向けて出射するための光拡散反射部８１２を有する。光拡散反射部８１２は、例えば、導光板８１１の裏面に白色インクなどの光拡散反射材をドット状に印刷することにより構成することができる。その際、ドット状に印刷される光拡散反射材の密度を、導光素子５の光入射面８１１ａ近傍においては疎とし、導光素子５から離れるにつれ密になるような分布とする。これにより、導光板８１１から出射される照明光８１０のＸ−Ｙ平面における空間輝度分布を均一にすることが可能となる。

なお、導光板８１１から液晶表示素子１に向けて出射した照明光８１０が、その後の光学シート３１，３２等で−Ｚ軸方向に反射する場合がある。高輝度化及び低消費電力化を実現するためには、それらの光を、再度、液晶表示素子１の照明光として利用する必要がある。このため、バックライト装置３０３は、−Ｚ軸方向側に光反射シート１５を備える。

また、実施の形態４の導光板８１１の光拡散反射部８１２については、上述のような光線を反射するドット状の印刷を具体例として示した。しかし、拡散型の反射構造に限らず、例えば、レンズ形状の凹凸形状や波型形状による屈折型の反射構造でも同様の効果を得ることができる。このため、光拡散反射部８１２は、拡散型の反射構造のみならず、屈折型の反射構造も含むものである。

また、実施の形態４においては、光源６にレーザ光源を採用したが、本発明はこれに限るものではない。本発明は、レーザ光源の様に発光面積が小さく、発散角を有し、かつ単位発光面積あたりから出力される光量が大きい何れの光源に対しても有効である。例えば、光源６に単位面積あたりから出力される光量が大きい単色のＬＥＤ光源に対して適用することによっても、コンパクトな構成で均一な空間輝度分布を持つ、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）を得られるという効果を得ることができる。一方、光源１０は、発散角が広く、単位面積あたりから出力される光量が光源６に対して小さい光源である。実施の形態４を適用することにより、上記の異なる特性を持った光源６と光源１０とを併用しても色むらのない面状光源を作り出すことが可能となる。

実施の形態４の液晶表示装置８００は、赤色のレーザと青緑色ＬＥＤとを備える。青緑色ＬＥＤは、青色の単色ＬＥＤと青色の光を吸収して緑色を発光する緑色蛍光体とから構成される。バックライト装置の光源として単色性に優れたレーザを採用することにより、単色ＬＥＤや多色ＬＥＤを採用した場合より、表示色の色純度を高めることができる。従って、光源にレーザを採用した液晶表示装置８００は、他の光源を採用した液晶表示装置よりも、鮮やかな色彩表現が可能となる。また、レーザは、単色ＬＥＤと比較して、高出力である。また、レーザは、高電流を流した時の電気−光変換効率が高い。このため、液晶表示装置８００は、小型、高出力及び低消費電力を実現することが可能である。

特に、実施の形態４の液晶表示装置８００は、赤色にレーザを採用している。これは、以下の理由からである。

第１の理由は、既存のバックライト装置に広く用いられている白色ＬＥＤの場合には、赤色域の光のエネルギー量が少ないという理由である。特に、赤色域の光のうち純赤として好ましい６３０〜６４０［ｎｍ］の光の割合は非常に少ない。このため、この波長領域で色純度を高めようとすると、極めてフィルタの透過光量が落ち、著しく輝度が低下するという問題が発生する。なぜなら、色純度を高めるために、液晶表示素子１の有するフィルタの波長幅を狭めるからである。つまり、フィルタを透過する光の波長幅は狭くなり、光量が減るからである。

第２の理由は、赤色は色差に対する人間の感度が高い色であるという理由である。例えば、白色ＬＥＤと比較し波長帯域幅の狭い赤色の単色ＬＥＤの波長帯域幅は、数十ｎｍ程度である。これに対し、赤色のレーザの波長帯域幅は、数ｎｍ程度しかない。赤色におけるこの波長帯域幅の差は、人間の視覚には、より顕著な差となって感じられる。波長帯域幅の差は、色純度の差である。

従って、３原色の色の中でも特に、赤色の光をレーザに置き換えることによる低消費電力化に対する効果は高く、また、色純度向上に対する効果は高い。これらの理由から、実施の形態４の液晶表示装置８００においては、赤色の光源に対しレーザを適用している。

また、従来、白色ＬＥＤや波長帯域幅の広い赤色の単色ＬＥＤを使用した場合においては、赤色の光の一部がスペクトルの隣接する緑色のフィルタを透過することにより、緑色の色純度も低下させていた。ここで、白色ＬＥＤとは、青色から赤色までの連続スペクトルを有するＬＥＤである。しかしながら、実施の形態４の液晶表示装置８００においては、赤色の色純度が増すため、緑色フィルタを透過する赤色の光量が低減する。このため、液晶表示装置８００は、緑色の色純度を向上させることが可能となる。

また、液晶表示装置８００においては、青色の光と緑色の光とは、青色の単色ＬＥＤと青色の光を吸収して緑色を発光する蛍光体とを備える青緑色ＬＥＤにより生成している。緑色については、緑色の光を発光する単色ＬＥＤや単色レーザの採用も考えられる。しかし、これらのＬＥＤやレーザは、ディスプレイに適用可能な簡易で小型なものにおいて、蛍光体を使った多色ＬＥＤと比べて低消費電力や高出力化の点で劣る。そこで、実施の形態４の液晶表示装置８００は、装置の簡易化、小型化及び低消費電力化のため、緑色の光は、ＬＥＤやレーザなどの発光素子ではなく、蛍光体を用いる構成としている。

実施の形態４において、青色の単色ＬＥＤは、青色の光を発光し、また、緑色蛍光体を励起している。より色再現範囲を広げるために、青色の単色ＬＥＤの代わりに青色のレーザを採用することも有効である。しかしながら、実施の形態４の光源１０のように、青色の発光素子によって蛍光体を励起し他色の光を得る構成としている。このような構成では、青色の発光素子としてレーザよりＬＥＤを採用する方が望ましい。以下に理由を述べる。

ＬＥＤは低電流駆動で低出力であるのに対し、レーザは高電流駆動で高出力である。このため、駆動時のレーザからの発熱量は、非常に大きい。また、ＬＥＤから出射される光は、広い発散角を有するのに対し、レーザから出射される光は、非常に狭い発散角を有する。このため、レーザの場合、蛍光体に入射する励起光の強度密度（蛍光体の単位体積あたりに入射する光の強度）は、非常に高くなる。蛍光体に入射して吸収された光は、一部が他波長に変換され外部に放射される。そして、その他の光は、主に熱エネルギーとなる。一般に、蛍光体の内部変換効率（吸収される光量に対する他波長の光に変換される光量）は、４０％から８０％程度である。すなわち同時に発生する熱エネルギーは、入射した光エネルギーの２０％から６０％にも及ぶ。従って、高出力で光強度密度の高いレーザの光が入射した蛍光体の発熱量は、非常に大きくなる。

蛍光体を備えるレーザの発熱量が増加すると、蛍光体の温度が上昇する。また、青色の光を吸収する蛍光体自身の発熱量が増加すると、蛍光体の温度が上昇する。蛍光体の温度が上昇すると、蛍光体の内部変換効率が大幅に低下する。このため、輝度の低下や消費電力の増加という問題が発生する。従って、実施の形態４における光源１０は、青色のＬＥＤと、この青色の光によって励起され緑色の光を発する蛍光体とを備えた青緑色ＬＥＤを採用することが望ましい。

上記のように、実施の形態４の液晶表示装置８００は、低消費電力で色再現範囲を効率良く拡大する構成をしている。つまり、３原色の光源のうち、赤色のみにレーザを採用している。青色と緑色には、青緑色ＬＥＤを採用している。青緑色ＬＥＤは、青色の単色ＬＥＤとその青色の光を吸収し緑色の光を発光する蛍光体を備えている。これにより、従来の液晶表示装置と比較して、簡易で安価な構成で、低消費電力で広い色再現範囲を実現する液晶表示装置を提供することが可能である。従来の液晶表示装置とは、白色ＬＥＤ採用した液晶表示装置、３原色の単色ＬＥＤ採用した液晶表示装置及び３原色の単色レーザを採用した液晶表示装置などである。

実施の形態４の液晶表示装置８００のように、バックライトユニットの光源として単色性に優れたレーザ光源を採用することにより、表示色の色純度を高めることができる。結果として、従来広く用いられている蛍光ランプやＬＥＤを光源に採用した場合よりも鮮やかな色彩表現が可能な液晶表示装置が得られる。

実施の形態４の液晶表示装置８００においては、光源６に単色の赤色レーザ光源を適用し、光源１０に青色と緑色とが混色した光を発光する光源を適用した構成としている。前述したように、黄色蛍光体を利用した白色ＬＥＤでは、特に赤色域の発光スペクトルのエネルギー量が少ない。また、赤色は、色差に対する人間の感度が高い色である。

なお、実施の形態４においては、光源６に６４０［ｎｍ］にピーク波長を有する赤色レーザ光源を採用した。しかし、本発明はこれに限るものではない。例えば、波長の異なる赤色の光線を出射するレーザ光源を採用してもよい。あるいは、青色や緑色の光線を出射する可視単色光のレーザ光源を採用してもよい。例えば、比較的単色性に優れた単色光を発光するＬＥＤを光源６として採用することも有効である。しかし、より広い色再現領域を得るためには、できる限り波長幅の短いレーザ光源を採用する方が色再現領域の広域化に対する効果が高く望ましい。波長幅の短いレーザ光源とは、単色性に優れたレーザ光源である。なお、実施の形態４においては、単色光源として採用した光源６に対し、補色の光を出射する光源１０を採用している。つまり、光源６と光源１０とにより、白色の光を作り出す。ここで、光源６は、第１の光源である。そして、光源１０は、第２の光源である。

一般的に、光源６には、蛍光ランプやＬＥＤを用いることができる。しかし、液晶表示素子１が有するカラーフィルタの透過波長域を狭く設定し色純度を高めさせる場合には、カラーフィルタによる光の損失が増加して画像の輝度が低下してしまう。一方、実施の形態４では、光源６の単色性を高めて色純度を向上させているので、カラーフィルタにおける光の損失は、減少する。つまり、画像の明るさの低下を抑えることができる。そして、液晶表示装置８００は、低消費電力を実現できる。また、画像の色純度を高めることができる。

また、光源６として赤色の単色ＬＥＤを採用することも考えられる。しかし、単色のＬＥＤ光源に対し、レーザ光源の方が、単色性に優れている。このため、表示装置８００は、より鮮やかな映像を提供することができる。また、レーザ光源は、低消費電力駆動も可能である。そして、その指向性の高さにより導光素子５への結合効率を向上させることができる。このため、液晶表示装置８００は、低消費電力化を実現できるという利点を有する。また、液晶表示装置８００は、高輝度化を実現できるという利点を有する。

さらに、実施の形態４によれば、例えば、制御部５１は、各光源駆動部５３ａ，５３ｂを個別に制御して、第１の光源６から出射する赤色の照明光６２の輝度と、光源１０から出射する青緑色の光線８７１の輝度との割合を調整することが可能である。このため、制御部５１は、各映像信号５４が必要とする各色の輝度の割合に応じて各光源の発光量を調整できる。これにより、液晶表示装置８００は、低消費電力化を実現することができる。

実施の形態４に係るバックライト装置３０３は、発散角や発光量の異なる複数の種類の光源を備えている。このような場合でも、導光素子５を導光板８１１の側面に備える簡易で小型な構成により、各光源から出射される光の輝度分布を均一化して、効率良く複数の種類の光を混合することができる。従って、複数の種類の光源が互いに異なる色の光を出射する場合であっても、色むらを抑えた良好な画像を表示できる液晶表示装置を提供することができる。また、実施の形態４によると、光源にレーザなどの単色光源を採用することが可能となるため、色再現範囲の広い鮮やかな映像を表示できる液晶表示装置を提供することが可能となる。

実施の形態４においては、導光素子５は、Ｙ軸方向である導光板８１１の長辺方向に配置する構成で説明した。しかし、これに限ったものではない。導光板８１１の裏面に配置する光拡散反射部８１２を設計することで、導光板８１１の短辺側に配置しても同様の効果が得られる。

また、実施の形態４において、光源６は、光入射面５ａからＹ軸方向に光線６１を出射するように配置されている。光入射面５ａは、導光素子５の２つの短辺からなる端面である。しかし、図１６に示されるように、光源６を光源１０とＹ軸方向に並べて設置できる。光源６から＋Ｘ方向に出射した光線６１は、プリズム８５１等の光を屈折させる効果を有する光学素子を用いて導光素子５の光入射面５ａに導かれている。また、導光素子５の端面を加工して反射面などを形成し、光源６から出射した光線６１の進行方向をＹ軸方向に変更する構成にしても良い。

また、実施の形態４においては、微細光学素子１７を凸レンズ形状とした。しかし、本発明はこれに限るものではない。導光素子５内をＹ軸方向に進行する光線６１を、Ｘ軸方向に屈折し、導光板８１１の光入射面８１１ａに向けて出射する構造を有していれば、他の形状でもよい。例えば、プリズム形状から成る微細光学素子を採用してもよい。また、ランダムな凹凸パターンから成る微細光学素子を採用してもよい。

ただし、凸レンズ形状は、透明な構造で光線を屈折することが可能である。また、プリズム等の構造に比べて簡易な形状である。このため、凸レンズ形状は、製作が容易であるという利点がある。また、凸レンズ形状は、導光素子５が長くなった場合でも、印刷による製作が可能であるため、容易に対応することができる。また、サンドブラスト等によるランダムな凹凸形状でも光線をＺ軸方向に屈折させることはできる。しかし、凸レンズ形状の場合は、凸形状の設計が可能である。このため、線状光源としての均一な空間輝度分布の設計が容易であるという利点がある。

また、実施の形態４によると、レーザ光線（光線６１）が導光素子５内及び導光板８１１内を多重反射しながら伝播する。これにより、従来、コヒーレンスが高いレーザ光源を用いた画像表示装置で問題となるスペックルノイズが低減されるという効果も得られる。

実施の形態５．
図１７は、本発明に係る実施の形態５の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）８０１の構成を模式的に示す図である。実施の形態５の液晶表示装置８０１は、第１の光源である光源６が２つあり、導光素子８５の２つの短辺からなる２つの端面に対向するように配置されている点において、実施の形態４の液晶表示装置８００と相違する。なお、導光板８１１は、液晶表示素子１の−Ｚ軸方向に配置されている。上記相違点を除き、実施の形態５の液晶表示装置８０１は、基本的に実施の形態４の液晶表示装置８００と同じである。図１７において、実施の形態４で説明した液晶表示装置８００の構成要素と同一又は対応する構成要素には、同じ符号を付す。

図１８は、本発明に係る実施の形態５の導光素子８５の構成を模式的に示す図であり、導光素子８５を光入射面８５ｂ側を見た図である。光入射面８５ｂは、光源１０からの光線８７１が入射する側の第２の光入射面である。導光素子８５は、実施の形態４に示した導光素子５と同様に透明材料から成る。また、導光素子８５は、実施の形態４に示した導光素子５と同様に棒状部材である。光入射面８５ｂには、光学素子である微細光学素子１７を有する。光入射面８５ｂは、導光板８１１と対向する光出射面８５ｃの反対側の面である。光入射面８５ｂは、第２の光入射面である。

導光素子８５の光入射面８５ａ，８５ｄは、微細光学素子８５ｅを有する。微細光学素子８５ｅは、Ｙ−Ｚ断面において三角形状の複数のプリズムがＺ軸方向に配列する構造をしている。光源６ａ，６ｂから出射した光線６１は、微細光学素子８５ｅを透過する。その際、光線６１の発散角の角度中心に集中していた光が、発散角の角度中心に対して広い角度を有する光に変換される。光線６１は、微細光学素子８５ｅを透過することでＹ−Ｚ平面上で広い角度輝度分布を有する。広い角度輝度分布の光線６１が、光学素子１５を介し照明光６２として導光板８１１内に入射する。照明光６２は、導光板８１１の厚み方向に広い発散角を有する。このため、照明光６２に対する導光板８１１の光取り出し効率が向上する。液晶表示装置８０１及び液晶表示装置８０１に備えられバックライトユニットの高輝度化という効果が得られる。さらには、液晶表示装置８０１及び液晶表示装置８０１の備えるバックライトユニットの低消費電力化という効果が得られる。また、照明光６２が導光板８１１を介すことで生成される面状の光の面内の空間輝度分布が均一化される。これにより、照明光６２と光源１０から出射される光線８７１とを、むら無く混色することも可能である。このため、液晶表示装置８０１は、色むらを抑制し、良好な画質を提供することができる。この微細光学素子８５ｅは、実施の形態４の図１２及び図１６に示す導光素子５に採用できる。

微細光学素子１７の配置密度は、光源６ａ，６ｂから出射された光線６１の進行方向（図１７及び図１８におけるＹ軸方向）の位置に対して変化している。詳しくは、導光素子８５における光入射面８５ａ及び光入射面８５ｄの近傍から、導光素子８５のＹ軸方向の中心位置に向けて疎から密へと連続的に変化している。光源６ａ，６ｂは、第１の光源である。光入射面８５ａは、第１の光入射面である。光入射面８５ｄは、第３の光入射面である。

光源６ａ，６ｂから出射した赤色の光線６１は、それぞれ導光素子８５内を全反射しながら伝播する。複数の発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄから発せられた青緑色の光線８７１は、導光素子８５の光入射面８５ｂから導光素子８５内に入射する。光線８７１は、微細光学素子１７を透過する際に散乱する。そして、光線８７１は、光源６ａ，６ｂから出射した赤色の照明光６２と混ざり合う。その後、照明光６２及び光線８７１は、導光素子８５の光出射面８５ｃから導光板８１１に向けて出射される。

光入射面８５ａ，８５ｄから導光素子８５内に入射した光線６１は、微細光学素子１７によって徐々に導光板８１１に向かう方向に出射される。このため、導光素子８５内の光量は、Ｙ軸方向の中心位置に近づくにつれて減少する。しかし、微細光学素子１７の配置密度は、導光素子８５のＹ軸方向の中心位置に近づくにつれて密になる。このため、導光素子８５内を伝播する光線６１の光量に対し微細光学素子１７に入射する光量の割合が増す。結果として、導光素子８５の光出射面１５ｃから導光板８１１に向けて出射される赤色の照明光６２は、Ｙ軸方向における空間輝度分布が均一な、すなわち、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となる。

一方、青緑色の光線８７１を出射する光源１０は、実施の形態４の光源１０と同様の構成である。このため、光源１０を構成する発光素子は、光源６ａ，６ｂと異なり発散角の大きな発光素子である。つまり、光線８７１は、導光素子８５を透過だけでも、光源６ａ，６ｂから出射した赤色の光線６１（照明光６２）と同様に、Ｙ軸方向における空間輝度分布が均一な、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となる。

導光素子８５は、導光板８１１の光入射面８１１ａに対向して配置されている。照明光６２及び光線８７１は、それぞれ導光素子８５の光出射面８５ｃから、光伝播方向に垂直な断面形状が線状の光（線状光源から出射された光と同様の光）となって導光板８１１に出射する。ここで、照明光６２は、光源６ａ，６ｂから出射した赤色の光（光線６１）である。また、光線８７１は、光源１０から出射した青緑色の光（光線８７１）である。制御部５１は、各光源駆動部５３ａ，５３ｂを個別に制御して、光源６から出射する赤色の光線６１の輝度と、光源１０から出射する青緑色の光線８７１の輝度との割合を調整する。導光素子８５は、白色の線状光源として機能する。光入射面８１１ａは、導光板８１１の−Ｘ軸方向の端面である。また、光出射面８５ｃは、導光板８１１と対向する面である。

なお、実施の形態５の液晶表示装置８０１におけるその他の構成は、実施の形態４の液晶表示装置８００におけるものと同じである。その他の構成は、液晶表示素子１、第１の光学シート３１、第２の光学シート３２、導光板８１１及び光反射シート１５を含む。また、実施の形態５において、実施の形態４の図１６で示したプリズム８５１等の光を屈折させる効果を有する光学素子を採用することができる。

一般的には、液晶表示装置の画面サイズが大きくなるに従い、バックライトユニットはより多くの光量の照明光を出射することが要求される。ホワイトバランスを維持しつつ、バックライトユニットから出射する照明光の光量を増やすためには、一般的には、それぞれの光源の発光強度を増すか、光源の数を増やすことが必要になる。しかし、四角柱状の導光素子の同一の光入射面８５ａに光源を並べて配列し光線を入射させることは難しい。なぜなら、導光素子のＸ軸方向の辺の長さは、指向性の高い光線６１を短い光学距離で反射させるため、短くする必要があるからであるからである。また、Ｚ軸方向の辺の長さは、光効率を上げるため、導光板８１１の厚さより薄くする必要があり、長くすることはできないからである。このため、光源の数を増やすことが難しいという問題があった。

実施の形態５によれば、導光素子８５の両端の光入射面８５ａ，８５ｄに光源６ａ，６ｂを配置することができる。このように、実施の形態５によれば、１つの導光素子８５に２個の光源６ａ，６ｂを設置することが可能になるので、液晶のサイズが大きくなった場合でもホワイトバランスを確保しつつ、バックライトユニットとして十分な光量を得ることが可能になる。

実施の形態６．
図１９は、本発明に係る実施の形態６の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）８０２の構成を模式的に示す図である。実施の形態６の液晶表示装置８０２は２つの導光素子８５が、第１の光源である光源６ａ，６ｂ又は光源６ｃ，６ｄと、第２の光源である光学素子（光源）１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ及び光学素子（光源）１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈを伴い、液晶表示素子１を挟んで、対向して配置されている点において、実施の形態５の液晶表示装置８０１と相違する。この点を除いて、実施の形態６の液晶表示装置８０２は、基本的には実施の形態５の液晶表示装置８０１と同じである。図１９において、実施の形態５で説明した液晶表示装置８０１の構成要素と同じ又は対応する構成要素には、同じ符号を付す。

図１９に示されるように、２つの導光素子８５は、導光板８１１をＸ軸方向の両側から挟むように配置されている。なお、導光板８１１は、液晶表示素子１の−Ｚ軸方向に配置されている。光源６ａ，６ｃは、異なる導光素子８５の光入射面８５ａと対向するように１つの光入射面８５ａに１個配置されている。光源６ｂ，６ｄは、異なる導光素子８５の光入射面８５ｄと対向するように、１つの光入射面８５ｄに１個配置されている。言い換えれば、４つの光源６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、光入射面８５ａ，８５ｄと対向するように、１つの光入射面８５ａ，１５ｄに各々１個ずつ配置されている。光入射面８５ａ，８５ｄは、導光素子８５の２つの短辺から形成されている。

導光板８１１の−Ｘ軸方向に配置された導光素子８５の−Ｘ軸方向には、光入射面８５ｂと対向して複数の発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが配置されている。また、導光板８１１の＋Ｘ軸方向に配置された導光素子８５の＋Ｘ軸方向には、光入射面８５ｂと対向して複数の発光素子１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈが配置されている。

光源６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄから出射した光線６１は、導光素子８５の中を伝播する。微細光学素子１７に入射した光線６１は、導光板８１１の方向に屈折して光出射面８５ｃから導光板８１１に向けて照明光６２として出射する。一方、発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈから出射した光線８７１は、導光素子８５の光入射面８５ｂから入射し、光出射面８５ｃから導光板８１１に向けて出射する。

実施の形態６によれば、４つの光源６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを配置できるため、実施の形態４に対して４倍の光源を配置することができる。また、実施の形態６によれば、実施の形態５に対しては、２倍の光源を配置することができる。このため、実施の形態６は、液晶表示装置８０２及び液晶表示装置８０２の備えるバックライトユニットの高輝度化に対し有効である。

実施の形態６における導光板８１１は、透明部材で形成されている。また、導光板８１１は、例えば、厚み４［ｍｍ］の板状部材である。導光板８１１は、その裏面に配置された光源６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ及び発光素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ，１０ｈから出射した光線６１，８７１を、液晶表示素子１の背面１ｂに向けて出射するための光拡散反射部８１２を有する。図２０に示されるように、光拡散反射部８１２は、例えば、導光板８１１の裏面に、拡散反射材をドット状に印刷することにより構成することができる。その際、ドット状に印刷される拡散反射材の密度を、光入射面８１１ａの近傍においては疎とし、２つの導光素子８５から離れ、導光板８１１のＸ軸方向の中心に近くなるにつれ密になるような分布とする。光入射面８１１ａは、２つの導光素子８５から出射する照明光６２及び光線８７１が入射する端面である。これにより、導光板８１１から出射する照明光８１０のＸ−Ｙ平面における面内の空間輝度分布を、均一にすることが可能となる。ここで、照明光８１０は、照明光６２及び光線８７１が混ぜ合わされてできる光線８０９からできる照明光である。

なお、実施の形態６において、その他の構成は、実施の形態５に示す液晶表示装置８０１と同じである。その他の構成は、液晶表示素子１、第１の光学シート３１、第２の光学シート３２、導光板８１１及び光反射シート１５を含む。また、実施の形態６において、実施の形態４の図１６で示したプリズム８５１等の光を屈折させる効果を有する光学素子を採用することができる。

実施の形態６に係るバックライトユニットは、レーザ光源を含む、より多くの光源を備えることができる。また、実施の形態６に係るバックライトユニットは、液晶表示素子１のサイズが大きくなった場合でも、ホワイトバランスを確保できる。また、実施の形態６に係るバックライトユニットは、十分な光量を得ることが可能である。このため、実施の形態６に係るバックライトユニットは、液晶表示装置８０２の画像表示面の高輝度化に有効である。また、実施の形態６に係るバックライトユニットは、バックライトユニットの光出射面の高輝度化に有効である。

なお、特に図を示して説明は行わないが、導光素子８５を、導光板の４辺すべてに対向するように４個配置することができる。例えば、導光板８１１の裏面に塗布する拡散反射材の密度を、導光板８１１の各辺から中心に向かうに従い、疎から密になるような分布にする。これにより、ホワイトバランスを確保しつつ、より多くの光量を放射可能なバックライトユニットが得られる。

なお、上述の各実施の形態においては、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。また、上述の各実施の形態においては、略正方形、略９０度及び略平行など「略」又は「ほぼ」などの用語をつけた表現を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に例え「略」を記載しない場合であっても、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むものである。また、請求の範囲に「略」を記載した場合は、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを示している。

以上のように、本発明は、面内の空間輝度分布が均一な液晶表示装置及びバックライトユニットについて有用であり、高画質、スタイリッシュな液晶表示装置を実現する。

１ 液晶表示素子、 １ａ 表示面、 １ｂ 背面、 １５ 光反射シート、 ２，７ 第１バックライトユニット、 ３，４ 第２バックライトユニット、 ３１，３２ 光学シート、 ５，８５ 導光素子、 ５ａ，５ｂ，８５ａ，８５ｂ，８５ｄ，８１１ａ 光入射面、 ５ｃ，８５ｃ 光出射面、 １００，６００，７００，８００，８０１，８０２ 液晶表示装置、 ２００ａ，２００ｂ，７７ａ，７７ｂ 面状レーザ光源部、 ３００，３０１，３０２，３０３ バックライト装置、 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，１０，２０ａ，２０ｂ，７０ａ，７０ｂ 光源（発光素子）、 １２，８１２ 光拡散反射部、 １３ 入射光、 １４，３３ａ，３３ｂ，３７ａ，３７ｂ，８１０，６２ 照明光、 ２１ａ，２１ｂ，１１，７１ａ，７１ｂ，８１１ 導光板、 ２２ａ，２２ｂ，７２ａ，７２ｂ 光（出射光）、 ６１，８０９，８７１ 光線、 ２３ａ，２３ｂ，７３ａ，７３ｂ 端面、 ２４ａ，２４ｂ，７４ａ，７４ｂ 裏面、 ２５ａ，２５ｂ，７５ａ，７５ｂ，８５ｅ，８５０，１７ 微細光学素子、 ８５１ プリズム、 ２６ａ，２６ｂ，７６ａ，７６ｂ 光伝播部、 ２７ａ，２７ｂ，７８ａ，７８ｂ 光学素子部、 ５１ 制御部、 ５２ 液晶表示素子駆動部、 ５３ａ，５３ｂ 光源駆動部、 ５４ 映像信号、 ５５ 液晶表示素子制御信号、 ５６ａ，５６ｂ 光源制御信号、 ８０ｐ，８１ｐ レーザ光、 ８０，８１ レーザ発光素子、 ４０，４１，４２，４３，４４，４５，８０ｑ，８１ｑ，８２ｑ 輝度分布。

Claims (3)

1. 点状の空間輝度分布の第１の光を発する第１の光源と、
   前記第１の光の発散角より大きな発散角を有する第２の光を発する第２の光源と、
   前記第１の光を端部に設けられた第１の光入射面から入射して前記点状の空間輝度分布を線状の空間輝度分布に変えて側面に設けられた第１の光出射面から出射するとともに、前記第２の光を前記第１の光出射面と異なる側面から入射して前記第１の光出射面から出射する導光素子と、
   前記線状の空間輝度分布となった第１の光及び前記第２の光を側面に設けられた第２の光入射面から入射して前記線状の空間輝度分布となった第１の光及び前記第２の光を面状の光に変えて第２の光出射面から出射する板状の導光板とを備え、
   前記導光素子は、前記第１の光出射面が前記第２の光入射面と対向して配置され、
   前記第１の光出射面と異なる側面は、前記第１の光を前記第１の光出射面に向けて反射するとともに、前記第２の光を透過する半球状の凸形状の微細光学素子を有する面光源装置。
2. 前記第１の光はレーザ光であり、
   前記導光板に入射する前記第１の光の遅軸方向が、前記第２の光出射面に対して垂直であり、
   前記第１の光源の光出射面から前記第２の光入射面までの光路上には、前記第１の光の遅軸方向の発散角を第２の光の発散角に向けて広くする光学素子を有する請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記導光素子は、柱状の素子である請求項１又は２に記載の面光源装置。

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