(57)【要約】  視距離の変化に伴う周辺部の輝度低下が少ないバックライトを得ることを目的とする。  光源１１７Ａ，１１７Ｂから出射された光を、液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂの法線方向を中心とした所定の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する狭角配光分布を持つ光に変換して液晶表示パネル１０６の方向に放射する光学部材１０７と、光学部材１０７から放射された狭角配光分布を持つ光を受け、液晶表示パネル１０６の方向に出射する配光制御部材８３とを備え、配光制御部材８３には、狭角配光分布を持つ光のうち液晶表示パネル１０６の周辺部に入射する光を、液晶表示パネル１０６の中央部に入射する光に比して狭角配光分布が広くなるように変換する複数の凹面１０９が設けられ、複数の凹面１０９の曲率半径は、配光制御部材８３の周辺部に位置するものが、配光制御部材８３の中央部に位置するものに比して小さくなるように形成されている。
2012164795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射された光を、液晶表示パネルの表示面の法線方向を中心とした所定の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する狭角配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルの方向に放射する光学部材と、
前記光学部材から放射された前記狭角配光分布を持つ光を受け、前記液晶表示パネルの方向に出射する配光制御部材とを備え、
前記配光制御部材には、前記狭角配光分布を持つ光のうち前記液晶表示パネルの周辺部に入射する光を、前記液晶表示パネルの中央部に入射する光に比して前記狭角配光分布が広くなるように変換する複数の曲面が設けられ、
前記複数の曲面の曲率半径は、前記配光制御部材の周辺部に位置するものが、前記配光制御部材の中央部に位置するものに比して小さくなるように形成されているバックライト。
【請求項２】
前記複数の曲面の曲率半径は、前記狭角配光分布が前記液晶表示パネルの中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々に広くなるように、前記配光制御部材の周辺部側に位置するものほど小さく形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
【請求項３】
前記複数の曲面は、前記配光制御部材から出射される光のピーク成分の方向が、前記液晶表示パネルの表示面中央部を通る法線を向くように、前記表示面の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のバックライト。
【請求項４】
前記複数の曲面の傾斜角度は、前記配光制御部材の周辺部側に位置するものほど大きいことを特徴とする請求項３に記載のバックライト。
【請求項５】
前記配光制御部材の入射面または出射面のいずれか一方の面に、前記複数の曲面が設けられるとともに、他方の面に、前記複数の曲面に対向する複数の傾斜面が設けられ、
前記複数の傾斜面は、前記配光制御部材から放射される光のピーク成分の方向が前記液晶表示パネルの表示面中央部を通る法線を向くように形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のバックライト。
【請求項６】
前記複数の傾斜面の傾斜角度は、前記配光制御部材の周辺部側に位置するものほど大きいことを特徴とする請求項５に記載のバックライト。
【請求項７】
前記曲面は、凹面または凸面で構成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のバックライト。
【請求項８】
光源と、
前記光源から出射された光を、液晶表示パネルの表示面の法線方向を中心とした所定の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する狭角配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルの方向に放射する光学部材と、
前記光学部材から放射された前記狭角配光分布を持つ光を受けて前記液晶表示パネルの方向に出射する配光制御部材とを備え、
前記配光制御部材には、前記狭角配光分布を持つ光のピーク成分の方向を、少なくとも２つの視点の方向を向くように変換する複数の光学面が設けられ、
前記液晶表示パネルの表示面中央部を通る法線上に位置する視点を第１の視点、前記液晶表示パネルの表示面中央部を通る法線上に位置し、前記第１の視点とは異なる視点を第２の視点とし、
前記複数の光学面は、前記狭角配光分布を持つ光のピーク成分の方向が前記第１の視点の方向を向くように形成された第１の面、および前記狭角配光分布を持つ光のピーク成分の方向が前記第２の視点の方向を向くように形成された第２の面を有するバックライト。
【請求項９】
前記第１の面および前記第２の面は、それぞれ平面で構成されていることを特徴とする請求項８に記載のバックライト。
【請求項１０】
前記第１の面および前記第２の面は、前記液晶表示パネルの前記表示面の平行方向に対して互いに異なる角度で傾斜していることを特徴とする請求項９に記載のバックライト。
【請求項１１】
前記第１の面および前記第２の面の傾斜角度は、それぞれ前記配光制御部材の周辺部側に位置するものほど大きいことを特徴とする請求項１０に記載のバックライト。
【請求項１２】
前記光学面の幅は、前記液晶表示パネルの画素を構成する要素画素の幅以下であることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれか一項に記載のバックライト。
【請求項１３】
前記光学部材は、
前記光源から出射された光を、前記液晶表示パネル側とは反対側に有する背面で内面反射させて前記液晶表示パネルの方向に出射する導光板と、
前記導光板から前記液晶表示パネルの方向に出射された光を、前記狭角配光分布を持つ光に変換する光学シートとを備えたことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一項に記載のバックライト。
【請求項１４】
前記導光板の背面には、前記液晶表示パネル側とは反対側に突出し、前記光源から入射した光を内面反射させる微細光学素子が複数設けられ、
前記微細光学素子は、前記導光板から出射される光が、前記導光板の周辺部側から出射されるものほど多くなるように配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のバックライト。
【請求項１５】
背面と該背面の反対側の表示面とを有し、前記背面から入射した光を変調して画像光を生成し、前記画像光を前記表示面から出射する液晶表示パネルと、
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のバックライトとを備えた液晶表示装置。
【請求項１６】
背面と該背面の反対側の表示面とを有し、前記背面から入射した光を変調して画像光を生成し、前記画像光を前記表示面から出射する液晶表示パネルと、
請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のバックライトと、
前記バックライトの背面に向けて光を放射する第２のバックライトと、
前記バックライトの発光量を制御する第１の光源駆動制御部と、
前記第２のバックライトの発光量を制御する第２の光源駆動制御部とを備え、
前記バックライトの前記光源は、前記第１の光駆動制御部によって制御され、
前記第２のバックライトユニットは、
前記第２の光源駆動制御部によって制御される第２の光源と、
前記第２の光源から出射された光を、前記狭角配光分布における前記所定の角度範囲よりも広い第２の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する広角配光分布を持つ光に変換して前記バックライトの背面に向けて放射する第２の光学部材とを有し、
前記光学部材は、前記第２の光学部材から放射された光を、前記広角配光分布を狭めることなく透過させることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液晶表示装置に使用されるバックライトおよびこのバックライトを備えた液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、透過型または半透過型の液晶表示装置は、液晶層を有する液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に向けて光を照射するバックライトとを備えている。従来より、低消費電力化や高輝度化、プライバシーの保護等を目的として、バックライトの導光板の出光面側にプリズムシートを配置して出射光の分布を狭くした狭視野角の液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
上記の狭視野角の液晶表示装置では、液晶表示パネルの表示面から出射される出射光が表示面全体において表示面の法線方向に高い指向性を有する。このため、視距離が小さいと、液晶表示パネルを見込む角度の違いにより、液晶表示パネルの周辺部では中心部に対して輝度が大きく低下するという問題があった。この傾向は、視距離が小さくなるほど、また、液晶表示パネルが大型化するほど顕著になり、極端な場合には輝度が低いために周辺部が視認できなくなってしまう。【０００４】
この問題を解決するものとして、バックライトの導光板の出光面側に、バックライトの出光面の任意の位置から放出される光の主光線を、あらかじめ設定した視点方向に指向させるように配列した線状の頂稜を持つ断面が三角形のプリズムを持つシートを配置する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４３５１５号公報
【特許文献２】特開平７−３１８７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記のバックライトは、出光面から放出された光の主光線をあらかじめ設定した視点に向けて指向させるようにしているので、設定した視点から見た場合は均一な輝度が観察されるものの、設定した視点から外れた場所から見た場合は均一な輝度が観察されない。このため、視距離の変化に伴って周辺部の輝度低下が生じてしまうという問題点があった。【０００７】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、視距離の変化に伴う周辺部の輝度低下が少ないバックライトおよび液晶表示装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るバックライトにおいては、光源と、光源から出射された光を、液晶表示パネルの表示面の法線方向を中心とした所定の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する狭角配光分布を持つ光に変換して液晶表示パネルの方向に放射する光学部材と、光学部材から放射された狭角配光分布を持つ光を受け、液晶表示パネルの方向に出射する配光制御部材とを備え、配光制御部材には、狭角配光分布を持つ光のうち液晶表示パネルの周辺部に入射する光を、液晶表示パネルの中央部に入射する光に比して狭角配光分布が広くなるように変換する複数の曲面が設けられ、複数の曲面の曲率半径は、配光制御部材の周辺部に位置するものが、配光制御部材の中央部に位置するものに比して小さくなるように形成されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のバックライトによれば、視距離の変化に伴う周辺部の輝度の低下を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【図２】図１の斜視図である。
【図３】第１の比較例の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】第２の比較例の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。
【図５】実施の形態１の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す図である。
【図６】実施の形態１の変形例の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す図である。
【図７】実施の形態１の変形例の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す図である。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】実施の形態３の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す図である。
【図１１】実施の形態４の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す図である。
【図１２】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。
【図１３】実施の形態５の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す図である。
【図１４】実施の形態５の液晶表示装置における配光制御部材の光学面の各面とＸＹ平面とのなす角度を求める際の説明図である。
【図１５】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）の構成を模式的に示す図である。
【図１６】図１５の液晶表示装置の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。
【図１７】実施の形態６に係る第１バックライトユニットの中の導光板の光学構造の一例を概略的に示す図である。
【図１８】図１７に示した導光板より放射される放射光の配光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。
【図１９】実施の形態６に係る第１バックライトユニットの下向きプリズムシートの光学構造の一例を概略的に示す図である。
【図２０】下向きプリズムシートより放射される照明光の配光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。
【図２１】下向きプリズムシートの背面に形成されている微細光学素子の光学特性を概略的に示す図である。
【図２２】実施の形態６に係る第１バックライトユニットの中の上向きプリズムシートの光学構造の一例を概略的に示す図である。
【図２３】上向きプリズムシートの前面に形成されている微細光学素子の光学的作用を概略的に示す図である。
【図２４】上向きプリズムシートの微細光学素子の配列方向を下向きプリズムシートの微細光学素子の配列方向と一致させたときの上向きプリズムシートの微細光学素子の光学的作用を概略的に示す図である。
【図２５】バックライトユニットより放射される照明光の配光分布の実測結果を示すグラフである。
【図２６】バックライトユニットより放射される照明光の配光分布の他の実測結果を示すグラフである。
【図２７】照明光の３種類の配光分布を概略的に例示する図である。
【図２８】３種類の視野角制御の一例を模式的に示す図である。
【図２９】本発明に係る実施の形態７の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）の構成を模式的に示す図である。
【図３０】図２９の液晶表示装置の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。
【図３１】実施の形態８の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す断面図である。
【図３２】実施の形態９の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す断面図である。
【図３３】実施の形態１０の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１および図２は、実施の形態１の液晶表示装置を示すものであって、図１は液晶表示装置の構成を模式的に示す図、図２は図１の液晶表示装置の斜視図である。
【００１２】
液晶表示装置は、図１および図２に示すように、透過型の液晶表示パネル１０６と、液晶表示パネル１０６の背面１０６ａに向けて光を放射するバックライト１０８とを備えている。
【００１３】
液晶表示パネル１０６は背面１０６ａと表示面１０６ｂとを有し、表示面１０６ｂは、Ｚ軸に直交するＸ軸およびＹ軸を含むＸ−Ｙ平面と平行に配置されている。表示面１０６ｂの法線方向はＺ軸と平行であり、Ｘ軸およびＹ軸は互いに直交している。
【００１４】
バックライト１０８は、配光制御部材８３と、下向きプリズムシート８２（光学シート）および導光板８１で構成される光学部材１０７と、光反射シート８０と光源１１７Ａ，１１７Ｂとを備えている。
【００１５】
光源１１７Ａ，１１７Ｂは、導光板８１のＹ軸方向の両端面（入射端面）に各々対向配置されており、たとえば、複数のレーザ発光素子や発光ダイオードをＸ軸方向に配列したものである。光源１１７Ａ，１１７Ｂの出射光は、導光板８１の端面より導光板８１内に入射し、導光板８１内を伝播後出射し、下向きプリズムシート８２、配光制御部材８３の順に透過し、液晶表示パネル１０６に入射する。液晶表示パネル１０６は、背面１０６ａから入射した光を空間的に変調して画像光を生成し、表示面１０６ｂから出射させる。この出射光が画像として認識される。
【００１６】
導光板８１は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学材料で形成された板状部材であり、その背面（液晶表示パネル１０６と反対側の面）は、液晶表示パネル１０６側とは反対側に突出する微細光学素子８１ａが表示面１０６ｂと平行な面に沿って規則的に配列された構造を有する。微細光学素子８１ａの形状は球面形状の一部をなし、その表面は一定の曲率を有している。球面形状の微細素子８１ａはＸ−Ｙ平面に沿って二次元的に配置されている。
【００１７】
微細光学素子８１ａの実施例としては、たとえば、その表面の曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さが約０．００５ｍｍ、屈折率が約１．４９の微細光学素子を採用できる。また、微細光学素子の中心間隔は０．０７７ｍｍとすることができる。なお、導光板８１の材質はアクリル樹脂とすることができるが、この材質に限定されるものではない。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、あるいはガラス材料を使用してもよい。
【００１８】
前述の通り、光源１１７Ａ，１１７Ｂの出射光は、導光板８１の側方端面から導光板８１の内部に入射する。その入射光は、導光板８１の内部を伝播しつつ、導光板８１の微細光学素子８１ａと空気層との屈折率差により全反射されて導光板８１の前面から液晶表示パネル１０６の方向に放射される。ここでは、導光板８１の前面から出射される放射光の面内輝度分布を均一にするために、微細光学素子８１ａを、側方端面から離れるほど密に、側方端面に近いほど疎になるように配置している。なお、これに限らず、前記面内輝度分布を所望の値とするために、微細光学素子８１ａを、面内でより均一均等に配置することも可能である。
【００１９】
光反射シート８０は、導光板８１の背面から放射される光を反射して液晶表示パネル１０６の背面１０６ａを照射する照明光として再利用するためのものであり、たとえば、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。
【００２０】
下向きプリズムシート８２は、透明な光学シートであり、その背面は、液晶表示パネル１０６側とは反対側に突出する微細光学素子８２ａが表示面１０６ｂと平行な面に沿って規則的に配列された構造を有する。微細光学素子８２ａの形状は三角プリズム形状であり、一定の頂角を有している。微細光学素子８２ａは、図２に示すように、Ｘ軸方向を稜線方向とする三角プリズムであり、Ｘ−Ｙ平面に沿ってＹ軸方向に規則的に配置されている。微細光学素子８２ａの間隔は一定であるが、可変とすることもできる。また、各微細光学素子８２ａは、それぞれ２つの傾斜面を有している。
【００２１】
微細光学素子８２ａの実施例としては、たとえば、２つの傾斜面より形成される頂角が６８度、高さが０．０２２ｍｍ、屈折率が１．４９の微細光学素子を採用することができる。また、微細光学素子８２ａを、Ｙ軸方向の中心間隔が０．０３ｍｍとなるように配列することができる。なお、下向きプリズムシート８２の材質はＰＭＭＡとすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、ポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料や、あるいはガラス材料を使用してもよい。
【００２２】
配光制御部材８３は、透明な板状あるいはシート状の部材であり、光学部材１０７から放射された光が入射する入射面８３ａと、入射面８３ａから入射した光が出射する出射面８３ｂとを有している。そして、配光制御部材８３の出射面８３ｂには、Ｘ軸方向に延在する複数の凹面１０９が設けられている。この凹面１０９は、表示面１０６ｂと平行な面に沿ってＹ軸方向に規則的に配列されている。凹面１０９の曲率半径は、中央部１１０Ａ、中間部１１０Ｂ、周辺部１１０Ｃの順に小さくなるように形成されている。なお、この凹面１０９のＹ方向の幅は、液晶表示パネル１０６の画素（ここでは図示せず）の幅と同程度以下であることが望ましく、さらには、後述する要素画素の幅以下であることが望ましい。
【００２３】
光源１１７Ａ，１１７Ｂから発せられた光は、導光板８１の入射端面から各々導光板８１に入射し、導光板８１の内部を全反射されながら伝播する。その際、導光板８１の背面の微細光学素子８１ａにより伝播光の一部が反射され、照明光として導光板８１の前面（出光面）から放射される。微細光学素子８１ａは、導光板８１の内部を伝播する光を、Ｚ軸方向から所定角度だけ傾いた方向を中心とする配光分布の光に変換して前面より放射する。この導光板８１から所定の角度で放射された光は、下向きプリズムシート８２の微細光学素子８２ａの内部に入射し、この微細光学素子８２ａの傾斜面で内面全反射された後、前面（出光面）より、出光面の法線方向に高い指向性を有して放射される。即ち、導光板８１と下向きプリズムシート８２から構成される光学部材１０７の作用により、光源１１７Ａ，１１７から出射された光は、狭角配光分布を持つ光に変換され、光学部材１０７から液晶表示パネル１０６の方向に放射される。
【００２４】
狭角配光分布を持つ光は、液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂの法線方向であるＺ軸方向を中心とした所定の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する高い指向性を持つ光である。
【００２５】
下向きプリズムシート８２から放射された光は、配光制御部材８３の入射面８３ａに入射後、出射面８３ｂに設けられた複数の凹面１０９によって、後述するようにその配光分布が制御されて出射される。そして、配光制御部材８３から放射された光は、液晶表示パネル１０６の背面１０６ａを照射する照明光として利用される。
【００２６】
ここで、実施の形態１の液晶表示装置における配光制御部材８３の作用を説明する前に、従来（比較例）の液晶表示装置における視距離と面内輝度分布の関係を説明する。
【００２７】
図３は、第１の比較例の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。第１の比較例の液晶表示装置は、配光制御部材８３を備えていないこと以外は実施の形態１の液晶表示装置と同一であり、上記のような狭角配光分布を持つ光を放射するものである。図３において、Ｐは視距離が無限遠の場合の視点を示す。ＲおよびＱは、それぞれ液晶表示パネルの表示面中央部を通る法線上に位置する視点であり、Ｒは視距離が近い場合の視点を、ＱはＲとは異なる視点でありＰとＲの間の視距離の場合の視点を示す。下向きプリズムシート８２から出射する光は、Ｚ軸方向に高い指向性を持つため、視点Ｐから見た場合においては、面内輝度分布は均一に観察される。
【００２８】
一方、視点Ｑから見た場合においては、中央部の輝度は視点Ｐと同様であるが、周辺部から放出される光は周辺部ほど輝度が低下するように観察される。さらに、視点Ｒから見た場合においては、中央部の輝度は視点Ｐ及びＱと変わらないが、周辺部から放出される光は周辺部ほど輝度が低下するように観察される。視点Ｒから見た場合は、視点Ｑから見た場合よりも周辺部の輝度が大きく低下する。すなわち、第１の比較例の液晶表示装置においては、視距離が近くなるほど周辺部の輝度低下が顕著になる。
【００２９】
図４は、第２の比較例の液晶表示装置の構成を模式的に示す図である。第２の比較例の液晶表示装置は、第１の比較例の液晶表示装置の下向きプリズムシート８２の前方にフレネルレンズシート１０２を配置したものであり、その他の構成は同一である。第２の比較例の液晶表示装置は、図３に示した第１の比較例の液晶表示装置における周辺輝度の低下を改善する手段として、フレネルレンズシート１０２を用いて周辺部の指向性を視点Ｑに向けて傾けたものである。
【００３０】
このようにすることで、視点Ｑから見た場合においては中央部と周辺部で輝度は均一に観察される。しかしながら、視点Ｐ及び視点Ｒではいずれも周辺部の輝度が低下してしまう。このように、フレネルレンズシート１０２を用いた方法は、面内輝度が均一に観察される視点を、従来の無限遠からある有限距離に変更したに過ぎず、面内輝度低下の問題を根本的に解決するものではない。当該有限距離の視点から外れると、従来と同様に周辺輝度の低下が生じてしまう。
【００３１】
実施の形態１の液晶表示装置の配光制御部材８３は、上記のような視距離の変化に伴う周辺輝度の低下を改善するものである。
【００３２】
図５は、配光制御部材８３の一部を拡大して示す断面図であり、図５（ａ）は図１における配光制御部材８３の中央部１１０Ａを、図５（ｂ）は図１における配光制御部材８３の中間部１１０Ｂを、図５（ｃ）は図１における配光制御部材８３の周辺部１１０Ｃにおける断面形状をそれぞれ示している。図５（ａ）の中央部１１０Ａの出射面８３ｂは平面形状であるのに対して、図５（ｂ）の中間部１１０Ｂおよび図５（ｃ）の周辺部１１０Ｃの出射面８３ｂには、凹面１０９が形成されている。また、前述の通り、凹面１０９の曲率半径は、図５（ｂ）の中間部１１０Ｂよりも図５（ｃ）の周辺部１１０Ｃの方がその曲率半径が小さくなっている。なお、ここでは、中心部１１０Ａ、中間部１１０Ｂ、周辺部１１０Ｃの３つの領域の場合のみを示しているが、それ以外の領域を含め、凹面１０９の曲率半径は、周辺部１１０Ｃに位置するものほど小さくなるように形成されている。
【００３３】
中央部１１０Ａでは、配光制御部材８３の出射面８３ｂの形状は平面であるため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布を変化させずに配光制御部材８３から出射される。中間部１１０Ｂでは、出射面８３ｂにはある曲率半径を有する凹面１０９が設けられているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布が広げられて配光制御部材８３から出射される。さらに、周辺部１１０Ｃでは、より曲率半径の小さい凹面１０９が設けられているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布がより広げられて配光制御部材８３から出射される。
【００３４】
その結果、図１に示すように、配光制御部材８３から出射される光は、光学部材１０７から出射された狭角配光分布を持つ光は、液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々にその配光分布が広くなるように変換され、配光制御部材８３から出射される。つまり、液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々にＺ軸から傾いた角度の出射成分が多くなる。この場合、無限遠の視点Ｐでは、中央部１１０Ａから放射される光８４ａと、中間部１１０Ｂから放射される光８５ｃと、周辺部１１０Ｃから放射される光８６ｃとが観察される。また、中距離の視点Ｑでは、中央部１１０Ａから放射される光８４ａと、中間部１１０Ｂから放射される光８５ａと、周辺部１１０Ｃから放射される光８６ａとが観察される。そして、近距離の視点Ｒでは、中央部１１０Ａから放射される光８４ａと、中間部１１０Ｂから放射される光８５ｂと、周辺部１１０Ｃから放射される光８６ｂが観察される。したがって、配光制御部材８３を用いて光学部材１０７から放射された狭角配光分布を持つ光の配光分布が広くなるように変換することにより、無限遠から近距離まで、いずれの視点から観察した場合であっても周辺部の輝度低下を軽減できる。
【００３５】
実施の形態１の液晶表示装置によれば、光学部材１０７から放射された狭角配光分布を持つ光を受け、液晶表示パネル１０６の方向に出射する配光制御部材８３を備え、配光制御部材８３に複数の凹面１０９を設け、複数の凹面１０９の曲率半径を配光制御部材８３の周辺部１１０Ｃ側に位置するものほど小さく形成するようにしたので、狭角配光分布を持つ光が液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々に広くなるように変換され、無限遠から近距離まで、いずれの視点から観察した場合であっても周辺部の輝度低下を軽減できる。
【００３６】
また、後に説明するように、配光制御部材８３の出射面８３ｂには複数の凹面１０９に代えて複数の凸面を設けることも可能である。しかしその場合、光学部材１０７から放射された光を凸面で一旦集光させ再び発散させる必要があることから、狭角配光分布を持つ光を広げるためには凹面１０９と比較して絶対値の大きなパワーを有する凸面が必要となる。このため、凸面の曲面形状に形状誤差がある場合、当該形状誤差が配光制御素子８３の出射面８３ｂから出射される光の配光分布に与える影響は大きい。これに対し、実施の形態１では配光制御部材８３の出射面８３ｂに複数の凹面１０９を設けるようにしたので、比較的弱いパワーで狭角配光分布を持つ光を広げることができ、凹面１０９の球面形状に形状誤差がある場合でも、当該形状誤差が配光制御素子８３の出射面８３ｂから出射される光の配光分布に与える影響は小さい。すなわち、凹面１０９の形状誤差に対する製造感度を弱くすることができる。
【００３７】
また、光学部材１０７は、光源１１７Ａ，１１７Ｂから出射された光を液晶表示パネル１０６側とは反対側に有する背面で内面反射させて液晶表示パネル１０６の方向に出射する導光板８１と、導光板８１から液晶表示パネル１０６の方向に出射された光を、狭角配光分布を持つ光に変換する下向きプリズムシート８２とで構成したので、従来広く用いられている下向きプリズムシート８２の上に、各種用途に対応するように設計した配光制御部材８３を配置するのみで、周辺部の輝度低下が少ないバックライトを簡単に製造できる。
【００３８】
なお、実施の形態１では配光制御部材８３の出射面８３ｂに複数の凹面１０９を設ける構成を示したが、凹面１０９を設ける位置はこれに限らない。図６は実施の形態１の液晶表示装置の変形例を示しており、配光制御部材８３を部分的に示す断面図である。この変形例においては、配光制御部材の８３の入射面８３ａに複数の凹面１０９が設けられている。このようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、配光制御部材８３の両面に複数の凹面１０９を設けるようにしても良い。図７は実施の形態１の液晶表示装置の変形例を示しており、配光制御部材８３を部分的に示す断面図である。この変形例においては、配光制御部材８３の入射面８３ａおよび出射面８３ｂの両方に複数の凹面１０９が設けられている。このようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
なお、実施の形態１のバックライトにおいては、配光制御部材８３の入射面８３ａを平面としたが、所望の配光分布を得るために任意の曲面とすることも可能である。
【００４１】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２の液晶表示装置の構成示す模式図である。実施の形態２の液晶表示装置は、光学部材１０７を構成する導光板８１の背面に形成されている微細光学素子８１ａの単位面積当たりの数が、実施の形態１と比較して、周辺部側がより密になるように形成されている。なお、実施の形態２の液晶表示装置の構成は、微細光学素子８１ａの分布が異なること以外は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４２】
従来のバックライトの導光板においては、バックライトの面内輝度を均一にするために、導光板の背面に設ける微細光学素子を、光源に近い領域ほど疎に、中心部に行くほど密になるように配置することが一般的である。これは、光源に近い領域に密に微細光学素子を配置すると、導光板から取り出される光が、周辺部ほど多くなるとともに中央部で少なくなり、中央部の輝度が低下するためである。
【００４３】
一方、実施の形態２のバックライトにおいては、微細光学素子８１ａを、上記のように面内輝度分布を均一にする場合の配置に比べ、光源１１７Ａ，１１７Ｂに近い領域において密に配置している。その結果、図８に示すように、下向きプリズムシート１０２から放射される光の法線方向の輝度は、中央部よりも周辺部の方が大きくなっている。その結果、配光制御部材８３から出射される光は、実施の形態１と比較して、その配光分布は変わらないが、配光制御部材８３の周辺部から放射されるものほど、各出射角度の光強度が増加している。
【００４４】
この場合、視点Ｐでは、中央部１１０Ａから放射される光８７ａと、中間部１１０Ｂから放射される光８８ｃと、周辺部１１０Ｃから放射される光８９ｃとが観察される。また、視点Ｑでは、中央部１１０Ａから放射される光８７ａと、中間部１１０Ｂから放射される光８８ａと、周辺部１１０Ｃから放射される光８９ａとが観察される。そして、視点Ｒでは、中央部１１０Ａから放射される光８７ａと、中間部１１０Ｂから放射される光８８ｂと、周辺部１１０Ｃから放射される光８９ｂが観察される。このとき、視点Ｒにおいて観測される周辺部１１０Ｃから放射される光８９ｂの光強度は、実施の形態１においてこれに相当する周辺部１１０Ｃから放射される光８６ｂよりも大きくなっている。
【００４５】
実施の形態２のバックライトによれば、導光板８１の微細光学素子８１ａの単位面積当たりの数を、実施の形態１と比較して周辺部側がより密になるように配置したので、周辺部において液晶表示パネル１０６の法線方向から大きく傾いた角度方向の光の強度を大きくでき、実施の形態１の効果に加えて、周辺部の輝度低下をより軽減することができる。
【００４６】
実施の形態３．
図９および図１０は、実施の形態３の液晶表示装置を示すものであって、図９は液晶表示装置の構成を模式的に示す図、図１０（ａ）は図９における配光制御部材の中央部を拡大して示す断面図、図１０（ｂ）は図９における配光制御部材の中間部を拡大して示す断面図、図１０（ｃ）は図９における配光制御部材の周辺部を拡大して示す断面図である。
【００４７】
実施の形態３の液晶表示装置は、図９に示すように、配光制御部材８３に複数の凹面１０９が設けられている点は実施の形態１と同様であるが、実施の形態１では配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の法線方向と平行であるのに対して、実施の形態３では配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネルの表示面中央部を通る法線を向くように、凹面１０９が表示面の法線方向に対して傾斜している点が異なる。これ以外の構成は実施の形態１と同様であるのでその説明を省略する。
【００４８】
図１０（ａ）の中央部１１０Ａの出射面８３ｂは平面形状であるのに対して、図１０（ｂ）の中間部１１０Ｂおよび図１０（ｃ）の周辺部１１０Ｃの出射面８３ｂには、凹面１０９が形成されている。中間部１１０Ｂにおける凹面１０９は、曲率半径ｒ１を有しており、表示面１０６ｂの法線方向であるＺ軸に対してω１だけ配光制御部材８３の周辺部の方向に傾いている。すなわち、凹面１０９の中点とその曲率中心Ｏ１を結ぶ直線は、Ｚ軸と角度ω１をなしている。また、周辺部１１０Ｃにおける凹面１０９は、曲率半径ｒ２を有しており、Ｚ軸に対してω２だけ配光制御部材８３の周辺部の方向に傾いている。すなわち、凹面１０９の中点とその曲率中心Ｏ２と結ぶ直線は、Ｚ軸と角度ω２をなしている。そして、曲率半径ｒ２はｒ１よりも小さく、凹面１０９の傾斜確度ω２はω１よりも大きい。ここでは、中央部１１０Ａ、中間部１１０Ｂ、周辺部１１０Ｃの３つの領域の場合のみを示したが、凹面１０９は、周辺部１１０Ｃに位置するものほどその曲率半径は次第に小さくなり、凹面１０９の傾斜確度は、周辺部１１０Ｃに位置するものほど大きい。
【００４９】
中央部１１０Ａでは、配光制御部材８３の出射面８３ｂの形状は平面であるため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布を変化させずに配光制御部材８３から出射される。中間部１１０Ｂでは、出射面８３ｂには曲率半径ｒ１の凹面１０９が設けられ、この凹面１０９はＺ軸に対して配光制御部材８３の周辺部の方向にω１だけ傾いているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その分布がＹ軸方向に広げられるとともに、そのピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように傾き、全体として中央部の方向に傾く。
【００５０】
周辺部１１０Ｃでは、上記の曲率半径ｒ１よりも小さな曲率半径ｒ２を有する凹面１０９が設けられ、この凹面１０９はＺ軸に対して配光制御部材８３の周辺部の方向にω１よりも大きなω２だけ傾いているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その分布が上記の中間部１１０Ｂよりも大きくＹ軸方向に広げられるとともに、そのピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように、上記の中間部１１０Ｂよりも大きく傾く。
【００５１】
その結果、図９に示すように、配光制御部材８３から出射される光は、光学部材１０７から出射された狭角配光分布を持つ光が、液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々に広くなるとともに、そのピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を向くように傾き、配光制御部材８３の周辺部１１０Ｃから出射される光ほど、液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線の方向に放射される光の成分が多くなる。
【００５２】
この場合、視点Ｐでは、中央部１１０Ａから放射される光９０ａと、中間部１１０Ｂから放射される光９１ｃと、周辺部１１０Ｃから放射される光９２ｃとが観察される。また、視点Ｑでは、中央部１１０Ａから放射される光９０ａと、中間部１１０Ｂから放射される光９１ａと、周辺部１１０Ｃから放射される光９２ａとが観察される。そして、視点Ｒでは、中央部１１０Ａから放射される光９０ａと、中間部１１０Ｂから放射される光９１ｂと、周辺部１１０Ｃから放射される光９２ｂが観察される。ここで、光９０ａ、９１ａ、９２ａは配光制御部材８３から出射される光のピーク成分である。このとき、視点Ｒにおいて観測される周辺部１１０Ｃから放射される光９２ｂの光強度は、実施の形態１においてこれに相当する周辺部１１０Ｃから放射される光８６ｂよりも大きくなっている。したがって、配光制御部材８３を用いて光学部材１０７から放射された狭角配光分布を持つ光をその配光分布が広くなるように変換するとともに、その光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように変換することにより、無限遠から近距離まで、いずれの視点から観察した場合であっても周辺部の輝度低下を軽減できる。
【００５３】
実施の形態３のバックライトによれば、配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように、凹面１０９を表示面１０６ｂの法線方向に対して傾斜させるようにしているので、実施の形態１の効果に加えて、さらに周辺部での輝度低下を軽減できる。
【００５４】
また、凹面１０９の傾斜角度を、配光制御部材８３の周辺部１１０Ｃ側に位置するものほど大きくするようにしているので、バックライトの面内輝度分布の均一性を高めることができる。
【００５５】
なお、実施の形態３では配光制御部材８３の出射面８３ｂに凹面１０９を設けるものを示したが、入射面８３ａに凹面１０９を設け、凹面１０９を配光制御部材８３から放射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂの中央部を通る法線を向くように凹面１０９を傾けるようにしても良い。また、入射面８３ａと出射面８３ｂの両面に凹面１０９を設け、凹面１０９を配光制御部材８３から放射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂの中央部を通る法線を向くように傾けるようにしても良い。これらのように構成しても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態４．
図１１は実施の形態４の液晶表示装置を示すものであって、図１１（ａ）は配光制御部材の中央部を拡大して示す断面図、図１１（ｂ）は配光制御部材の中間部を拡大して示す断面図、図１１（ｃ）は配光制御部材の周辺部を拡大して示す断面図である。実施の形態３においては、配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように、凹面１０９を表示面１０６ｂの法線に対して傾斜させたものを示したが、出射面８３ｂに凹面１０９を設けるとともに、入射面８３ａにこの凹面１０９に対向する傾斜面１１６を設けるようにしてもよい。このようにしても、配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を向くようにすることができる。なお、配光制御部材８３の形状以外は実施の形態３と同様であるのでその説明を省略する。
【００５７】
図１１(ａ)の中央部１１０Ａの入射面８３ａおよび出射面８３ｂは平面形状であるのに対して、図１１（ｂ）の中間部１１０Ｂおよび図１１（ｃ）の周辺部１１０Ｃでは、出射面８３ｂに凹面１０９が形成されているとともに、入射面８３ａに凹面１０９に対向する傾斜面１１６が形成されている。中間部１１０Ｂにおける出射面８３ｂには、曲率半径ｒ１を有する凹面１０９が形成されており、この凹面１０９の中点とその曲率中心Ｏ３を結ぶ直線は、Ｚ軸と平行である。そして、入射面８３ａにはこの凹面１０９に対向する傾斜面１１６が設けられており、この傾斜面１１６は、液晶表示パネル１０６の平行方向であるＸ軸およびＹ軸に対して、配光制御部材８３の周辺部の方向に向かってω３だけ傾いている。
【００５８】
また、周辺部１１０Ｃにおける出射面８３ｂには、曲率半径ｒ２を有する凹面１０９が形成されており、この凹面１０９の中点とその曲率中心Ｏ４を結ぶ直線は、Ｚ軸と平行である。そして、入射面８３ａにはこの凹面１０９に対向する傾斜面１１６が設けられており、この傾斜面１１６は、液晶表示パネル１０６の平行方向であるＸ軸およびＹ軸に対して、配光制御部材８３の周辺部の方向に向かってω４だけ傾いている。なお、曲率半径ｒ２はｒ１よりも小さく、傾斜角度ω４はω３より大きい。また、ここでは、中央部、中間部、周辺部の３つの領域の場合のみを示したが、それ以外の領域を含め、凹面１０９の曲率半径は、周辺部１１０Ｃに位置するものほど小さくなるように形成されており、傾斜面１１６の傾きは周辺部１１０Ｃに位置するものほど大きくなるように形成されている。
【００５９】
中央部１１０Ａでは、配光制御部材８３の入射面８３ａおよび出射面８３ｂはそれぞれ平面形状であるため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布を変化させずに配光制御部材８３から出射される。中間部１１０Ｂでは、出射面８３ｂに曲率半径ｒ１の凹面１０９が設けられ、入射面８３ａにＸ軸およびＹ軸に対してω３だけ傾いた傾斜面１１６が形成されているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、入射面８３ａの傾斜面１１６によりそのピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線に向き、出射面８３ｂの凹面１０９によりその分布がＹ軸方向に広げられる。
【００６０】
周辺部１１０Ｃでは、出射面８３ｂに上記の曲率半径ｒ１より小さな曲率半径ｒ２の凹面１０９が設けられ、入射面８３ａに上記の傾斜角度ω３より大きなω４だけＸ軸およびＹ軸に対して傾いた傾斜面１１６が形成されているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、入射面８３ａの傾斜面１１６により中間部１１０Ｂよりも大きく傾き、出射面８３ｂの凹面１０９により中間部１１０Ｂよりも大きくＹ軸方向に広げられる。その結果、配光制御部材８３から出射される光は、光学部材１０７から出射された狭角配光分布を持つ光は、液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々に広くなるように変換されるとともに、その光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように変換され、配光制御部材８３から出射される。これにより、無限遠から近距離まで、いずれの視点から観察した場合であっても周辺部の輝度低下を軽減できる。
【００６１】
実施の形態４のバックライトによれば、配光制御部材８３の出射面８３ｂに複数の凹面１０９を設けるとともに、入射面８３ａに、複数の凹面１０９に対向する複数の傾斜面１１６を設け、この傾斜面１１６を、配光制御部材８３から放射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１１６の表示面１１６ｂ中央部を通る法線を向くように形成したので、実施の形態３と同様の効果を得ることできる。
【００６２】
なお、ここでは、入射面８３ａに複数の傾斜面１１６を設け、出射面８３ｂに複数の凹面１０９を設ける構成を示したが、入射面８３ａに複数の凹面１０９を設け、出射面８３ｂに複数の傾斜面１１６を設けるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００６３】
実施の形態５．
図１２ないし図１４は、実施の形態５の液晶表示装置を示すものであって、図１２は液晶表示装置の構成を模式的に示す図、図１３（ａ）は図１２における配光制御部材の中間部を拡大して示す断面図、図１３（ｂ）は図１２における配光制御部材の周辺部を拡大して示す断面図、図１４は光学面の各面とＸＹ平面とのなす角度を求める際の説明図である。
【００６４】
実施の形態５の液晶表示装置は、図１２に示すように、液晶表示パネル１０６、配光制御部材８３、下向きプリズムシート８２、導光板８１、光反射シート８０及び光源１１７Ａ，１１７Ｂを備えている点については実施の形態１と同様であるが、実施の形態１の配光制御部材８３には複数の凹面１０９が設けられていたのに対して、実施の形態５の配光制御部材８３には狭角配光分布を持つ光のピーク成分の方向を、複数の視点に指向するように変換する複数の光学面１０００が設けられている。なお、配光制御部材８３以外については実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００６５】
光学面１０００は、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、第１の面１０３ａ、第２の面１０３ｂおよび第３の面１０３ｃを有する。これらの面は、それぞれ互いに異なる角度でＸ軸およびＹ軸に対して傾斜する平面であり、配光制御部材８３に入射した狭角配光分布を持つ光のピーク成分の方向を、第１の面１０３ａは近距離の視点Ｒへ、第２の面１０３ｂは中距離の視点Ｑへ、第３の面１０３ｃは無限遠の視点Ｐへ向くようにするものである。
【００６６】
中間部１１０Ｂの光学面１０００においては、図１３（ａ）に示すように、第１の面１０３ａおよび第２の面１０３ｂがＹ軸となす角度はそれぞれω６、ω５であり、第３の面はＹ軸と平行である。また、ω６はω５より大きい。周辺部１１０Ｃの光学面１０００においては、図１３（ｂ）に示すように、第１の面１０３ａおよび第２の面１０３ｂがＹ軸となす角度はそれぞれω８、ω７であり、第３の面はＹ軸と平行である。また、ω８はω７より大きい。ここでは、中間部１１０Ｂ、周辺部１１０Ｃの２つの領域の場合のみを示しているが、それ以外を含め、第１の面１０３ａ、第２の面１０３ｂの傾斜角度は、周辺部１１０Ｃに位置するものほど大きくなるように形成されている。
【００６７】
下向きプリズムシート８２から出射され、第３の面１０３ｃを介して配光制御部材８３から出射される光は、狭角配光分布を持つ光のピーク成分である光９４ｃ、９５ｃの方向が視点Ｐの方向と一致している。
【００６８】
これに対して、第２の面１０３ｂを介して配光制御部材１０３から出射される光は、第２の面１０３ｂの傾きω５、ω７に対応して、狭角配光分布を持つ光のピーク成分である光９４ａ、９５ａの向きが変化し、視点Ｑの方向と一致する。また、第１の面１０３ａを介して配光制御部材１０３から出射される光は、第１の面１０３ａの傾きω６、ω８に対応して、狭角配光分布を持つ光のピーク成分である光９４ｂ、９５ｂの向きが変化し、視点Ｒの方向と一致する。
【００６９】
その結果、図１２に示すように、視点Ｐでは、中央部１１０Ａから放射される光９３ａと、中間部１１０Ｂから放射される光９４ｃと、周辺部１１０Ｃから放射される光９５ｃとが観察される。また、視点Ｑでは、中央部１１０Ａから放射される光９３ａと、中間部１１０Ｂから放射される光９４ａと、周辺部１１０Ｃから放射される光９５ａとが観察される。そして、視点Ｒでは、中央部１１０Ａから放射される光９３ａと、中間部１１０Ｂから放射される光９４ｂと、周辺部１１０Ｃから放射される光９５ｂが観察される。このように光学部材１０７から放射された狭角配光分布を持つ光のピーク成分の方向を視点Ｐ、Ｑ、Ｒの方向を向くように変換することにより、Ｐ、Ｑ、Ｒのいずれの視点においても、一定の周辺輝度を確保できる。
【００７０】
なお、上記では、中央部１１０Ａ、中間部１１０Ｂ、周辺部１１０Ｃのみ説明したが、それ以外の領域に設けられている光学面についても、第３の面１０３ｃから出射される光のピーク成分は視点Ｐにおいて観察されるよう、第２の面１０３ｂから出射される光のピーク成分は視点Ｑにおいて観察されるよう、第１の面１０３ａから出射される光のピーク成分は視点Ｒにおいて観察されるように形成されている。
【００７１】
次に、光学面１０００の各面とＸＹ平面となす角ωの求め方を説明する。なお、ここでは第１の面１０３ａについて例示するが、その他の面についても同様の方法でωを決定することができる。図１４において、ｄは第１の面１０３ａへの光の入射点Ｍから視点ＸまでのＺ軸に沿った距離を、ｌは入射点Ｍから視点ＸまでのＹ軸に沿った距離を、ω´は、第１の面１０３ａに角度ωで入射した光の出射角をそれぞれ示す。この場合、下記が成り立つ。
ｔａｎ（π／２＋ω−ω´）＝ｄ／ｌ              （１）
ｎｓｉｎω＝ｓｉｎω´                          （２）
ここで、ｎは配光制御部材８３の屈折率であり、空気の屈折率は１としている。
【００７２】
式（１）（２）により、ｄ、ｎおよびｌが決まれば、任意の位置におけるωを求めることができる。すなわち、任意の視点において、配光制御部材８３の任意の位置における光学面の各面の傾きを求めることができる。
【００７３】
実施の形態５のバックライトによれば、配光制御部材８３に、第１の面１０３ａ、第２の面１０３ｂおよび第３の面１０３ｃを有し、光学部材１０７から放射された狭角配光分布を持つ光のピーク成分の方向を、視点Ｐ、Ｑ、Ｒの方向を向くように変換する複数の光学面１０００を設けるようにしたので、視点Ｐ、Ｑ、Ｒにおいて、一定の周辺輝度を確保することができる。
【００７４】
また、第１の面１０３ａおよび第２の面１０３ｂの傾斜角度は、それぞれ配光制御部材８３の周辺部側に位置するものほど大きいので、バックライトの面内輝度分布の均一性を高めることができる。
【００７５】
また、実施の形態５の液晶表示装置によれば、上記のバックライトを備えたので、視点Ｐ、Ｑ、Ｒにおいて一定の周辺輝度を確保することができる。
【００７６】
なお、配光制御部材８３における隣接する光学面１０００のＹ軸方向の幅や配置間隔（ピッチ）が大きくなると、液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂの位置によって光の出射方向が異なるため、表示面１０６ｂにＸ軸方向の面内輝度ムラが観察されることになる。一方、幅やピッチを小さくしすぎると、加工が困難になるとともに、配光制御部材８３の光利用効率が低下する。
【００７７】
一般に、液晶表示パネルに表示される画像は、基本的な表示単位である画素により形成される。この画素は、さらにＲＧＢの要素画素からなる。各要素画素からの光強度が液晶表示パネルで調整され、その光が人間の眼で合成されることにより、当該画素の色が決定される。光学面１０００のＹ軸方向の幅およびピッチがＲＧＢの各要素画素よりも大きいと、ある視点において、ある画素の色度あるいは輝度が、本来表示されるべき色度あるいは輝度とは異なって観察されてしまう。そこで、各光学面１０００の幅およびピッチは、要素画素のＹ軸方向のサイズよりも小さくなるよう構成されていることが望ましい。また、ＲＧＢの各要素画素のＹ軸方向のサイズ内に含まれる各光学面１０００の数が、それぞれ同程度となるよう構成されていることがより望ましい。
【００７８】
なお、実施の形態５の形態では、光学面１０００の第１の面１０３ａ、第２の面１０３ｂおよび第３の面１０３ｃは平面として説明したが、これに限らず、曲面等であってもよい。例えば、凹面にすると、実施の形態１および２で説明したように、各面から出射される光の配光分布を広げることができるので、より広い視距離において周辺輝度の低下を軽減できる。
【００７９】
また、上記では、視点Ｐを無限遠として第３の面１０３ｃはＸ−Ｙ平面と平行である場合を示したが、中央部１１０Ａを除き、視点を無限遠ではない位置に設定して第３の面１０３ｃをＸ−Ｙ平面に対して傾けるようにしても良い。
【００８０】
さらに、実施の形態５の形態では、中央部から周辺部に向かって、第３の面１０３ｃ、第２の面１０３ｂ、第１の面１０３ａの順番で各面が設けられた光学面１０００を示したが、この順番は入れ替えることができる。
【００８１】
また、光学面１０００を配光制御部材８３の出射面８３ｂ側に設けたものを示したが、これは入射面８３ａ側に設けるようにしても良い。
【００８２】
また、実施の形態５では、光学部材１０７から出射された狭角配光分布を持つ光を、無限遠の視点である視点Ｐ、中間距離の視点である視点Ｑ、近距離の視点である視点Ｒの３つの視点に向けて変換する配光制御部材８３を例示したが、これに限らず、視点は２以上とすることが可能であり、視距離も任意の値を選択することが可能である。
【００８３】
実施の形態６．
図１５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）１００の構成を模式的に示す図である。液晶表示装置１００は、後述する視野角可変機能を有する液晶表示装置に、実施の形態１の配光制御部材８３を適用したものである。図１６は、図１５の液晶表示装置１００の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。図１５および１６に示されるように、液晶表示装置１００は、透過型の液晶表示パネル１０、光学シート９、第１バックライトユニット１、第２バックライトユニット２及び光反射シート８、配光制御部材８３を備えており、これら構成要素１０，９，１，２，８，８３は、Ｚ軸に沿って配列されている。液晶表示パネル１０は、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸ−Ｙ平面と平行な表示面１０ａを有する。なお、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。以下、配光制御部材８３を除く液晶表示装置について説明する。
【００８４】
液晶表示装置１００は、さらに、液晶表示パネル１０を駆動するパネル駆動部１０２と、第１バックライトユニット１に含まれる光源３Ａ，３Ｂを駆動する光源駆動部１０３Ａと、第２バックライトユニット２に含まれる光源６Ａ，６Ｂを駆動する光源駆動部１０３Ｂとを有している。パネル駆動部１０２と光源駆動部１０３Ａ，１０３Ｂの動作は、制御部１０１によって制御される。
【００８５】
制御部１０１は、信号源（図示せず）から供給された映像信号に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号をパネル駆動部１０２及び光源駆動部１０３Ａ，１０３Ｂに供給する。光源駆動部１０３Ａ，１０３Ｂは、それぞれ、制御部１０１からの制御信号に応じて光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂを駆動してこれら光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂから光を出射させる。
【００８６】
第１バックライトユニット１は、光源３Ａ，３Ｂの出射光を狭角配光分布（液晶表示パネル１０の表示面１０ａの法線方向すなわちＺ軸方向を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１１に変換して液晶表示パネル１０の背面１０ｂに向けて放射する。この照明光１１は、光学シート９を介して液晶表示パネル１０の背面１０ｂに照射される。光学シート９は、細かな照明ムラなどの光学的影響を抑制するものである。一方、第２バックライトユニット２は、光源６Ａ，６Ｂの出射光を広角配光分布（Ｚ軸方向を中心とした比較的広い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１２に変換して液晶表示パネル１０の背面１０ｂに向けて放射する。照明光１２は、第１バックライトユニット１及び光学シート９を透過して液晶表示パネル１０の背面１０ｂに照射される。
【００８７】
第２バックライトユニット２の直下には光反射シート８が配置されている。第１バックライトユニット１からその背面側に放射された光のうち第２バックライトユニット２を透過した光と、第２バックライトユニット２からその背面側に放射された光とは、光反射シート８で反射され、液晶表示パネル１０の背面１０ｂを照射する照明光として利用される。光反射シート８としては、たとえば、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。
【００８８】
液晶表示パネル１０は、Ｚ軸方向に直交するＸ−Ｙ平面に沿って延在する液晶層１０ｃを有する。液晶表示パネル１０の表示面１０ａは矩形状を有しており、図１５および１６に示すＸ軸方向及びＹ軸方向は、それぞれ、この表示面１０ａの互いに直交する２辺に沿った方向である。パネル駆動部１０２は、制御部１０１から供給された制御信号に応じて液晶層１０ｃの光透過率を画素単位で変化させる。これにより、液晶表示パネル１０は、第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２の一方または双方から入射した照明光を空間的に変調して画像光を生成し、この画像光を表示面１０ａから出射することができる。光源３Ａ，３Ｂのみが駆動され、光源６Ａ，６Ｂが駆動されない場合には、狭角配光分布の照明光１１が第１バックライトユニット１から放射されるので、液晶表示装置１００の視野角は狭視野角となり、光源６Ａ，６Ｂのみが駆動される場合には、広角配光分布の照明光１２が第２バックライトユニット２から放射されるので、液晶表示装置１００の視野角は広視野角となる。また、制御部１０１は、光源駆動部１０３Ａ，１０３Ｂを個別に制御して、第１バックライトユニット１から放射される照明光１１の強度と、第２バックライトユニット２から放射される照明光１２の強度との割合を調整することができる。
【００８９】
図１５に示されるように、第１バックライトユニット１は、光源３Ａ，３Ｂと、液晶表示パネル１０の表示面１０ａに対して平行に配置された導光板４と、光学シート５Ｄ（以下、下向きプリズムシート５Ｄと呼ぶ。）と、光学シート５Ｖ（以下、上向きプリズムシート５Ｖと呼ぶ。）とを含む。導光板４と下向きプリズムシート５Ｄの組み合わせ（第１の光学部材）により、光源３Ａ，３Ｂから出射された光が狭角配光分布を持つ照明光１１に変換される。導光板４は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学材料で形成された板状部材であり、その背面４ａ（液晶表示パネル１０と反対側の面）は、液晶表示パネル１０側とは反対側に突出する微細光学素子４０，…，４０が表示面１０ａと平行な面に沿って規則的に配列された構造を有する。微細光学素子４０の形状は球面形状の一部をなし、その表面は一定の曲率を有している。
【００９０】
上向きプリズムシート５Ｖは、第２バックライトユニット２によって出射された広角配光分布を持つ照明光１２を透過させる光学構造を有し、さらに、導光板４の背面４ａから放射された光を反射させて導光板４の方向へ戻す光学構造を有する。導光板４の背面４ａから放射された光は、上向きプリズムシート５Ｖにより反射され、その進行方向を液晶表示パネル１０の方向に変えて、導光板４及び下向きプリズムシート５Ｄを透過することにより狭角配光分布を持つ照明光として利用される。
【００９１】
光源３Ａ，３Ｂは、導光板４のＹ軸方向の両端面（入射端面）４ｃ，４ｄに各々対向配置されており、たとえば、複数のレーザ発光素子をＸ軸方向に配列したものである。これら光源３Ａ，３Ｂから発せられた光は、導光板４の入射端面４ｃ，４ｄから各々導光板４に入射し、導光板４の内部を全反射されながら伝播する。その際、導光板４の背面４ａの微細光学素子４０により伝播光の一部が反射され、照明光１１ａとして導光板４の前面（出光面）４ｂから放射される。微細光学素子４０は、導光板４の内部を伝播する光を、Ｚ軸方向から所定角度だけ傾いた方向を中心とする配光分布の光に変換して前面４ｂより放射する。この導光板４から放射された光１１ａは、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０の内部に入射し、この微細光学素子５０の傾斜面で内面全反射された後、前面（出光面）５ｂより照明光１１として放射される。
【００９２】
図１７（ａ），（ｂ）は、導光板４の光学構造の一例を概略的に示す図である。図１７（ａ）は、導光板４の背面４ａの構造の一例を概略的に示す斜視図であり、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示した導光板４のＸ軸方向から見た構造の一部を概略的に示す図である。図１７（ａ）に示されるように、導光板４の背面４ａには、凸球面形状の微細光学素子４０が二次元的に（Ｘ−Ｙ平面に沿って）配列されている。
【００９３】
微細光学素子４０の実施例としては、たとえば、その表面の曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さＨｍａｘが約０．００５ｍｍ、屈折率が約１．４９の微細光学素子を採用できる。また、微細光学素子４０，４０の中心間隔Ｌｐは０．０７７ｍｍとすることができる。なお、導光板４の材質はアクリル樹脂とすることができるが、この材質に限定されるものではない。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、あるいはガラス材料を使用してもよい。
【００９４】
前述の通り、光源３Ａ，３Ｂの出射光は、導光板４の側方端面４ｃ，４ｄから導光板４の内部に入射する。その入射光は、導光板４の内部を伝播しつつ、導光板４の微細光学素子４０と空気層との屈折率差により全反射されて導光板４の前面４ｂから液晶表示パネル１０の方向に放射される。なお、導光板４の背面４ａにおいて図１７（ａ），（ｂ）に示した微細光学素子４０，…，４０はほぼ規則的に配列されているが、導光板４の前面４ｂから出射される放射光１１ａの面内輝度分布を均一化するために、微細光学素子４０の密度すなわち単位面積当たりの数を端面４ｃ，４ｄから離れるほど多くし、微細光学素子４０の密度を端面４ｃ，４ｄに近いほど少なくしてもよい。あるいは、微細光学素子４０，…，４０を導光板４の中心に近いほど密にし、当該中心から離れるにつれて段階的に疎となるように形成してもよい。
【００９５】
図１８は、導光板４の前面４ｂより放射される放射光１１ａの配光分布（角度輝度分布）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。図１８のグラフにおいて、横軸は放射光１１ａの放射角度を、縦軸は輝度をそれぞれ表している。図１８に示されているように、放射光１１ａの配光分布は、Ｚ軸方向から約±７５度傾いた軸を中心として各々約３０度の分布幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）を有する。すなわち、放射光１１ａの配光分布は、Ｚ軸方向から約＋７５度傾いた軸を中心として約＋６０度〜＋９０度の角度範囲と、Ｚ軸方向から約−７５度傾いた軸を中心として約−６０度〜−９０度の角度範囲とに半値全幅以上の強度を有する光が局在する分布である。ここで、図１５右方の光源３Ｂから出射された光が、微細光学素子４０で内面反射して主に−６０度〜−９０度の角度範囲の放射光を形成し、図１５左方の光源３Ａから出射された光が、微細光学素子４０で内面反射して主に＋６０度〜＋９０度の角度範囲の放射光を形成する。なお、微細光学素子４０の形状を凸球面形状に代えてプリズム形状としても、このような配光分布の放射光を生成することができる。
【００９６】
後述するように、これら２つの角度範囲に局在する放射光１１ａを生成することにより、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０の内部に入射した放射光１１ａを微細光学素子５０の内面で全反射させることができる。微細光学素子５０の内面で全反射を起こした光は、Ｚ軸方向を中心とした狭い角度範囲に局在して狭角配光分布を持つ照明光１１を形成することとなる。
【００９７】
次に、下向きプリズムシート５Ｄの光学構造について説明する。図１９（ａ），（ｂ）は、下向きプリズムシート５Ｄの光学構造の一例を概略的に示す図である。図１９（ａ）は、下向きプリズムシート５Ｄの背面５ａの構造の一例を概略的に示す斜視図であり、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）に示した下向きプリズムシート５ＤのＸ軸方向から見た構成の一部を概略的に示す図である。図１９（ａ）に示されるように、下向きプリズムシート５Ｄの背面５ａ（すなわち導光板４と対向する面）は、複数の微細光学素子５０が表示面１０ａと平行な面に沿ってＹ軸方向に規則的に配列された構造を有している。各微細光学素子５０は、三角プリズム形状の凸状部を形成し、微細光学素子５０の頂角部は液晶表示パネル１０側とは反対側に突出し、その頂角部をなす稜線はＸ軸方向に延在している。微細光学素子５０，５０の間隔は一定である。また、各微細光学素子５０は、Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向および−Ｙ軸方向へそれぞれ傾斜する２つの傾斜面５０ａ，５０ｂを有している。
【００９８】
導光板４の前面４ｂから射出された放射光１１ａは、下向きプリズムシート５Ｄの背面５ａすなわち微細光学素子５０に入射する。その入射光は、微細光学素子５０の三角プリズムをなす傾斜面５０ａ，５０ｂの一方にて内面全反射することにより、液晶表示パネル１０の法線方向（Ｚ軸方向）に近づくように曲げられるので、中心輝度が高く、分布幅の狭い配光分布を有する照明光１１となる。
【００９９】
このような微細光学素子５０の実施例としては、たとえば、傾斜面５０ａ，５０ｂより成される頂角（図１９（ｂ）の断面の二等辺三角形状の頂角）が６８度、高さＴｍａｘが０．０２２ｍｍ、屈折率が１．４９の微細光学素子を採用することができる。また、微細光学素子５０，…，５０を、Ｙ軸方向の中心間隔Ｗｐが０．０３ｍｍとなるように配列することができる。なお、下向きプリズムシート５Ｄの材質はＰＭＭＡとすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、ポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料や、あるいはガラス材料を使用してもよい。
【０１００】
図２０は、下向きプリズムシート５Ｄの前面５ｂより放射される照明光１１の配光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。図２０のグラフにおいて、横軸は照明光１１の放射角度を、縦軸は輝度をそれぞれ表している。なお、図２０の配光分布には、第２バックライトユニット２から放射され第１バックライトユニット１を透過した光は含まれていない。図２０に明示されるように、照明光１１の配光分布は、Ｚ軸方向を中心とし、放射角度が約３０度の分布幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）を有する。すなわち、照明光１１の配光分布は、Ｚ軸方向を中心として−１５度〜＋１５度の角度範囲内に半値全幅以上の強度を有する光が局在する狭角配光分布である。
【０１０１】
図２０に示した狭角配光分布は、導光板４からの放射光１１ａが図１８の配光分布を有することを前提としたものである。図１８の配光分布は、（１）ランバート形状の角度強度分布を有する光源３Ａ，３Ｂの使用を前提とし、（２）導光板４からの放射光１１ａが、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０（頂角６８度）の傾斜面５０ａ，５０ｂで内面全反射して下向きプリズムシート５Ｄ内を進行することにより、０度を中心として約３０度の分布幅の角度範囲に局在する配光分布の光に変換される、という条件を満たすように導光板４を設計した結果得たものである。
【０１０２】
図２１（ａ），（ｂ）は、微細光学素子５０の光学的作用を概略的に示す図である。図２１（ａ）に示されるように、微細光学素子５０は、Ｚ軸方向に対して所定角度以上で傾斜面５０ａに入射した光束ＩＬ（主に、導光板４の微細光学素子４０で内面反射した放射光１１ａ）を、傾斜面５０ｂで内面全反射させる。この結果、出射光束ＯＬの出射角度は、入射光束ＩＬの入射角度よりも小さくなる。一方、図２１（ｂ）に示されるように、微細光学素子５０は、Ｚ軸方向に対して所定角度未満で傾斜面５０ａに入射した光束ＩＬ（主に、第２バックライトユニット２内の導光板７の前面７ｂから放射され導光板４を透過した照明光１２）を屈折させて、Ｚ軸方向から大きく傾いた角度方向に放射する。この結果、出射光束ＯＬの出射角度は、入射光束ＩＬの入射角度よりも大きくなる。よって、下向きプリズムシート５Ｄは、背面５ａから入射するＺ軸方向を中心とする比較的広い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する配光分布の光が入射した際に、その配光分布をほとんど狭帯化せずに前面５ｂより出射することができる。したがって、導光板７の前面７ｂから放射された照明光１２が、上向きプリズムシート５Ｖと導光板４と下向きプリズムシート５Ｄを通過しても、狭帯化されない。
【０１０３】
次に、上向きプリズムシート５Ｖの光学構造について説明する。図２２（ａ），（ｂ）は、上向きプリズムシート５Ｖの光学構造の一例を概略的に示す図である。図２２（ａ）は、上向きプリズムシート５Ｖの表面５ｃの構造の一例を概略的に示す斜視図であり、図２２（ｂ）は、図２２（ａ）に示した上向きプリズムシート５ＶのＹ軸方向から見た構成の一部を概略的に示す図である。図２２（ａ）に示されるように、上向きプリズムシート５Ｖの表面５ｃ（導光板４と対向する面）は、複数の微細光学素子５１，…，５１が表示面１０ａと平行な面に沿ってＸ軸方向に規則的に配列された構造を有している。各微細光学素子５１は、三角プリズム形状の凸状部を形成し、微細光学素子５１の頂角部は液晶表示パネル１０側に突出し、その頂角部をなす稜線はＹ軸方向に延在している。微細光学素子５１，５１の間隔は一定である。また、各微細光学素子５１は、Ｚ軸方向から＋Ｘ軸方向および−Ｘ軸方向へそれぞれ傾斜する２つの傾斜面５１ａ，５１ｂを有している。さらに、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１，…，５１の配列方向（Ｘ軸方向）は、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向（Ｙ軸方向）とほぼ直交する。
【０１０４】
このような上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５０の実施例としては、たとえば、傾斜面５１ａ，５１ｂより成される頂角（図２２（ｂ）の断面の直角二等辺三角形形状の頂角）が９０度、最大高さＤｍａｘが０．０１５ｍｍ、屈折率が１．４９の微細構造素子を採用することができる。また、微細光学素子５１，…，５１を、Ｘ軸方向の中心間隔Ｇｐが０．０３ｍｍとなるように配列することができる。なお、プリズムシートの材質は、ＰＭＭＡとすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、ポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料、あるいはガラス材料を使用してもよい。
【０１０５】
上記上向きプリズムシート５Ｖは、導光板４から微細光学素子５１，…，５１に入射した光（戻り光）を背面５ｅで内面全反射させることにより、戻り光の進行方向を液晶表示パネル１０の方向に変更することができる。導光板４からの戻り光としては、導光板４の背面４ａにおいて全反射条件を満たさずに液晶表示パネル１０側とは反対側の方向に放射される光や、下向きプリズムシート５Ｄから液晶表示パネル１０側とは反対側に放射される光が挙げられる。上向きプリズムシート５Ｖは、このような戻り光を、再度、第１バックライトユニット１の照明光とすることができるので、光の利用効率を向上させることができる。
【０１０６】
上記微細光学素子５１の光学的作用について以下に説明する。図２３（ａ），（ｂ）は、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１の光学的作用を概略的に示す図である。上述したように本実施の形態の微細光学素子５１，…，５１の配列方向（Ｘ軸方向）は、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向（Ｙ軸方向）とほぼ直交している。図２３（ａ）は、微細光学素子５１，５１，５１を有する上向きプリズムシート５ＶのＸ−Ｚ平面に平行な部分断面を概略的に示す図であり、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の上向きプリズムシート５ＶのＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿った部分断面図である。これに対し、図２４（ａ），（ｂ）は、微細光学素子５１，…，５１の配列方向が下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向と平行になるように上向きプリズムシート５Ｖの配置を変更した場合の微細光学素子５１の光学的作用を概略的に示す図である。図２４（ａ）は、上向きプリズムシート５ＶのＹ−Ｚ平面に平行な部分断面を概略的に示す図であり、図２４（ｂ）は、図２４（ａ）の上向きプリズムシート５ＶのＸｂ−Ｘｂ線に沿った部分断面図である。図２３（ａ），（ｂ）及び図２４（ａ），（ｂ）には、導光板４から微細光学素子５１内に戻り光ＲＬが入射したときの光の挙動が示されている。ここで、導光板４からの実際の戻り光のうちＹ−Ｚ平面に沿って伝播する光の挙動が支配的であることから、説明の便宜上、Ｙ−Ｚ平面に平行な面を伝播する戻り光ＲＬのみが簡略的に示されている。
【０１０７】
図２３（ａ）に示されるように、各微細光学素子５１は、Ｘ−Ｚ平面においてはＺ軸方向に関して対称な傾き角を有する傾斜面５１ａ，５１ｂの対を有している。図２３（ａ），（ｂ）に示されるように、戻り光ＲＬとしての光線は様々な入射角で微細光学素子５１の傾斜面５１ａに入射する。そして、図２３（ａ）に示されるように、Ｚ軸方向に沿って入射した光は、傾斜面５１ａで−Ｘ軸方向に屈折される。なお、図示されていないが、微細光学素子５１の傾斜面５１ｂにも戻り光ＲＬが入射し、傾斜面５１ｂで＋Ｘ軸方向に屈折される。それ故、上向きプリズムシート５Ｖ内を進行する屈折光の背面５ｅへの入射角度は大きく、上向きプリズムシート５Ｖと空気層との界面（背面５ｅ）において全反射条件を満たす屈折光が生じやすい。言い換えれば、屈折光の背面５ｅへの入射角度が臨界角以上になりやすい。屈折光のうち背面５ｅで内面全反射した光ＯＬは、図２３（ａ），（ｂ）に示されるように液晶表示パネル１０の方向に出射される。特に、導光板４からの戻り光ＲＬの多くは、上向きプリズムシート５Ｖの法線方向（Ｚ軸方向）から大きく傾いた角度をもって上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１に入射するため、上向きプリズムシート５Ｖの背面５ｅにおいて全反射条件が成り立ちやすい。
【０１０８】
図２３（ａ）に示されるように、上向きプリズムシート５Ｖは、微細光学素子５０の傾斜面５１ａ，５１ｂの対がＸ軸方向に沿って連続的に配列された光学構造を有している。一方、図２３（ｂ）に示されるように微細光学素子５１はＹ軸方向に延在するので、Ｙ−Ｚ平面においては、上向きプリズムシート５Ｖの構造は、Ｚ軸方向に関して対称である。よって、上向きプリズムシート５Ｖ内を進行する屈折光は、背面５ｅで内面全反射されると、Ｘ−Ｚ平面及びＹ−Ｚ平面のいずれの平面においても、上向きプリズムシート５Ｖへの戻り光ＲＬの入射角（Ｚ軸方向に対する入射角）とほぼ等しい角度にて上向きプリズムシート５Ｖから液晶表示パネル１０の方向へ出射される。また、図２３（ｂ）に示されるように、戻り光ＲＬのうち上向きプリズムシート５Ｖへの入射角（Ｚ軸方向に対する入射角）の小さい光は背面５ｅで内面全反射せず、入射角の比較的大きな光が背面５ｅで内面全反射されることで出射光ＯＬに変換される。よって、戻り光ＲＬの配光分布の一部が保存されつつ、戻り光ＲＬの一部の進行方向が液晶表示パネル１０の方向へ変更される。出射光ＯＬは、導光板４を透過することにより、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０で内面全反射されて狭角配光分布の照明光１１に変換されるために必要とされる配光分布（たとえば、図１８に示したように、Ｚ軸方向から約＋７５度傾いた軸を中心として約＋６０度〜＋９０度の角度範囲と、Ｚ軸方向から約−７５度傾いた軸を中心として約−６０度〜−９０度の角度範囲とに半値全幅以上の強度を有する光が局在する分布）を持つ光に変換される。
【０１０９】
このようにして上向きプリズムシート５Ｖから液晶表示パネル１０の方向に放射された光は、導光板４を透過し、下向きプリズムシート５Ｄに入射することにより、中心輝度が高く、分布幅の狭い配光分布を有する照明光１１に変換され、液晶表示パネル１０の背面１０ｂを照明する。これにより、第１バックライトユニット１を構成する光源３Ａ，３Ｂから放射される光量に対する、第１バックライトユニット１から放射される狭角配光分布を持つ照明光１１の光量の比率（これを、第１バックライトユニット１の光利用効率と定義する。）を向上させることができる。したがって、表示面１０ａにおける所定輝度を確保するために必要な光源光量を従来と比べて低減させることができ、液晶表示装置１００の消費電力を抑制することができる。
【０１１０】
ところで、微細光学素子５１，…，５１の配列方向が下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向と一致するように上向きプリズムシート５Ｖの配置を変更した場合、図２４（ａ）に示すように、戻り光ＲＬは、微細光学素子５１で屈折され、その屈折光の一部は背面５ｅで内面全反射されて液晶表示パネル１０の方向に出射される。この場合にも、出射光ＯＬは、導光板４を透過することにより、図１８に示した配光分布とほぼ同じ配光分布を持つ光に変換されるが、図２３（ａ），（ｂ）の場合と比べて、上向きプリズムシート５Ｖから液晶表示パネル１０の方向へ放射される光の光量が減少してしまう。図２４（ａ）に示すように、上向きプリズムシート５Ｖに対して大きな角度（Ｚ軸方向に対する角度）で微細光学素子５１に戻り光ＲＬが入射すると、微細光学素子５１内の光の進行方向は、屈折や反射によって複雑に変化する。図２３（ｂ）の場合と比べると、上向きプリズムシート５Ｖの背面５ｅにおける全反射条件が成り立たない光が多くなり、上向きプリズムシート５Ｖの背面５ｅから、液晶表示パネル１０とは反対側に放射される光が多くなる。したがって、上向きプリズムシート５Ｖで内面全反射されて液晶表示パネル１０の方向へ放射される光の光量が減少する。よって、高い消費電力低減効果を得る観点からは、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１，…，５１の配列方向は下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向とほぼ直交することが好ましい。
【０１１１】
本実施の形態の液晶表示装置１００は、第１バックライトユニット１と第２バックライトユニット２とが積層された構成を有し、第１バックライトユニット１は、第２バックライトユニット２と液晶表示パネル１０との間に設けられている。第１バックライトユニット１は、第２バックライトユニット２から放射された広角配光分布の照明光１２を透過させる必要があるため、第１バックライトユニット１においては、戻り光ＲＬを液晶表示パネル１０の方向へ反射させる手段として、光反射シート８のように、光透過率が低く、反射率が高い光反射シートを使用することは好ましくない。第１バックライトユニット１は、この種の光反射シートを使用せず、光透過率の非常に高い上向きプリズムシート５Ｖを有するので、第２バックライトユニットを構成する光源６Ａ，６Ｂから放射される光量に対する、液晶表示装置１００の表示面１０ａから放射される広角配光分布を持つ光の光量の比率（これを、第２バックライトユニット２の光利用効率と定義する。）を低下させることなく、消費電力の増加を抑制することができる。
【０１１２】
光反射シート８は、第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２から伝播した戻り光を、液晶表示パネル１０の方向に反射させて照明光として再利用させるものである。ただし、光反射シート８の表面に入射する光は、第２バックライトユニット２の拡散反射構造７０で拡散された広角配光分布の光であり、また、光反射シート８の表面で液晶表示パネル１０の方向に反射された光は、光反射シート８の表面で反射する際もしくは拡散反射構造７０を透過する際に拡散される。よって、第１バックライトユニット１にその背面側から入射する光においては、狭角配光分布の照明光１１に変換されるために必要とされる角度を有する光の割合いが減少してしまう。これに対し、上述したように、上向きプリズムシート５Ｖは、下向きプリズムシート５Ｄへの入射光が微細光学素子５０で内面全反射されて狭角配光分布の照明光１１に変換されるために必要とされる配光分布を持つ光を出射することができる。したがって、上向きプリズムシート５Ｖは、導光板４から入射する戻り光ＲＬを、液晶表示パネル１０の表示面１０ａの法線方向を中心とする狭角配光分布を有する光に効率良く変換して、第１バックライトユニット１の光利用効率を向上させることができる。
【０１１３】
図２５及び図２６は、互いに異なる構造のバックライトユニットから放射された光の角度輝度分布（配光分布）を実験により測定した結果を示すグラフである。図２５及び図２６のグラフにおいて、横軸は放射光の放射角度を、縦軸は正規化された輝度をそれぞれ表している。図２５には、本実施の形態の第１バックライトユニット１の実施例（第１実施例）から液晶表示パネル１０の方向に放射された光の配光分布と、微細光学素子５１，…，５１の配列方向が下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向と平行になるように上向きプリズムシート５Ｖの配置を変更して第２実施例のバックライトユニットを構成した場合にこのバックライトユニットから液晶表示パネル１０の方向に放射された光の配光分布とが示されている。また、図２６には、本実施の形態の第１バックライトユニット１内の上向きプリズムシート５Ｖに代えて光反射シート８と同じ構造の光反射シートを配置して第１比較例のバックライトユニットを構成した場合にこのバックライトユニットから液晶表示パネル１０の方向に放射された光の配光分布と、本実施の形態の第１バックライトユニット１内の上向きプリズムシート５Ｖに代えて光吸収シートを配置して第２比較例のバックライトユニットを構成した場合にこのバックライトユニットから液晶表示パネル１０の方向に放射された光の配光分布とが示されている。図２５及び図２６のグラフの輝度は、第１実施例の放射光の配光分布の最大ピーク輝度が１となるように正規化されている。なお、本実験においては、第１実施例、第２実施例、第１比較例及び第２比較例のいずれの場合も、バックライトユニットを構成する光源３Ａ，３Ｂからは等しい光量の光が出力された。
【０１１４】
図２５から明らかなように、第１実施例の場合、第２実施例の場合と比べて、放射光の光量が多く、狭角配光分布の照明光を生成するための光利用効率が高いことが分かる。また、図２５に示されるように、第１実施例及び第２実施例の放射光の配光分布では、０度を中心とする３０度の角度範囲内（−１５度〜＋１５度の角度範囲内）に輝度が十分に局在している。これに対し、図２６に示されるように、第１比較例の放射光の配光分布は、−３０度未満の範囲と＋３０度を超える範囲とで約０．４以上の輝度を有しており、狭角配光分布となっていない。さらに、図２６から明らかなように、第２比較例の放射光の配光分布の最大ピーク輝度は約０．５に過ぎない。
【０１１５】
次に、第２バックライトユニット２の構成について説明する。図１５に示されるように、第２バックライトユニット２は、第１バックライトユニット１の光源３Ａ、３Ｂと同様に構成された光源６Ａ、６Ｂと、導光板４の背面４ａに略平行となり且つ当該背面４ａに対向するように配置された導光板７とを含む。導光板７は、ＰＭＭＡなどの透明光学材料で形成された板状部材であり、その背面７ａに拡散反射構造７０を有している。光源６Ａ、６Ｂは、導光板７のＹ軸方向の両端面（入射端面）７ｃ、７ｄに対向配置されている。第１バックライトユニット１の場合と同様に、光源６Ａ、６Ｂから発せられた光は、導光板７の入射端面７ｃ、７ｄから導光板７に入射する。その入射光は、導光板７の内部を全反射されながら伝播し、背面７ａの拡散反射構造７０により伝播光の一部が拡散反射されて照明光１２として導光板７の前面７ｂから放射される。拡散反射構造７０は、たとえば拡散反射材を背面７ａに塗布することにより構成することができる。拡散反射構造７０は伝播光を広い角度範囲に拡散するため、第２バックライトユニット２から放射される照明光１２は、広角配光分布を有する照明光として液晶表示パネル１０に向かって放射される。
【０１１６】
上記構成を有する液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１０の背面１０ｂへの照明光の配光分布を、狭角配光分布または広角配光分布にすることができるだけでなく、狭角配光分布と広角配光分布間の中間の配光分布にすることができる。図２７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、照明光の３種類の配光分布を概略的に例示する図である。第１バックライトユニット１の光源３Ａ，３Ｂが点灯され、第２バックライトユニット２の光源６Ａ，６Ｂが点灯されないとき、液晶表示パネル１０の背面１０ｂは、図２７（ａ）に示すような狭角配光分布Ｄ３を持つ照明光で照明される。そのため、観察者は、液晶表示装置１００の正面方向から明るい画像を視認できるが、斜め方向から表示面１０ａを観察した場合には暗い画像を視認することとなる。このとき、液晶表示装置１００は、観察方向以外の不要な方向に光を放射しないため、光源３Ａ、３Ｂの発光量を少なく抑えることができ、消費電力を低減することができる。
【０１１７】
一方、第２バックライトユニット２の光源６Ａ，６Ｂが点灯され、第１バックライトユニット１の光源３Ａ，３Ｂが点灯されないとき、液晶表示パネル１０の背面は、図２７（ｂ）に示すような広角配光分布Ｄ４を持つ照明光１２で照明される。そのため、観察者は、広い角度方向から明るい画像を視認することができ、全ての角度方向に対して十分な明るさを確保すためには、光源６Ａ、６Ｂには大きな発光量が必要となり、消費電力も増加する。
【０１１８】
そこで、実施の形態６の液晶表示装置１００では、制御部１０１が、観察方向に応じて、第１バックライトユニット１の光源３Ａ、３Ｂの発光量と第２バックライトユニット２の光源６Ａ、６Ｂの発光量とを制御する。たとえば、図２７（ｃ）に示すように、制御部１０１は、第１バックライトユニット１の照明光１２及び第２バックライトユニット２の照明光１１を発生させて、照明光１２の配光分布Ｄ３ａと照明光１１の配光分布Ｄ４ａとを重ね合わせることにより、中間状態の配光分布Ｄ５を形成する。この結果、観察方向に応じた最適な配光分布Ｄ５が得られる。これにより、観察方向に応じた視野角が得られ、不要な方向に放射される光を最小限に抑えることができる。よって、広い観察方向から明るい画像が視認できるように広角配光分布Ｄ４の照明光を放射する場合（図２７（ｂ））と比較して、光源３Ａ、３Ｂ，６Ａ、６Ｂの全体の発光量を低減できるため、大きな消費電力削減効果を得ることができる。
【０１１９】
図２８（ａ），（ｂ），（ｃ）は、３種類の視野角制御の一例を模式的に示す図である。図２８（ａ）〜（ｃ）の例では、視野角制御は、観察者の位置との関係に基づいて行われる。図２８（ａ）に示すように、観察者が液晶表示パネル１０に対して正面方向に位置する場合には、制御部１０１は、第１バックライトユニット１の発光量を第２バックライトユニット２の発光量に対して相対的に大きく設定することにより、第１バックライトユニット１による配光分布Ｄ３ａａと第２バックライトユニット２による配光分布Ｄ４ａａとを重ね合わせて狭角配光分布Ｄ５ａａを生成する（狭視野角表示モード）。これに対し、図２８（ｂ）に示すように、観察者の位置が左右に広がると、その広がりに応じて、制御部１０１は、第１バックライトユニット１の発光量に対する第２バックライトユニット２の発光量の割合を大きく設定することにより、第１バックライトユニット１による配光分布Ｄ３ａｂと第２バックライトユニット２による配光分布Ｄ４ａｂとを重ね合わせて広 角配光分布Ｄ５ａｂを生成することができる（第１の広視野角表示モード）。図２８（ｃ）に示すように、観察者の位置がさらに左右に広がると、その広がりに応じて、制御部１０１は、第１バックライトユニット１の発光量に対する第２バックライトユニット２の発光量の割合をさらに大きく設定することにより、第１バックライトユニット１による配光分布Ｄ３ａｃと第２バックライトユニット２による配光分布Ｄ４ａｃとを重ね合わせて広角配光分布Ｄ５ａｃを生成することができる（第２の広視野角表示モード）。このように、制御部１０１は、観察者の位置が左右に広がるにつれて、その広がりに応じて、第１バックライトユニット１の発光量に対する第２バックライトユニット２の発光量の割合を大きく設定するので、きめ細かな視野角制御を行うことができる。また、より高い消費電力低減効果が得られる。
【０１２０】
液晶表示装置１００の表示面１０ａが明る過ぎると観察者がまぶしく感じるなどの理由から、必要以上の明るさは不要である。そのため、図２７（ａ）〜（ｃ）及び図２８（ａ）〜（ｃ）に示すように、制御部１０１は、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂの発光量を制御して液晶表示パネル１０の背面１０ｂへの照明光の配光分布を調整する際に、液晶表示パネル１０の正面方向の明るさ（輝度）が常に一定の値Ｌを保つように制御することができる。
【０１２１】
第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２においては、光源３Ａ，３，６Ａ，６Ｂは同一の発光方式の光源であることが望ましい。その理由は、第１バックライトユニット１の発光量と第２バックライトユニット２の発光量との割合を変えて視野角を変更したとき、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂの発光特性（発光スペクトルなど）の差が発光色変化などを引き起こす可能性を回避することができるからである。第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２で同一の発光方式の光源が用いられることで、このような可能性を回避し、視野角変更時に良好な画質を維持することができる。同一の発光方式の光源としては、たとえば、同一構造の発光体、発光波長域などの発光特性が同一の発光体、異なる発光特性を持つ複数の発光体の組み合わせが同一の発光体モジュール、あるいは、同一の駆動方式で駆動される発光体が挙げられる。
【０１２２】
上記のような視野角可変機能を有する液晶表示装置においても、前述の通り、視点の変化に伴い周辺輝度の低下が生じる。そこで、液晶表示装置１００では、バックライトユニット１と液晶表示パネル１０との間に、実施の形態１の配光制御部材８３を配置している。これにより、視野角可変機能を有する液晶表示装置において、視野角を狭くした場合であっても、視距離の変化に伴う周辺輝度の劣化を低減できる。
【０１２３】
なお、図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示したように微細光学素子４０は、凸球面形状を有するが、これに限定されるものではない。下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０で内面全反射を生じさせて狭角配光分布の照明光１１を生成させる放射光１１ａを発する構造を有するのであれば、微細光学素子４０に代わる構造を採用してもよい。
【０１２４】
以上に説明したように実施の形態６の液晶表示装置１００は、複雑かつ高価な能動光学素子を使用せずに、第１バックライトユニット１の発光量と第２バックライトユニット２の発光量との割合を調整することで視野角制御を行うことができる。よって、液晶表示装置１００は、表示面１０ａから不要な方向に放射される光量を最小限に抑えるので、消費電力の低減に有効な視野角制御機能を実現することができる。また、実施の形態６の液晶表示装置１００は、簡易かつ安価な構成からなり、小型から大型までその画面サイズによらず有効な構成である。また、液晶表示装置１００は、第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２の発光量や発光方向を正確且つ容易に制御できるので、表示画像の色変化などを発生させることなく、きめ細かく最適な視野角に変更することができる。
【０１２５】
また、第１バックライトユニット１の導光板４と下向きプリズムシート５Ｄとにより、能動光学素子を使用せずに狭角配光分布を持つ照明光１１を生成できる。上述の通り、下向きプリズムシート５Ｄの背面５ａに形成された微細光学素子５０は、導光板４の前面４ｂから入射した放射光１１ａを傾斜面５０ａ，５０ｂで内面全反射させることにより、狭角配光分布を持つ照明光１１を生成することができる。
【０１２６】
また、第１バックライトユニット１は、上向きプリズムシート５Ｖを有するので、本実施の形態のようなバックライト積層型の液晶表示装置１００においても、第２バックライトユニット２からの放射光を損失することなく、第１バックライトユニット１の光利用効率を向上させることができる。上述の通り、第１バックライトユニット１の導光板４からその背面方向に放射される戻り光ＲＬは、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１で屈折された後に背面５ｅで液晶表示パネル１０の方向に全反射されるので、第１バックライトユニット１の照明光１１となることができる。
【０１２７】
さらに、第２バックライトユニット２から放射された照明光１２は、背面側に突出する微細光学素子５０の傾斜面５０ａ，５０ｂによりその配光分布が狭帯化されることなく、液晶表示パネル１０の背面を照明することができる。狭視野角を実現する構成として、広角配光分布を持つ照明光を放射する面状光源と、この照明光を集光して狭角配光分布の照明光に変換する光学構造（たとえば、その面状光源と対向しない側の面を出光面とする光学構造）との組み合わせを採用することができるが、この構成では、面状光源の出射光が 狭角配光分布の光に変換されてしまうので、第２バックライトユニット２から放射された広角配光分布の照明光までも配光分布が狭角化されてしまう。このため、図２７（ａ）〜（ｃ）に示したように狭角配光分布の照明光と広角配光分布の照明光とを重ね合わせて所望の配光分布を得るということができない。本実施の形態の微細光学素子５０は、第２バックライトユニット２からの照明光１２を集光せず、その広角配光分布を狭帯化しない。このため、本実施の形態の構成は、２層以上の複数層のバックライトユニットを積層して構成される液晶表示装置に適用された場合でも、きめ細かな視野角制御を行うことができる。
【０１２８】
本実施の形態では、図１５に示したように、導光板４の側方に光源３Ａ，３Ｂが設けられ、導光板７の側方に光源６Ａ，６Ｂが設けられているので、２層以上の複数層のバックライトユニットを積層して液晶表示装置を構成する場合であっても、Ｚ軸方向の厚みが小さい薄型構成を実現できる。よって、視野角制御機能を有する薄型液晶表示装置を実現することができる。
【０１２９】
また、実施の形態６では、制御部１０１は、表示面１０ａの正面方向の輝度を所定の指示値Ｌに保ちながら、複数の第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２の発光量を個別に制御するので、必要以上の明るさをもたらすことなく、観察方向に応じた最適な照明光の配光分布を得ることができる。さらに、不要な方向に放射される光を最小限に抑えて、消費電力を大幅に低減することができる。
【０１３０】
なお、液晶表示パネル１０の背面への照明光の配光分布を制御するためには、光源３Ａ，３Ｂ、６Ａ、６Ｂの発光量を自在に制御可能であることが好ましい。かかる観点から、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂは、レーザ光源あるいは発光ダイオードのように発光量の制御が容易な固体光源を使用することが望ましい。これにより、より最適な視野角制御を行うことができる。
【０１３１】
また、第１バックライトユニット１から放射される照明光１１が狭角配光分布を有するためには、上述した通り、導光板４から放射される照明光１１ａが、画面法線方向（Ｚ軸方向）から大きく傾いた角度範囲に局在する配光分布を有している必要がある。導光板４内を伝播する光の指向性が高い方が、導光板４から放射される光の射出角度の制御が容易であり、かつ配光分布の狭帯化（特定の角度範囲に所定強度以上の光が局在すること）が可能となるため好ましい。そのため、光源３Ａ、３Ｂとして指向性の高いレーザ光源を使用することが好ましい。これにより、きめ細かく最適な視野角制御を実現できるとともに、より大きな消費電力低減効果が得られる。
【０１３２】
本実施の形態では、第１バックライトユニット１は、導光板４のＹ軸方向の両端面を光入射面とし、これら両端面と対向する光源３ａ，３ｂを有するが、この構成に限定されるものではない。第１バックライトユニット１は、導光板４の両端面のうち一方の端面のみを光入射面とし、この端面に対向する光源のみを有するように構成されてもよい。この場合は、導光板４の背面４ａに設けられる微細光学素子４０の配置間隔や仕様を適宜変更することにより、導光板４から放射される光の面内輝度分布を均一化することが好ましい。同様に、第２バックライトユニット２も、導光板７の両端面のうち一方の端面のみを光入射面とし、この端面に対向する光源のみを有するように構成されてよい。
【０１３３】
本実施の形態では、配光制御部材８３として実施の形態１の配光制御部材を用いたが、この構成に限定されるものではない。実施の形態２ないし５の配光制御部材、またはこれらの変形例のいずれも適用することも可能である。
【０１３４】
実施の形態７．
図２９は、本発明に係る実施の形態７の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）２００の構成を模式的に示す図である。液晶表示装置２００は、視野角可変機能を有する液晶表示装置に、実施の形態１の配光制御部材８３を適用したものである。図３０は、図２９の液晶表示装置２００の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。図２９及び図３０の液晶表示装置２００の構成要素のうち、図１５の構成要素と同一符号を付された構成要素は同一機能を有するものとして、その詳細な説明を省略する。
【０１３５】
図２９及び図３０に示されるように、液晶表示装置２００は、透過型の液晶表示パネル１０、光学シート９、第１バックライトユニット１６及び第２バックライトユニット１７、配光制御部材８３を備えており、これら構成要素１０，９，１６，１７，８３は、Ｚ軸に沿って配列されている。以下、配光制御部材８３を除く液晶表示装置について説明する。液晶表示パネル１０は、実施の形態６と同様に、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸ−Ｙ平面と平行な表示面１０ａを有する。なお、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。液晶表示装置２００は、さらに、液晶表示パネル１０を駆動するパネル駆動部２０２と、第１バックライトユニット１６に含まれる光源３Ｃを駆動する光源駆動部２０３Ａと、第２バックライトユニット１７に含まれる光源１９，…，１９を駆動する光源駆動部２０３Ｂとを有している。パネル駆動部２０２と光源駆動部２０３Ａ，２０３Ｂの動作は、制御部２０１によって制御される。
【０１３６】
制御部２０１は、信号源（図示せず）から供給された映像信号（図示せず）に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号をパネル駆動部２０２及び光源駆動部２０３Ａ，２０３Ｂに供給する。光源駆動部２０３Ａ，２０３Ｂは、制御部２０１からの制御信号に応じてそれぞれ光源３Ｃと光源１９を駆動して光源３Ｃと光源１９とから光を出射させる。
【０１３７】
第１バックライトユニット１６は、光源３Ｃの出射光を狭角配光分布（液晶表示パネル１０の表示面１０ａの法線方向すなわちＺ軸方向を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１３に変換して液晶表示パネル１０の背面に向けて放射する。この照明光１３は、光学シート９を介して液晶表示パネル１０の背面に照射される。一方、第２バックライトユニット１７は、光源１９，…，１９の出射光を広角配光分布（Ｚ軸方向を中心とした比較的広い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１４に変換して第１バックライトユニット１６に向けて放射する。照明光１４は、第１バックライトユニット１６を透過し、光学シート９を介して液晶表示パネル１０の背面に照射される。
【０１３８】
図２９及び図３０に示されるように、第１バックライトユニット１６は、光源３Ｃと、液晶表示パネル１０の表示面１０ａに対して平行に配置された導光板４Ｒと、下向きプリズムシート５Ｄと、上向きプリズムシート５Ｖとを含む。第１バックライトユニット１６の構成は、実施の形態６の第１バックライトユニット１の導光板４を導光板４Ｒに置き換えることで得られるものである。導光板４Ｒはアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学材料で形成された板状部材で構成されている。導光板４Ｒの背面４ｅ（液晶表示パネル１０とは反対側の面）は、微細光学素子４０Ｒ，…，４０Ｒが表示面１０ａと平行な面に沿って配列された構造を有する。各微細光学素子４０Ｒの形状は球面形状の一部をなし、その表面は一定の曲率を有している。
【０１３９】
光源３Ｃは、導光板４ＲのＹ軸方向の一端面（入射端面）４ｇに対向配置されており、たとえば、複数の発光ダイオード素子をＸ軸方向に配列することで構成される。光源３Ｃから発せられた光は、導光板４Ｒの入射端面４ｇから導光板４Ｒに入射し、導光板４Ｒの内部を全反射されながら伝播する。その際、導光板４Ｒの背面４ｅの微細光学素子４０Ｒにより伝播光の一部が反射され、照明光１３ａとして導光板４Ｒの前面４ｆから放射される。微細光学素子４０Ｒは、導光板４Ｒの内部を伝播する光を、Ｚ軸方向から所定角度だけ傾いた方向を中心とする配光分布の光に変換して前面４ｆより放射する。この導光板４Ｒから放射された光１３ａは、下向きプリズムシート５Ｄに入射した後、図２９及び図３０の微細光学素子５０で内面全反射された後、前面（出光面）５ｂより照明光１３として放射される。
【０１４０】
微細光学素子４０Ｒの形状は、上記実施の形態６の微細光学素子４０の形状と同じにすることができる。これら微細光学素子４０Ｒ，…，４０Ｒを有する導光板４Ｒの材質も、実施の形態６の導光板４の材質と同じにすることが可能である。よって、微細光学素子４０Ｒの実施例としては、たとえば、その表面の曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さが約０．００５ｍｍ、屈折率が約１．４９の微細光学素子を採用できる。
【０１４１】
微細光学素子４０Ｒ，４０Ｒの中心間隔は、光源３Ｃの出射光が入射する入射端面４ｇからの距離が大きくなるほど小さく、入射端面４ｇからの距離が小さくなるほど大きくなるように設定される。前述の通り、光源３Ｃの出射光は、導光板４Ｒの側方の入射端面４ｇから導光板４Ｒの内部に入射する。その入射光は、導光板４Ｒの内部を伝播しつつ、導光板４Ｒの微細光学素子４０Ｒと空気層との屈折率差により全反射されて導光板４Ｒの前面４ｆから液晶表示パネル１０の方向に放射される。ここで、微細光学素子４０Ｒは、光源３Ｃに近い入射端面４ｇに近いほど疎となり（すなわち、微細光学素子４０Ｒの単位面積当たりの数すなわち密度が入射端面４ｇに近いほど少なくなり）、光源３Ｃから離れるほど密となる（すなわち、微細光学素子４０Ｒの密度が入射端面４ｇから離れるほど多くなる）ように形成されている。その理由は、放射光１３ａの面内輝度分布を均一化するためである。入射端面４ｇに近いほど光強度が大きいので、微細光学素子４０Ｒの密度を低くして伝播光が微細光学素子４０Ｒで内面全反射する割合を少なくし、入射端面４ｇから離れるほど光の強度が弱くなるので、微細光学素子４０Ｒの密度を高くして伝播光が微細光学素子４０Ｒで内面全反射する割合を多くすることができる。これにより、放射光１３ａの面内輝度分布を均一化することが可能となる。
【０１４２】
上記実施の形態６の場合と同様に、導光板４Ｒの背面４ｅにおいて全反射条件を満たさずに放射される光や、下向きプリズムシート５Ｄから液晶表示パネル１０側とは反対側に放射される光が上向きプリズムシート５Ｖの前面５ｃに入射する。上向きプリズムシート５Ｖは、導光板４Ｒから微細光学素子５１，…，５１の内部に入射した光（戻り光）を背面５ｅで内面全反射させることにより、戻り光の進行方向を液晶表示パネル１０の方向に変更することができる。このように背面５ｅで内面全反射された光は、液晶表示パネル１０の方向へ放射され、導光板４Ｒを透過することにより、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０で内面全反射されて狭角配光分布の照明光１３に変換されるために必要とされる配光分布を持つ光に変換される。これにより、第１バックライトユニット１６を構成する光源３Ｃから放射される光量に対する、第１バックライトユニット１６から放射される狭角配光分布を持つ照明光１３の光量（これを、第１バックライトユニット１６の光利用効率と定義する。）を向上させることができる。したがって、表示面１０ａにおける所定輝度を確保するために必要な光源光量を従来と比べて低減させることができ、液晶表示装置２００の消費電力を抑制することができる。
【０１４３】
次に、第２バックライトユニット１７の構成について説明する。図２９及び図３０に示されるように、第２バックライトユニット１７は、筐体２１と、この筐体２１内に配置された発光ダイオードなどの光源１９，…，１９とを含む。これら光源１９，…，１９は、液晶表示パネル１０の直下に位置するようにＸ−Ｙ平面に沿って規則的に配列されている。筐体２１のＹ軸方向の側壁内面と底板部内面はともに拡散反射面である。筐体２１の前面（液晶表示パネル１０側の面）には、光源１９，…，１９から発せられた光を拡散透過する拡散透過板２２が設けられている。この拡散透過板２２は、照明光１４の面内均一性を確保するために拡散度の高い材料からなる。このように第２バックライトユニット１７は、光源直下型バックライトとして構成されている。
【０１４４】
上記第２バックライトユニット１７は、広角配光分布の照明光１４を放射するとともに大きな発光量が求められるバックライトユニットとして効果的である。たとえば、液晶表示装置２００を大画面化した場合でも、光源直下型の第２バックライトユニット１７を使用することで十分な明るさを確保することができる。
【０１４５】
光源直下型の第２バックライトユニット１７を用いる場合、光源１９，…，１９として、発光面積が小さく指向性の高いレーザ光源を用いると、照明光１４の配光分布を均一化するための複雑な構造が必要となる。そこで、実施の形態７では、第２バックライトユニット１７の光源として、レーザ光源と同様な高い発光制御性を有し、面発光であるために照明光１４の配光分布の均一化が容易な発光ダイオードを用いることが望ましい。これにより、第２バックライトユニット１７の構造が簡単となり、さらなるコスト低減を実現することができる。
【０１４６】
また、第１バックライトユニット１６の光源３Ｃと、第２バックライトユニット１７の光源１９，…，１９とは、同一の発光方式の光源であることが望ましい。その理由は、第１バックライトユニット１６の発光量と第２バックライトユニット１７の発光量との割合を変えて視野角を変更したとき、光源３Ｃ，１９の発光特性（発光スペクトルなど）の差が発光色変化などを引き起こす可能性を回避することができるからである。
【０１４７】
上記のような視野角可変機能を有する液晶表示装置においても、前述の通り、視点の変化に伴い周辺輝度の低下が生じる。そこで、液晶表示装置１００では、バックライトユニット１と液晶表示パネル１０との間に、実施の形態１の配光制御部材８３を配置している。これにより、視野角可変機能を有する液晶表示装置において、視野角を狭くした場合であっても、視距離の変化に伴う周辺輝度の劣化を低減できる。
【０１４８】
以上に説明したように実施の形態７の液晶表示装置２００は、実施の形態６の液晶表示装置１００と同様に、複雑かつ高価な能動光学素子を使用せずに、第１バックライトユニット１６の発光量と第２バックライトユニット１７の発光量との割合を調整することで視野角制御を行うことができる。液晶表示装置２００は、表示面１０ａから不要な方向に放射される光量を最小限に抑えるので、これにより消費電力の低減に有効な視野角制御機能を実現することができる。また、液晶表示装置２００は簡易かつ安価な構成からなり、小型から大型までそのサイズによらず有効な構成である。
【０１４９】
また、実施の形態６の液晶表示装置１００と同様に、第１バックライトユニット１６が上向きプリズムシート５Ｖを有することにより、第１バックライトユニット１６において導光板４Ｒからその背面方向に放射される戻り光は、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学構造５１の存在によりその背面５ｅにおいて内面全反射され、狭角配光分布を持つ照明光１３となる。このため、戻り光を第１バックライトユニット１６の放射光として利用することができる。したがって、本実施の形態７のようなバックライト積層型の液晶表示装置においても、第２バックライトユニット１７からの放射光１４を損失することなく、第１バックライトユニット１６の光利用効率を向上させることができる。
【０１５０】
さらに、液晶表示装置２００では、広角配光分布の照明光１４を放射する第２バックライトユニット１７が光源直下型のバックライトとして構成されているので、視野角制御機能を有する液晶表示装置２００の大画面化と低消費電力化とを低コストで実現することができる。
【０１５１】
なお、本実施の形態では、配光制御部材８３として実施の形態１の配光制御部材を用いたが、この構成に限定されるものではない。実施の形態２ないし５の配光制御部材、またはこれらの変形例のいずれも適用することも可能である。
【０１５２】
実施の形態６，７の変形例．
以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示したように微細光学素子５０の形状は、三角プリズム形状であるが、これに限定されるものではない。上述したように、微細光学素子５０の形状は、導光板４との組み合わせにより決定されるものである。導光板４の前面４ｂから放射され下向きプリズムシート５Ｄに入射する光の主光線が、微細光学素子５０で内面全反射して狭角配光分布の照明光１１に変換されるのであれば、三角プリズム形状の以外の形状を適用することができる。
【０１５３】
また、たとえば、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示したように、上向きプリズムシート５Ｖは凸の三角プリズム形状からなる微細光学素子５１を有するが、これに限定されるものではない。下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０が傾斜部を有する平面（図中ＹＺ平面）において構造を持たず、それと直交する平面（図中ＺＸ平面）において構造を持つ他の微細光学素子を有する光学シートあるいは板状の部材でもよい。但し、第２バックライトユニットから放射される光はこの光学シートあるいは板状部材を透過するため図中ＺＸ平面において光学的に影響を受けることを考慮して構造を設ける必要がある。本実施の形態４，５の上向きプリズムシート５Ｖは、視野角を制御する方向に垂直な方向において、第２バックライトユニット２の光を集光する構造を有する。これにより広視野角が不要な方向の配光分布を狭め、輝度向上あるいは消費電力低減効果を得ることが可能となる。
【０１５４】
また、上記実施の形態６，７の液晶表示装置１００，２００は上向きプリズムシート５Ｖを有するが、上向きプリズムシート５Ｖを有していない形態もあり得る。さらに、上記したように実施の形態６，７の第１バックライトユニット１，１６は、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１，…，５１の配列方向が下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向とほぼ直交するという好適な構成を有するが、本発明はこれに限定されるものではない。微細光学素子５１，…，５１の配列方向と微細光学素子５０，…，５０の配列方向とのなす角度が９０度からある程度ずれている場合でも、上向きプリズムシート５Ｖを有していない形態と比べると、第１バックライトユニット１，１６の光利用効率を向上させることができる。
【０１５５】
上記のように、本実施の形態６，７による液晶表示装置１００、２００は、サイズによらずきめ細やかな視野角制御が可能である。これにより、観察者の人数、観察位置により最適な視野角を選択することができ、無駄のない照明により消費電力低減効果が得られる。さらに、この機能を利用し、通常時には広視野角表示で観察者やその周囲からの視認性を良くし、一方で狭視野角表示に切り換えることにより周囲から表示部を見ることができないようなプライベートモードを作り出す用途として採用することも可能である。
【０１５６】
実施の形態８．
図３１は、実施の形態８の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す断面図であって、図３１（ａ）は配光制御部材の中央部１１０を、図３１（ｂ）は配光制御部材８３の中間部を、図３１（ｃ）は配光制御部材の周辺部を示している。実施の形態８の配光制御部材８３は、実施の形態１の図５に示す凹面１０９を凸面２０９に置き換えたものである。なお、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【０１５７】
図３１（ａ）の中央部１１０Ａの出射面８３ｂは平面形状であるのに対して、図３１（ｂ）の中間部１１０Ｂおよび図３１（ｃ）の周辺部１１０Ｃの出射面８３ｂには、凸面２０９が形成されている。凸面２０９の曲率半径は、図３１（ｂ）の中間部１１０Ｂよりも図３１（ｃ）の周辺部１１０Ｃの方が小さくなっている。なお、ここでは、中心部１１０Ａ、中間部１１０Ｂ、周辺部１１０Ｃの３つの領域の場合のみを示しているが、それ以外の領域を含め、凸面２０９の曲率半径は、周辺部１１０Ｃに位置するものほど小さくなるように形成されている。
【０１５８】
中央部１１０Ａでは、配光制御部材８３の出射面８３ｂの形状は平面であるため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布を変化させずに配光制御部材８３から出射される。中間部１１０Ｂでは、出射面８３ｂにはある曲率半径を有する凸面２０９が設けられているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、凸面２０９により一旦集光された後再び発散するので、その配光分布が広げられて配光制御部材８３から出射される。さらに、周辺部１１０Ｃでは、より曲率半径の小さい凸面２０９が設けられているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布がより広げられて配光制御部材８３から出射される。
【０１５９】
その結果、光学部材１０７から出射された狭角配光分布を持つ光は、液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々に広くなるように変換され、配光制御部材８３から出射される。つまり、液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々にＺ軸から傾いた角度の出射成分が多くなる。これにより、実施の形態１と同様に、無限遠から近距離まで、いずれの視点から観察した場合であっても周辺部の輝度低下を軽減できる。
【０１６０】
実施の形態８の液晶表示装置によれば、光学部材１０７から放射された狭角配光分布を持つ光を受け、液晶表示パネル１０６の方向に出射する配光制御部材８３を備え、配光制御部材８３に複数の凸面２０９を設け、複数の凸面２０９の曲率半径を配光制御部材８３の周辺部１１０Ｃ側に位置するものほど小さく形成するようにしたので、狭角配光分布を持つ光が液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々に広くなるように変換され、無限遠から近距離まで、いずれの視点から観察した場合であっても周辺部の輝度低下を軽減できる。
【０１６１】
なお、配光制御部材８３に凹面を設ける場合、当該凹面を成形で製造するためには金型を凸面に加工する必要があり、配光制御部材８３に凸面を設ける場合、当該凸面を成形で製造するためには金型を凹面に加工する必要がある。金型は凹面に加工するよりも凸面に加工する方がその加工が困難であるので、実施の形態８では、凹面を設ける場合よりも容易に配光制御部材８３を製造することができる。なお、樹脂の表面張力を利用したインクジェット法等を用いれば、より容易に凸面を設けることができる。
【０１６２】
実施の形態９．
図３２は、実施の形態９の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す断面図であって、図３２（ａ）は配光制御部材の中央部を、図３２（ｂ）は配光制御部材の中間部を、図３２（ｃ）は配光制御部材の周辺部を示している。
【０１６３】
実施の形態９の液晶表示装置は、図３２に示すように、配光制御部材８３に複数の凸面２０９が設けられている点は実施の形態８と同様であるが、実施の形態８では配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の法線方向と平行であるのに対して、実施の形態９では配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネルの表示面中央部を通る法線を向くように、凸面２０９が表示面の法線方向に対して傾斜している点が異なる。これ以外の構成は実施の形態８と同様であるのでその説明を省略する。
【０１６４】
図３２（ａ）の中央部１１０Ａの出射面８３ｂは平面形状であるのに対して、図３２（ｂ）の中間部１１０Ｂおよび図３２（ｃ）の周辺部１１０Ｃの出射面８３ｂには、凸面２０９が形成されている。中間部１１０Ｂにおける凸面２０９は、曲率半径ｒ３を有しており、表示面１０６ｂの法線方向であるＺ軸に対してω９だけ配光制御部材の周辺部の方向に傾いている。すなわち、凸面２０９の中点とその曲率中心Ｏ５を結ぶ直線は、Ｚ軸と角度ω９をなしている。また、周辺部１１０Ｃにおける凸面２０９は、曲率半径ｒ４を有しており、Ｚ軸に対してω１０だけ配光制御部材の周辺部の方向に傾いている。すなわち、凸面２０９の中点とその曲率中心Ｏ６と結ぶ直線は、Ｚ軸と角度ω１０をなしている。そして、曲率半径ｒ４はｒ３よりも小さく、凸面２０９の傾斜確度ω１０はω９よりも大きい。ここでは、中央部１１０Ａ、中間部１１０Ｂ、周辺部１１０Ｃの３つの領域の場合のみを示したが、凸面２０９は、周辺部１１０Ｃに位置するものほどその曲率半径は次第に小さくなり、凸面２０９の傾斜確度は、周辺部１１０Ｃに位置するものほど大きい。
【０１６５】
中央部１１０Ａでは、配光制御部材８３の出射面８３ｂの形状は平面であるため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布を変化させずに配光制御部材８３から出射される。中間部１１０Ｂでは、出射面８３ｂには曲率半径ｒ３の凸面２０９が設けられ、この凸面２０９はＺ軸に対して配光制御部材８３の周辺部の方向にω９だけ傾いているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その分布がＹ軸方向に広げられるとともに、そのピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように傾き、全体として中央部の方向に傾く。
【０１６６】
周辺部１１０Ｃでは、上記の曲率半径ｒ３よりも小さな曲率半径ｒ４を有する凸面２０９が設けられ、この凸面２０９はＺ軸に対して配光制御部材の周辺部の方向にω９よりも大きなω１０だけ傾いているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その分布が上記の中間部１１０Ｂよりも大きくＹ軸方向に広げられるとともに、そのピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように、上記の中間部１１０Ｂよりも大きく傾く。
【０１６７】
その結果、配光制御部材８３から出射される光は、光学部材１０７から出射された狭角配光分布を持つ光が、液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々に広くなるとともに、そのピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を向くように傾き、配光制御部材８３の周辺部１１０Ｃから出射される光ほど、液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線の方向に放射される光の成分が多くなる。
【０１６８】
これにより、実施の形態３と同様に、配光制御部材８３を用いて光学部材１０７から放射された狭角配光分布を持つ光の配光分布が広くなるように変換するとともに、その光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように変換することにより、無限遠から近距離まで、いずれの視点から観察した場合であっても周辺部の輝度低下を軽減できる。
【０１６９】
実施の形態９のバックライトによれば、配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように、凸面２０９を表示面１０６ｂの法線方向に対して傾斜させるようにしているので、実施の形態８の効果に加えて、さらに周辺部での輝度低下を軽減できる。
【０１７０】
実施の形態１０．
図３３は、実施の形態１０の液晶表示装置における配光制御部材の一部を拡大して示す断面図であって、図３３（ａ）は配光制御部材の中央部を、図３３（ｂ）は配光制御部材の中間部を、図３３（ｃ）は配光制御部材の周辺部を示している。実施の形態９においては、配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように、凸面２０９を表示面１０６ｂの法線に対して傾斜させたものを示したが、出射面８３ｂに凸面２０９を設けるとともに、入射面８３ａに凸面２０９に対向する傾斜面２１６を設けるようにしてもよい。このようにしても、配光制御部材８３から出射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を向くようにすることができる。なお、配光制御部材８３の形状以外は実施の形態９と同様であるのでその説明を省略する。
【０１７１】
図３３(ａ)の中央部１１０Ａの入射面８３ａおよび出射面８３ｂは平面形状であるのに対して、図３３（ｂ）の中間部１１０Ｂおよび図１１（ｃ）の周辺部１１０Cでは、出射面８３ｂに凸面２０９が形成されているとともに、入射面８３ａに凸面２０９に対向する傾斜面２１６が形成されている。中間部１１０Ｂにおける出射面８３ｂには、曲率半径ｒ３を有する凸面２０９が形成されており、この凸面２０９の中点とその曲率中心Ｏ７を結ぶ直線は、Ｚ軸と平行である。そして、入射面８３ａにはこの凸面２０９に対向する傾斜面２１６が設けられており、この傾斜面２１６は、液晶表示パネル１０６の平行方向であるＸ軸およびＹ軸に対して、配光制御部材８３の周辺部の方向に向かってω１１だけ傾いている。
【０１７２】
また、周辺部１１０Ｃにおける出射面８３ｂには、曲率半径ｒ４を有する凸面２０９が形成されており、この凸面２０９の中点とその曲率中心Ｏ８を結ぶ直線は、Ｚ軸と平行である。そして、入射面８３ａにはこの凸面２０９に対向する傾斜面２１６が設けられており、この傾斜面２１６は、液晶表示パネル１０６の平行方向であるＸ軸およびＹ軸に対して、配光制御部材８３の周辺部の方向に向かってω１２だけ傾いている。なお、曲率半径ｒ４はｒ３よりも小さく、傾斜角度ω１２はω１１より大きい。また、ここでは、中央部、中間部、周辺部の３つの領域の場合のみを示したが、それ以外の領域を含め、凸面２０９の曲率半径は、周辺部１１０Ｃに位置するものほど小さくなるように形成されており、傾斜面２１６の傾きは周辺部１１０Ｃに位置するものほど大きくなるように形成されている。
【０１７３】
中央部１１０Ａでは、配光制御部材８３の入射面８３ａおよび出射面８３ｂはそれぞれ平面形状であるため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、その配光分布を変化させずに配光制御部材８３から出射される。中間部１１０Ｂでは、出射面８３ｂに曲率半径ｒ３の凸面２０９が設けられ、入射面８３ａにＸ軸およびＹ軸に対してω１１だけ傾いた傾斜面２１６が形成されているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、入射面８３ａの傾斜面２１６によりそのピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線に向き、出射面８３ｂの凸面２０９によりその分布がＹ軸方向に広げられる。
【０１７４】
周辺部１１０Ｃでは、出射面８３ｂに上記の曲率半径ｒ３より小さな曲率半径ｒ４の凸面２０９が設けられ、入射面８３ａに上記の傾斜角度ω１１より大きなω１２だけＸ軸およびＹ軸に対して傾いた傾斜面２１６が形成されているため、下向きプリズムシート８２から放射された狭角配光分布を持つ光は、入射面８３ａの傾斜面２１６により中間部１１０Ｂよりも大きく傾き、出射面８３ｂの凸面２０９により中間部１１０Ｂよりも大きくＹ軸方向に広げられる。その結果、光学部材１０７から出射された狭角配光分布を持つ光は、液晶表示パネル１０６の中央部から周辺部に向かうにしたがって徐々に広くなるように変換されるとともに、その光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１０６の表示面１０６ｂ中央部を通る法線を向くように変換され、配光制御部材８３から出射される。これにより、無限遠から近距離まで、いずれの視点から観察した場合であっても周辺部の輝度低下を軽減できる。
【０１７５】
実施の形態１０のバックライトによれば、配光制御部材８３の出射面８３ｂに複数の凸面２０９を設けるとともに、入射面８３ａに、複数の凸面２０９に対向する複数の傾斜面２１６を設け、この傾斜面２１６を、配光制御部材８３から放射される光のピーク成分の方向が液晶表示パネル１１６の表示面１１６ｂ中央部を通る法線を向くように形成したので、実施の形態９と同様の効果を得ることできる。
【０１７６】
なお、ここでは、入射面８３ａに複数の傾斜面２１６を設け、出射面８３ｂに複数の凸面２０９を設ける構成を示したが、入射面８３ａに複数の凸面２０９を設け、出射面８３ｂに複数の傾斜面２１６を設けるようにしても同様の効果を得ることができる。
【０１７７】
また、上記各実施の形態およびその変形例は互いに組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０１７８】
１００，２００  液晶表示装置、  １０８  バックライト、  １，１６，第１バックライトユニット、  ２，１７，１８  第２バックライトユニット、  ３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂ，３Ｃ，１９，６０，１１７Ａ，１１７Ｂ  光源、  ６０Ｌ  レンズ、  ４，４Ｒ，８１  導光板、  ４０，４０Ｒ，５０，５１、８１ａ  微細光学素子、  ５Ｄ，８２  下向きプリズムシート（光学シート）、  １０７  光学部材、  ８３  配光制御部材、  １０９  凹面、  ２０９  凸面、  １１６，２１６  傾斜面、１０００  光学面、１０３ａ  第１の面、１０３ｂ  第２の面、１０３ｃ  第３の面、５Ｖ  上向きプリズムシート、  ７  導光板、  ７０  拡散反射構造、  ８，８０  光反射シート、  ９  光学シート、  １０，１０６  液晶表示パネル、  ２１，６１  筐体、  ２２，６２  拡散透過板（拡散透過構造）、  Ｐ，Ｑ，Ｒ  視点。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際調査報告】
2012164795.tif 000036
2012164795.tif 000037