(57)【要約】【課題】額縁領域が見えない表示装置、もしくは画素透過率が高い表示装置に好適な面光源装置を提供する。【解決手段】本発明の面光源装置１は、ＬＥＤ２と、少なくとも一つの開口部６を有する光射出面を備え、ＬＥＤ２から入射した光を内部空間で反射させつつ導光させ、開口部６から射出させる箱体３と、箱体３の光射出面から射出された光が入射する少なくとも一つのシリンドリカルレンズ７を含むシリンドリカルレンズアレイ４と、を備え、シリンドリカルレンズ７が、シリンドリカルレンズ７の光軸に直交する仮想平面内で互いに直交する第１の方向と第２の方向とのうち、少なくとも第１の方向において曲率を有するレンズ面を備え、シリンドリカルレンズ７の焦点の位置が開口部６の位置に略一致している。【選択図】図１
2014235896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
少なくとも一つの光透過部を有する光射出面を備え、前記光源から入射した光を内部空間で反射させつつ導光させ、前記光透過部から射出させる箱体と、
前記箱体の前記光射出面から射出された光が入射する少なくとも一つの単位レンズを含むレンズ部材と、を備え、
前記単位レンズが、前記単位レンズの光軸に直交する仮想平面内で互いに直交する第１の方向と第２の方向とのうち、少なくとも前記第１の方向において曲率を有するレンズ面を備え、
前記単位レンズの焦点の位置が前記光透過部の位置に略一致していることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
前記単位レンズを透過する光が、前記第１の方向において略平行化されることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、
前記レンズ部材と前記表示素子との間に設けられ、前記レンズ部材の周縁部から射出された光の進行方向を前記表示素子の周縁部に向けて偏向させる第１の光偏向素子と、
前記表示素子の光射出面側に設けられ、前記第１の光偏向素子により偏向した光の進行方向を、前記表示素子の周縁部を透過させた後に前記表示素子の表示面の法線方向に偏向させる第２の光偏向素子と、を備え、
前記表示素子が、表示領域と、前記表示領域の周囲に位置する額縁領域と、を備えることを特徴とする表示装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の面光源装置と、
前記面光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、を備え、
前記表示素子は、マトリクス状に配置された複数の画素領域が略矩形状に開口した格子状の遮光層と、前記レンズ部材から入射した光を前記遮光層の開口に集束させる複数のレンズを有するレンズアレイと、を備え、
前記第１の方向が、前記開口の平面形状をなす矩形の任意の一辺に平行な方向と略一致していることを特徴とする表示装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の面光源装置を備えたことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、面光源装置、表示装置および照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示装置の一例として、面光源装置から射出される光を利用して表示を行う透過型液晶表示装置が知られている。透過型液晶表示装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面側に配置された面光源装置と、を備えている。本明細書では、この種の面光源装置をバックライトと称する場合もある。一般的に、液晶パネルの表示面は、直接的に表示に寄与する表示領域と、直接的には表示に寄与しない非表示領域と、を有している。液晶表示装置において、バックライトから射出された光を効率良く利用するために、バックライトから射出された光を液晶パネルの非表示領域に入射させないようにするための構成が検討されている。
【０００３】
その一つは、液晶パネル周縁部の非表示領域、いわゆる額縁領域に光を入射させないための構成である。この構成によれば、額縁領域に光を入射させないことで光を有効に利用できることに加え、使用者からは額縁領域が見えず、液晶パネルの略全面が表示領域となった液晶表示装置を提供することができる。額縁領域を見えなくする技術として、バックライトモジュールと、フレネル構造を有する光学フィルムと、ディスプレイパネルと、フレネル構造を有する凸レンズと、を備えたディスプレイ装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１）。このディスプレイ装置においては、バックライトモジュールから正面方向に射出された光を、凹レンズ状の光学フィルムにより発散させ、ディスプレイパネルを斜めに透過させた後に光学フィルムと同位置に焦点を有する凸レンズで平行化する。これにより、凸レンズを介して見る使用者からは、あたかも額縁領域の位置から光が射出されているように見え、その結果、額縁領域が見えなくなる。
【０００４】
他の一つは、液晶パネルの各画素を区画する格子状の遮光部、いわゆるブラックマトリクスに光を入射させないための構成である。ブラックマトリクスに光を入射させないための技術として、照明装置と、液晶表示パネルと、照明装置と液晶表示パネルとの間に配置されたマイクロレンズアレイと、を備えた液晶表示装置が提案されている（例えば、下記の特許文献２）。マイクロレンズアレイを構成する複数のマイクロレンズの各々は、液晶表示パネルの画素に対応するように配置されている。この液晶表示装置においては、照明装置から射出された平行度が高い光をマイクロレンズにより画素の開口部に集束させて透過させることで、照明装置からの光の利用効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２５３５９１号明細書
【特許文献２】特開２００７−１９３３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のディスプレイ装置では、（額縁領域と表示領域とを含む総面積）／（表示領域の総面積）で表される平均倍率で画像を引き伸ばすことにより額縁領域を消す方式を採用している。このディスプレイ装置の場合、フレネル構造を有する光学フィルムや凸レンズ等、額縁領域を消すために必要な光学部材が画面全体にわたって配置されている。その影響で全体的に画像が歪むという問題がある。
【０００７】
特許文献２の液晶表示装置において、マイクロレンズの大きさは画素の大きさと同等（例えば数十〜数百μｍ程度）である。そのため、直下型の照明装置を用いて画面全体で輝度を均一にするために、マイクロレンズと同数の発光ダイオード（Light Emitting Diode, 以下、ＬＥＤと略記する）が必要となる。その場合、ＬＥＤの個数が莫大になり、実現が不可能なため、エッジライト型の照明装置が使用される。しかしながら、エッジライト型の照明装置を使用する場合、液晶表示装置の大画面化を図ろうとすると、光量を増やしにくく、明るい画像が得られない、という問題がある。
【０００８】
本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、額縁領域が見えず、かつ、全体的な画像の歪みを低減できる表示装置の提供を目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の課題を解決するためになされたものであり、画素あたりの光利用効率が高く、明るい画像が得られる表示装置の提供を目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の表示装置に用いて好適な面光源装置を提供することを目的の一つとする。本発明の一つの態様は、上記の面光源装置を用いることで明るい照明装置を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の面光源装置は、光源と、少なくとも一つの光透過部を有する光射出面を備え、前記光源から入射した光を内部空間で反射させつつ導光させ、前記光透過部から射出させる箱体と、前記箱体の前記光射出面から射出された光が入射する少なくとも一つの単位レンズを含むレンズ部材と、を備え、前記単位レンズが、前記単位レンズの光軸に直交する仮想平面内で互いに直交する第１の方向と第２の方向とのうち、少なくとも前記第１の方向において曲率を有するレンズ面を備え、前記単位レンズの焦点の位置が前記光透過部の位置に略一致している。
【００１０】
本発明の一つの態様の面光源装置においては、前記単位レンズを透過する光が、前記第１の方向において略平行化される。
【００１１】
本発明の一つの態様の面光源装置において、前記単位レンズがシリンドリカルレンズで構成され、前記光射出面の法線方向から見た前記光透過部の平面形状における長手方向が、前記シリンドリカルレンズの長手方向と略平行であってもよい。
【００１２】
本発明の一つの態様の面光源装置において、前記単位レンズがシリンドリカルレンズで構成され、前記光射出面に複数の前記光透過部が設けられ、前記複数の光透過部が、前記シリンドリカルレンズの長手方向と略平行な方向に間隔をおいて配置されていてもよい。
【００１３】
本発明の一つの態様の面光源装置において、前記複数の光透過部のうち、前記光源に相対的に近い位置にある前記光透過部の面積が相対的に小さく、前記光源から相対的に遠い位置にある前記光透過部の面積が相対的に大きくてもよい。
【００１４】
本発明の一つの態様の面光源装置において、前記複数の光透過部のうち、前記光源に相対的に近い位置にある前記光透過部の配置密度が相対的に低く、前記光源から相対的に遠い位置にある前記光透過部の配置密度が相対的に高くてもよい。
【００１５】
本発明の一つの態様の面光源装置において、前記光透過部は、前記箱体に設けられた孔であることが好ましい。
【００１６】
本発明の一つの態様の表示装置は、前記本発明の一つの態様の面光源装置と、前記面光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、前記レンズ部材と前記表示素子との間に設けられ、前記レンズ部材の周縁部から射出された光の進行方向を前記表示素子の周縁部に向けて偏向させる第１の光偏向素子と、前記表示素子の光射出面側に設けられ、前記第１の光偏向素子により偏向した光の進行方向を、前記表示素子の周縁部を透過させた後に前記表示素子の表示面の法線方向に偏向させる第２の光偏向素子と、を備え、前記表示素子が、表示領域と、前記表示領域の周囲に位置する額縁領域と、を備える。
【００１７】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記第１の光偏向素子は、前記レンズ部材の周縁部に対向して配置された複数のプリズムを有するプリズムシートから構成されていてもよい。
【００１８】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記第２の光偏向素子は、光透過性を有する基材と、前記基材の第１の面に間隔をおいて設けられた光透過性構造体からなる複数の光偏向部と、を備えた光偏向フィルムで構成され、前記光偏向部は、前記基材の前記第１の面に接する光入射端面と、前記光入射端面と反対側に位置する光射出端面と、隣り合う前記光偏向部の間に存在する空隙に面する反射面と、を有し、前記反射面と前記光入射端面とのなす角度が鋭角であり、前記光偏向部において前記光入射端面から入射した光を前記反射面で反射させて前記光射出端面から射出させる構成であってもよい。
【００１９】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記複数の光偏向部は、前記基材の周縁部における前記表示素子の少なくとも前記額縁領域に対向する領域に設けられ、前記基材の中央部における前記光偏向部の形成領域以外の領域に、光透過部が設けられていてもよい。
【００２０】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記複数の光偏向部における前記反射面と前記光入射端面とのなす角度は、前記光透過部に近い側の光偏向部から前記光透過部から遠い側の光偏向部に向けて、徐々に小さくなっていてもよい。
【００２１】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記第２の光偏向素子は、前記表示素子の光射出面側に配置された光散乱フィルムで構成されていてもよい。
【００２２】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記表示領域の平面形状が矩形であり、前記レンズ部材が異なる方向を向いて配置された複数のシリンドリカルレンズを備え、前記表示素子の各辺の近傍に位置する前記シリンドリカルレンズは、当該シリンドリカルレンズの軸が近傍の前記表示素子の辺に略平行となるように、それぞれ配置されていてもよい。
【００２３】
本発明の一つの態様の表示装置は、前記本発明の一つの態様の面光源装置と、前記面光源装置から射出される光により表示を行う表示素子と、を備え、前記表示素子は、マトリクス状に配置された複数の画素領域が略矩形状に開口した格子状の遮光層と、前記レンズ部材から入射した光を前記遮光層の開口に集束させる複数のレンズを有するレンズアレイと、を備え、前記第１の方向が、前記開口の平面形状をなす矩形の任意の一辺に平行な方向と略一致している。
【００２４】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記開口の平面形状が略長方形であり、前記第１の方向は、前記開口の平面形状の短辺に平行な方向と略一致していてもよい。
【００２５】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記表示素子は、複数のソースバスラインと、前記複数のソースバスラインと直交する複数のゲートバスラインと、を備え、前記ソースバスラインが前記開口の平面形状の長辺に平行に延在し、前記ゲートバスラインが前記開口の平面形状の短辺に平行に延在していてもよい。
【００２６】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記表示素子は、前記面光源装置から射出された光の透過率を変調する液晶パネルであってもよい。
【００２７】
本発明の一つの態様の表示装置において、前記液晶パネルの光射出側に、前記液晶パネルから射出された光の拡散角度を拡げるための光拡散部材を備えていてもよい。
【００２８】
本発明の一つの態様の照明装置は、前記本発明の一つの態様の面光源装置を備えている。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の一つの態様によれば、額縁領域が見えず、かつ、画像の歪みを低減できる表示装置を実現することができる。本発明の一つの態様によれば、画素あたりの光利用効率が高く、明るい画像が得られる表示装置を実現することができる。本発明の一つの態様によれば、上記の表示装置に用いて好適な面光源装置を実現することができる。本発明の一つの態様によれば、上記の面光源装置を用いることで明るい照明装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態の面光源装置の斜視図である。
【図２】面光源装置の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】図３の要部を示す拡大断面図である。
【図５】図２のＣ−Ｃ’線に沿う拡大断面図である。
【図６】図３のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図７】第２実施形態の面光源装置の平面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図９】第３実施形態の面光源装置の平面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）シリンドリカルレンズの３つの変形例を示す斜視図である。
【図１１】第４実施形態の液晶表示装置の平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１３】本実施形態の液晶表示装置に用いる面光源装置の斜視図である。
【図１４】本実施形態の液晶表示装置に用いるプリズムシートの光偏向特性のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】本実施形態の液晶表示装置に用いる光屈曲シートの作用を説明するための図である。
【図１６】第５実施形態の液晶表示装置の断面図である。
【図１７】第６実施形態の液晶表示装置の断面図である。
【図１８】第７実施形態の液晶表示装置の斜視図である。
【図１９】図１８のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図２０】（Ａ）液晶表示装置を構成するＴＦＴ基板の等価回路図、（Ｂ）画素の平面図、である。
【図２１】（Ａ）本実施形態の効果を実証するシミュレーションのモデルを示す図であり、（Ｂ）シミュレーションに用いる一軸指向性光源の輝度分布を示す図であり、（Ｃ）シミュレーションに用いる画素の平面図である。
【図２２】（Ａ）〜（Ｃ）照度分布を３通りに変えたときのシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】第８実施形態の液晶表示装置の断面図である。
【図２４】表示装置の一構成例を示す正面図である。
【図２５】第９実施形態の照明装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を用いて説明する。
第１実施形態では、第４〜第８実施形態の液晶表示装置、もしくは第９実施形態の照明装置に用いて好適な面光源装置の一例について説明する。
図１は、第１実施形態の面光源装置の斜視図である。図２は、面光源装置の平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図４は、図３の要部を示す拡大断面図である。図５は、図２のＣ−Ｃ’線に沿う拡大断面図である。図６は、図３のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
以下の各図面においては各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００３２】
本実施形態の面光源装置１は、図１に示すように、ＬＥＤ２（光源）と、箱体３と、シリンドリカルレンズアレイ４（レンズ部材）と、を備えている。シリンドリカルレンズアレイ４は、後述する箱体３の天板３ａに対向して配置されている。図１では、図面を見易くするため、シリンドリカルレンズアレイ４と箱体３との距離を大きく離して描いている。実際には、シリンドリカルレンズアレイ４と箱体３とはより近い位置に配置されている。シリンドリカルレンズアレイ４と箱体３とは密着していてもよい。なお、面光源装置１の厚さ方向をｚ軸とし、後述するシリンドリカルレンズ７の長手方向をｙ軸とし、シリンドリカルレンズ７の短手方向をｘ軸とする。
【００３３】
箱体３は略直方体状の形状を有している。図３、図６に示すように、箱体３の内部は中空であり、空気が存在している。図２に示すように、箱体３の天板３ａおよび底板３ｂは、法線方向から見た平面形状が長方形である。図３に示すように、天板３ａおよび底板３ｂは、それぞれｘｙ平面に平行であり、互いに平行に配置された板材で構成されている。天板３ａおよび底板３ｂの外周は、４枚の側板３ｃ，３ｄで囲まれている。
【００３４】
ＬＥＤ２は、箱体３の底板３ｂの略中央に設置されている。ＬＥＤ２は、特定の機能や性能を有する必要はなく、一般的な市販のＬＥＤ２を用いることができる。本実施形態の面光源装置１は一軸指向性を有する光を射出するものであるが、ＬＥＤ２自体は指向性を有する光を射出する必要はない。拡散光を射出する一般的なＬＥＤ２を用いることができる。図３に示すように、ＬＥＤ２は、ＬＥＤ２の光射出面２ａが箱体３の内部を向く姿勢で箱体３に固定されている。これにより、ＬＥＤ２は、箱体３の内部空間に向けて光を射出する。以下、箱体３の内部空間のことをキャビティ５と称する。
【００３５】
箱体３は、例えば金属、プラスチック等の種々の材料で構成され、材料は特に限定されない。ただし、キャビティ５に面する箱体３の内面３ｉは、光Ｌを反射させる反射面である必要がある。その理由は、ＬＥＤ２から射出された光Ｌを、箱体３の内面３ｉで複数回反射させつつキャビティ５内を導光させる必要があるからである。したがって、反射時の光Ｌの損失を最小限に抑えるために、箱体３の内面３ｉの光反射率はできるだけ高い方が望ましい。したがって、例えば箱体３がプラスチックで形成されている場合等には、箱体３の内面３ｉに光反射率の高い材料からなる反射膜を設けてもよい。箱体３の材料、特に内面３ｉの高反射材料としては、微細発泡樹脂、二軸延伸樹脂、誘電体多層膜、金属膜等の使用が好適である。
【００３６】
箱体３の内面３ｉの少なくとも一部は、ＬＥＤ２から射出された光Ｌを散乱反射させる散乱反射面であってもよい。もしくは、箱体３の内面３ｉの少なくとも一部は、ＬＥＤ２から射出された光Ｌを正反射させる正反射面であってもよい。例えば箱体３の内面３ｉの全てが散乱反射面であってもよいし、箱体３の内面３ｉの全てが正反射面であってもよい。もしくは、天板３ａの内面３ｉが正反射面、底板３ｂの内面３ｉが散乱反射面というように、正反射面と散乱反射面とが混在していてもよい。箱体３は、一体成型されたものであってもよいし、複数の部材を組み合わせたものであってもよい。
【００３７】
図１〜図３に示すように、箱体３の天板３ａには、箱体３の外部空間とキャビティ５とを連通させる複数の開口部６が設けられている。開口部６の平面形状は細長い長方形であり、いわゆるスリットである。箱体３の天板３ａには、４つの開口部６が設けられている。４つの開口部６は、開口部６の長手方向が互いに平行となり、かつ天板３ａの短手方向に間隔をおいて等しいピッチで設けられている。
【００３８】
ＬＥＤ２から射出された光Ｌは、箱体３の内面３ｉで反射を繰り返し、キャビティ５の内部を導光する。すなわち、ＬＥＤ２から射出された光Ｌは、図３に示すように、ｘｚ断面で見ると、天板３ａの内面３ｉと底板３ｂの内面３ｉとの間で反射を繰り返し、図６に示すように、ｘｙ断面で見ると、４つの側板３ｃ，３ｄの間で反射を繰り返す。
【００３９】
例えば箱体３の内面３ｉの光反射率が９５％であったとすると、反射時に５％の光の損失が生じるものの、その他の大部分の光Ｌはキャビティ５の内部を導光する。光Ｌは、天板３ａの開口部６に到達しない限り、キャビティ５内を導光する。光Ｌは、天板３ａの開口部６に到達すると箱体３の外部に取り出される。したがって、開口部６が設けられた箱体３の天板３ａは、ＬＥＤ２からの光Ｌを取り出すための光射出面となる。
【００４０】
図３に示すように、箱体３の外面のうち、少なくともシリンドリカルレンズアレイ４に対向する外面３ｈは、例えば黒色の塗膜が設けられた光吸収面となっていることが望ましい。その理由は、シリンドリカルレンズアレイ４の光入射側のレンズ面で反射して箱体３に戻った光が箱体３の外面３ｈで反射して指向性を乱す光とならないように、箱体３に戻った光を外面３ｈで吸収させるためである。
【００４１】
シリンドリカルレンズアレイ４は、図１に示すように、複数のシリンドリカルレンズ７（単位レンズ）からなる光学部材である。シリンドリカルレンズアレイ４は、同じ寸法、同じ形状の４個のシリンドリカルレンズ７が等しいピッチで配列された構成を有する。シリンドリカルレンズ７の厚さ方向、すなわちｚ軸方向は、光の透過方向であり、光軸方向である。シリンドリカルレンズ７は、ｘ軸方向（第１の方向）において曲率を持ち、ｙ軸方向（第２の方向）において曲率を持たないレンズ面を備えている。
【００４２】
シリンドリカルレンズ７は、図４に示すように、ｘｚ平面で切断した断面で見ると、２つの凸状のレンズ面を有する両凸レンズである。これにより、例えばシリンドリカルレンズ７に平行光を入射させると、光はｘｚ平面で切断した断面、すなわちｘ軸方向においては集束する。一方、シリンドリカルレンズ７は、図５に示すように、ｙｚ平面で切断した断面で見ると、ｙ軸方向に沿って平坦な面を有する棒状体である。これにより、例えばシリンドリカルレンズ７に平行光を入射させると、光はｙｚ平面で切断した断面、すなわちｙ軸方向においては平行光のままである。シリンドリカルレンズアレイ４の光軸方向から見ると、図２に示すように、シリンドリカルレンズアレイ４は、各シリンドリカルレンズ７の焦点が並んでできる直線ＦＬが開口部６に重なるように、配置されている。
【００４３】
図４に示すように、シリンドリカルレンズアレイ４および箱体３のｘｚ断面を見ると、シリンドリカルレンズ７は、当該シリンドリカルレンズ７の焦点Ｆが当該シリンドリカルレンズ７に対応する開口部６の位置に一致するように配置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ７の焦点Ｆは、当該シリンドリカルレンズ７に対応する開口部６の内部に位置している。キャビティ５内を導光する光Ｌは、箱体３の様々な内面３ｉで複数回反射した後、開口部６に達する。そのため、開口部６から様々な角度で光Ｌが射出される。光Ｌがいかなる角度で開口部６から射出されたとしても、開口部６の径Ｄがある程度小さければ、シリンドリカルレンズ７の焦点Ｆもしくはその近傍から射出された光Ｌのみがシリンドリカルレンズ７に入射する。これにより、シリンドリカルレンズ７に対して様々な角度で入射した光Ｌは、シリンドリカルレンズ７の光軸ＡＸに対して略平行な光に変換されてシリンドリカルレンズ７から射出される。
【００４４】
一方、図５に示すように、シリンドリカルレンズアレイ４および箱体３のｙｚ断面を見ると、開口部６がｙ軸方向に沿って長いため、キャビティ５内を導光する光Ｌは、開口部６の様々な位置を通り、様々な角度で外部空間に射出される。その後、箱体３から射出された光Ｌはシリンドリカルレンズアレイ４を透過する。このとき、シリンドリカルレンズ７はｙ軸方向に曲率を持たず、焦点を持たないため、光Ｌは平行化されることなく、様々な角度でシリンドリカルレンズ７から射出される。
【００４５】
本実施形態の面光源装置１においては、箱体３の開口部６からのみ光Ｌが取り出される。そのため、ｘ軸方向においては、開口部６の位置に焦点Ｆを有するシリンドリカルレンズ７の作用によりシリンドリカルレンズ７の光軸ＡＸに対して略平行な光Ｌ、いわゆる指向性が高い光Ｌを得ることができる。一方、ｙ軸方向においては、シリンドリカルレンズ７がレンズ作用を持たないため、指向性が得られない。すなわち、本実施形態によれば、一軸の指向性を有する面光源装置１を実現することができる。
【００４６】
箱体３の開口部６から射出される光Ｌは、キャビティ５の内部で何回も反射を繰り返しているため、ｘ軸方向においては、幅が狭い開口部６から射出される時点で輝度分布が均一化されている。その結果、シリンドリカルレンズアレイ４を通した面光源装置１として、少なくともｘ軸方向においては輝度分布が均一な光を得ることができる。
【００４７】
しかしながら、ｙ軸方向においては、光Ｌは幅が広い開口部６から射出されるため、ＬＥＤ２に近い開口部６の中央部が明るく、ＬＥＤ２から遠い開口部６の端部が暗くなる傾向にある。そのため、ｙ軸方向において輝度分布を均一にすることは難しい。ｙ軸方向についても輝度分布を均一にし易くするためには、例えば複数個のＬＥＤ２をｙ軸方向に並べて配置してもよい。もしくは、箱体３の厚み（ｚ軸方向の寸法）を大きくしてもよい。
【００４８】
本実施形態では箱体３の底板３ｂにＬＥＤ２を設置したが、ＬＥＤ２からの光Ｌがキャビティ５に入りさえすればよいため、ＬＥＤ２の設置位置は必ずしも箱体３の底板３ｂに限ることはない。例えば箱体３の天板３ａや側板３ｃ、３ｄにＬＥＤ２を設置することも可能である。このように、本実施形態の面光源装置１の場合、ＬＥＤ２の設置位置の自由度が高い。
【００４９】
本実施形態では、同一のシリンドリカルレンズ７および開口部６が均一のピッチで規則的に配列されている例を示した。ただし、シリンドリカルレンズ７の焦点Ｆが当該シリンドリカルレンズ７に対応する開口部６の位置に一致するように配置されていれば、同一のシリンドリカルレンズ７および開口部６が必ずしも規則的に配置されていなくてもよい。例えば、異なる寸法のシリンドリカルレンズ７および開口部６が異なるピッチで配置されていてもよい。箱体３は必ずしも直方体でなくてもよく、対向する２枚の板体は必ずしも平行でなくてもよい。
【００５０】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について、図７、図８を用いて説明する。
図７は、第２実施形態の面光源装置の平面図である。図８は、図７のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
第２実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、箱体の開口部の構成が第１実施形態と異なる。
図７、図８において第１実施形態の図２、図３と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５１】
第１実施形態で述べたように、開口部の長手方向に沿うｙ軸方向については輝度分布を均一にすることが難しい。ｙ軸方向について輝度分布を均一にする手段の一つとして、図７、図８に示すように、第２実施形態の面光源装置１１では、第１実施形態のような一連の長い開口部６に代えて、第１実施形態の開口部６を長手方向に分割した形態の複数の開口部１２ａ〜１２ｃがｙ軸方向に並べて設けられている。複数の開口部１２ａ〜１２ｃは、ｘ軸方向の幅が同一であり、ｙ軸方向の長さが中央で短く、端部にいく程長くなっている。ＬＥＤ２が底板３ｂの中央に配置されている点は、第１実施形態と同様である。
【００５２】
ＬＥＤ２が箱体３の中央に配置されている場合、第１実施形態のような長い開口部６では、ＬＥＤ２に近い開口部６の中央部から射出される光の量が多く、ＬＥＤ２から遠い開口部６の端部から射出される光の量が少なくなる。これに対し、本実施形態の面光源装置１１においては、中央寄りの開口部１２ａの開口面積が小さく、端部寄りの開口部１２ｃの開口面積が大きくなっていることにより、ＬＥＤ２が中央に配置されている場合に中央側の開口部で射出光量が多く、端部側の開口部で射出光量が少ない、という射出光量のムラが相殺される。その結果、開口部１２ａ〜１２ｃから射出される光の量が開口部１２ａ〜１２ｃの配列方向（ｙ軸方向）で平均化される。
【００５３】
本実施形態によれば、一軸の指向性を有し、光利用効率が高く、輝度分布の均一性が高い面光源装置１１を実現することができる。
【００５４】
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について、図９を用いて説明する。
図９は、第３実施形態の面光源装置の平面図である。
第３実施形態の面光源装置の基本構成は第１実施形態と同様であり、箱体の開口部の構成が第１実施形態と異なる。
図９において第１実施形態の図２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
ｙ軸方向について輝度分布を均一にする手段の他の一つとして、図９に示すように、第３実施形態の面光源装置２１では、複数の開口部２２がｙ軸方向に並べて設けられている。複数の開口部２２は、全て同じ大きさの開口部で構成されている。ただし、開口部２２の配置密度は、中央で開口部２２間のピッチが広く、端部にいく程、開口部２２間のピッチが狭くなっている。言い換えると、中央側の開口部２２は疎に配置され、端部側の開口部２２は密に配置されている。ＬＥＤ２が底板３ｂの中央に配置されている点は、第１実施形態と同様である。
【００５６】
ＬＥＤ２が箱体３の中央に配置されている場合、第１実施形態のような長い開口部６では、ＬＥＤ２に近い開口部６の中央部から射出される光の量が多く、ＬＥＤ２から遠い開口部６の端部から射出される光の量が少なくなる。これに対し、本実施形態の面光源装置２１においては、中央寄りの開口部２２が疎、端部寄りの開口部２２が密に配置されていることにより、ＬＥＤ２が中央に配置されている場合に中央側の開口部で射出光量が多く、端部側の開口部で射出光量が少ない、という射出光量のムラが相殺される。その結果、開口部２２から射出される光の量が開口部２２の配列方向（ｙ軸方向）で平均化される。
【００５７】
本実施形態によれば、一軸の指向性を有し、光利用効率が高く、輝度の均一性が高い面光源装置を実現することができる。
【００５８】
第１〜第３実施形態の面光源装置１，１１，２１では、両凸型のシリンドリカルレンズ７を用いたが、このシリンドリカルレンズ７に代えて、図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すシリンドリカルレンズを用いてもよい。
【００５９】
図１０（Ａ）に示すシリンドリカルレンズ２５は、光Ｌの射出側が曲率を有する湾曲面、入射側が平坦面となったレンズ屈折方式の平凸型シリンドリカルレンズである。
図１０（Ｂ）に示すシリンドリカルレンズ２６は、光Ｌの入射側が曲率を有する湾曲面、射出側が平坦面となった反射方式の平凸型シリンドリカルレンズである。
図１０（Ｃ）に示すシリンドリカルレンズ２７は、レンズ屈折方式、反射方式の双方を兼ね備えたハイブリッド型シリンドリカルレンズである。
【００６０】
［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について、図１１〜図１５を用いて説明する。
第４実施形態では、第１〜第３実施形態の面光源装置を利用した液晶表示装置の一例について説明する。本実施形態の液晶表示装置は、使用者から額縁領域が見えないようにすることを目的とするものである。
図１１は、第４実施形態の液晶表示装置の平面図である。図１２は、図１１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図１３は、本実施形態の液晶表示装置に用いる面光源装置の斜視図である。図１４は、本実施形態の液晶表示装置に用いるプリズムシートの光偏向特性のシミュレーション結果を示す図である。図１５は、本実施形態の液晶表示装置に用いる光屈曲シートの作用を説明するための図である。
【００６１】
図１２に示すように、本実施形態の液晶表示装置３１は、バックライト３２と、プリズムシート３３（第１の光偏向素子）と、液晶パネル３４と、一対の偏光板３５ａ，３５ｂと、一対の視角補償フィルム３６ａ，３６ｂと、光屈曲フィルム３７（第２の光偏向素子）と、光散乱フィルム３８と、を備えている。液晶パネル３４は、液晶層３９を挟持する一対のガラス基板４０ａ，４０ｂで構成されている。液晶パネル３４は、バックライト３２から射出される光により表示を行う表示素子である。液晶パネル３４は、画面中央の表示領域Ｒ１と、表示領域の周囲を囲む額縁領域Ｒ２と、を備えている。
【００６２】
プリズムシート３３は、バックライト３２のシリンドリカルレンズ７Ａ，７Ｂ，７Ｃと入射側偏光板３５ａとの間に設けられている。プリズムシート３３は、シリンドリカルレンズ７Ａ，７Ｂ，７Ｃから射出された光Ｌの進行方向を液晶パネル３４の周縁部に向けて偏向させる。光屈曲フィルム３７は、液晶パネル３４の前面側（光射出側）に設けられている。光屈曲フィルム３７は、プリズムシート３３により偏向した光Ｌの進行方向を、液晶パネル３４の周縁部を透過させた後に液晶パネル３４の表示面の法線方向に偏向させる。
【００６３】
図１３に示すように、バックライト３２は、無指向性領域用の第１の面光源装置４１と、一軸指向性領域用の第２の面光源装置４２，４３，４４と、が組み合わされた構成を有している。画面中央部に１個の第１の面光源装置４１が配置され、第１の面光源装置４１を取り囲むように、画面周縁部に８個の第２の面光源装置４２，４３，４４が配置されている。第２の面光源装置４２，４３，４４に、第１実施形態の面光源装置が採用されている。
【００６４】
図１１、図１２、図１３に示すように、第２の面光源装置４２，４３，４４は、スリット状の開口部６を有する箱体３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、箱体３Ａ，３Ｂ，３Ｃの底板に設けられたＬＥＤ２と、箱体３Ａ，３Ｂ，３Ｃの上方に各開口部６Ａ，６Ｂ，６Ｃに対応して設けられたシリンドリカルレンズ７Ａ，７Ｂ，７Ｃと、を備えている。なお、図１３では、箱体の構成を見やすくするため、シリンドリカルレンズ７Ａ，７Ｂ，７Ｃの図示を省略している。
【００６５】
８個の第２の面光源装置４２，４３，４４のうち、ｘ軸方向に平行に配置される２個の第２の面光源装置４２については、箱体３Ａは、ｘ軸方向に延びる開口部６Ａを有している。これに対応して、シリンドリカルレンズ７Ａは、ｙ軸方向において曲率を持ち、ｘ軸方向において曲率を持たないレンズ面を備えている。シリンドリカルレンズ７Ａは、長手方向がｘ軸方向に一致するように配置され、シリンドリカルレンズ７Ａの焦点が並んでできる直線は開口部６Ａに重なる。
【００６６】
同様に、ｙ軸方向に平行に配置される２個の第２の面光源装置４３については、箱体３Ｂは、ｙ軸方向に延びる開口部６Ｂを有している。これに対応して、シリンドリカルレンズ７Ｂは、ｘ軸方向において曲率を持ち、ｙ軸方向において曲率を持たないレンズ面を備えている。シリンドリカルレンズ７Ｂは、長手方向がｙ軸方向に一致するように配置され、シリンドリカルレンズ７Ｂの焦点が並んでできる直線は開口部６Ｂに重なる。
【００６７】
バックライト３２の４個の角部に配置される４個の第２の面光源装置４４については、箱体３Ｃは、ｘ軸方向およびｙ軸方向に対して４５°の角度をなす開口部６Ｃを有している。これに対応して、シリンドリカルレンズ７Ｃは、開口部６Ｃの延在方向に垂直な方向において曲率を持ち、開口部６Ｃの延在方向に平行な方向において曲率を持たないレンズ面を備えている。シリンドリカルレンズ７Ｃの焦点が並んでできる直線は開口部６Ｃに重なる。
【００６８】
図１２に示すように、プリズムシート３３は、複数のプリズム４５を備えている。プリズム４５は、開口部６Ａ，６Ｂ，６Ｃの延在方向と平行な方向に延在する光透過性の凸部から構成される。プリズム４５の延在方向に垂直な面で切断した断面形状は略直角三角形状である。プリズム４５を構成する第１の側面４５ｃはプリズムシート３３の底面３３ｂに対して垂直であり、第２の側面４５ｄはプリズムシート３３の底面３３ｂに対して６０°の角度をなしている。したがって、第１の側面４５ｃと第２の側面４５ｄとのなす頂角は３０°である。
【００６９】
プリズムシート３３の底面３３ｂから入射した光Ｌは、第２の側面４５ｄで反射して進行方向を変え、第１の側面４５ｃから射出される。プリズムシート３３は、第１の側面４５ｃが液晶表示装置３１の外側を向き、第２の側面４５ｄが液晶表示装置３１の内側を向くように配置される。図１２には、ｙ軸方向に平行に配置される第２の面光源装置４３に対応するプリズムシート３３のみが示されているが、ｘ軸方向に平行に配置される第２の面光源装置４２、および角部に配置される第２の面光源装置４４にも同様のプリズムシートが備えられている。
【００７０】
第１の面光源装置４１は、円形の開口部６Ｄを有する箱体３Ｄと、箱体３Ｄの底板に設けられたＬＥＤ２と、を備えている。図１１に示すように、箱体３Ｄの天板に複数個（例えば６４個）の円形の開口部６Ｄが設けられ、６４個の開口部６Ｄは８行×８列に規則的に配置されている。なお、図１２では、図面を見やすくするため、開口部６Ｄの数を減らして描いている。ただし、開口部６Ｄの形状は円形に限るものではなく、開口部３Ｄの数や配置も特に本実施形態に限るものではない。第１の面光源装置４１は、第２の面光源装置４２，４３，４４と異なり、シリンドリカルレンズおよびプリズムシートを備えていない。
【００７１】
図１１に示すように、液晶パネル３４は、表示領域Ｒ１内から引き出された引き回し配線を配置する領域が周縁部の４辺に設けられ、引き回し配線の配置領域はブラックマトリクス４６により遮光されている。したがって、ブラックマトリクス４６により遮光された引き回し配線の配置領域は、表示に直接寄与しない額縁領域Ｒ２となる。額縁領域Ｒ２の幅Ｗは、例えば２ｍｍ程度とする。
【００７２】
液晶パネル３４としては、例えばアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを用いることができる。ただし、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限らず、例えば半透過型（透過・反射兼用型）液晶パネル、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。液晶パネル３４には周知の一般的な液晶パネルを用いることができるため、詳細な構成の説明は省略する。液晶の表示モードについても、ＴＮモード、ＶＡモード、横電界モード等のいずれでもよく、特に限定されない。
【００７３】
図１２に示すように、光屈曲フィルム３７は、基材４８と、複数の構造体４９と、遮光層５０と、を備えている。複数の構造体４９は、基材４８の上面（視認側の面）に所定の間隔をおいて形成されている。隣り合う構造体４９の間には空隙部５１が設けられ、空隙部５１には空気が存在している。遮光層５０は、基材４８の上面のうち、構造体４９の形成領域以外の領域に形成されている。基材４８の下面（背面側の面）は、射出側偏光板３５ｂの上面と対向している。
光屈曲フィルム３７は、基材４８の側を射出側偏光板３５ｂに向け、構造体４９が設けられた側を視認側に向けた姿勢で射出側偏光板３５ｂ上に配置される。
【００７４】
基材４８としては、一般に、熱可塑性ポリマーや熱硬化性樹脂、光重合性樹脂などの樹脂類などが用いられ、光透過性の基材が好ましく用いられる。本実施形態では、一例として厚さが２０μｍのＰＥＴフィルムが用いられる。構造体４９は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の光透過性および感光性を有する有機材料で構成されている。本実施形態では、一例として厚さが２０μｍの感光性アクリル樹脂が用いられる。これら樹脂に重合開始剤、カップリング剤、モノマー、有機溶媒などを混合した透明樹脂製の混合物を用いることができる。さらに、重合開始剤は安定剤、禁止剤、可塑剤、蛍光増白剤、離型剤、連鎖移動剤、他の光重合性単量体等のような各種の追加成分を含んでいてもよい。
【００７５】
複数の構造体４９の各々は、基材４８側に光入射端面を有するとともに、基材４８側と反対側に光射出端面を有する。複数の構造体４９は、基材４８の中央部に位置する第１の構造体４９Ａと、基材４８の周縁部に位置する複数の第２の構造体４９Ｂと、を含む。第１の構造体４９Ａは、光透過性材料により基材４８の中央部にブロック状に形成されている。第２の構造体４９Ｂは、光透過性材料により基材４８の周縁部に所定の間隔をおいて形成されている。第２の構造体４９Ｂの空隙部５１と接する側面は、光入射端面の外側に向けて傾斜している。側面は、液晶パネル３４から斜め方向に射出された光を液晶パネル３４の法線方向に向けて反射する面である。光入射端面の面積は、光射出端面の面積と概ね等しい。
【００７６】
第２の構造体４９Ｂの側面の傾斜角度α（光射出端面と側面とのなす角度）は、一例として７６°程度である。ただし、第２の構造体４９Ｂの側面の傾斜角度αは、光屈曲フィルム３７から射出する際に、入射光を液晶パネル３４の法線方向に曲げることが可能な角度であれば、特に限定されない。本実施形態においては、第２の構造体４９Ｂの側面の傾斜角度αは一定になっている。
【００７７】
光屈曲フィルム３７は、液晶パネル３４を透過して基材４８の下面に斜めに入射した光Ｌを第２の構造体４９Ｂの側面で全反射し、基材４８の法線方向から見たときの輝度が最も大きくなるような配光分布を有する光に変換する。
【００７８】
空隙部５１には空気が存在しており、屈折率は概ね１．０となっている。空隙部５１の屈折率を１．０とすることにより空隙部５１と構造体４９との界面における臨界角が最小となる。本実施形態の場合、空隙部５１には空気が存在しているが、空気に限らない。例えば、空隙部５１には窒素などの不活性ガスが存在していてもよく、空隙部５１が減圧状態とされていてもよい。
【００７９】
遮光層５０は、基材４８の上面に構造体４９の高さよりも小さい厚みで形成されている。例えば、遮光層５０の厚みは１μｍである。遮光層５０は、一例として、ブラックレジスト、黒色インク等の光吸収性および感光性を有する有機材料で構成されている。その他、Ｃｒ（クロム）やＣｒ／酸化Ｃｒの多層膜等の金属膜を用いてもよい。
【００８０】
光散乱フィルム３８は、構造体４９を挟んで基材４８とは反対側に設けられている。光散乱フィルム３８は、光透過性を有し、バインダー樹脂の内部に可視光を散乱する複数の散乱粒子が分散されたものである。バインダー樹脂としては、例えばアクリル樹脂等が用いられる。散乱粒子としては、例えばアクリルビーズ等が用いられる。光散乱フィルム３８は、光学接着剤等により複数の構造体４９の光射出端面に固定されている。
【００８１】
図１１に示す符号のＦ１１〜Ｆ３３の図形は、バックライト３２を構成する第１の面光源装置４１もしくは第２の面光源装置４２，４３，４４から射出される光の配向分布を模式的に示したものである。第１の面光源装置４１の光射出側にはシリンドリカルレンズ７Ａ，７Ｂ，７Ｃおよびプリズムシート３３が存在していないため、第１の面光源装置４１から射出される光の配向分布は指向性を持たない。したがって、光射出側から見た配向分布Ｆ２２は、円形となる。液晶表示装置３１の４辺に沿って配置された第２の面光源装置４２，４３については、各辺と垂直な方向に指向性を持ち、各辺と平行な方向には指向性を持たない一軸指向性を示す。したがって、光射出側から見た配向分布Ｆ１２，Ｆ３２，Ｆ２１，Ｆ２３は、各辺と垂直な方向に扁平な楕円形となる。液晶表示装置３１の４つの角部に沿って配置された第２の面光源装置４４については、各辺と４５°の角度をなす２つの方向のうち、液晶表示装置３１の内側と外側を結ぶ方向に指向性を持ち、それと直交する方向には指向性を持たない一軸指向性を示す。したがって、光射出側から見た配向分布Ｆ１１，Ｆ１３，Ｆ３１，Ｆ３３は、各辺に対して４５°の角度をなす方向に扁平な楕円形となる。
【００８２】
図１２に示すように、液晶表示装置３１の周縁部においては、第２の面光源装置４２，４３から各辺に垂直な方向に対して平行化された光Ｌ、すなわち一軸指向性を持った光Ｌが射出される。一軸指向性を持った光Ｌがプリズムシート３３に入射し、各プリズム４５の第２の側面４５ｄで反射することにより、光Ｌの進行方向が曲げられる。
【００８３】
図１４は、本発明者らが行ったシミュレーションの結果であり、プリズムシート３３の光の偏向作用を示している。上述したように、プリズム４５の第２の側面４５ｄはプリズムシート３３の底面３３ｂに対して６０°の角度をなし、プリズム４５の屈折率は１．５とする。このとき、プリズム４５の第２の側面４５ｄで反射し、第１の側面４５ｃから射出される光Ｌの進行方向は、プリズムシート３３の法線方向に対して４２°の角度をなす。
【００８４】
したがって、プリズムシート３３から射出された光Ｌは、入射角４２°で液晶パネル３４に入射する。光Ｌは、液晶パネル３４を透過する際に物質間の各界面で屈折したとしても入射角は保存されるため、光屈曲フィルム３７に対しても入射角４２°で液晶パネル３４に入射する。ここで、額縁領域Ｒ２の幅Ｗが２ｍｍであったとすると、観察者から額縁領域Ｒ２を見えなくするためには、液晶パネル３４の額縁領域Ｒ２の内側の縁を斜めに通過した光の進行方向が光屈曲フィルム３７により屈曲し、観察者の目に額縁領域Ｒ２の外側の縁から射出されたかのように見えればよいことになる。
【００８５】
図１５に示すように、液晶パネル３４の画素と光屈曲フィルム３７との間隔をｄ、入射角θ１を４２°、液晶パネル３４の画素と光屈曲フィルム３７との間に介在する物質（例えばアクリル樹脂）の屈折率を１．５とすると、介在物質から光屈曲フィルム３７への入射角θ２は３０°となる。このとき、額縁領域Ｒ２の幅Ｗが２ｍｍであるから、液晶パネル３４の画素と光屈曲フィルム３７との間隔ｄは、３．５ｍｍと計算することができる。この場合、液晶パネル３４の画素は、液晶層３９の位置にあると考える。
【００８６】
液晶パネル３４の画素と光屈曲フィルム３７との間には、例えば厚さ０．７ｍｍのガラス基板４０ｂ、視角補償フィルム３６ｂ、および射出側偏光板３５ｂが存在しており、合計で１ｍｍ程度の厚さを有している。この場合、液晶パネル３４の画素と光屈曲フィルム３７との間隔ｄを３．５ｍｍとするためには、射出側偏光板３５ｂと光屈曲フィルム３７との間に、厚さ２．５ｍｍのアクリル樹脂板を挿入し、光学接着すればよい。これにより、符号Ｈの位置の画素で表示された映像は液晶表示装置３１の最表面では符号Ｈ’の位置で表示されることになり、観察者からは幅Ｗが２ｍｍの額縁領域Ｇ２を視認できなくなる。このようにして、液晶表示装置３１の額縁領域Ｇ２を見えなくすることができる。また、光の進行方向を屈曲させるための光学部材（プリズムシート３３、第２の構造体４９Ｂ）が液晶表示装置３１の周縁部にしか配置されないため、画像の歪みを低減することができる。
【００８７】
なお、液晶パネル３４の画素と光屈曲フィルム３７との間に介在する物質を、例えばアクリル樹脂に代えて空気とすると、介在物質から光屈曲フィルム３７への入射角θ２は４２°となる。その場合、より小さい厚みで幅Ｗが２ｍｍの額縁領域Ｒ２を視認できなくすることができる。
【００８８】
［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態について、図１６を用いて説明する。
第５実施形態の液晶表示装置の基本構成は第４実施形態と同様であり、光屈曲フィルムの構成が第４実施形態と異なる。
図１６は、第５実施形態の液晶表示装置の断面図である。
図１６において、第４実施形態の図１２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８９】
本実施形態の液晶表示装置５４は、図１６に示すように、プリズムシート３３から液晶パネル３４に入射する光Ｌは、その光軸と液晶パネル３４の法線方向とのなす角度が液晶パネル３４の中央部から周縁部に向かって徐々に大きくなっている。それに伴い、光屈曲フィルム５５の第２の構造体４９Ｂ，４９Ｃ，４９Ｄの側面の傾斜角度α１、α２、α３は、液晶パネル３４の中央部から周縁部に向かって徐々に小さくなっている。
【００９０】
本実施形態においても、額縁領域Ｒ２が見えず、かつ、全体的な画像の歪みが少ない液晶表示装置を実現することができる。ただし、第４実施形態の液晶表示装置３１では、光屈曲フィルム３７の第１の構造体４９Ａと第２の構造体４９Ｂとの境界、すなわち無指向性領域と一軸指向性領域との境界では画像の歪みが目立ちやすい。これに対して、本実施形態の液晶表示装置５４では、画面の中央部から周縁部にかけて光軸の傾斜がなだらかに変化しているため、画像の歪みが連続的になり、より自然な映像を表示しやすい。
【００９１】
［第６実施形態］
以下、本発明の第６実施形態について、図１７を用いて説明する。
第６実施形態の液晶表示装置の基本構成は第４実施形態と同様であり、光屈曲フィルムを備えていない点が第４実施形態と異なる。
図１７は、第６実施形態の液晶表示装置の断面図である。
図１７において、第４実施形態の図１２と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００９２】
本実施形態の液晶表示装置５８は、図１７に示すように、図１２に示す第４実施形態の液晶表示装置３１から光屈曲フィルム３７を除いた構成を有している。すなわち、本実施形態の液晶表示装置５８においては、液晶パネル３４の射出側偏光板３５ｂの上面に光散乱フィルム３８が設けられている。
【００９３】
この構成においては、液晶パネル３４の額縁領域Ｒ２の内側を斜めに通過した光Ｌが額縁領域Ｒ２の外側に達したところで光散乱フィルム３８により散乱する。したがって、観察者が液晶表示装置５８の正面に位置しているとき、光散乱フィルム３８で散乱した光の一部が観察者の目に入るため、観察者の目には額縁領域Ｒ２が見えなくなる。
【００９４】
本実施形態においても、額縁領域が見えず、かつ、全体的な画像の歪みが少ない液晶表示装置５８を実現することができる。また、本実施形態の液晶表示装置５８の場合、拡散性の高い光散乱フィルム３８を備えることにより、より広い角度範囲から広範囲で映像をみることができる。
【００９５】
なお、第４〜第６実施形態において用いたバックライト３２は、箱体３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄがそれぞれ独立した９個の面光源装置で構成されていたが、箱体は必ずしも独立していなくてもよく、全体が一体となっていてもよい。
【００９６】
［第７実施形態］
以下、本発明の第７実施形態について、図１８〜図２２を用いて説明する。
第７実施形態では、第１〜第３実施形態の面光源装置を利用した液晶表示装置の一例について説明する。本実施形態の液晶表示装置は、画素透過率を改善することを目的とするものである。
【００９７】
図１８は、第７実施形態の液晶表示装置の斜視図である。図１９は、図１８のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図２０（Ａ）は、液晶表示装置を構成するＴＦＴ基板の一部を示す等価回路図、図２０（Ｂ）はＴＦＴ基板の画素の平面図、である。図２１（Ａ）は、本実施形態の効果を実証するシミュレーションのモデルを示す図、図２１（Ｂ）は、シミュレーションに用いる一軸指向性光源の輝度分布を示す図、図２１（Ｃ）は、シミュレーションに用いる画素の平面図、である。図２２（Ａ）〜（Ｃ）は、一軸指向性光源の輝度分布を３通りに変えたときのシミュレーション結果を示す図である。
【００９８】
図１８、図１９に示すように、本実施形態の液晶表示装置６１は、バックライト６２と、マイクロレンズアレイ６３と、液晶パネル３４と、一対の偏光板３５ａ，３５ｂと、一対の視角補償フィルム３６ａ，３６ｂと、光散乱フィルム３８と、を備えている。液晶パネル３４は、液晶層３９を挟持する薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor, 以下、ＴＦＴと略記する）アレイ基板６４と対向基板６５とで構成されたアクティブマトリクス型液晶パネルである。液晶パネル３４は、バックライト６２から射出される光により表示を行う表示素子である。
【００９９】
バックライト６２としては、第１実施形態の面光源装置を用いることができる。図１８、図１９の例では、箱体３の天板３ａに７個の開口部６が設けられ、それに対応して７個のシリンドリカルレンズ７からなるシリンドリカルレンズアレイ４が備えられている。ただし、開口部６の数やシリンドリカルレンズ７の数はこれに限るものではない。
【０１００】
液晶パネル３４を構成する２枚の基板のうち、ＴＦＴアレイ基板６４がバックライト６２側に配置され、対向基板６５が視認側に配置されている。図２０（Ａ）に示すように、ＴＦＴアレイ基板６４においては、複数のゲートバスライン６６と複数のデータバスライン６７とが互いに直交して設けられている。隣り合うゲートバスライン６６と隣り合うデータバスライン６７とに囲まれた領域は一つの画素６８である。したがって、ＴＦＴアレイ基板６４は、マトリクス状に配置された複数の画素６８を有する。複数の画素６８の各々にＴＦＴ６９が設けられ、ゲートバスライン６６およびデータバスライン６７はＴＦＴ６９を介して画素電極７０と電気的に接続されている。
【０１０１】
ＴＦＴアレイ基板６４において、ゲートバスライン６６、データバスライン６７、ＴＦＴ６９、付加容量（図示略）等が形成された領域は、格子状の遮光膜により遮光されている。以下、格子状の遮光膜をブラックマトリクスと称する。画素一つ分のブラックマトリクス７１を示したものが図２０（Ｂ）である。矩形状の画素６８のうち、ブラックマトリクス７１以外の領域は、表示に寄与する光透過領域ＲＴである。例えば６０インチのフルハイビジョンＴＶの場合、画素６８における光透過領域６８の割合、すなわち透過率は７０％程度である。
【０１０２】
今後、液晶表示装置の更なる高精細化に伴い、画素の面積がより小さくなることが予想されている。例えば図２０（Ｂ）において、画素６８から画素６８’に面積を縮小する場合、ゲートバスライン６６に沿うブラックマトリクス７１の幅は、ＴＦＴ６９や付加容量の縮小化に伴って縮小できる可能性がある。一方、データバスライン６７に沿うブラックマトリクス７１の幅は、製造プロセスの制約により縮小化に限界がある。すなわち、ＷＧ１＞ＷＧ２、ＷＳ１＝ＷＳ２となる場合がある。このようなケースでは、高精細化に伴って画素６８’の面積が縮小化することに加えて、光透過領域Ｔ’の形状がより縦長の長方形となる。この場合、画素透過率を改善するためには、ゲートバスライン６６に沿う方向の指向性が、ソースバスライン６７に沿う方向の指向性よりも高いような一軸指向性を有するバックライトを用いることが有効となる。
【０１０３】
そこで、本実施形態の液晶表示装置６１においては、図１９に示すように、一軸指向性を有する第１実施形態の面光源装置からなるバックライト６２を用い、バックライト６２の指向性の方向をゲートバスライン６６に沿う方向に一致させている。すなわち、図１９において、バックライト６２のシリンドリカルレンズ７が曲率を持つ方向が紙面に平行な方向（ｘ軸方向）であり、シリンドリカルレンズ７が曲率を持たない方向が紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）である。これに対して、液晶パネル３４のゲートバスライン６６が延在する方向が紙面に平行な方向（ｘ軸方向）であり、データバスライン６７が延在する方向が紙面に垂直な方向（ｙ軸方向）である。
【０１０４】
バックライト６２と入射側偏光板３６ａとの間に、マイクロレンズアレイ６３が設けられている。マイクロレンズアレイ６３は、マトリクス状に配置された複数のシリンドリカルマイクロレンズ７２を備えている。１個のシリンドリカルマイクロレンズ７２は、１個の画素６８に対応して配置されている。シリンドリカルマイクロレンズ７２の向きは、バックライト６２のシリンドリカルレンズ７と同様であり、シリンドリカルマイクロレンズ７２が曲率を持つ方向が紙面に平行な方向（ゲートバスライン６６に平行な方向）であり、シリンドリカルマイクロレンズ７２が曲率を持たない方向が紙面に垂直な方向（データバスライン６７に平行な方向）である。シリンドリカルマイクロレンズ７２の焦点の位置は、ブラックマトリクス７１の開口部（光透過領域Ｔ）の位置に略一致している。シリンドリカルマイクロレンズ７２は、データバスライン６７に平行な方向に並ぶ複数の画素６８に対して一体に設けられてもよいし、画素６８毎に分割されていてもよい。
【０１０５】
第１実施形態で説明したように、バックライト６２からはシリンドリカルレンズ７が曲率を持つ方向に平行化された光Ｌが射出され、液晶パネル３４に入射する。このとき、一方向に平行化された光Ｌは、マイクロレンズアレイ６３の各シリンドリカルマイクロレンズ７２によってブラックマトリクス７１の開口部の位置に集束され、開口部を透過して再度拡散して射出される。光Ｌは、最表面の光散乱フィルム３８によって散乱され、視野角がより拡がった状態となる。これにより、観察者は、画像を視認することができる。なお、光散乱フィルム３８は必ずしも備えていなくてもよい。
【０１０６】
以上説明したように、本実施形態の液晶表示装置６１によれば、液晶パネル３４の画素６８の光透過領域Ｔの形状に合わせた一軸指向性を有するバックライト６２を用い、さらにバックライト６２からの光Ｌをマイクロレンズアレイ６３により光透過領域Ｔに集光している。これにより、画素あたりの光利用効率が向上し、明るい画像が得られる液晶表示装置を実現することができる。
【０１０７】
本発明者らは、本実施形態の液晶表示装置６１の効果を実証するためのシミュレーションを行った。その結果について説明する。
シミュレーションのモデルとして、図２１（Ａ）に示すように、仮想的な一軸指向性光源７４からの光をシリンドリカルマイクロレンズ７５で集光し、シリンドリカルマイクロレンズ７５から距離ｔだけ離れた位置Ｓでの照度分布を求めることとした。その照度分布に基づいて、シリンドリカルマイクロレンズ７５から距離ｔだけ離れた位置Ｓにあるブラックマトリクスにおける光透過率を計算した。
【０１０８】
シミュレーションにおいては、６０インチのスーパーハイビジョンＴＶを想定し、図２１（Ｃ）に示すように、画素ＰＸの横方向寸法ＰＸ１（ゲートバスラインに平行な方向）を５８μｍ、画素ＰＸの縦方向寸法ＰＸ２（データバスラインに平行な方向）を１７３μｍ、光透過領域Ｔの横方向寸法Ｔ１を２３μｍ、光透過領域Ｔの縦方向寸法Ｔ２を１０５μｍ、とした。このとき、画素ＰＸの開口率は２４％である。
【０１０９】
一軸指向性光源７４の寸法は、画素ＰＸの寸法と同一とした。一軸指向性光源７４の配向分布は、図２１（Ｂ）に示す通りであり、トップハット型で広角側に射出される光の量はゼロとした。
シリンドリカルマイクロレンズ７５の厚さｄは数μｍとし、シリンドリカルマイクロレンズ７５から照度分布を求める位置Ｓまでの距離ｔは５００μｍとした。
空間ＳＰの側面ＳＰ１は光反射面とした。
【０１１０】
図２２（Ａ）〜（Ｃ）は照度分布のシミュレーション結果である。
図２２（Ａ）は、光源輝度分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）が０°の場合の照度分布であり、図２２（Ｂ）は、光源輝度分布のＦＷＨＭが５°の場合の照度分布であり、図２２（Ｃ）は、光源輝度分布のＦＷＨＭが１０°の場合の照度分布である。図２２（Ａ）、図２２（Ｂ）、図２２（Ｃ）の順に照度分布が広がっていることが判る。
図２２（Ａ）の光源輝度分布のＦＷＨＭが０°の場合、光透過領域Ｔに入る光の割合は５９％であった。図２２（Ｂ）の光源輝度分布のＦＷＨＭが５°の場合、光透過領域Ｔに入る光の割合は４５％であった。図２２（Ｃ）の光源輝度分布のＦＷＨＭが１０°の場合、光透過領域Ｔに入る光の割合は２８％であった。
【０１１１】
このように、光源輝度分布のＦＷＨＭが小さい程、光透過領域Ｔに入る光の割合が大きくなることが判った。このシミュレーション結果から、面光源装置の指向性を高める程、画素あたりの光利用効率が高められることが判った。
【０１１２】
［第８実施形態］
以下、本発明の第８実施形態について、図２３を用いて説明する。
第８実施形態の液晶表示装置の基本構成は第７実施形態と同様であり、マイクロレンズアレイの位置が第７実施形態と異なる。
図２３は、第８実施形態の液晶表示装置の断面図である。
図２３において、第７実施形態の図１９と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１３】
第７実施形態の液晶表示装置６１では、マイクロレンズアレイ６３は、入射側偏光板３５ａの外側に設けられていた。これに対して、図２３に示す第８実施形態の液晶表示装置８１では、マイクロレンズアレイ６３は、液晶パネル３４と視角補償フィルム３６ａとの間に設けられている。その他の構成は、第７実施形態の液晶表示装置６１と同様である。
【０１１４】
本実施形態においても、画素あたりの光利用効率が向上し、明るい画像が得られる液晶表示装置を実現できる、といった第７実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１５】
［表示装置の構成例］
以下、表示装置の一構成例について、図２４を用いて説明する。
図２４は、表示装置の一構成例である液晶表示装置の概略構成を示す正面図である。
【０１１６】
本構成例の液晶テレビジョン１９３は、図２４に示すように、表示画面１９４として上記第４実施形態〜第８実施形態の液晶表示装置を備えている。観察者側（図２４の手前側）には液晶パネルが配置され、観察者と反対側（図２４の奥側）にはバックライト（面光源装置）が配置されている。
本構成例の液晶テレビジョン１９３は、上記実施形態の液晶表示装置を備えているため、高画質の表示が可能な液晶テレビジョンとなる。
【０１１７】
［第９実施形態］
以下、本発明の第９実施形態について、図２５を用いて説明する。
第９実施形態では、第１実施形態の面光源装置を備えた照明装置の一例を示す。
図２５は、本実施形態の照明装置を示す側面図である。
図２５において、第１実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【０１１８】
本実施形態の照明装置１９７は、図２５に示すように、第１実施形態の面光源装置を備えている。よって、本実施形態の照明装置１９７は、指向性を有し、かつ、照度分布が均一化された照明を行うことができる。例えば、室内の壁面のみを効率良く照らす間接照明などの用途に利用できる。また、ポスターや絵画向けの照明装置としても好適である。
【０１１９】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば上記第１〜第３実施形態では、箱体から光を取り出すための光透過部が天板に設けられた開口部で構成されていたが、光透過部は必ずしも開口していなくてもよい。例えば、開口部を透明な部材で塞いだ構成の光透過部であってもよく、光を取り出すことができさえすればよい。
【０１２０】
上記実施形態では、光源としてＬＥＤを用いたが、レーザー等を用いてもよい。また、これらの固体光源に限ることはなく、冷陰極管等の他の光源を用いることも可能である。上記実施形態のように複数個の光源を用いる場合、必ずしも光源を等間隔に配置する必要はなく、光源の配置に疎密を付けてもよい。同様に、光透過部やシリンドリカルレンズの配置についても、必ずしも等間隔である必要はなく、必要に応じて疎密を付けてもよい。また、光透過部およびシリンドリカルレンズの個数は少なくとも１個あればよい。その他、上記実施形態で例示した面光源装置の各構成部材の数、配置、材料等の具体的な構成については、適宜変更が可能である。
【０１２１】
また、上記実施形態の液晶表示装置においては、一軸指向性の面光源装置を用いた例を示したが、必ずしも一軸指向性である必要はなく、全方位にわたって指向性を有する面光源装置を用いてもよい。その場合でも、額縁を見えなくする、画素透過率を改善する等の目的をそれぞれ達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、プラズマディスプレイ等の各種表示装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０１２３】
１，１１，２１…面光源装置、２…ＬＥＤ（光源）、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…箱体、４…シリンドリカルレンズアレイ（レンズ部材）、５…キャビティ（内部空間）、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，２２…開口部（光透過部）、７，７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，２５，２６，２７…シリンドリカルレンズ（単位レンズ）、３１，５４，５８，６１，８１…液晶表示装置、３２，６２…バックライト（面光源装置）、３３…プリズムシート（第１の光偏向素子）、３４…液晶パネル（表示素子）、３７，５５…光屈曲フィルム（第２の光偏向素子）、６３…マイクロレンズアレイ、７１…ブラックマトリクス（遮光層）、７２…シリンドリカルマイクロレンズ、１９７…照明装置。
【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２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２１】
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【図２２】
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