(57)【要約】    【課題】  指向性が高く、輝度が高く、光源の配設位置が制約されない光源装置、この光源装置を備え、表示輝度が高く、視認角度範囲を切替可能な表示装置、この表示装置を搭載した端末装置、及び前記光源装置に組み込まれる光学部材を提供する。    【解決手段】  表示装置２において、光源部１、ルーバ１１２、透明・散乱切替素子１２２、透過型液晶パネル７をこの順に設け、光源部１には、導光板３及び円錐シート６を設け、導光板３の側面に光源５１を配置する。導光板３の光出射面４３は平坦とし、光拡散面４４には、光出射面４３に対して光源５１側に傾斜した斜面４１を形成する。また、円錐シート６には、平板部６３を設け、平板部６３の光入射面上に、複数の円錐体６４を二次元的に配列する。円錐体６４の中心軸は相互に平行とする。透明・散乱切替素子１２２は、入射光を透過させる状態と散乱させる状態とを切替えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、この光源から入射した光をこの光の入射方向とは異なる第１の方向に出射する導光部材と、この導光部材から入射した光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に出射する光学部材と、この光学部材から入射した光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、この光線方向規制素子から入射した光を透過させる状態と散乱させる状態とに切替可能な透明・散乱切替素子と、を有し、前記光源は前記導光部材の光入射面に沿って配置されており、前記光学部材は、その光入射面に二次元的に配列された複数の光学要素を有し、入射した光を前記入射方向及び前記第１の方向を含む平面に直交する方向における指向性を高めて出射することを特徴とする光源装置。
【請求項２】
前記光学部材は、透明材料からなる平板部を有し、前記光学要素が前記平板部上に形成され透明材料からなる複数の円錐体であり、前記円錐体は前記平板部における前記導光部材に対向する面上に形成されており、その中心軸が相互に平行であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記光学部材において、前記円錐体の頂点からなる一の列の位相が、他の列の位相と異なっていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記円錐体の頂点を結ぶ仮想的な直線が延びる方向が、前記平板部の表面に平行であり且つ相互に異なる３つの方向であることを特徴とする請求項２又は３に記載の光源装置。
【請求項５】
前記第２の方向が前記平板部の表面に垂直になるように、前記円錐体の中心軸が前記平板部の表面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記平板部における前記円錐体が形成されていない側の面に透過光を拡散させる拡散パターンが形成されていることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項７】
前記光源が点光源からなり、前記導光部材の前記点光源から光が入射する面にこの光を拡散させる拡散パターンが形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記導光部材はその側面から前記光が入射する導光板であり、この導光板における前記光学部材に対向している光出射面の反対側の面に、前記光出射面に対して前記光源側に傾斜した傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項９】
前記光源は前記導光板の側面に沿って配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記導光部材から見て前記光学部材が配置されている側の反対側に配置された反射シートを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記光線方向規制素子において、光の入射方向に交差する方向に沿って前記光を透過する透明領域と前記光を吸収する吸収領域とが交互に配列されており、前記光線方向規制素子は前記配列方向において光の角度範囲を規制するものであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記光線方向規制素子は、相互に積層された第１及び第２の層を有し、前記第１の層における前記透明領域と吸収領域との配列方向は、前記第２の層における前記透明領域と吸収領域との配列方向に直交していることを特徴とする請求項１１に記載の光源装置。
【請求項１３】
前記光線方向規制素子において、前記光の入射方向から見て、前記光を吸収する吸収領域中に前記光を透過する透明領域がマトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１４】
前記透明領域の形状は、前記光の入射方向から見て、円形、楕円形、正方形又は長方形であることを特徴とする請求項１３に記載の光源装置。
【請求項１５】
前記透明領域と前記吸収領域との境界面が、前記第２の方向に平行であることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１６】
前記透明領域の配列方向が、前記光学要素の配列方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１７】
前記光線方向規制素子が前記光学部材と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１８】
前記導光部材の光入射面に沿って配置された光源は、複数個の発光ダイオードであることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１９】
前記導光部材の光入射面に沿って配置された光源は、冷陰極管であることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光源装置と、この光源装置から出射した光を透過させることによりこの光に画像を付加する表示パネルと、を有することを特徴とする表示装置。
【請求項２１】
前記表示パネルの画素配列方向が、前記光学要素の配列方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。
【請求項２２】
前記表示パネルが液晶パネルであることを特徴とする請求項２０又は２１に記載の表示装置。
【請求項２３】
前記液晶パネルが、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償ＴＮモードの液晶パネルであることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
【請求項２４】
請求項２０乃至２３のいずれか１項に記載の表示装置を有することを特徴とする端末装置。
【請求項２５】
携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であることを特徴とする請求項２４に記載の端末装置。
【請求項２６】
携帯電話であり、前記光源が表示画面の上側又は下側に配置されていることを特徴とする請求項２５に記載の端末装置。
【請求項２７】
入射された光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、透明材料からなり前記光線方向規制素子上に一体形成された複数の円錐体と、を有することを特徴とする光学部材。
【請求項２８】
前記円錐体の頂点からなる一の列の位相が、他の列の位相と異なっていることを特徴とする請求項２７に記載の光学部材。
【請求項２９】
前記円錐体の頂点を結ぶ仮想的な直線が延びる方向が、前記光線方向規制素子の表面に平行であり且つ相互に異なる３つの方向であることを特徴とする請求項２７又は２８に記載の光学部材。
【請求項３０】
前記円錐体の中心軸が前記光線方向規制素子の表面に垂直な方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２７乃至２９のいずれか１項に記載の光学部材。
【請求項３１】
前記光線方向規制素子は、前記光線規制方向が光入射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２７乃至３０のいずれか１項に記載の光学部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射角度範囲を切替可能な光源装置、この光源装置を備え視認角度範囲を切替可能な表示装置、この表示装置を搭載した端末装置及び前記光源装置に使用する光学部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、薄型、軽量、小型、低消費電力等の利点から、液晶を使用した表示装置は、モニタ及びテレビジョン（ＴＶ：Television）等の大型の端末装置から、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ及び自動販売機等の中型の端末装置、またパーソナルＴＶ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance：個人用情報端末）、携帯電話及び携帯ゲーム機等の小型の端末装置にまで広く搭載され、使用されている。これらの液晶表示装置は、使用する光源の種類に応じて、透過型、反射型、透過光と反射光とを併用する半透過型に大別できる。反射型は、表示に外光を利用できるため低消費電力化が可能であるが、透過型と比較するとコントラスト等の表示性能が劣るため、現在では透過型及び半透過型が液晶表示装置の主流となっている。透過型及び半透過型の液晶表示装置では、液晶パネルの背面に光源装置を設置し、その光源装置が発する光を利用して表示を実現している。即ち、現在主流の液晶表示装置では、液晶パネルの他に光源装置が必須となっている。
【０００３】
液晶表示装置の主要構成部品である液晶パネルは、液晶分子の配向状態を電界により制御して情報を表示するが、液晶分子の種類、初期配向状態及び電界の方向等の組み合わせにより多数のモードが提案されている。これらのモードのうち、従来の端末装置に最も良く使用されるモードには、単純マトリクス構造によるＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード及びアクティブマトリクス構造によるＴＮ（Twisted Nematic）モードがあるが、これらのモードの液晶パネルは階調を正しく視認できる角度範囲が狭く、最適な観察位置から外れると階調反転が発生してしまう。
【０００４】
この階調反転の問題は、表示内容が電話番号等の文字主体の内容であった頃の携帯電話等の端末装置では大きな問題とならなかった。しかし、近年の技術進展により、端末装置が文字情報だけでなく画像情報も多く表示するようになったため、階調反転によって画像の視認性が著しく低下するようになった。このため、階調反転が発生せず階調を正しく視認できる角度範囲が広いモードの液晶パネルが、徐々に端末装置へ搭載されつつある。このようなモードの液晶パネルは、一般に広視野角液晶パネルと総称され、インプレインスイッチング方式等の横電界モード及びマルチドメイン垂直配向モード等が実用化されている。これらの広視野角液晶パネルの使用により広い角度範囲で正しい階調が視認できるため、中小型の端末装置は基本的にパーソナルツールでありながらも、複数人で同時に鑑賞し他人と情報を共有するアプリケーションが開発され、徐々に搭載されつつある。
【０００５】
一方で、中小型の端末装置はその性格上、秘密保持が厳重になされた密室の中だけではなく公共の場でも使用される。このとき、プライバシー情報及び秘密情報の表示に対しては、第三者の眼に触れない秘密保持が必要となる。特に近時、端末装置の進展に伴い、プライバシー情報及び秘密情報を表示する機会が増加し、覗き見防止技術への要望が強まっている。そこで、表示を視認できる角度範囲を狭くすることにより使用者のみが視認でき、覗き見を防止できる技術の実現が望まれている。
【０００６】
上述の如く、視認角度範囲が広く複数人で同時に鑑賞できる表示と、視認角度範囲が狭く使用者のみが視認できる表示の実現が夫々望まれており、一つの端末装置がこれらの二種類の表示を切替えて実現できることが望ましい。そこで、このような要求を満たすために、液晶表示装置に必須である光源装置に工夫を施し、視認角度範囲を変更可能にした表示装置が提案されている。
【０００７】
図３５は、特許文献１に記載されている従来の視野角制御型液晶表示装置を模式的に示す断面図であり、図３６は、この視野角制御型液晶表示装置に使用される照明装置を模式的に示す斜視図である。図３５に示すように、従来の視野角制御型液晶表示装置１１０１は、液晶表示素子１１０２と、散乱性制御素子（散乱性制御手段）１１０３と、照明装置（バックライト）１１０４とから構成されている。散乱性制御素子１１０３は、液晶表示素子１１０２と照明装置１１０４との間に配置されている。図３６に示すように、照明装置１１０４は、遮光スリット付シート（透光性シート体）１１２０、及び照射部１１２１を備えている。照射部１１２１には、蛍光管等の光源１１２２が設けられると共に、光出射面１１２３と対向する面に配置され光源１１２２からの光を反射させるための反射シート１１２４が設けられており、遮光スリット付シート１１２０側の表面が、光源１１２２からの光を出射させて遮光スリット付シート１１２０に導くための光出射面１１２３となっている。遮光スリット付シート１１２０においては、透光性を有するシートの一方の面に、一方向に延びる線状の遮光材が互いに平行に多数配置されている。遮光材が延設される方向は、表示部の垂直方向に一致している。
【０００８】
このように構成された特許文献１に記載の従来の視野角制御型液晶表示装置においては、光源１１２２から発した光は、遮光スリット付シート１１２０を介して散乱性制御素子１１０３に照射される。光出射面１１２３より出射する光がこの遮光スリット付シート１１２０を透過するときに、遮光スリット付シート１１２０が透過光の平行度を高めるために、散乱性制御素子１１０３には、その光入射面に垂直な方向に対して大きく傾斜した角度で光が入射することがない。即ち、この遮光スリット付シート１１２０の面と垂直な方向に平行度が高い透過光が得られる。次に、照明装置１１０４から出射された光は、散乱性制御素子１１０３に入射する。散乱性制御素子１１０３は、印加電圧の有無に応じて入射した光線の散乱性を制御する。散乱制御素子１１０３が散乱状態にある場合には、照明装置１１０４からの光は散乱制御素子１１０３により散乱され、散乱制御素子１１０３が透明状態にある場合には、照明装置１１０４からの光は散乱されない。
【０００９】
上記構成の視野角制御型液晶表示装置１１０１では、散乱性制御素子１１０３が散乱状態であるとき、照明装置１１０４から出射された平行度が高い光は、散乱性制御素子１１０３により散乱されて液晶表示素子１１０２に入射する。この結果、液晶表示素子１１０２を通過した光は、表示部の全視角方向に抜けて行き、表示部に正対する位置以外の位置からも表示内容の認識が可能となる。これに対して、散乱性制御素子１１０３が透明状態であるとき、照明装置１１０４から出射した平行度が高い光は、散乱性制御素子１１０３によって散乱されず、高い平行度を維持したまま液晶表示素子１１０２に入射する。この結果、表示部を水平方向の左右より斜めに見る位置には液晶表示素子１１０２の透過光が到達せず、このような位置から見ると画面が真っ暗になり、表示内容の認識が不可能となる。これにより、表示部に正対する観察者だけが表示内容を認識できる。
【００１０】
以上のように、上記構成の視野角制御型液晶表示装置１１０１では、散乱性制御素子１１０３によって光の散乱性を制御できるので、表示内容の視野角特性を制御できる。即ち、照明装置１１０４によって平行度が高い光を液晶表示素子１１０２に向けて出射することができるので、散乱性制御素子１１０３が透過状態におかれるとき、表示部に正対する観察者だけが表示内容を認識できる視野角特性を確実に得ることができる。従って、視野角依存性が少なく全視角方向にわたって表示特性が均一に保たれる状態と、表示部に正対する位置からのみ表示内容を認識できる状態とに任意に切換可能な液晶表示装置を得ることができる。
【００１１】
一方、従来より、指向性を高めた光源装置が検討されている。図３７は、非特許文献１に記載されている第１の従来の高指向性光源装置を模式的に示す斜視図である。図３７に示すように、第１の従来の高指向性光源装置は、光源２１０１と、光源２１０１が発する光を伝搬して面状に出射する導光板２１０２と、導光板２１０２の光出射面側に配置された拡散シート２１０３と、拡散シート２１０３の上に配置された２枚のプリズムシート２１０４及び２１０５と、プリズムシートの上に配置された拡散シート２１０６と、導光板２１０２の光出射面と反対側に配置された反射シート２１０７とから構成されている。導光板２１０２の表面にはドット形状が印刷されている。２枚のプリズムシート２１０４及び２１０５には、一方向に延び一次元配列されたプリズム形状が夫々形成されている。このプリズム形状の頂角は９０度である。また、プリズムシート２１０４及び２１０５は、プリズムシート２１０４に形成されたプリズム形状が延びる方向と、プリズムシート２１０５に形成されたプリズム形状が延びる方向とが、相互に直交するように配置されている。更に、プリズムシート２１０４及び２１０５は、プリズム面が上側（導光板と反対側）に向くように配置されている。
【００１２】
このように構成された非特許文献１に記載の第１の従来の高指向性光源装置においては、光源２１０１から発した光は導光板２１０２に入射し、導光板２１０２中を伝搬する。この際に、印刷されたドット形状により一部の光が散乱され、導光板２１０２の出射面から出射される。導光板２１０２から出射した光は、導光板２１０２とプリズムシート２１０４との間に配置された拡散シート２１０３により均斉度が向上し、プリズムシート２１０４及び２１０５に入射する。プリズムシート２１０４及び２１０５はその頂角が９０度であるために、正面から３０度の方位付近の光線が正面方向に屈折して進行し、結果として正面方向に集光され、正面輝度が向上することになる。
【００１３】
図３８は、非特許文献１に記載されている第２の従来の高指向性光源装置を模式的に示す斜視図である。図３８に示すように、第２の従来の高指向性光源装置は、線状の光源３１０１と、光源３１０１の発する光を伝搬して面状に出射する導光板３１０２と、導光板３１０２の光出射面側に配置されたプリズムシート３１０３と、導光板３１０２の光出射面と反対側に配置された反射シート３１０４とから構成されている。導光板３１０２は、その光出射面にマット形状（図示せず）が形成され、その反対側の面である反射シート３１０４側の面に光源３１０１が延びる方向に垂直な方向（以下、光源に垂直な方向という）に延びるプリズム列が形成されたマットプリズム導光板である。また、プリズムシート３１０３は、プリズム面を導光板側に向けて配置され、プリズム列が延びる方向が、光源が延びる方向に平行な方向（以下、光源に平行な方向という）となっている。
【００１４】
このように構成された非特許文献１に記載の第２の従来の高指向性光源装置においては、光源３１０１から発した光は導光板３１０２に入射し、導光板３１０２中を伝搬する。この際に、導光板３１０２のプリズムシート側の面である光出射面に形成されたマット形状により、一部の光が全反射条件から外れ、導光板３１０２から出射することになる。導光板３１０２から出射した光は、導光板３１０２の全反射条件をわずかに外れた条件であるため、光源に垂直な方向において、出射面の法線から６５度付近にピークを有する指向性が高い光となっている。この光はプリズムシート３１０３に入射するが、入射側のプリズム斜面で屈折した後に、反対側のプリズム斜面で全反射して正面方向に出射する。
【００１５】
前述のように、プリズムシート３１０３に入射する光は、光源に垂直な方向の指向性が高いため、プリズムシートから出射する光も光源に垂直な方向に対して指向性が高い。一方で、光源に平行な方向に関する指向性については、導光板３１０２の反射シート３１０４側の面に、光源に垂直な方向に延びるプリズム列を形成することで対応している。
【００１６】
図３９（ａ）及び（ｂ）は、横軸に出射角度をとり、縦軸に光度をとって、第２の従来の高指向性光源装置の指向特性と第１の従来の高指向性光源装置の指向特性とを比較した結果を示すグラフ図であり、（ａ）は垂直方向の指向性を示し、（ｂ）は水平方向の指向性を示す。図３９（ａ）及び（ｂ）は、非特許文献１中の図１４に記載のものである。図３９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２の従来の高指向性光源装置では、光源に垂直な方向のみならず、平行な方向においても指向性が高められており、第１の従来の高指向性光源装置よりも指向性が高められている。
【００１７】
図４０は、特許文献２に記載されている第３の従来の高指向性光源装置を模式的に示す斜視図であり、図４１はその断面図である。図４０に示すように、第３の従来の高指向性光源装置は、主として導光板４１３２、発光部４１３３、反射板４１３４、拡散プリズムシート４１３５からなる。導光板４１３２は、ポリカーボネイト樹脂又はメタクリル樹脂等の透明樹脂によって四角平板状に形成されており、裏面には光拡散パターン４１３６が形成されている。また、導光板４１３２のコーナー部の一箇所には、平面視でコーナー部を斜めにカットすることによって光入射面４１３７が形成されている。発光部４１３３は、１個又は数個のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を透明なモールド樹脂中に封止し、モールド樹脂の正面以外の面を白色樹脂で覆ったものであり、ＬＥＤから出射された光は、直接又はモールド樹脂と白色樹脂との界面で反射した後、発光部４１３３の前面から出射される。
【００１８】
この発光部４１３３は、その前面が導光板４１３２の光入射面４１３７と対向する位置に配置されている。導光板４１３２の下面に形成されている光拡散パターン４１３６は、発光部４１３３（特に、内部のＬＥＤ）を中心とする同心円状をした円弧の上に配列されており、各光拡散パターン４１３６は導光板４１３２の裏面を非対称な断面三角形状に凹設することによって曲線状に形成されている。また、各光拡散パターン４１３６は、発光部４１３３を中心とする円弧の円周方向に沿って広がっており、各光拡散パターン４１３６の反射面は、平面視で発光部４１３３と光拡散パターン４１３６とを結ぶ方向と直交している。また、光拡散パターン４１３６は、発光部４１３３から遠くなるに従ってパターン密度が次第に大きくなるように形成されている。反射板４１３４は、表面にＡｇメッキによる鏡面加工が施されたものであり、導光板４１３２の裏面全体に対向するように配置されている。拡散プリズムシート４１３５は、透明なプラスチックシート４１３８の表面に透明な凹凸拡散板４１３９を形成し、プラスチックシート４１３８の裏面に透明なプリズムシート４１４０を形成したものである。
【００１９】
このように構成された特許文献２に記載の第３の従来の高指向性光源装置においては、図４１に示すように、発光部４１３３から出射された光ｐは、光入射面４１３７から導光板４１３２内に入光する。光入射面４１３７から導光板４１３２に入射した光ｐは、導光板４１３２内で放射状に広がって進むが、このとき導光板４１３２内で広がる光ｐの各方位の光量は各方位における導光板４１３２の面積に比例するように、光入射面４１３７に形成された光学素子４１４４は設計されている。導光板４１３２内に入射した光ｐは、導光板４１３２の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板４１３２内を発光部４１３３から遠ざかる方向へ進んでいく。導光板４１３２の下面に入射する光ｐは、断面三角形状をした光拡散パターン４１３６で反射する度に導光板４１３２の上面（光出射面４１４５）への入射角が小さくなり、光出射面４１４５に全反射の臨界角よりも小さな入射角で入射した光ｐは、光出射面４１４５を透過して導光板４１３２の外部へ出射される。いずれの光拡散パターン４１３６も、発光部４１３３と各光拡散パターン４１３６を結ぶ方向と直交するように配置されているので、導光板４１３２内を伝搬している光ｐが光拡散パターン４１３６で拡散されても、その光ｐは発光部４１３３と光拡散パターン４１３６とを結ぶ方向を含む導光板４１３２に垂直な平面内では拡散されるが、光拡散パターン４１３６の接線に平行な平面内では拡散されることなく直進する。なお、導光板４１３２の下面で反射されることなく下面を透過した光ｐは、導光板４１３２の下面に対向している反射板４１３４で正反射されて導光板４１３２内に戻り、再び導光板４１３２内を伝搬する。導光板から出射した広がりが小さくて指向性が高い光は、拡散プリズムシート４１３５のプリズムシート４１４０を透過することによって光出射面４１４５に垂直な方向へ曲げられ、ついで拡散プリズムシート４１３５の凹凸拡散板４１３９によって適度に拡散させられた上で、正面方向に指向性高く出射されるため、高指向性が実現されている。
【００２０】
【特許文献１】特開平９−２４４０１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２１５５８４号公報
【非特許文献１】２００４年４月発行の月刊ディスプレイ４月号、第１４乃至２１頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、前述の従来の視野角制御型液晶表示装置には、以下に示すような問題点がある。即ち、特許文献１に記載の従来の視野角制御型液晶表示装置においては、照明装置の照射部から出射された光は、光入射面に対して一定角度以上の角度で傾斜して入射する成分が遮光スリット付シートにより遮断されることにより、指向性が高められる。このため、この従来の表示装置においては、光源から出射した光の利用効率が低い。そして、遮光スリット付シートから出射した指向性が高い光は、散乱制御素子に入射し、広視野角表示の場合には、散乱制御素子を散乱状態にし、高指向性の光を広い角度範囲に散乱させる。このように、この表示装置においては、遮光スリット付シートを選択的に透過した正面方向に指向性が高い光を広い角度範囲に広げるため、遮光スリット付シートを持たない通常の照明装置と比較すると、全ての角度の輝度が大幅に低下し、表示の視認性が大幅に低下してしまう。
【００２２】
本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、光源装置（照明装置の照射部）から出射される光の指向性を高めることにより、遮光スリット付シート（以下、光線方向規制素子）を透過する光束を増加させることが有効であることを見出した。光線方向規制素子の透過率角度依存性に着目すると、透過率は正面方向が最も高く、角度が大きくなるに従って徐々に低下する。これは、角度が大きくなるに従い、遮光スリットの見かけの開口率が低下するからである。即ち、光源装置から出射される光の指向性を高め、光線方向規制素子の透過率が高い正面方向に光束を集めることにより、光線方向規制素子を透過する光束を増加させることができる。光源装置から出射される光の指向性は、光線方向規制素子の面内方向において、二次元状に高められている方が望ましいが、少なくとも遮光スリットの配列方向の指向性を高めることにより、透過光束を増加できる。これにより、散乱制御素子を散乱状態にしても、あらゆる方位の輝度を向上することができる。
【００２３】
この得られた知見に基づいて、本発明者らは従来の視野角制御型液晶表示装置の広視野角表示時の輝度を向上すべく、従来の高指向性光源装置と組み合わせて検討を行った。その結果、従来の高指向性光源装置を使用しても輝度向上は十分でないことが判明した。
【００２４】
非特許文献１に記載の第１の従来の高指向性光源装置は、導光板から出射され、拡散シートにより均斉度が向上した光束が、２枚の直交配置されたプリズムシートにより屈折される。この結果、正面方向の指向性が高められるが、２枚のプリズムシートは法線方向から３０度方位付近の光線を正面方向に屈折するものの、それ以外の角度の光線は正面と異なる方向に屈折又は全反射するため、その指向特性を高めるには限界がある。この結果、光線方向規制素子を透過する光束は十分増加せず、広視野角表示時の輝度を十分向上できない。
【００２５】
また、非特許文献１に記載の第２の従来の高指向性光源装置においては、光源に垂直な方向に対しては、導光板から出射した高指向性の光束を、プリズムシートの全反射を使用して正面方向に出射しているため、第１の従来の光源装置よりも高い指向性が実現できる。一方で、光源に平行な方向に対しては、導光板の反射シート側に設けられた光源に垂直な方向のプリズム列により指向性を高めているが、光源に垂直な方向よりは指向性が低く、二次元状に集光性を高めるには限界がある。従って、この光源装置を携帯電話の表示装置に搭載する場合は、指向性が高い光源に垂直な方向を表示画面の左右方向とすることが好ましい。このとき、光源装置の光源は、表示画面の左右に配置されることになる。しかしながら、通常の携帯電話では、筐体を細身化するため、表示画面の左右に光源を配置するのは不可能である。このため、第２の従来の高指向性光源装置を携帯電話に適用すると、光源を表示画面の上下に配置することになるが、このとき左右方向の指向性を高めることはできない。この結果、光線方向規制素子を透過する光束は十分増加せず、広視野角表示時の輝度を十分向上できない。
【００２６】
更に、特許文献２に記載の第３の従来の高指向性光源装置においては、光源を点光源化し、光源を中心とする同心円状のパターンを配置した導光板と拡散プリズムシートを使用することにより、二次元状に集光性を高めることができる。これにより光線方向規制素子を透過する光束の割合を増やすことができる。しかし、光源を１箇所に集中する必要があり、通常のＬＥＤでは光源の光度が不足する。１パッケージに複数個のＬＥＤを内蔵した光源を使用すれば光源の光度を高められるが、放熱の問題があるため光源の集積化には限界がある。この結果、光線方向規制素子を透過する光束は十分増加せず、広視野角表示時の輝度を十分向上できない。
【００２７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、照射角度範囲が切替可能な光源装置であって、指向性が高く、輝度が高く、光源の配設位置が制約されない光源装置、この光源装置を備え、表示輝度が高く、視認角度範囲が切替可能な表示装置、この表示装置を搭載した端末装置、及び前記光源装置に組み込まれる光学部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明に係る光源装置は、光源と、この光源から入射した光をこの光の入射方向とは異なる第１の方向に出射する導光部材と、この導光部材から入射した光を前記第１の方向とは異なる第２の方向に出射する光学部材と、この光学部材から入射した光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、この光線方向規制素子から入射した光を透過させる状態と散乱させる状態とに切替可能な透明・散乱切替素子と、を有し、前記光源は前記導光部材の光入射面に沿って配置されており、前記光学部材は、その光入射面に二次元的に配列された複数の光学要素を有し、入射した光を前記入射方向及び前記第１の方向を含む平面に直交する方向における指向性を高めて出射することを特徴とする。
【００２９】
本発明においては、導光部材が入射方向及び第１の方向を含む平面内における光の指向性を高め、光学部材が前記平面に直交する方向における光の指向性を高めるため、光源から出射した光の指向性を、二次元的に高めて出射することができる。また、光線方向規制素子を有するため、光の指向性をより一層高めることができる。更に、光源から出射した光の大部分を光学部材から第２の方向に出射することができるため、光の利用効率が高く、輝度が高い。更にまた、光源の配設位置の自由度が高い。更にまた、光学部材に光学要素が二次元的に配列されているため、一つの光学部材により、第１の方向に入射された光を第２の方向に出射すると共に、前記平面に直交する方向における指向性を高めることができる。更にまた、透明・散乱切替素子を透明状態として光を透過させることにより、表示装置から出射される光の照射角度を狭くし、透明・散乱切替素子を散乱状態として光を散乱させることにより、表示装置から出射される光の照射角度を広くすることにより、表示装置の画像を視認できる視認角度範囲を２段階に切替えることができる。
【００３０】
また、前記光学部材は、透明材料からなる平板部を有し、前記光学要素が前記平板部上に形成され透明材料からなる複数の円錐体であり、前記円錐体は前記平板部における前記導光部材に対向する面上に形成されており、その中心軸が相互に平行であってもよい。
【００３１】
このとき、前記光学部材において、前記円錐体の頂点からなる一の列の位相が、他の列の位相と異なっていることが好ましく、前記円錐体の頂点を結ぶ仮想的な直線が延びる方向が、前記平板部の表面に平行であり且つ相互に異なる３つの方向であることが好ましい。これにより、表示パネルと組み合わせて使用した場合に、モアレの発生を抑制することができる。
【００３２】
また、前記第２の方向が前記平板部の表面に垂直になるように、前記円錐体の中心軸が前記平板部の表面に垂直な方向に対して傾斜していることが好ましい。これにより、光源装置から出射する光の強度分布の中心を、円錐シートの平板部に垂直な方向とすることができる。
【００３３】
更に、前記平板部における前記円錐体が形成されていない側の面に透過光を拡散させる拡散パターンが形成されていてもよく、前記光源が点光源からなり、前記導光部材の前記点光源から光が入射する面にこの光を拡散させる拡散パターンが形成されていてもよい。これにより、点光源を均一に線光源化でき、光源装置の出射光面内分布の均一性を向上できる。
【００３４】
更にまた、前記導光部材はその側面から前記光が入射する導光板であり、この導光板における前記光学部材に対向している光出射面の反対側の面に、前記光出射面に対して前記光源側に傾斜した傾斜面が形成されていてもよい。これにより、光の入射方向及び第１の方向を含む平面内において、導光部材から出射される光の指向性を高めることができる。
【００３５】
更にまた、本発明に係る光源装置は、前記導光部材から見て前記光学部材が配置されている側の反対側に配置された反射シートを有することが好ましい。これにより、光の輝度を更に向上させることができる。
【００３６】
このとき、前記光線方向規制素子において、光の入射方向に交差する方向に沿って前記光を透過する透明領域と前記光を吸収する吸収領域とが交互に配列されており、この配列方向において光の角度範囲を規制するものであってもよい。
【００３７】
また、前記光線方向規制素子は、相互に積層された第１及び第２の層を有し、前記第１の層における前記透明領域と吸収領域との配列方向は、前記第２の層における前記透明領域と吸収領域との配列方向に直交していてもよい。これにより、光の指向性を二次元的により一層向上させることができる。
【００３８】
又は、前記光線方向規制素子において、前記光の入射方向から見て、前記光を吸収する吸収領域中に前記光を透過する透明領域がマトリクス状に配列されていてもよい。このとき、前記透明領域の形状は、前記光の入射方向から見て、円形、楕円形、正方形又は長方形であってもよい。
【００３９】
また、前記透明領域と前記吸収領域との境界面が、前記第２の方向に平行であることが好ましい。これにより、光の透過効率が向上する。
【００４０】
更に、前記透明領域の配列方向が、前記光学要素の配列方向に対して傾斜していることが好ましい。これにより、光線方向規制素子と光学部材とにより発生するモアレを低減できる。
【００４１】
更にまた、前記光線方向規制素子が前記光学部材と一体的に形成されていてもよい。これにより、表示装置の厚さを低減できる。
【００４２】
本発明に係る表示装置は、前記光源装置と、この光源装置から出射した光を透過させることによりこの光に画像を付加する表示パネルと、を有することを特徴とする。
【００４３】
本発明によれば、光源装置の輝度が高いため、視認角度範囲が切替可能で輝度が高い表示装置を得ることができる。
【００４４】
更にまた、前記表示パネルの画素配列方向が、前記光学要素の配列方向に対して傾斜していることが好ましい。これにより、表示パネルと光学部材とにより発生するモアレを低減できる。
【００４５】
更にまた、前記表示パネルが液晶パネルであってもよい。このとき、この液晶パネルは、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償ＴＮモードの液晶パネルであることが好ましい。これにより、透明・散乱切替素子が散乱状態であるときに、表示の階調反転を抑制でき、視認性が向上する。
【００４６】
本発明に係る端末装置は、前記表示装置を有することを特徴とする。また、この端末装置は、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であってもよい。
【００４７】
前記端末装置が携帯電話であるとき、前記光源が表示画面の上側又は下側に配置されていることが好ましい。これにより、この携帯電話において、表示画面の左右に光源を配置するスペースを確保する必要がなく、筐体の細身化と画面の大型化とを両立させることができる。
【００４８】
本発明に係る光学部材は、入射された光の方向を規制して出射する光線方向規制素子と、透明材料からなり前記光線方向規制素子上に一体形成された複数の円錐体と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、導光部材が入射方向及び第１の方向を含む平面内における光の指向性を高め、光学部材が前記平面に直交する方向における光の指向性を高めることにより、指向性が高く、輝度が高く、光源の配設位置が制約されず、照射角度範囲を切替可能な光源装置を実現することができる。また、この光源装置を使用することにより、表示輝度が高く、視認角度範囲を切替可能な表示装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の実施形態に係る光源装置、表示装置、端末装置及び光学部材について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る光源装置、表示装置、端末装置及び光学部材について説明する。図１は本実施形態の表示装置を示す断面図であり、図２はその表示装置の光源部を示す斜視図であり、図３は本実施形態の表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図であり、図４は本実施形態の光源装置に使用する円錐シートを示す斜視図である。
【００５１】
図１に示すように、本第１実施形態に係る表示装置２においては、光源部１が設けられており、光源部１の上にはルーバ１１２（光線方向規制素子）が設けられている。ルーバ１１２の上には透明・散乱切替素子１２２が設けられており、透明・散乱切替素子１２２上には透過型液晶パネル７が設けられている。光源部１、ルーバ１１２及び透明・散乱切替素子１２２により、本実施形態に係る照射角度切替型の光源装置が構成されている。
【００５２】
図１及び図２に示すように、光源部１においては、導光板３と、この導光板３の前面側、即ち、視聴者側に配置された円錐シート６と、導光板３の側面に配置された光源５１とが設けられている。また、導光板３の前面、即ち円錐シート６側の面は光出射面４３となっており、その反対面、即ち背面は光拡散面４４となっている。光出射面４３は平坦である。一方、光拡散面４４には、光出射面４３に対して光源５１側に傾斜した斜面４１が形成されている。これにより、斜面４１は、光源５１から出射して導光板３に入射した光により直接照射されるようになっている。光源５１は、導光板３の光入射面となる側面に沿って複数個のＬＥＤがほぼ等間隔で配置されて構成されている。
【００５３】
なお、本明細書においては、便宜上、以下のようにＸＹＺ直交座標系を設定する。光源５１から導光板３に向かう方向を＋Ｘ方向とし、その反対方向を−Ｘ方向とする。＋Ｘ方向及び−Ｘ方向を総称してＸ軸方向という。また、導光板３の光出射面４３に平行な方向のうち、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。更に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向とし、このＺ軸方向のうち、光拡散面４４から光出射面４３に向かう方向を＋Ｚ方向とし、その反対方向を−Ｚ方向とする。＋Ｚ方向は前方、即ち、視聴者に向かう方向である。そして、＋Ｙ方向は、右手座標系が成立する方向とする。即ち、人の右手の親指を＋Ｘ方向、人差指を＋Ｙ方向に向けたとき、中指は＋Ｚ方向を向くようにする。
【００５４】
上述の如く、ＸＹＺ直交座標系を設定すると、導光板３の光出射面４３はＸＹ平面となり、光源５１は導光板３から見て−Ｘ方向に配置され、円錐シート６は＋Ｚ方向に配置されていることになる。また、光源５１は拡散性の光源であり、光源５１から出射した光は導光板３の内部において、少なくともＸＹ方向に拡散する。
【００５５】
ルーバ１１２は、例えば光を透過する透明領域１１２ａ（図１９参照）と、光を吸収する吸収領域１１２ｂ（図１９参照）とが、ルーバ１１２の表面に平行な方向に交互に配置されて形成されている。透明領域１１２ａ及び吸収領域１１２ｂは、例えはＸ軸方向に延びる帯状の領域であり、その側面はＺ軸方向に対して平行になっている。透明領域１１２ａと吸収領域１１２ｂとが交互に配置されている配列方向は、図１に示すＹ方向である。
【００５６】
また、透明・散乱切替素子１２２においては、相互に平行に配置された１対の透明基板１０９が設けられており、各透明基板における他方の透明基板に対向する表面を覆うように、電極１１０が設けられている。そして、電極１１０間には、高分子マトリクス１１１ａの中に液晶分子１１１ｂが分散してなるＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid-Crystal：ポリマー分散液晶）層１１１が設けられている。１対の電極１１０によって、その間に挟まれているＰＤＬＣ層１１１に電圧を印加することにより、ＰＤＬＣ層中の液晶分子の配向状態が変化するようになっている。ＰＤＬＣ層１１１は、例えば光硬化性樹脂と液晶材料の混合物を露光して硬化させることにより形成される。透明・散乱切替素子１２２は、ルーバ１１２から入射された光を散乱又は透過して透過型液晶パネル７に出射する。
【００５７】
図１に示すように、導光板３の光拡散面４４には、＋Ｘ方向に向かって斜面４１、平坦面４０がこの順に繰り返し配列されている。なお、図１においては、図を簡略化するために、斜面４１は一ヶ所しか示されていないが、前述の如く、実際には斜面４１は複数ヶ所に形成されている。斜面４１は、光源５１側、即ち、光源５１から出射され導光板３の内部を＋Ｘ方向に透過してきた光に照射される方向に傾斜している。斜面４１の傾斜角の絶対値は例えば６度である。＋Ｘ方向に向かうときに斜面４１から平坦面４０に移行する境界部は、Ｚ軸方向の段差となっている。また、平坦面４０、斜面４１は、Ｙ軸方向に沿って導光板３の全長に亘って延びている。
【００５８】
図１及び図４に示すように、円錐シート６においては、透明材料からなる平板部６３が設けられており、複数の円錐体６４が平板部６３の背面上に形成されている。平坦部６３はＸＹ平面に平行に配置されており、円錐体６４は−Ｚ方向に、即ち、導光板３に向かって突出している。即ち、円錐体６４の中心軸は相互に平行であり、Ｚ軸方向に平行である。円錐体６４の頂点は、Ｙ軸方向及びＸＹ平面内におけるＹ軸方向に対して６０度傾斜した２つの方向に沿って配列されている。即ち、円錐体６４は平板部６３の光入射面に二次元的に配列されており、円錐体６４の頂点を結ぶ仮想的な直線が延びる方向は、Ｙ軸方向及びＸＹ平面内におけるＹ軸方向に対して６０度傾斜した２方向の合計３方向である。これにより、相互に隣り合う３つの円錐体６４の頂点を結ぶと、その一辺がＹ軸方向に延びる仮想的な正三角形が形成されるようになっている。
【００５９】
一例では、円錐体６４の頂点は、Ｙ軸方向に５０μｍの間隔を隔てて等ピッチに配列し、円錐体の頂点が形成する正三角形の一辺は５０μｍとなっている。円錐体６４の頂角は７０度であり、円錐体の高さは３６μｍである。なお、頂角とは、円錐体６４の中心軸を含む断面において、２本の側辺がなす角度である。導光板３と円錐シート６の材料には、加工性の容易さから透明樹脂が好適に使用されるが、本実施形態においては、屈折率が１．５であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：polymethyl-methacrylate）が使用されている。
【００６０】
図３に示すように、本実施形態に係る表示装置２は、例えば、携帯電話９に搭載される。表示装置２は、携帯電話９の横方向及び縦方向が、夫々光源装置のＹ軸方向及びＸ軸方向となるように配置されている。即ち、携帯電話９において、光源５１（図１参照）は、表示画面の上側に配置されている。なお、光源５１は表示画面の下側に配置してもよい。
【００６１】
次に、上述の如く構成された本実施形態の表示装置２の動作について説明するが、先ず、光源部１の動作について説明する。図５は光源５１が点灯した場合を示す光学モデルの斜視図であり、図６は図５に示すＡ−Ａ線による断面図であり、図７は図５に示すＢ−Ｂ線による断面図である。Ａ−Ａ線はＸ軸方向に延びており、Ｂ−Ｂ線はＸＹ平面内において、Ｘ軸方向から３０度の角度をなす方向に延びている。なお、図６及び図７においては、図を簡略化するために、斜面４１は一ヶ所のみ示されている。
【００６２】
図６に示すＡ−Ａ線による断面での光の挙動について説明する。光源５１が発した光は導光板３に入射するが、空気と導光板３を形成する樹脂材料との屈折率の違いにより、導光板３に入射した後の光の進行方向と＋Ｘ方向とがＺ軸方向になす角度は、スネルの法則に基づき、４１．８度より小さくなる。そこで、＋Ｘ方向に対して＋Ｚ方向に４１．８度傾斜した光線について考えることにする。
【００６３】
光源５１から出射され、導光板３に入射した光線は、導光板３の光出射面４３に到達するが、Ｚ軸方向に対する角度が４８．２度であり、臨界角４１．８度より大きいため、導光板３から出射せずに全反射する。同様に、光拡散面４４においても、斜面４１以外の領域に入射した場合には同じ角度で全反射するので、光出射面４３と光拡散面４４との間で全反射を繰り返しつつ、光源５１から離れる方向に伝搬することになる。この伝搬中に、光が、Ｘ軸方向に対する傾斜角が６度の斜面４１に入射すると、斜面４１の法線からの角度が４２．２度となるが、この値は臨界角４１．８度より大きいので、斜面４１から導光板３外に光は出射せず全反射する。全反射後の光のＺ軸方向に対する角度は３６．２度となり、臨界角より小さいため、光出射面４３に到達した光は導光板３から外部に出射し、出射後の角度はＺ軸方向に対して６２．４度となる。
【００６４】
前述の如く、導光板３に入射した光は、必ず入射後のＸ軸方向に対する角度が４１．８度以下となる。このため、この入射光が導光板３の光出射面４３又は光拡散面４４に到達したときのＺ軸方向に対する角度は４８．２度以上となり、全反射する。そして、この光が光出射面４３及び光拡散面４４において全反射して導光板３中を伝搬する課程で、傾斜角が６度の斜面４１で全反射する度に、Ｚ軸方向に対する光の進行方向の角度が臨界角に近づくことになり、この角度が臨界角より小さくなった時点で、光出射面４３又は光拡散面４４の平坦面から出射する。この結果、導光板３から出射した光は、ＸＺ平面内においては、＋Ｚ方向から６０度傾斜した方向に強い指向性を有することになる。
【００６５】
導光板３からＺ軸方向に対して６２．４度傾斜して出射した光は、円錐シート６に入射するが、円錐体６４の頂角は７０度であるため、円錐体６４に入射する角度は７．４度であり、円錐体６４の内部に入射した光線の進行方向と円錐体入射面の法線との間の角度は４．９度となる。その後、円錐体６４の反対側の側面に光は到達するが、この側面に対する角度は面法線から６５．１度となるため全反射し、Ｚ軸から１１．１度の方向に進行する。その後、円錐シート６から出射する光の角度は、スネルの法則により、Ｚ軸から１６．８度の方向となる。即ち、円錐シート６から出射した光は、ＸＺ平面内においては、Ｚ軸から１６．８度の方向に強い指向性を有することになる。
【００６６】
次に、図７に示すＢ−Ｂ線による断面での光の挙動について説明する。前述のように、光源５１は少なくともＸＹ平面内に拡散するため、Ｂ−Ｂ線による断面でもＡ−Ａ線による断面の場合と全く同様の理論が成立する。この結果、円錐シート６から出射する光は強い指向性を有し、その角度は＋Ｚ方向から１６．８度となる。この結果は、Ｂ−Ｂ線だけでなく、ＸＹ平面内の他の角度についても同様に発生するため、円錐シート６から出射する光は＋Ｚ方向から１６．８度傾斜した方向に強い指向性を有することになる。即ち、光源部１の照射範囲としては狭い角度範囲に限定される。
【００６７】
上述の設計の妥当性を検討するために、市販の光線追跡シミュレータを使用して計算機シミュレーションを行った。図８はこのシミュレーションに使用する光学モデルを示す図である。図８に示すように、導光板３のＸ軸方向の長さ、Ｙ軸方向の幅、Ｚ軸方向の高さは、夫々６０ｍｍ、４０ｍｍ、０．６ｍｍに設定し、導光板３の−Ｘ方向側のＹＺ平面に、入射方向が＋Ｘ方向になるように光源として発光面５３を配置した。発光面５３のＹ軸方向の幅は４０ｍｍとし、Ｚ軸方向の高さは０．５ｍｍとした。発光面はランベルト光を発するものとした。
【００６８】
また、導光板３の−Ｚ方向側のＸＹ平面には斜面４１を形成した。斜面４１は、＋Ｘ方向から＋Ｚ方向に向かって６度の傾斜角を有し、Ｙ軸方向に斜面が連続配置されている。また、斜面４１におけるＺ軸方向の深さの最大値を１０μｍに設定し、Ｘ軸方向におけるピッチを０．２ｍｍに設定した。
【００６９】
導光板３から見て＋Ｚ方向側には、多数の円錐体が頂点を−Ｚ方向に向けた下向きの円錐シート６を設けた。−Ｚ方向から見た場合に円錐体の頂点が正三角形を形成するように円錐体を配列し、その一辺がＹ軸方向に平行となるように配置した。円錐体頂点のＹ軸方向におけるピッチは５０μｍとし、円錐体の頂点が形成する正三角形の一辺を５０μｍとした。円錐体の頂角は７０度、高さは３６μｍに設定した。円錐シート６の厚さは円錐体部分も含めて０．１ｍｍとし、円錐シート６の＋Ｚ方向側に、Ｘ軸方向の長さが１０ｍｍ、Ｙ軸方向の幅が１０ｍｍの受光面５５を設置した。また、導光板３からの出射光光度分布を観察する目的として、導光板３と円錐シート６の間にも同じ大きさの受光面５５を設置した。なお、導光板３と円錐シート６の材質は、屈折率が１．５であるポリメチルメタクリレートとした。
【００７０】
次に、光源を点灯した場合の光度分布について説明する。図９は、光源を点灯した場合の導光板出射時の光度分布を示す極座標図であり、図にＸ方向及びＹ方向を示す。図１０は、横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図９に示す光度分布におけるＸ軸方向の光度分布を示すグラフ図である。また、図１１は、光源を点灯した場合の円錐シート出射時の光度分布を示す極座標図であり、図にＸ方向及びＹ方向を示す。図１２は、横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図１１に示す光度分布におけるＸ軸方向の光度分布を示すグラフ図であり、図１３は、横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図１１に示す光度分布におけるＹ軸方向の光度分布を示すグラフ図である。図９及び図１１においては、明るさが等しい点を実線で結び、この実線で囲まれる領域を、明るい順に領域ａ、ｂ、ｃ及びｄとした。即ち、最も明るい領域を領域ａとし、最も暗い領域を領域ｄとした。後述する他の極座標図においても同様である。
【００７１】
図９及び図１０に示すように、導光板出射時の光度分布は、Ｚ軸からＸ軸方向に−６５度傾斜した方向にピークが発生する。また、Ｙ軸方向の傾斜角は比較的均等に分布している。また、図１１乃至図１３に示すように、円錐シート出射時の光度分布は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに３０度以内に集光している。即ち、光源を点灯した場合には、光源装置の照射範囲は狭い角度範囲に限定され、二次元状に集光されていることがわかる。
【００７２】
上述の如く、光源部１においては、厚さ方向、即ち、Ｚ軸方向には導光板３及び円錐シート６が配置されているだけであるため、光源部１の薄型化が可能である。また、円錐シート６の集光作用により、光源部１から出射される出射光について、出射方向、即ち、＋Ｚ方向に対して、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方について照射角度範囲を狭めることができる。即ち、出射光の指向性を二次元的に高めることができる。
【００７３】
次に、本実施形態の表示装置２の動作について説明する。先ず、広視野角表示の場合について説明する。図１に示すように、光源部１からから出射した指向性が高い光は、ルーバ１１２に入射する。Ｙ方向の角度が大きい成分の光線はルーバ１１２により吸収され、Ｙ方向の指向性がより高められた光が出射される。この際、光源装置２から出射された光は、Ｙ方向においても指向性が十分高められているため、ルーバ１１２により吸収される光は、光源装置の散乱等で発生する光のみであり、その量は少ない。即ち、ルーバ１１２による光束の減少は少なく抑えられている。
【００７４】
図１に示すように、ルーバ１１２から出射された指向性が高い分布の光は、透明・散乱切替素子１２２に入射される。広視野角表示の場合においては、ＰＤＬＣ層１１１に電圧は印加されない。そのため、ＰＤＬＣ層１１１は、高分子マトリクス１１１ａの中に液晶分子１１１ｂがランダムに分散した状態であり、入射された光は散乱される。従って、高指向性の光はＰＤＬＣ層１１１によって均一に散乱されて、広い角度範囲に分散される。即ち、ルーバ１１２によって指向性が高くなった光は、透明・散乱切替素子１２２によって散乱されて指向性が低下し、広角の光となる。この広範囲に広がった分布の光は、図１に示すように、透過型液晶パネル７に入射し、広角の光のまま出射する。このようにして、広視野角で画像が表示される。前述のように、本発明では光源装置から出射される光は出射面に対して二次元状に指向性が高められており、ルーバ１１２により吸収される光は少量に抑えられているため、広視野角表示時の輝度を向上させることができる。更に、光源を点光源配置する必要がなく、導光板の光入射面に多数の光源を配置することができるため、光源の光量を増やすことが可能であり、これによって広視野角表示時の輝度を一層向上できる。
【００７５】
次に、狭視野角表示の場合について説明する。狭視野角表示の場合でも、光が透明・散乱切替素子１２２に入射されるまでは、広視野角表示の場合と同様である。狭視野角表示の場合においては、ＰＤＬＣ層１１１に所定の電圧が印加される。これによりＰＤＬＣ層１１１は、高分子マトリクス１１１ａの中に分散された液晶分子１１１ｂが配向して透明状態になる。即ち、入射された指向性が高い光をそのまま透過するようになる。即ち、ルーバ１１２によってＹ軸方向の指向性が高められた光は、高指向性を保った分布の状態で透明・散乱切替素子１２２から出射される。この指向性が高い分布の光は、図１に示すように、透過型液晶パネル７に入射し、高指向性のまま出射する。このようにして、狭視野角で画像が表示される。
【００７６】
次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態に係る光源装置は、その光源部において、光源から出射した光の大部分を＋Ｚ方向を中心軸とした一定角度範囲に高い指向性で出射することができるため、輝度が高い。図１２及び図１３を図３９（ａ）及び（ｂ）と比較すればわかるように、本実施形態に係る光源装置の光源部は、特にＹ軸方向に関する指向性が、従来の光源装置よりも高くなっている。このため、本実施形態に係る光源装置は照射光度が高く、本実施形態に係る表示装置は表示輝度が高い。
【００７７】
また、本実施形態に係る光源装置においては、光源は導光板のいずれか一辺に沿って配置されていればよいため、光源の配設位置に対する制約が少なく、設計自由度が高い。例えば、光源を点光源化する必要がなく、多数の点光源又は線光源を設けることができるため、光源装置全体の輝度を向上させることができる。また、本実施形態に係る光源装置を形態端末装置に搭載した場合に、光源を表示画面の左右に配置する必要がなく、表示画面の上側又は下側に配置できるため、形態端末装置の筐体を細身化できる。
【００７８】
更に、本実施形態においては、光源部から出射する光の指向性がＸＹ平面に関して二次元状に高められているため、光源装置がＸ軸方向だけでなくＹ軸方向にも照射角度範囲を切替えることができる。このため、本実施形態に係る表示装置は、画面の左右方向だけでなく上下方向にも狭視野角表示と広視野角表示との切替機能を持つことができる。
【００７９】
更にまた、本実施形態に係る表示装置においては、Ｙ軸方向、即ち画面の左右方向に沿って光線方向規制素子の透明領域と吸収領域とが交互に配置されているため、光源装置から出射した光が、光線方向規制素子を透過することにより、Ｙ軸方向の指向性をより一層向上させることができる。
【００８０】
更にまた、本実施形態においては、円錐シートに円錐体が二次元的に配列されているため、１枚の円錐シートにより、＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に６０度傾斜した方向に入射した光を、＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に１６．８度傾斜した方向に出射すると共に、この光のＹ軸方向における指向性を高めることができる。このため、複数枚の円錐シートを設ける必要がなく、光源装置を薄型化できる。
【００８１】
なお、本発明における導光板斜面の傾斜角は、前述の数値に限定されるものではなく、同様の効果を発揮すれば他の数値を選択することができる。また、導光板の材質も前述の材料に限定されるものではない。更に、斜面の深さ及びピッチも前述の数値に限定されるものではなく、導光板内で異なる値であってもよいし、斜面の傾斜角も導光板内で分布を有していてもよい。導光板内で光源に近い斜面のピッチを大きくすることにより、光源装置の出射光面内における輝度分布を均一にできる。更にまた、導光板は出射面の法線方向から６０度方位に光を出射できればよいため、第２の従来の光源装置のように、出射面にマット形状が印刷された導光板を使用することもできる。更に、第３の従来の光源装置のように、楔状の散乱型導光板を使用することもできる。
【００８２】
円錐シートの頂角、高さ、ピッチ、厚さ等も前述の数値に限定されるものではなく、同様の効果を発揮すれば異なる数値を選択することができる。また、円錐シートの材質も前出の材料に限定されるものではない。更にまた、円錐体の頂点配置は正三角形としたが、これに限定されるものではなく、正三角形以外でもよいし、三角形の一辺がＹ軸と完全に平行でなくてもよい。表示パネルとの間のモアレを防止する目的で、Ｙ軸に対して角度を付けて配置することもできる。但し、円錐体の頂点位置は、Ｙ軸方向に関してＸ軸方向の位相が均一でないことが好ましい。これにより、Ｙ軸方向に関してＸ軸方向の位相が均一である場合と比較して、光源点灯時に導光板より出射した光を効率良くＺ軸方向に集光することができる。更にまた、円錐シートにおける円錐体が形成された面の反対側の面には、拡散パターンを設けてもよい。これにより、ルーバ又は表示パネルとの間でモアレが発生することを防止できる。
【００８３】
光源は冷陰極管等の線光源を使用することもできるし、ＬＥＤ等の点光源を使用することもできる。特にＬＥＤを使用する場合には、光源の薄型化が可能となるが、点光源を均一に線光源化するため、図１４に示すように、導光板の光入射面に拡散パターン３１を設けることが有効である。また、図１５に示すように、導光板３の光出射面４３に二次元状パターン３２を形成してもよい。二次元状パターン３２は、例えば半円領域内に分布された複数の凹部である。二次元状パターン３２は特に光源付近に設置した場合に、光源からの光を均一化する上で有効である。前述の如く、ＬＥＤは導光板の光入射面に複数個配置されていてもよい。
【００８４】
また、透過型液晶パネルの正面輝度が、狭視野角表示と広視野角表示で同様の値となるように光源の光量を調整してもよい。これにより、透過型液晶パネルの正面輝度を一定に保つことができ、狭視野角表示と広視野角表示の切替時の違和感を低減できる。なお、光源が白色ＬＥＤから構成され、白色ＬＥＤが、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とから構成される場合には、電流のパルス幅変調により、白色ＬＥＤの光量を調整してもよい。青色ＬＥＤと黄色蛍光体とから構成される白色ＬＥＤでは、青色ＬＥＤの発する青色光の一部により黄色蛍光体が励起されて黄色光を発し、青色光及び黄色光が混合されて白色光が発生する。狭視野角表示の場合における透過型液晶パネルの正面輝度が、広視野角表示の場合と同等の値となるように電流量を調整した場合には、青色光及び黄色光の発光比率が変動するため、透過型液晶パネルの色度変化が発生する。これに対して、パルス変調により光量を調整した場合には、発光する時間の割合を調整することにより光量の調整が実現されるため、透過型液晶パネルの色度変化を抑制できる。
【００８５】
本発明において使用する表示パネルは、液晶パネルに限定されず、光源装置を使用する表示パネルであれば使用可能である。また、液晶パネルは透過型に限定されず、各画素に透過領域を有するパネルであれば使用可能であり、各画素の一部に反射領域を有する半透過型液晶パネル、微透過型液晶パネル、微反射型液晶パネルでも使用可能である。また、液晶パネルは、視野角依存性が少ないものが好適であり、広視野角表示時の階調反転を抑制できる。そのような液晶パネルのモードの例としては、横電界モードではＩＰＳ（インプレインスイッチング）方式、ＦＦＳ(フリンジ・フィールド・スイッチング)方式、ＡＦＦＳ(アドヴァンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング)方式等が挙げられる。また、垂直配向モードではマルチドメイン化され視野角依存性が低減されたＭＶＡ(マルチドメイン・ヴァーティカル・アライメント)方式、ＰＶＡ(パターンド・ヴァーティカル・アライメント)方式、ＡＳＶ(アドヴァンスト・スーパー・ヴイ)方式等が挙げられる。更に、フィルム補償ＴＮモードの液晶表示パネルも好適に使用することができる。
【００８６】
本発明の光源装置と組み合わせて使用する透明・散乱切替素子は、ＰＤＬＣ層を有するものに限定されず、透明状態と散乱状態をスイッチングできる素子であれば好適に使用できる。一例として、ポリマーネットワーク液晶（ＰＮＬＣ）を使用した素子や、ダイナミック・スキャッタリング（ＤＳ）を使用した素子を挙げることができる。また、前述のＰＤＬＣ層においては、電圧を印加していないときは散乱状態であり、電圧印加時には透明状態であるものを使用している。これにより、前記透明・散乱素子は、入射された光を散乱する状態のときに電力を消費しないため、バックライト光源にその分の電力を割り当てられるため、散乱状態時の光源装置の明るさを向上できる。また、電圧を印加していないときは透明状態であり、電圧印加時には散乱状態であるＰＤＬＣ層を使用してもよい。このようなＰＤＬＣ層は、光硬化性樹脂と液晶材料の混合物を、電圧を印加しながら露光して硬化させることにより得られる。これにより、携帯情報端末において、使用頻度が高い狭視野表示において、ＰＤＬＣ層に電圧を印加する必要がなく、電力消費を抑制することができる。更に、ＰＤＬＣ層に使用する液晶分子としてコレステリック液晶又は強誘電性液晶等を用いてもよい。これらの液晶は、印加電圧をオフにしても電圧を印加していたときの配向状態のままであり、メモリー性がある。このようなＰＤＬＣ層を使用することにより、消費電力を低減することが可能となる。
【００８７】
本実施形態においては、ルーバにおいて透明領域と吸収領域とが交互に配置される方向はＹ方向であるものとして説明したが、ＸＹ平面内で回転配置されていてもよい。これにより、ルーバと表示パネルで発生するモアレを目立ちにくくでき、表示品質を向上できる。また、透明領域と吸収領域とが交互に配置される方向を円錐シートの円錐の配列方向と異なる方向に設定することにより、ルーバと円錐シートで発生するモアレを目立ちにくくでき、表示品質を向上できる。
【００８８】
本発明の光源装置に使用される円錐シートの円錐体の先端部は、二次元の集光効果を著しく減じない程度において丸められていてもよい。また、その形状は円錐に限定されるものではなく、微細な二次元パターンが繰り返し配置されており、二次元に集光作用を有する形状であれば同様に適用可能である。
【００８９】
本実施形態の表示装置は、携帯電話等の携帯端末装置に好適に搭載することができる。携帯端末装置としては携帯電話のみならず、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の各種の携帯端末装置に搭載することができる。また、携帯端末装置のみならず、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の各種の端末装置に搭載することができる。
【００９０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る光源装置、表示装置、端末装置及び光学部材について説明する。図１６は本実施形態の表示装置を示す断面図であり、図１７は本実施形態の光源装置の光源部を示す斜視図であり、図１８は本実施形態の光源装置に使用する円錐シートのＸＺ平面による断面図であり、図１９は本実施形態のルーバを示す斜視図である。図１７乃至図１８に示すように、本実施形態の光源部１１は、前述の第１の実施形態に係る光源部１（図１参照）における円錐シート６の替わりに、円錐シート６１が設けられている。円錐シート６１においては、円錐体６４の中心軸が、−Ｚ方向から＋Ｘ方向に１０度だけ傾斜している。
【００９１】
また、本実施形態に係る表示装置２１においては、前述の第１の実施形態におけるルーバ１１２（図１参照）の替わりに、ルーバ２１２が設けられている。図１９に示すように、本実施形態のルーバ２１２は、前述の第１の実施形態に係るルーバ１１２を二層積層したものである。各ルーバ１１２においては、一方向に延びる帯状の透明領域１１２ａと吸収領域１１２ｂとが交互に配列されている。そして、ルーバ２１２の下層を構成するルーバ１１２における透明領域１１２ａと吸収領域１１２ｂとの配列方向は、ルーバ２１２の上層を構成するルーバ１１２における配列方向に対して直交している。また、上述の相互に直交する２つの配列方向は、いずれもＸＹ平面内にあり、＋Ｘ方向に対して例えば４５度傾斜している。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００９２】
次に、上述の如く構成された本実施形態の表示装置２１の動作について説明するが、先ず、光源部１１の動作について説明する。本実施形態において、光源５１から出射された光が導光板３を出射するまでの動作は、前述の第１の実施形態と同様である。本実施形態においては、円錐シート６１の動作が前述の第１の実施形態とは異なっている。そこで、傾斜した円錐体を有する円錐シート６１の動作に着目する。図２０（ａ）乃至（ｇ）は、本実施形態で使用する傾斜した円錐体を有する円錐シート６１の光学的な動作を示すため、円錐シートに入射する光線の方向を変えて出射光の様子をシミュレーションした結果であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は夫々入射角をＺ軸から１０度、２０度、３０度、４０度、５０度、６０度、７０度とした結果である。図２０において、矢印が付いた２本の二点鎖線は入射する光束の外縁を示し、矢印のない実線は出射する光線を示す。
【００９３】
図２０（ａ）乃至（ｇ）より、入射光の入射角度を変化させると、出射光は様々な方向に進行することがわかるが、特に、入射角がＺ軸から６０度及び７０度の光線は、正面方向に偏向することがわかる。
【００９４】
上述の設計をより詳しく検討するため、前述の第１実施形態と同様に、市販の光線追跡シミュレータを使用して計算機シミュレーションを行った。光学モデルは、円錐体が＋Ｘ方向に１０度傾斜している点以外は、前述の第１実施形態と同様である。図２１は、光源を点灯した場合の円錐シート出射時の光度分布を示す極座標図であり、図にＸ方向及びＹ方向を示す。図２２は、横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図２１に示す光度分布におけるＸ軸方向の光度分布を示すグラフ図であり、図２３は、横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図２１に示す光度分布におけるＹ軸方向の光度分布を示すグラフ図である。図２１乃至図２３に示すように、円錐シート出射時の光度分布は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに３０度以内に集光しており、特にその中心を正面に近づけることができる。なお、円錐体の傾斜角は１０度に限定されるものではなく、同様の効果を発揮すれば異なる数値を選択することができる。
【００９５】
次に、本実施形態の表示装置２１の動作について説明する。光源部１１から正面方向に指向性高く出射した光は、ルーバ２１２に入射する。ルーバ２１２では、Ｙ方向の角度が大きい成分の光線だけでなく、ルーバ２１２の光入射面に対する入射方向が、この光入射面の法線方向から大きな角度で傾斜した成分の光線が吸収され、二次元状に指向性がより高められた光が出射される。この際、光源部１１から出射された光は、二次元状に指向性が十分高められているため、ルーバ２１２により吸収されるのは、光源装置の散乱等で発生するごく少量の光のみである。即ち、ルーバ２１２による光束の減少は小さく抑えられている。ルーバ２１２から出射された指向性が高い分布の光は透明・散乱切替素子１２２に入射するが、ここから後の動作は前述の第１の実施形態と同じである。
【００９６】
上述の如く構成された本第２実施形態では、ルーバが二層構成となっており、各層における透明領域と吸収領域との配列方向が相互に直交するように配置されているため、光源部１１から出射される光の指向性を、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に関して高くすることができる。即ち、光の指向性を二次元状に高めることができる。この結果、透明・散乱切替素子１２２を透明状態としたときに表示画面から出射される光は、表示画面の左右方向だけでなく、上下方向に関しても指向性が高くなる。また、透明・散乱切替素子１２２を散乱状態としたときは、表示画面から出射される光は、表示画面の左右方向及び上下方向の双方について二次元状に広角となる。このため、本実施形態に係る表示装置においては、表示画面に対して二次元状に視野角を変更できる。このとき、光源装置から出射する光線は正面方向に二次元状に指向性が高められているため、ルーバによる光の損失を最低限に抑制でき、広視野角表示時の輝度を大幅に向上させることができる。
【００９７】
なお、本実施形態のように、二層直交配置されたルーバを使用する場合には、正面方向に二次元状に指向性高く光を出射する光源装置を使用することが特に重要である。光源装置から出射される光の方向が正面方向（＋Ｚ方向）からずれると、ルーバで吸収される光束が増加し、光利用効率が低下してしまうからである。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【００９８】
なお、本実施形態で使用するルーバは二層が直交配置されるものとしたが、その交差角度、即ち上層と下層において透明領域と吸収領域が交互に配置される方向のなす角度は、直交に限定されるものではなく、必要に応じて異なる角度を設定してもよい。但し、直交配置すると、Ｘ−Ｙ平面内において最も等方的な指向性を実現できる。また、ルーバは二層から形成されるものとしたが、図２４に示すように、吸収領域１１２ｂの中に円形の透明領域１１２ａがマトリクス状に配置されているものでもよい。更に、図２５に示すように、吸収領域１１２ｂの中に正方形の透明領域１１２ａがマトリクス状に配置されているものでもよい。これにより、ルーバ層を二層使用する場合と比較して、一層で二次元状に指向性を高めることができるため、薄型化が可能になる。なお、透明領域がマトリクス状に配置される方向は、Ｘ−Ｙ軸に対して異なる角度に設定されていてもよい。これにより、表示パネルとの間で発生するモアレを低減できる。また、光の入射方向から見て、透明領域の形状は円形及び正方形以外の形状であってもよく、例えば、楕円形又は長方形であってもよい。
【００９９】
次に、本発明の第３の実施形態に係る光源装置、表示装置、端末装置及び光学部材について説明する。図２６は本実施形態の表示装置を示す断面図であり、図２７は本実施形態の光源装置の光源部を示す斜視図である。図２７に示すように、本実施形態の光源部１２においては、導光板３から見て−Ｚ方向に、導光板３の光拡散面４４に対向するように、反射板８が設置されている。反射板８は、散乱等の要因により導光板３の光拡散面４４から出射した光を、導光板３に向けて反射するものである。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第２の実施形態と同様である。
【０１００】
上述の設計の妥当性を検討するため、前述の第１の実施形態と同様に、市販の光線追跡シミュレータを使用して計算機シミュレーションを行った。光学モデルは、導光板３の−Ｚ方向側に反射板８が設置されている点以外は、第１の実施形態と同様である。図２８及び図２９は、光源を点灯した場合の導光板出射時及び円錐シート出射時の光度分布を示す極座標図であり、図にＸ方向及びＹ方向を示す。また、図３０は、横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図２９に示す円錐シート出射時の光度分布におけるＸ軸方向の輝度分布を示すグラフ図であり、図３１は、横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図２９に示す円錐シート出射時の光度分布におけるＹ軸方向の輝度分布を示すグラフ図である。
【０１０１】
図２８に示すように、導光板出射時の光度分布は、Ｚ軸から６５度方向にピークが発生し、本発明の第１実施形態と比較しても指向性の低下はない。また、図３０乃至図３１に示すように、円錐シート出射時の光度分布は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに３０度以内に集光し、かつその光度は反射板を設けない本発明の第１実施形態と比較して、高くなっている。即ち、指向性を損なうことなく、光源の光をより有効に利用することができる。これにより、ルーバによる光の損失を最低限に抑制でき、広視野角表示時の輝度を大幅に向上することができる。なお、本発明の第１実施形態に記載の一次元タイプのルーバを適用した場合でも、同様に輝度向上の効果を享受できる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第２の実施形態と同様である。
【０１０２】
次に、本発明の第４の実施形態に係る光源装置、表示装置、端末装置及び光学部材について説明する。図３２は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図３２に示すように、本実施形態の表示装置２３においては、光源部１３において、ルーバ２１２に円錐体６４が直接形成されている。即ち、ルーバと円錐シートとが一体的に形成されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。
【０１０３】
上述の如く構成された本第４実施形態においては、本第３実施形態の表示装置と同様に広視野角表示時の輝度を大幅に向上できるだけでなく、円錐体がルーバに直接形成されているため、光源装置、表示装置、端末装置を薄型化することができる。また、円錐シートとルーバを近接配置した際に発生する干渉縞の発生を防止することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【０１０４】
次に、本発明の第５の実施形態に係る光源装置、表示装置、端末装置及び光学部材について説明する。図３３は本実施形態の表示装置を示す断面図であり、図３４は本実施形態のルーバを示す斜視図である。図３３に示すように、本実施形態の表示装置２４においては、光源部１４において、ルーバ２１３に円錐体６４が直接形成されており、円錐体６４は本発明の第１実施形態と同様に傾斜していない。また、図３４に示すように、ルーバ２１３の各層に設けられた帯状の吸収領域１１２ｂの側面は、Ｚ軸方向に対して傾斜しており、その傾斜角はＺ軸から１１度である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第３の実施形態と同様である。
【０１０５】
上述の如く構成された本第５実施形態においては、円錐体６４の母線（中心軸）がＺ軸方向と平行に配置されているため、導光板から出射し円錐シートで屈折、全反射した光線の進行方向は、Ｚ軸方向から約１１度の方向となる。一方で、ルーバの吸収領域の側面がＺ軸方向から１１度傾斜している。このように、ルーバにおける透明領域と吸収領域との境界面が円錐シートから出射する光の方向と実質的に一致しているため、ルーバは円錐シートから出射した光、即ち、Ｚ軸方向から１１度傾斜した方向に進行する光を最大透過させることができる。これにより、ルーバによる光の損失をより抑制でき、広視野角表示時の輝度を大幅に向上することができる。本実施形態における上記以外の効果は、前述の第４の実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ及びビデオプレーヤ等の携帯端末装置の表示装置、並びにノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ、自動販売機等の端末装置の表示装置に好適に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光源装置の光源部を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光源装置に使用する円錐シートを示す斜視図である。
【図５】光源が点灯した場合の光学モデルの斜視図である。
【図６】図４に示すＡ−Ａ線による断面の光学モデル図である。
【図７】図４に示すＢ−Ｂ線による断面の光学モデル図である。
【図８】本発明の第１の実施形態において、計算機シミュレーションを行うための光学モデル図である。
【図９】本発明の第１の実施形態において、光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に導光板出射時の光度分布を示す。
【図１０】横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図９に示す光度分布におけるＸ軸方向の光度分布を示すグラフ図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態において、光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に円錐シート出射時の光度分布を示す。
【図１２】横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図１１に示す光度分布におけるＸ軸方向の光度分布を示すグラフ図である。
【図１３】横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図１１に示す光度分布におけるＹ軸方向の光度分布を示すグラフ図である。
【図１４】光入射面に拡散パターンを設けた導光板を示す斜視図である。
【図１５】光出射面に二次元状のパターンを設けた導光板を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係る光源装置の光源部を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係る光源装置に使用する円錐シートのＸＺ平面による断面図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る表示装置に使用するルーバの斜視図である。
【図２０】（ａ）乃至（ｇ）は、傾斜角が１０度の円錐体を備えた円錐シートの光学的な動作を示すため、円錐シートに入射する光線の方向を変えて出射光の様子をシミュレーションした結果であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は夫々入射角をＺ軸から１０度、２０度、３０度、４０度、５０度、６０度、７０度とした結果である。
【図２１】本発明の第２の実施形態において、光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に円錐シート出射時の光度分布を示す。
【図２２】横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図２１に示す光度分布におけるＸ軸方向の光度分布を示すグラフ図である。
【図２３】横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図２１に示す光度分布におけるＹ軸方向の光度分布を示すグラフ図である。
【図２４】本発明の第２の実施形態に係る表示装置に使用するルーバを示す平面図である。
【図２５】本発明の第２の実施形態に係る表示装置に使用するルーバを示す平面図である。
【図２６】本発明の第３の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。
【図２７】本発明の第３の実施形態に係る光源装置の光源部を示す斜視図である。
【図２８】本発明の第３の実施形態において、光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に導光板出射時の光度分布を示す。
【図２９】本発明の第３の実施形態において、光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に円錐シート出射時の光度分布を示す。
【図３０】横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図２９に示す円錐シート出射時の光度分布におけるＸ軸方向の輝度分布を示すグラフ図である。
【図３１】横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に光度をとって、図２９に示す円錐シート出射時の光度分布におけるＹ軸方向の輝度分布を示すグラフ図である。
【図３２】本発明の第４の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。
【図３３】本発明の第５の実施形態に係る表示装置を示す断面図である。
【図３４】本発明の第５の実施形態に係る表示装置に使用するルーバを示す斜視図である。
【図３５】特許文献１に記載の従来の視野角制御型液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図３６】特許文献１に記載の従来の視野角制御型液晶表示装置に使用される照明装置を模式的に示す斜視図である。
【図３７】非特許文献１に記載の第１の従来の高指向性光源装置を示す斜視図である。
【図３８】非特許文献１に記載の第２の従来の高指向性光源装置を示す斜視図である。
【図３９】（ａ）及び（ｂ）は、横軸に出射角度をとり、縦軸に光度をとって、第２の従来の高指向性光源装置の指向特性と第１の従来の高指向性光源装置の指向特性とを比較した結果を示すグラフ図であり、（ａ）は垂直方向の指向性を示し、（ｂ）は水平方向の指向性を示す。
【図４０】特許文献２に記載の第３の従来の高指向性光源装置を示す斜視図である。
【図４１】特許文献２に記載の第３の従来の高指向性光源装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１、１１、１２、１３、１４；光源部
２、２１、２２、２３、２４；表示装置
３；導光板
３１；拡散パターン
３２；二次元状パターン
４０；平坦面
４１；斜面
４３；光出射面
４４；光拡散面
５１；光源
５３；発光面
５５；受光面
６、６１；円錐シート
６３；平板部
６４；円錐体
７；透過型液晶パネル
８；反射板
９；携帯電話
１２２；透明・散乱切替素子
１０９；透明基板
１１０；電極
１１１；ＰＤＬＣ層
１１１ａ；高分子マトリクス
１１１ｂ；液晶分子
１１２、２１２、２１３；ルーバ
１１２ａ；透明領域
１１２ｂ；吸収領域
１１０１；視野角制御型液晶表示装置
１１０２；液晶表示装置
１１０３；散乱性制御素子
１１０４；照明装置（バックライト）
１１２０；遮光スリット付シート（透光性シート体）
１１２１；照射部
１１２２；光源
１１２３；光出射面
１１２４；反射シート
２１０１；光源
２１０２；導光板
２１０３；拡散シート
２１０４、２１０５；プリズムシート
２１０６；拡散シート
２１０７；反射シート
３１０１；光源
３１０２；導光板
３１０３；プリズムシート
３１０４；反射シート
４１３２；導光板
４１３３；発光部
４１３４；反射板
４１３５；拡散プリズムシート
４１３６；光拡散パターン
４１３７；光入射面
４１３８；透明なプラスチックシート
４１３９；凹凸拡散板
４１４０；プリズムシート
４１４４；光学素子
４１４５；光出射面
ａ、ｂ、ｃ、ｄ；領域
【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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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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