(57)【要約】【課題】  輝度の低下を防止することができる面状光源装置及び液晶表示装置を得ることを目的とする。【解決手段】  導光板２の出光面２ｃから出光された光を入射する両面プリズムシート３の入射面に、レンズ効果を有するプリズム列３ａを形成するように構成した。これにより、浅い角度で光がプリズム列３ａに入射された場合でも、本来出射される円筒状レンズ（対向している円筒状レンズ）の隣の円筒状レンズに出射され難くなり、その結果、輝度の低下を防止することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光源から出射された光を入射する入射端面と第２の光源から出射された光を入射する入射端面を有し、その入射した光を出光する出光面を有する導光板と、上記導光板の出光面から出光された光を入射する入射面に入射端面と平行な方向へ伸びるレンズ効果を有するプリズム列が形成され、その入射した光を出射する出射面に上記プリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列が形成されている両面プリズムシートとを備えた面状光源装置。
【請求項２】
プリズム列のプリズム面が円弧を形成していることを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
【請求項３】
プリズム列のプリズム面は、複数の直線が多段に形成されて円弧と近似されていることを特徴とする請求項２記載の面状光源装置。
【請求項４】
円筒状レンズの集光位置と、その円筒状レンズの中心とのずれが、円筒状レンズ列のピッチの４分の１以下であることを特徴とする請求項１記載の面状光源装置。
【請求項５】
第１の光源から出射された光を入射する入射端面と第２の光源から出射された光を入射する入射端面を有し、その入射した光を出光する出光面を有する導光板と、上記導光板の出光面から出光された光を入射する入射面に入射端面と平行な方向へ伸びるレンズ効果を有するプリズム列が形成され、その入射した光を出射する出射面に上記プリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列が形成されている両面プリズムシートと、上記両面プリズムシートの出射面から出射された光を透過して視差像を表示する液晶パネルとを備えた液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、立体画像の表示や複数の画像の同時表示が可能な液晶表示装置と、その液晶表示装置を構成する面状光源装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の液晶表示装置は、入射端面から入射した光を出光する出光面を有する導光板と、その導光板の出光面と対向配置されたレンチキュラーシートと、そのレンチキュラーシートから出射された光を透過して視差像を表示する透過型表示パネルとを備えている。
従来の液晶表示装置では、レンチキュラーシートが導光板から出光された光に指向性をもたせるため、立体画像を表示する際にも解像度を低下させることなく表示することができるが、光源の一部を遮光してストライプ状光源を作るため、光利用効率が低下して表示が暗くなることがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そこで、最近では、画像の解像度や明るさの低下を防止するため、レンチキュラーシートの代わりに、導光板の出光面から出光された光を入射する入射面に三角形状プリズム列が形成され、その入射した光を出射する出射面に円筒状レンズ列が形成されている両面プリズムシートを配置する液晶表示装置が提案されている。
【０００４】
なお、立体画像の表示や複数の画像の同時表示を可能にする液晶表示装置ではなく、通常の表示を行う液晶表示装置に搭載される光源装置であるが、透過型表示パネルに対して直角に光を出射するため、入射面にレンズ効果を有するプリズム列が形成されている光偏光素子（出射面は平面）を備えているものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１０７６６３号公報（段落番号［００１２］から［００１５］、図２）
【特許文献２】特開２００３−１８７６１８号公報（段落番号［００２７］から［００３６］、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の液晶表示装置は以上のように構成されているので、三角形状プリズム列が入射光をほぼ垂直方向に曲げて円筒状レンズ列に出射するが、三角形状プリズム列に入射される光は様々な角度成分を有しているため、浅い角度で光が三角形状プリズム列に入射された場合、本来出射される円筒状レンズ（対向している円筒状レンズ）の隣の円筒状レンズに出射されることがある。そのような入射光は立体画像の表示に寄与せず、無駄な光になるため効率が劣化し、輝度が低下するなどの課題があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、輝度の低下を防止することができる面状光源装置及び液晶表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る液晶表示装置は、導光板の出光面から出光された光を入射する両面プリズムシートの入射面に、レンズ効果を有するプリズム列を形成するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、導光板の出光面から出光された光を入射する両面プリズムシートの入射面に、レンズ効果を有するプリズム列を形成するように構成したので、浅い角度で光がプリズム列に入射された場合でも、本来出射される円筒状レンズ（対向している円筒状レンズ）の隣の円筒状レンズに出射され難くなり、その結果、輝度の低下を防止することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による液晶表示装置の全体構成を示す断面図であり、図２はこの発明の実施の形態１による液晶表示装置の両面プリズムシートを示す要部断面図である。
図において、第１の光源である光源１ａは導光板２の入射端面２ａに向けて発光し、第２の光源である光源１ｂは導光板２の入射端面２ｂに向けて発光する。なお、光源１ａが発光しているときは、光源１ｂは消灯し（図１（ａ）を参照）、光源１ｂが発光しているときは、光源１ａは消灯する（図１（ｂ）を参照）。
【００１１】
導光板２は光源１ａから出射された光を入射する入射端面２ａと光源１ｂから出射された光を入射する入射端面２ｂを有し、また、その入射した光を出光する出光面２ｃを有している。
両面プリズムシート３は導光板２の出光面２ｃから出光された光を入射する入射面に入射端面に平行な方向に伸びるレンズ効果を有するプリズム列３ａが形成され、その入射した光を出射する出射面にプリズム列と平行に伸びる円筒状レンズ列３ｂが形成されている。プリズム列３ａはレンズ効果を有するためにプリズム面が円弧を形成している。例えば、プリズム面が一定の曲率を持つ単純な曲面、あるいは、曲率が少しずつ変化する曲面などで形成している。したがって、プリズム面は完全な円形でもよいし、アーチ型などでもよい。
なお、光源１ａ，１ｂ、導光板２及び両面プリズムシート３から面状光源装置が構成されている。
【００１２】
液晶表示パネルである透過型表示パネル４は両面プリズムシート３の出射面から出射された光を透過し、ＬＣＤドライバ５の制御の下で視差像（立体画像）を表示する。ＬＣＤドライバ５は光源１ａ，１ｂに同期しながら透過型表示パネル４を制御することにより、視差像を透過型表示パネル４に表示させる。
なお、６ａは観測者の右目、６ｂは観測者の左目である。
【００１３】
次に動作について説明する。
透過型表示パネル４に視差像を表示させる場合、光源１ａと光源１ｂを交互に点灯させるが、光源１ａが点灯すると、図１（ａ）に示すように、光源１ａから発光された光は、入射端面２ａから導光板２に入射する。
導光板２の入射端面２ａから入射した光の一部は、導光板２の出光面２ｃから出光される。また、出光面２ｃから出光されずに、出光面２ｃに反射された光は、導光板２の下面に反射されて、再度、出光面２ｃ側に向う。
したがって、導光板２の入射端面２ａから入射した光の一部は、導光板２の出光面２ｃに反射されることなく出光され、その出光面２ｃに反射された光は、その出光面２ｃと下面で反射を繰り返しながら図中右側に進行し、最終的には出光面２ｃから出光される。
【００１４】
一方、光源１ｂが点灯すると、図１（ｂ）に示すように、光源１ｂから発光された光は、入射端面２ｂから導光板２に入射する。
導光板２の入射端面２ｂから入射した光の一部は、導光板２の出光面２ｃから出光される。また、出光面２ｃから出光されずに、出光面２ｃに反射された光は、導光板２の下面に反射されて、再度、出光面２ｃ側に向う。
したがって、導光板２の入射端面２ｂから入射した光の一部は、導光板２の出光面２ｃに反射されることなく出光され、その出光面２ｃに反射された光は、その出光面２ｃと下面で反射を繰り返しながら図中左側に進行し、最終的には出光面２ｃから出光される。
【００１５】
上記のようにして、導光板２の出光面２ｃから出光された光は、両面プリズムシート３の入射面から入射されて、両面プリズムシート３の出射面から出射される。
しかし、その入射面にはプリズム列３ａが形成され、その出射面には円筒状レンズ列３ｂが形成されているので、両面プリズムシート３から出射された光は指向性を有することになる。
両面プリズムシート３の出射面から出射された光は透過型表示パネル４を透過するので、ＬＣＤドライバ５が光源１ａ，１ｂに同期しながら透過型表示パネル４を制御することにより、視差像が透過型表示パネル４に表示される。
【００１６】
ここで、図３は両面プリズムシート３に入射される光の配光特性を示す説明図である。
光源１ａが点灯して、導光板２から出射された光は、図３（ａ）に示すように、導光板２から出射された時点では、その出射角度が光源１ａと反対側に大きく偏った配光分布になる。
図３において、横軸は光源１ａ，１ｂからの光の出射角度であり、０度は正面方向（透過型表示パネル４の法線方向）を表し、それより右側に傾いた角度を＋方向としている。縦軸は輝度（単位はｃｄ／ｍ２）である。
【００１７】
このような配光分布の光が両面プリズムシート３を透過すると、両面プリズムシート３における屈折や反射によって、図３（ｂ）に示すように、正面方向を境にして、左側の０度から−１５度程度の範囲に強い強度を持ち、右側の０度から１５度程度の範囲にはほとんど光が出射しない配光分布となる。
その後、光が透過型表示パネル４を透過し、配光分布を保ったまま観察者の右目６ａ側に出射される。
【００１８】
例えば、観察者の右目６ａと左目６ｂの距離を約６５ｍｍとし、透過型表示パネル４から観察者までの視距離を約３００ｍｍとすると、透過型表示パネル４の中心と右目６ａ又は左目６ｂとを結ぶ直線と、透過型表示パネル４の法線方向のなす角は約６度となる。
即ち、視距離が３００ｍｍの場合、透過型表示パネル４を出射した光が、左方向６度の向きに十分な強度を持ち、右方向６度の向きにほとんど光が出射しない配光分布であれば、観察者の右目６ａでは画像が認識されるが、左目６ｂには光が届かず、画像が認識されなくなる。したがって、図３（ｂ）に示すような配光分布であれば、観察者の右目６ａのみに画像を認識させることが可能である。
【００１９】
一方、左側の光源１ａを消灯し、右側の光源１ｂのみを点灯させれば、逆に、観察者の左目６ｂのみに画像を認識させることが可能である。
したがって、光源１ａ，１ｂを交互に点灯し、ＬＣＤドライバ５が光源１ａ，１ｂに同期しながら透過型表示パネル４を制御することにより、視差像を透過型表示パネル４に表示すれば、観察者の右目６ａ及び左目６ｂにそれぞれ異なった視差像を認識させることができ、視差による立体視が可能となる。
【００２０】
ただし、両面プリズムシート３の入射面に形成されるプリズム列の断面形状が三角形である場合、上述したように、プリズム列に入射される光は様々な角度成分を有しているため、浅い角度で光がプリズム列に入射されると、本来出射される円筒状レンズ（対向している円筒状レンズ）の隣の円筒状レンズに出射されることがある（図４の光Ｃを参照）。
そのような入射光は立体画像の表示に寄与せず、無駄な光になるため効率が劣化し、輝度が低下する。
【００２１】
この実施の形態１では、輝度の低下を防止するため、両面プリズムシート３の入射面に、レンズ効果を有するプリズム列３ａを形成している。
以下、輝度の低下を防止できる理由について説明する。
【００２２】
両面プリズムシート３の入射面に形成されるプリズム列３ａのプリズム面の曲率は、図２に示すように、導光板２から出射される光のうち、最も強い光（入射角度が６５度の光：図３（ａ）を参照）を入射したとき、円筒状レンズ列３ｂの中央に光が集光するように設計される。
この実施の形態１では、プリズム列３ａのピッチ＝０．１ｍｍ、両面プリズムシート３の厚み＝０．３ｍｍとして、曲率を１０００ｍｍとしている。なお、左右の光源１ａ，１ｂに対して対象となるように、プリズムを構成する２辺（２つのプリズム面）の曲率は等しくしている。
【００２３】
このようにして、両面プリズムシート３の入射面にプリズム列３ａが形成された場合、導光板２から出射される光の中で最も強い光（図２の光Ｃを参照）を入射しても、プリズムの集光効果（レンズ効果）により、その光は円筒状レンズ列３ｂの中央方向に曲げられるため、隣の円筒状レンズに出射され難くなり、光を効率的に利用することができるようになる。
【００２４】
また、両面プリズムシート３から出射される光の中で、最も広がった角度となるのは、円筒状レンズ列３ｂに最も斜めに入射される光であって、プリズムの基底部と円筒状レンズの反対側基底部を通過する光である（図２及び図４の光Ｄを参照）。
この実施の形態１では、プリズム列３ａのプリズム面が円弧を形成しているので、プリズム列３ａの基底部の位置を円筒状レンズ側に近づけることができる。そのため、円筒状レンズ側に対して、より斜めの角度で光を入射することができるようになり、両面プリズムシート３から出射する光の最大角度を広げることができる。
【００２５】
ここで、図５は両面プリズムシート３から出射される光の角度分布を示す説明図であり、特に図５（ａ）はプリズム列３ａのプリズム面が三角形状である場合の角度分布、図５（ｂ）はプリズム列３ａのプリズム面が円弧形状である場合の角度分布である。
図５において、横軸は角度、縦軸はシミュレーションによる光度計算結果である。
【００２６】
図５（ａ）と図５（ｂ）を比較すると明らかなように、出射光角度分布の半値幅が、プリズム面が三角形状である場合は１０度であるが、プリズム面が円弧形状である場合は２０度であり、角度分布が広がっている。
また、プリズム面が三角形状である場合、３０度近傍に出射されていた光（＝隣の円筒状レンズに入射されていた光）が有効に利用されているため、０度近傍の光度を下げずに角度分布が広がっていることがわかる。
よって、観察者が１０度傾いて、透過型表示パネル４を覗き込んでも、輝度の低下率を２０％程度に抑えることができる。このため、視野角の狭い液晶表示装置との印象を与えることがない。
【００２７】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、導光板２の出光面２ｃから出光された光を入射する両面プリズムシート３の入射面に、レンズ効果を有するプリズム列３ａを形成するように構成したので、浅い角度で光がプリズム列３ａに入射された場合でも、本来出射される円筒状レンズ（対向している円筒状レンズ）の隣の円筒状レンズに出射され難くなり、その結果、輝度の低下を防止することができる効果を奏する。
また、観察者が１０度傾いて、透過型表示パネル４を覗き込んでも、輝度の低下率が、プリズム面が三角形状である場合の５０％から２０％程度に抑えることができるため、視野角の狭い液晶表示装置との印象を与えず、高品質な表示品位を得ることができる効果を奏する。
【００２８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、プリズム列３ａのプリズム面が円弧を形成しているものについて示したが（プリズム面が一定の曲率を持つ単純な曲面で形成）、図６に示すように、プリズム列３ａのプリズム面が、複数の直線によって多段に形成されて、円弧と近似されるようにしてもよい。
この場合、プリズム列３ａのプリズム面の作成が容易になる効果を奏する。
ただし、プリズム列３ａのプリズム面を構成する各直線の成す角θを１７５度以上にする必要がある。１７５度以下の場合は、各直線に応じた方向に光がそれぞれ出射され、光の出射角度分布が複数のピークを持つことになる。
【００２９】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、プリズム列３ａのレンズ効果により、入射光を円筒状レンズ列３ｂの中央方向に曲げられるものについて示したが、即ち、プリズム列３ａを構成しているプリズムによる円筒状レンズ上の集光位置ｆと、その円筒状レンズの中心ｃとが一致しているものについて示したが、円筒状レンズ上の集光位置ｆと、その円筒状レンズの中心ｃとが一致している場合が最もピーク輝度が高く、円筒状レンズ上の集光位置ｆと、その円筒状レンズの中心ｃとがずれるにしたがってピーク輝度が低下する。
【００３０】
以下、円筒状レンズ上の集光位置ｆと、その円筒状レンズの中心ｃとがずれている場合のピーク輝度について説明する。
図７に示すように、座標系ｘを設定し、円筒状レンズの中心ｃの座標をｘ＝０とする。
図８は円筒状レンズ列３ｂのピッチをＰとした場合に、集光位置ｆが中心ｃからＰ／４、Ｐ／２だけずれている場合の計算結果を示す説明図である。
特に図８（ａ）は集光位置ｆが中心ｃから左側にＰ／４、Ｐ／２だけずれている場合の計算結果であり、図８（ｂ）は集光位置ｆが中心ｃから右側にＰ／４、Ｐ／２だけずれている場合の計算結果である。
【００３１】
図８（ａ）から明らかなように、集光位置ｆが中心ｃより左側にずれている場合、集光位置ｆが大きくずれるしたがってピーク輝度が低下し、−４０度の近傍に出射される無効光量が増加していることが分かる。
また、図８（ｂ）から明らかなように、集光位置ｆが中心ｃより右側にずれている場合、集光位置ｆが大きくずれるしたがってピーク輝度が低下し、＋４０度の近傍に出射される無効光量が増加していることが分かる。
【００３２】
以上のように、集光位置ｆが円筒状レンズの中心ｃと一致している場合が最も理想的な出射光分布となり、集光位置ｆが円筒状レンズの中心ｃからずれるにしたがって無効光量が増加するとともに、大きな角度で出射する成分が増加していることが分かる。ただし、両面プリズムシート３の厚み方向については、集光位置ｆがレンズ列の上下に移動しても出射光分布へほとんど影響を与えない。
【００３３】
実際に、プリズム列３ａや円筒状レンズ列３ｂを加工する際に、両面プリズムシート３内で、全てのプリズムが対応する円筒状レンズの中心ｃに集光を結ぶことは不可能であり、両面プリズムシート３の各部で集光位置ｆがずれる可能性がある。
両面プリズムシート３の一部で集光位置ｆのずれが発生した場合でも、１０％程度の輝度低下であれば、表示品位に影響を与えないと考えられる。
そこで、この実施の形態３では、１０％未満の輝度低下を確保するため、プリズム列３ａを構成しているプリズムによる円筒状レンズ上の集光位置ｆと、その円筒状レンズの中心ｃとのずれが、円筒状レンズ列３ｂのピッチＰの４分の１以下にしている。
即ち、集光位置ｆのｘ座標が、―Ｐ／４  ＜  ｆ  ＜  ＋Ｐ／４の範囲に入るように、両面プリズムシート３を作成するようにしている。
【００３４】
なお、画面の中心からずれるにしたがって、円筒状レンズとプリズムの中心がずれる設計としてもよい。この場合、画面中心より離れるにしたがってプリズムによる集光位置ｆが円筒状レンズの中心よりずれることになる。このため、プリズム列３ａの曲率を画面の中心よりずれるにしたがって変化させ、常に、円筒状レンズの中心ｃに集光されるようにプリズム列３ａを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１による液晶表示装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１による液晶表示装置の両面プリズムシートを示す要部断面図である。
【図３】両面プリズムシートに入射される光の配光特性を示す説明図である。
【図４】プリズム列のプリズム面が三角形状である場合の両面プリズムシートを示す要部断面図である。
【図５】両面プリズムシートから出射される光の角度分布を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２による液晶表示装置の両面プリズムシートを示す要部断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による液晶表示装置の両面プリズムシートを示す要部断面図である。
【図８】集光位置ｆが中心ｃからＰ／４、Ｐ／２だけずれている場合の計算結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１ａ  光源（第１の光源）、１ｂ  光源（第２の光源）、２  導光板、２ａ  入射端面、２ｂ  入射端面、２ｃ  出光面、３  両面プリズムシート、３ａ  プリズム列、３ｂ  円筒状レンズ列、４  透過型表示パネル（液晶表示パネル）、５  ＬＣＤドライバ、６ａ  観測者の右目、６ｂ  観測者の左目。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006107997.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006107997.tif 000009
【図８】
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