(57)【要約】【課題】装置の大型化を抑制しつつ出射光の輝度の均一な領域を拡大し、かつ、その平均輝度を向上させることが可能なサイドライト型の面状照明装置を提供する。【解決手段】面状照明装置１０は、導光板１２と、導光板１２の対向する２つの側端面１３、１５に沿って配置される光源１７、１８とを備えるサイドライト型の面状照明装置であり、導光板１２の出射面１９側に配置される両面プリズムシート１４を備えている。導光板１２の裏面２０は、光路変更手段２１が形成されない第１領域２２と、光路変更手段が形成２１された第２領域２４とを含み、第１領域２１の導光方向の所定の長さＢは、導光板１２の導光方向の全長Ｘ及び出射面２０の有効エリア２８の導光方向の長さＹと、０＜Ｂ＜（Ｘ−Ｙ）／２の関係を満たしている。【選択図】図１
2012256534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導光板と、該導光板の対向する２つの側端面に沿って配置される光源とを備えるサイドライト型の面状照明装置において、
前記導光板の出射面側に配置される両面プリズムシートを備えており、前記導光板の裏面は、前記光源が配置される２つの側端面のそれぞれから導光方向に所定の長さを有する範囲に設けられ、光路変更手段が形成されない第１領域と、２つの前記第１領域の間に設けられ、光路変更手段が形成された第２領域とを含み、
前記第１領域の導光方向の所定の長さＢは、前記導光板の導光方向の全長Ｘ及び前記出射面の有効エリアの導光方向の長さＹと、
０＜Ｂ＜（Ｘ−Ｙ）／２
の関係を満たすことを特徴とする面状照明装置。
【請求項２】
前記光路変更手段は、前記導光板の入光面に平行に延びるリニアプリズムであることを特徴とする請求項１に記載の面状照明装置。
【請求項３】
前記導光板の裏面の前記第２領域は、凸状の曲面からなることを特徴とする請求項１または２に記載の面状照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置のバックライト、特に、裸眼３Ｄ表示システムに用いられる液晶表示装置用のバックライトとして好適な面状照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、観察者が、眼鏡等の専用の器具を使用することなく、立体（３Ｄ）画像を視認することが可能な裸眼３Ｄ表示システムが注目されている。従来、このような裸眼３Ｄ表示システムにおいて、液晶表示装置に表示される左眼用画像及び右眼用画像を、バックライトからの照明光の配光制御によって、それぞれ左眼のみ及び右眼のみに供給し、それによって、裸眼３Ｄ表示を実現する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の表示装置１１０は、図５に示すように、液晶ディスプレイパネル１２０、液晶ディスプレイパネル１２０に光を供給するバックライト１３０、液晶ディスプレイパネル１２０とバックライト１３０との間に配置された両面プリズムフィルム１４０を含む。バックライト１３０は、導光板１２５と、導光板１２５の第１の光入力面１３１に配置された右眼用画像固体光源１３２と、第２の光入力面１３３に配置された左眼用画像固体光源１３４を含む。また、導光板１２５の裏面１３６には、その全面に光路変更手段としてリニアプリズムが形成されている。
【０００４】
両面プリズムフィルム１４０は、導光板１２５の光出力面１３５側の面に、第１、第２の光入力面１３１、１３３と略平行に延びる三角プリズム列を備え、ディスプレイパネル１２０側の面に、第１、第２の光入力面１３１、１３３と略平行に延びる円筒レンズ列を備えており、この構成をもって、第１の光入力面１３１から導光板１２５に入射して光出力面１３５から出射した光の方向を、観察者の右眼方向に変換し、第２の光入力面１３３から導光板１２５に入射して光出力面１３５から出射した光の方向を、観察者の左眼方向に変換するように機能する。
【０００５】
そして、表示システム１１０は、ディスプレイパネル１２０に右眼用画像と左眼用画像を交互に表示するとともに、右眼用画像の表示時には、右眼用画像固体光源１３２を点灯（同時に、左眼用画像固体光源１３４を消灯）し、左眼用画像の表示時には、左眼用画像固体光源１３４を点灯（同時に、右眼用画像固体光源１３２を消灯）することによって、観察者の右眼及び左眼に、それぞれ右眼用画像及び左眼用画像を選択的に供給するものである。尚、表示システム１１０は、このような動作を可能にするための同期駆動素子１５０及び画像ソース１６０を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５４１０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、図５に示すような裸眼３Ｄ表示システム用のバックライトにおいて、導光板１２５の裏面１３６の全面にリニアプリズムを形成した場合、光入力面１３１、１３３付近で輝度が著しく高くなり、均一な照明光が得られないという問題があった。この問題に対処するために、例えば、光入力面１３１、１３３付近の輝度が著しく高い部分を遮光して非有効エリアとすることが考えられるが、この場合には、第１の光入力面１３１と第２の光入力面１３３との間に必要な有効エリアを確保するために、導光板の長さを延長しなければならず、装置が大型化するという問題が生じる。さらに、この方法では、光源１３２、１３４からの出射光の利用効率も低下するため、有効エリアから出射する光の総量（ひいては、バックライトの平均輝度）が低下する。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、サイドライト型の面状照明装置において、装置の大型化を抑制しつつ出射光の輝度の均一領域を拡大し、かつ、その平均輝度を向上させることが可能な面状照明装置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】
【０００９】
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、さらに他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
【００１０】
（１）導光板と、該導光板の対向する２つの側端面に沿って配置される光源とを備えるサイドライト型の面状照明装置において、前記導光板の出射面側に配置される両面プリズムシートを備えており、前記導光板の裏面は、前記光源が配置される２つの側端面のそれぞれから導光方向に所定の長さを有する範囲に設けられ、光路変更手段が形成されない第１領域と、２つの前記第１領域の間に設けられ、光路変更手段が形成された第２領域とを含み、前記第１領域の導光方向の所定の長さＢは、前記導光板の導光方向の全長Ｘ及び前記出射面の有効エリアの導光方向の長さＹと、
０＜Ｂ＜（Ｘ−Ｙ）／２
の関係を満たすことを特徴とする面状照明装置（請求項１）。
【００１１】
（２）（１）項に記載の面状照明装置において、前記光路変更手段は、前記導光板の入光面に平行に延びるリニアプリズムであることを特徴とする面状照明装置（請求項２）。
【００１２】
（３）（１）または（２）項に記載の面状照明装置において、前記導光板の裏面の前記第２領域は、凸状の曲面からなることを特徴とする面状照明装置（請求項３）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る面状照明装置は、以上のように構成したことにより、サイドライト型の面状照明装置において、装置の大型化を抑制しつつ出射光の輝度の均一な領域を拡大し、かつ、その平均輝度を向上させることが可能となる。
本発明に係る面状照明装置は、裸眼３Ｄ表示システムの液晶表示装置用バックライトとして好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す側面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す面状照明装置の導光板を示す側面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態における面状照明装置が備える導光板の別の例をそれぞれ示す側面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の一実施形態における面状照明装置が備える導光板のさらに別の例をそれぞれ示す側面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、第１領域の長さをパラメータとして、導光板の導光方向位置に対する輝度分布を示したグラフであり、（ａ）は、左側光源のみを点灯させたときの輝度分布、（ｂ）は、右側光源のみを点灯させたとき輝度分布を示す
【図５】従来の裸眼３D表示システムの一例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。尚、面状照明装置の全体または部分を示す各図は、いずれも説明のために特徴を強調して示す模式図であって、図示された各部分の相対的な寸法は、必ずしも実際の縮尺を反映するものではない。
【００１６】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態における面状照明装置の要部を示す側面図である。
図１（ａ）に示す面状照明装置１０は、導光板１２と、光源１７、１８とを備えるサイドライト型の面状照明装置である。導光板１２は、その一主面を出射面１９とし、出射面１９に対向する主面（裏面）を反射面２０とする板状の導光体であり、対向する２つの側端面が入光面１３、１５として用いられ、各入光面１３、１５に沿って複数の光源（例えば、発光ダイオード）１７、１８が配置されている。さらに、面状照明装置１０において、導光板１２の出射面１９側には、両面プリズムシート１４が配置され、導光板１２の反射面２０側には、光学シート１６が配置されている。
【００１７】
導光板１２は、メタクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透明樹脂材料を成形してなり、入光面１３、１５を通じて導光板１２へと入射した光を、出射面１９と反射面２０との間で全反射を繰返しつつ導光板１２内をそれぞれ対向する入光面１５、１３側へ向けて伝播させ、その過程で、伝播光を出射面１９から均一に出射させるものである。この意味で、面状照明装置１０において、導光板１２の入光面１３、１５に直交する方向（図１において、紙面左右方向）を導光方向という。
【００１８】
尚、以下の説明において、導光板１２の各構成要素について、導光方向の長さを単に「長さ」ともいい、主面（出射面１９、反射面２０）と平行な平面内の導光方向に直交する方向（図１において、紙面に垂直な方向）の長さ、及び、導光板１２の主面に直交する方向（図１において、紙面上下方向）の長さを、それぞれ「幅」及び「厚み」ともいう。
【００１９】
ここで、面状照明装置１０は、図５を参照して上述したような裸眼３Ｄ表示システムにおける液晶パネルのバックライトとして好適に用いられるものであり、その両面プリズムシート１４は、例えば、図５に示す両面プリズムフィルム１４０と同様の構成を備えるものである。但し、本発明は、両面プリズムシート１４の構成によって限定されるものではなく、両面プリズムフィルム１４０と同様の機能を果たす限り、任意の適切な構成とすることができる。
【００２０】
また、面状照明装置１０において、導光板１２の反射面２０側に配置される光学シート１６は、高反射シート（例えば、反射率９８％以上）であってもよく、あるいは、光吸収部材を含んでなり、これによって、光学シート１６に入射した光の反射（ひいては、この反射光の導光板１２への入光）を防止するもの（例えば、反射率３０％以下）であってもよい。
【００２１】
尚、面状照明装置１０において、光学シート１６に入射する光には、導光板１２の反射面２０から漏れた光、光源１７、１８から導光板１２に入光せずに直接光学シート１６に入射する光、導光板１２から出射した光が両面プリズムシート１４により反射して導光板１２を介して光学部材１６に入射する光、両面プリズムシート１４から出射した光が液晶パネル等の裏面で反射して両面プリズムシート１４と導光板１２を介して光学部材１６に入射する光等が含まれる。
【００２２】
そして、面状照明装置１０において、導光板１２の反射面２０は、図１（ｂ）に示すように、入光面１３、１５からそれぞれ導光方向に所定の長さＢを有する範囲に設けられる第１領域２２と、入光面１３側の第１領域２２と入光面１５側の第１領域２２との間に設けられる第２領域２４とを含んでいる。したがって、導光板１２の導光方向の全長をＸとすると、第２領域２４の導光方向の長さＡは「Ｘ−２Ｂ」となる。
【００２３】
そして、第２領域２４には、入光面１３、１５と略平行に延びる複数のリニアプリズム２１が形成され、第１領域２２は、リニアプリズム２１が形成されていない平坦面からなる。ここで、リニアプリズム２１は、入光面１３、１５を通じて導光板１２に入射して反射面２０に到達した光の一部を反射して出射面１９から出射させ、それぞれ適切な入射角でもって両面プリズムシート１４に入射させるためのものである。
【００２４】
さらに、面状照明装置１０において、出射面１９は、導光方向に所定の長さＹを有する範囲を有効エリア２８として、有効エリア２８からの出射光を照明光として利用するように構成されており、有効エリア２８の外側にある入光面１３側の領域及び入光面１５側の領域は、それらの領域からの出射光を照明光として利用しない非有効エリア２６となっている。
そして、反射面２０の第１領域２２の導光方向の所定の長さＢは、導光板１２の導光方向の全長Ｘ及び出射面１９の有効エリア２８の導光方向の長さＹと、
０＜Ｂ＜（Ｘ−Ｙ）／２・・・・（１）
の関係を満たすように設定される。
【００２５】
ここで、「（Ｘ−Ｙ）／２」は、非有効エリア２６の各入光面１３、１５からの導光方向の長さに相当する。したがって、上式（１）は、各第１領域２２と第２領域２４との境界が、それぞれ、導光板１２の反射面２０の、非有効エリア２６に対応する領域内にあることを意味する。言い換えれば、反射面２０の第２領域２４の導光方向の長さＡは、出射面２０の有効エリア２８の導光方向の長さＹよりも長く（かつ、導光板１２の全長Ｘよりも短く）なるように設定される。
【００２６】
尚、面状照明装置１０において、その導光板は、図２（ａ）に示す導光板１２ａのように、第２領域２４ａが、凸状の曲面をなすものであってもよい。好ましくは、第２領域２４ａをなす凸状の曲面は、導光板１２ａの厚みが導光方向の中心部で最も厚くなるように形成されており、例えば、側面視円弧状の曲面からなるものである。あるいは、導光板は、図２（ｂ）に示す導光板１２ｂのように、第２領域２４ｂが、凹状の曲面（例えば、側面視円弧状の曲面）をなすものであってもよい。
【００２７】
また、導光板１２の第２領域を凸形状に形成する場合、第２領域は、図３（ａ）に示す第２領域２４ｃのように側面視楕円弧状の曲面からなるものであってもよく、図３（ｂ）に示す第２領域２４ｄのように、側面視三角形状に構成された平坦面からなるものであってもよく、図３（ｃ）に示す第２領域２４ｅのように側面視台形状に構成された平坦面からなるものであってもよい。また、図３（ａ）〜（ｃ）のいずれの場合についても、好ましくは、第２領域２４ａをなす凸状の曲面は、導光板１２ａの厚みが導光方向の中心部で最も厚くなるように形成されているものである。
【００２８】
尚、図３において、各第２領域２４ｃ〜ｅに形成されるリニアプリズムの図示は省略されている。また、導光板１２の第２領域２４を凹形状に形成する場合、図３（ａ）〜（ｃ）に示した形状の凹凸を反転させた形状とするものであってもよい。
【００２９】
以上のように構成された面状照明装置１０の作用効果を、図４及び表１、表２、表３を参照して説明する。
ここで、図４（ａ）、（ｂ）は、第１領域２２の長さＢをパラメータとして、導光板１２の導光方向位置に対する輝度分布を示したグラフであり、（ａ）は、左側光源（例えば、光源１８）のみを点灯させたときの輝度分布、（ｂ）は、右側光源（例えば、光源１７）のみを点灯させたときの輝度分布を示すものである。
【００３０】
測定に使用した導光板１２の全長Ｘは１０８ｍｍであり、図４（ａ）、（ｂ）の横軸は、導光板１２の導光方向の中心部を０、右方向を正方向として、導光方向位置を示している。また、測定において、光源１７、１８としてＬＥＤが用いられた。さらに、出射面１９における有効エリア２８の長さＹは９２ｍｍと設定した。したがって、各非有効エリア２６の長さ「（Ｘ−Ｙ）／２」は、８ｍｍである。
【００３１】
また、測定に使用した導光板１２は、第１領域２２における厚みが０．６ｍｍであり、第２領域２４は、導光板１２が、導光方向の中心部が最も厚くなるような曲面からなるものである。
【００３２】
測定は、第１領域２２の長さＢをそれぞれ０ｍｍ（サンプルＮｏ．１）、２ｍｍ（サンプルＮｏ．２）、４ｍｍ（サンプルＮｏ．３）、５ｍｍ（サンプルＮｏ．４）、６ｍｍ（サンプルＮｏ．５）、８ｍｍ（サンプルＮｏ．６）とした６個のサンプルについて行われ、図４（ａ）、（ｂ）にそれぞれ異なる線種で示された曲線に付された番号１〜６は、サンプルＮｏ．である。
【００３３】
尚、それぞれのサンプルについて、第２領域２４（長さＡ＝Ｘ−２Ｂ）には、ピッチ８９μｍで配列された複数のリニアプリズム２１が形成されている。但し、Ｂ＝０ｍｍであるサンプルＮｏ．１は、反射面２０全体が第２領域２４として構成されている。
【００３４】
図４（ａ）、（ｂ）から、一般に、入光面１３、１５付近（すなわち、図４（ａ）の場合、−５０ｍｍ付近、図４（ｂ）の場合５０ｍｍ付近）の輝度について、次のような傾向があることが分かる。すなわち、第１領域２２の長さＢが短い場合、入光面１３、１５付近の輝度は著しく高い値を示し、第１領域２２の長さＢが長くなるにつれて、そのピークが低下して輝度分布は均一化してくるが、第１領域２２の長さＢがさらに長くなると、今度は、入光面１３、１５付近の輝度は著しく低い値を示すようになる。
【００３５】
下に示す表１及び表２は、このような傾向を示す輝度分布について、輝度の均一性を評価した結果をまとめたものであり、表１及び表２は、それぞれ図４（ａ）、図４（ｂ）に対応する。
【表１】
2012256534.tif 000003
【００３６】
【表２】
2012256534.tif 000004
【００３７】
ここで、表１及び表２において、輝度均一領域は、導光板１２の導光方向の全長にわたって２ｍｍ毎に測定した各点の輝度の平均値に対して、±１０％以内の値を示す範囲である。また、平均輝度は、このようにして求められた輝度均一領域内の各点の輝度の平均値を示す。表１及び表２から、第１領域２２を設けていない（Ｂ＝０ｍｍ）サンプルＮｏ．１の平均輝度に対して、第１領域２２を設けた（Ｂ＞０ｍｍ）サンプルＮｏ．２〜６では、いずれも平均輝度が向上していることが分かる。
【００３８】
さらに、表１及び表２に示す輝度均一領域について、その両方で輝度均一領域となっている範囲を、新たに輝度均一領域としてまとめた結果を、各輝度均一領域の長さとともに表３に示す。
【００３９】
【表３】
2012256534.tif 000005
【００４０】
例えば、面状照明装置１０を、図５を参照して上述したような裸眼３Ｄ表示システムにおけるバックライトとして用いた場合、このような裸眼３Ｄ表示システムは、右側ＬＥＤと左側ＬＥＤを交互に点消灯することによって３Ｄ表示を実現するものであるため、表３に示す輝度均一領域が、有効エリア２８として好適に使用可能な領域となる。
【００４１】
表３から、第１領域２２を設けていない（Ｂ＝０ｍｍ）サンプルＮｏ．１では、輝度均一領域の長さが８８ｍｍであり、設定された有効エリアの長さＹ＝９２ｍｍを確保できないのに対して、それぞれ長さＢ＝２ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍの第１領域２２を設けたサンプルＮｏ．２〜５では、輝度均一領域の長さが、それぞれ９２ｍｍ、９６ｍｍ、１０４ｍｍ、９２ｍｍに延長され、この輝度領域内に必要な有効エリアを確保することが可能となることが分かる。一方、第１領域２２の長さを８ｍｍ（すなわち、非有効エリアの長さ（Ｘ−Ｙ）／２）まで延長した場合、輝度均一領域の長さは８４ｍｍに短縮し、この場合にも、必要な有効エリアを確保することはできない。
【００４２】
以上の結果は、第１領域２２の長さＢを、０＜Ｂ＜６ｍｍ（＝（Ｘ−Ｙ）／２）に設定することによって、必要な長さＹ＝９２ｍｍを有する有効エリアを確保することが可能となることを示している。特に、約３ｍｍ＜Ｂ＜約５ｍｍの範囲では、必要な有効エリアの長さＹに対して、輝度均一領域の長さが十分な余裕を有しており、言い換えれば、所定の長さＹを有する有効エリアを確保するために必要な導光板の全長Ｘを、短縮することが可能である。
【００４３】
以上のように、本実施形態における面状照明装置１０では、導光板１２の長さを延長して装置の大型化を招くことなく、輝度の均一な領域を拡大し、かつ、その領域における平均輝度を向上させることが可能となる。
【００４４】
さらに、面状照明装置１０において、第２領域２４を凸状の曲面からなるものとした場合には、一方の光源（例えば、光源１８）の点灯時に、光源１８から入光面１５を通じて導光板１２内に入光した光の出射面１９からの取出効率を、導光板１２の厚みが最大の箇所から入光面１５側では低下させ、入光面１３側では増大させることにより、輝度の均一性をさらに向上させることができる。勿論、これは、他方の光源（例えば、光源１７）の点灯時にも同様のものである。
【００４５】
尚、図４（ａ）、（ｂ）（及び表１〜表３）に示した輝度分布は、導光板１２の反射面２０側に、反射率９８％の光学シート１６を配置して測定されたものである。面状照明装置１０において、光学シート１６として、このような高反射シートを用いた構成は、輝度の向上のために有利なものである。
但し、本発明に係る面状照明装置において、光学シート１６の反射率を３０％以下（例えば、０％）としても、図４（ａ）、（ｂ）（及び表１〜表３）を参照して上述したような、輝度均一領域の拡大及びその平均輝度の向上について、同様の作用効果が得られるものである。
【００４６】
そして、このように、光学シート１６の反射率を３０％以下（例えば、０％）とした場合には、面状照明装置１０を、裸眼３Ｄ表示システムにおける液晶パネルのバックライトとして適用した場合に、右眼用光源（例えば、光源１７）から出射されて観察者の左眼により視認される光、及び、左眼用光源（例えば、光源１８）から出射されて観察者の右眼により視認される光を効果的に低減して、右眼用画像と左眼用画像のクロストークを低減することが可能となる。
【００４７】
この場合、光学シート１６は、その全体が光吸収部材からなり、それによって光学シート１６に入射する光の反射を、ほぼ完全に抑制するものであってもよい。または、光学シート１６は、光の一部を反射し、かつ、一部を透過させる機能を備えた反射率制御部材と、光吸収部材とを積層してなる２層構造を備え、反射率制御部材が反射面２０に対向するように配置されるものであってもよい。この場合、光学シート１６は、反射率制御部材と光吸収部材とを接着剤（もしくは粘着剤）により接着（もしくは粘着）することにより構成され、反射率制御部材と接着層（もしくは粘着層）と光吸収部材の３層構造を備えるものであってもよい。
【００４８】
ここで、光学シート１６に用いられる光吸収部材は、例えば、黒色顔料（例えば、カーボンブラック）を分散させた樹脂材料（例えば、ＰＥＴ）を成形してなる黒色フィルムであってもよく、このような黒色フィルムの表面に粗面加工を施したものであってもよい。また、光学シート１６に用いられる反射率制御部材は、屈折率の異なる樹脂材料（例えば、ＰＥＴ）を多数層積層してなる多層膜構造を備えるものであってもよい。あるいは、反射率制御部材は、透明基材フィルム上に金属膜を形成してなるものであってもよい。この場合、反射率制御部材の透過率と反射率は、金属膜の厚さによって制御される。
【符号の説明】
【００４９】
１０：面状照明装置、１２：導光板、１３，１５：入光面、１４：両面プリズムシート、１６：光学シート、１７，１８：光源、１９：出射面、２０：反射面、２１：リニアプリズム、２２：第１領域、２４：第２領域、２６：非有効エリア、２８：有効エリア
【図１】
2012256534.tif 000006
【図２】
2012256534.tif 000007
【図３】
2012256534.tif 000008
【図４】
2012256534.tif 000009
【図５】
2012256534.tif 000010