JP2006349796A - 面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】面状光源装置の厚さを厚くすること無く、輝度ムラが発生し難い構造を有する面状光源装置を提供する。
【解決手段】光源２０、及び、光源２０の上方に配設された拡散板を少なくとも備え、透過型の液晶表示装置５０を背面から照射する面状光源装置（より具体的には、直下型の面状光源装置）において、凹レンズ（フレネルレンズ４０）が、光源２０と拡散板３０との間の空間に、拡散板３０と平行に配設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、面状光源装置、及び、液晶表示装置組立体に関する。

液晶表示装置組立体として、透明電極、配向膜等が積層された透明なガラス基板が対向するように重ね合わされた２枚のパネルの間に液晶材料が挟まれた液晶表示装置と、この液晶表示装置の下方に配置され、液晶表示装置に照明光を供給する面状光源装置等とから構成された液晶表示装置組立体が周知である。また、面状光源装置として、直下型の面状光源装置が、例えば、特開２００５−１０８６３５から周知である。

直下型の面状光源装置は、図７に概念図を示すように、筐体１０１内に配置された光源１０２と、光源１０２からの射出光を上方に反射する反射部材１０３と、光源１０２の上方に位置する筐体開口部に取り付けられ、光源１０２からの射出光及び反射部材１０３からの反射光を拡散させながら通過させる拡散板１０４とから構成されている。そして、光源１０２は、例えば、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び、青色発光ダイオードの組の複数から構成され、これらの発光ダイオードから射出された赤色、緑色、及び、青色を混色することで得られた色純度の高い白色光を照明光としている。

特開２００５−１０８６３５

ところで、光源１０２から射出された光を上方に位置する液晶表示装置に入射させたとき、光源１０２を設置する位置に依存して、面状光源装置に輝度ムラが発生してしまう場合がある。これは、例えば、光源１０２からの光の出射角（放射角）特性により、光源１０２の真上の領域が他の領域よりも顕著に明るくなることに起因している。そして、このような面状光源装置における輝度ムラの発生を防止するために、光源１０２から拡散板１０４までの距離を十分に長くするといった対策が取られている。

しかしながら、このような対策では、面状光源装置の厚さが厚くなるといった大きな問題がある。

従って、本発明の目的は、面状光源装置の厚さを厚くすること無く、輝度ムラが発生し難い構造を有する面状光源装置、及び、係る面状光源装置を備えた液晶表示装置組立体を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の面状光源装置（より具体的には、直下型の面状光源装置）は、
（Ａ）光源、及び、
（Ｂ）光源の上方に配設された拡散板、
を少なくとも備え、透過型あるいは半透過型の液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置であって、
凹レンズが、光源と拡散板との間の空間に、拡散板と平行に配設されていることを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明の液晶表示装置組立体は、透過型あるいは半透過型の液晶表示装置、及び、この液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置（より具体的には、直下型の面状光源装置）を備えており、
面状光源装置は、
（Ａ）光源、
（Ｂ）光源の上方に配設された拡散板、及び、
（Ｃ）光源と拡散板との間の空間に、拡散板と平行に配設された凹レンズ、
を少なくとも備えていることを特徴とする。

本発明の面状光源装置あるいは本発明の液晶表示装置組立体にあっては、それらの仕様に応じて、１つの光源、及び、１つの凹レンズから面状光源装置を構成することもできるし、複数の光源、及び、複数の凹レンズを備え、１つの凹レンズが１つの光源に対応して配設されている構成とすることもできる。前者の構成を、便宜上、本発明の第１の構成と呼ぶ場合があり、後者の構成を、便宜上、本発明の第２の構成と呼ぶ場合がある。また、本発明の面状光源装置、本発明の液晶表示装置組立体、本発明の第１の構成、及び、本発明の第２の構成を総称して、単に、本発明と呼ぶ場合がある。

本発明の第２の構成にあっては、複数の光源及び凹レンズを、例えば、２次元マトリックス状に配列することができる。

本発明の第１の構成にあっては、光源から射出され、凹レンズを通過した光が拡散板を照明（照射）するが、この光が照明（照射）する拡散板の領域（便宜上、拡散板照明領域と呼ぶ）の外形形状として、円形だけでなく、楕円形、長円形、長方形や正方形といった矩形、五角形以上の多角形、コーナー部が丸みを帯びた矩形、コーナー部が丸みを帯びた多角形等を例示することができる。一方、本発明の第２の構成にあっては、１つの光源から射出され、この光源に対応する１つの凹レンズを通過した光が拡散板を照明（照射）するが、この光が照明（照射）する拡散板照明領域の外形形状として、長方形や正方形といった矩形、コーナー部が丸みを帯びた矩形を例示することができ、この場合、各光源は、係るそれぞれの拡散板照明領域の中央に対応した位置に配置されていることが望ましい。１つの凹レンズを構成する種々の領域における焦点距離の最適化によって、これらの種々の形状の拡散板照明領域を得ることができる。

本発明にあっては、光源から射出され、凹レンズを通過した光は、拡散板の光源に対向する面に入射し、拡散板を通過して、拡散板の光源に対向していない面から射出されるが、光源に対向する拡散板の面を、以下、便宜上、拡散板の第１面と呼び、光源に対向していない拡散板の面を、以下、便宜上、拡散板の第２面と呼ぶ場合がある。また、光源から射出された光が入射する凹レンズの光源に対向する面を、以下、便宜上、凹レンズの第１面と呼ぶ場合がある。

本発明の第２の構成にあっては、一の光源から射出された光が入射する凹レンズの光源に対向する面（凹レンズの第１面）の領域には、この一の光源に隣接した光源から射出された光が概ね入射しないことが好ましく、このような構成を達成するために、一の光源から射出された光が入射する凹レンズの光源に対向する面（凹レンズの第１面）の領域に、この一の光源に隣接した光源から射出された光が入射しないように、光源と凹レンズとの間に遮光部材が配設されていてもよい。凹レンズの第１面の領域に他の光源から射出された光が入射しないことによって、光源から射出され、凹レンズに入射し、そして、この凹レンズから射出される光の光束等を正確に計算にて求めることができる。遮光部材を板状（シート状）材料から構成する場合、遮光部材を、凹レンズに対して垂直方向に配設してもよいし、凹レンズに対して平行に配設してもよい。

以上に説明した種々の好ましい形態を含む本発明にあっては、凹レンズは、如何なる構成、構造とすることもできるが、例えば、フレネルレンズから構成されていることが、構成、構造の簡素化といった観点から好ましく、本発明の第２の構成にあっては、この場合、複数の凹レンズ（例えば、フレネルレンズ）は、一体に成型されていることが好ましく、より具体的には、シート状部材に形成されていることが望ましい。このような凹レンズ（フレネルレンズ）あるいは複数の凹レンズ（フレネルレンズ）が形成されたシート状部材は、例えば、プレス加工等の成型方法によって容易に製造することができる。

更には、以上に説明した種々の好ましい形態を含む本発明にあっては、凹レンズは、単純な（レンズとして理想的な）レンズである必要はなく、光源の出射角（放射角）特性や拡散板上の所望の輝度分布パターンに応じて、凹レンズのレンズ特性に修正を加えることが可能である。例えば、凹レンズは、拡散板内部の単位面積当たりに入射する光束が概ね一定となるレンズ特性を（少なくとも部分的に）有する構成とすることができる。拡散板内部の単位面積当たりに入射する光束が概ね一定となるような拡散板の領域は、拡散板の一部にのみ存在していてもよい。即ち、拡散板の所望の領域において拡散板内部の単位面積当たりに入射する光束が概ね一定となるレンズ特性を、凹レンズに付与してもよい。１つの凹レンズを構成する種々の領域における焦点距離の最適化によって、このようなレンズ特性を得ることができる。具体的には、例えば、拡散板照明領域の外形形状を長方形や正方形といった矩形、コーナー部が丸みを帯びた矩形とするとき、一般に、矩形のコーナー部は、他の部分と比較して光量減少が著しいので、矩形のコーナー部における光量減少を補償するように、凹レンズを設計すればよい。

また、以上に説明した種々の好ましい形態を含む本発明にあっては、拡散板と凹レンズとの間には凸レンズが配されている構造とすることができ、この場合、凸レンズから射出された光は、拡散板に略垂直に入射することが望ましい。拡散板と凸レンズとを個別に製造して、単純に重ね合わせてもよいし、拡散板と凸レンズとを一体的に製造してもよい。拡散板照明領域内における凸レンズの焦点距離は一定であってもよいし、拡散板照明領域に占める位置に応じて変化させてもよい。凸レンズから射出された光が拡散板に略垂直に入射することで、拡散板の拡散度に依存して、拡散板の光源に対向していない面（拡散板の第２面）から射出される光が、拡散板の第２面の法線方向成分をより多く有する状態とすることができ、透過型あるいは半透過型の液晶表示装置を背面から一層明るく照射（照明）することができる。尚、凸レンズから射出された光が、拡散板に略垂直に入射するとは、より具体的には、拡散板の第２面の法線方向と平行に拡散板に入射することを意味する。ここで、複数の凸レンズは、一体に成型されている構成とすることが好ましく、更には、複数の凸レンズは、拡散板と一体に成型されている構成とすることが一層好ましい。より具体的には、例えば、凸レンズはフレネルレンズから構成することもでき、この場合、複数の凸レンズ（例えば、フレネルレンズ）はシート状部材に形成されていることが望ましく、このような複数の凸レンズは、例えば、プレス加工によって容易に製造することができる。あるいは又、拡散板の第１面を直接加工することで、複数の凸レンズを形成することもできる。

更には、以上に説明した種々の好ましい形態、構造を含む本発明にあっては、点光源とみなせる程度の大きさを有する光源から光源を構成することが望ましい。このような点光源とみなせる程度の大きさを有する光源とすることで、凹レンズ上の或る一点は、光源からのある出射角（放射角）を有する射出光だけに対応し、この射出光を任意に変更しても、他の出射角（放射角）を有する射出光への影響は無く、従って、凹レンズを任意に光学設計することは、光源の出射角（放射角）を任意に設計していることと等価となり、例えば、凹レンズから射出される光の光束等を正確に計算にて求めることができる。光源は、具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）から成ることが好ましく、この場合、光源は、赤色発光ダイオード（発光波長：例えば６４０ｎｍ）、緑色発光ダイオード（発光波長：例えば５３０ｎｍ）、及び、青色発光ダイオード（発光波長：例えば４５０ｎｍ）の組から成り、あるいは又、光源は、白色を発光する発光ダイオードから成ることが望ましい。尚、前者の場合、１つの凹レンズに対して１つの点光源とみなせるような（即ち、各発光ダイオードから凹レンズに入射する光の入射角が大きくは相違しない）光源の組とすることが望ましい。また、赤色、緑色、青色以外の第４番目の色を発光する発光ダイオードを更に備えていてもよい。光源の面積（複数の発光ダイオードから構成されている場合には、複数の発光ダイオードの組としての面積）をＳ₀、拡散板照明領域の面積をＳ₁としたとき、（Ｓ₀／Ｓ₁）≦０．２²、好ましくは、（Ｓ₀／Ｓ₁）≦０．１²を満足することが望ましい。

ここで、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、一般に、基板、及び、基板上に形成された発光層から構成されている。より具体的には、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、例えば、基板上に形成された第１導電型（例えばｎ型）を有する化合物半導体層から成る第１クラッド層、第１クラッド層上に形成された活性層、活性層上に形成された第２導電型（例えばｐ型）を有する化合物半導体層から成る第２クラッド層の積層構造を有し、第１クラッド層に電気的に接続された第１電極、及び、第２クラッド層に電気的に接続された第２電極を備えている。発光ダイオードを構成する層は、発光波長に依存して、周知の化合物半導体材料から構成すればよいし、基板も周知の材料、例えば、サファイア（屈折率：１．７８５）、ＧａＮ（屈折率：２．４３８）、ＧａＡｓ（屈折率：３．４）、ＡｌＩｎＰ（屈折率：２．８６）、アルミナ（屈折率：１．７８）等から構成すればよい。本発明にあっては、フェイスアップ構造の発光ダイオードを用いることもできるし、フリップチップ構造の発光ダイオードを用いることもできる。

以上に説明した種々の好ましい形態、構造を含む本発明にあっては、更には、面状光源装置は、拡散板から射出した光が通過するプリズムシート（フィルム）や偏光変換シート（フィルム）といった光学機能シート（フィルム）群を備えている構成とすることができる。

透過型の液晶表示装置あるいは半透過型の液晶表示装置（透過型であって、しかも、外光を反射する手段を有する反射型でもある液晶表示装置）として、単色の液晶表示装置とすることもできるし、カラー液晶表示装置とすることもできる。ここで、透過型あるいは半透過型の液晶表示装置は、例えば、透明第１電極を備えたフロント・パネル、透明第２電極を備え、面状光源装置と対向するリア・パネル、及び、フロント・パネルとリア・パネルとの間に配された液晶材料から成る。

透過型あるいは半透過型の液晶表示装置をカラー液晶表示装置から構成する場合、フロント・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板から成る第１の基板と、第１の基板の内面に設けられた透明第１電極（共通電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）と、第１の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。更には、フロント・パネルは、第１の基板の内面に、アクリル樹脂やエポキシ樹脂から成るオーバーコート層によって被覆されたカラーフィルターが設けられ、オーバーコート層上に透明第１電極が形成された構成を有している。透明第１電極上には配向膜が形成されている。カラーフィルターの配置パターンとして、デルタ配列、ストライプ配列、ダイアゴナル配列、レクタングル配列を挙げることができる。一方、リア・パネルは、より具体的には、例えば、ガラス基板から成る第２の基板と、第２の基板の内面に形成されたスイッチング素子と、スイッチング素子によって導通／非導通が制御される透明第２電極（画素電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）と、第２の基板の外面に設けられた偏光フィルムとから構成されている。透明第２電極を含む全面には配向膜が形成されている。これらの透過型あるいは半透過型のカラー液晶表示装置を構成する各種の部材や液晶材料は、周知の部材、材料から構成することができる。尚、スイッチング素子として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）といった３端子素子や、ＭＩＭ素子、バリスタ素子、ダイオード等の２端子素子を例示することができる。

本発明にあっては、光源、凹レンズ［この場合、等しい出射角分布を有する光源が、拡散板から光源までの距離Ｌ_rよりも遠いところ（距離Ｌ_i）に位置する場合と等しい照度分布を拡散板上にもたらすための手段と云い換えることができる］、及び、拡散板の位置関係は、光源から射出される光の出射角（放射角）、凹レンズの焦点距離、凹レンズの大きさ、拡散板照明領域の大きさ（面積Ｓ₁）や形状等に基づき、決定すればよい。

本発明において、凹レンズ（フレネルレンズを含む）を構成する材料として、また、複数の凹レンズが形成されたシート状部材を構成する材料として、更には、複数の凸レンズを構成する材料として、光学ガラスや、各種のプラスチックス（例えば、ポリカーボネート樹脂、ＰＭＭＡ、アクリル系樹脂）を例示することができ、これらは、周知の方法で作製することができる。

また、拡散板（シート状の構造を含む）を構成する材料として、ガラスや、プラスチック材料［例えば、ＰＭＭＡ、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、非晶性のポリプロピレン系樹脂、ＡＳ樹脂を含むスチレン系樹脂、ノルボルネン系の重合体樹脂である日本ゼオン株式会社製「ゼオノア」（ＺＥＯＮＯＲ）］、及び、これらの材料に塗布あるいは混合する粒子（例えば、酸化チタンを例示することができ、拡散板は周知の方法で作製することができる。

ここで、拡散板による光の拡散状態は、一般には、完全拡散であることが好ましいが、拡散板と凹レンズとの間に凸レンズを配する場合には不完全拡散であることが、液晶表示装置を真正面から眺めたとき液晶表示装置の表示画面をより明るく視認できるといった観点から、好ましい。光の拡散状態は、例えば、ＩＳＯ １３４６８−１に準拠して、測定器として日本電色株式会社製のＮＤＨ−２０００を用いて全光量透過率（Ｔ_t）を測定し、更には、株式会社村上色彩技術研究所製の自動変角光度計ＧＰ−２００型を用いて１０度毎の相対透過率［＝（受光角θの透過光量）／（受光角０度の透過光量）］を測定して拡散分布を得ることで、求めることができる。

ところで、或る方向の輝度とは、その方向に垂直な平面に正射影したときの光度の面積密度であり、微小面積がｄＳ［ｍ²］で、光度がｄＩ［ｃｄ］の光源をその面の法線に対してθの方向から見た輝度Ｂは、
Ｂ＝（ｄＩ）／｛（ｄＳ）ｃｏｓ（θ）｝
で表される。一般に、どの方向から被写体を見ても等しい輝度で見える場合を、完全拡散と呼ぶ。云い換えれば、拡散板におけるθ方向の光度がｃｏｓ（θ）に比例する場合、即ち、ｃｏｓ（θ）分布の場合、拡散板は完全拡散の状態にあると云える。ここで、拡散板と凹レンズとの間に凸レンズを配する場合には、拡散板による光の拡散状態を不完全拡散とすることが好ましく、より具体的には、不完全拡散の指標である（拡散光透過率Ｔ_d／全光量透過率Ｔ_t）の値として、０．６乃至０．９を例示することができる。尚、拡散光透過率Ｔ_dとは、入射光と同じ方向に出射する透過光成分を除いた、拡散光成分の透過率と定義される。

遮光部材を構成する材料として、ポリカーボネート樹脂を挙げることができる。

本発明においては、凹レンズが、光源と拡散板との間の空間に、拡散板と平行に配設されているので、拡散板から光源までの距離よりも遠いところに光源が存在する場合と同様の出射光分布を実現させることができる。尚、このような出射光分布を実現し得る仮想の光源の位置を、等価的な光源位置と呼ぶ。その結果、光源から拡散板までの距離を見掛け上、十分に長くすることができ、面状光源装置における輝度ムラの発生を防止することができ、しかも、面状光源装置の厚さが厚くなることはない。そして、光源から拡散板までの距離を短くすることができるので、商品設計の自由度が拡大する。また、輝度ムラや所望の輝度分布を、凹レンズの光学設計により自由に実現することが可能であるが故に、液晶表示装置の画像品位を向上させることができる。しかも、光源の出射角（放射角）分布を調整、制御する必要がないので、面状光源装置あるいは液晶表示装置組立体の製造コスト減を実現することができる。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

実施例１は、本発明の面状光源装置（より具体的には、直下型の面状光源装置）、及び、本発明の液晶表示装置組立体に関し、具体的には、本発明の第２の構成に関する。実施例１の液晶表示装置組立体の概念図及び面状光源装置の模式的な断面図を図１に示す。

実施例１の面状光源装置１０は、光源２０、及び、光源２０の上方に配設された拡散板３０を少なくとも備え、透過型の液晶表示装置（カラー液晶表示装置５０）を背面から照射する面状光源装置であり、凹レンズが、光源２０と拡散板３０との間の空間に、拡散板３０と平行に配設されている。

また、実施例１の液晶表示装置組立体１は、透過型の液晶表示装置（カラー液晶表示装置５０）、及び、このカラー液晶表示装置５０を背面から照射する面状光源装置１０を備えており、この面状光源装置１０は、光源２０、光源２０の上方に配設された拡散板３０、及び、光源２０と拡散板３０との間の空間に、拡散板３０と平行に配設された凹レンズを少なくとも備えている。

ここで、実施例１の面状光源装置１０にあっては、複数の光源２０、及び、複数の凹レンズが備えられており、１つの凹レンズが１つの光源２０に対応して配設されている。より具体的には、複数の光源２０及び凹レンズは、例えば、２次元マトリックス状に配列されている。そして、実施例１にあっては、凹レンズはフレネルレンズ４０から構成されており、更には、複数の凹レンズ（フレネルレンズ４０）はシート状部材４２に形成されている。尚、図面において、シート状部材４２に形成されたフレネルレンズ４０を斜線で示した。また、図面においては、或る方向に３つのフレネルレンズ４０が配設された状態を模式的に図示しているが、実際の面状光源装置１０にあっては、フレネルレンズ４０は３つに限定されるものではない。ここで、複数の光源２０は、筐体１１の底面に固定されており、シート状部材４２は筐体１１の側壁に固定されている。拡散板３０は、光源２０の上方に位置する筐体開口部に取り付けられており、光源２０からの射出光を拡散させながら通過させる。

実施例１にあっては、１つの光源２０から射出され、この光源２０に対応する１つの凹レンズであるフレネルレンズ４０を通過した光が拡散板３０を照明（照射）するが、この光が照明（照射）する拡散板照明領域３３の外形形状は、例えば矩形（より具体的には、一辺が略１０ｃｍの正方形）である。そして、各光源２０は、係るそれぞれの拡散板照明領域３３の中央に対応した位置に配置されている。尚、図面において、拡散板照明領域３３に斜線を付した。

光源２０から射出され、凹レンズであるフレネルレンズ４０を通過した光は、拡散板３０の光源２０に対向する面に入射し、拡散板３０を通過して、拡散板３０の光源２０に対向していない面から射出される。光源２０に対向している拡散板３０の面を、以下、便宜上、拡散板の第１面３１と呼び、光源２０に対向していない拡散板３０の面を、以下、便宜上、拡散板の第２面３２と呼ぶ。

実施例１にあっては、フレネルレンズ４０は、拡散板３０の内部の単位面積当たりに入射する光束が概ね一定となるレンズ特性を有している。ここで、拡散板３０の内部の単位面積当たりに入射する光束が概ね一定となるような拡散板３０の領域は、拡散板３０の一部にのみ存在している。即ち、拡散板３０の所望の領域において拡散板３０の内部の単位面積当たりに入射する光束が概ね一定となるレンズ特性を、フレネルレンズ４０に部分的に付与している。１つのフレネルレンズ４０を構成する種々の領域における焦点距離の最適化によって、このようなレンズ特性を得ることができる。より具体的には、例えば、拡散板照明領域３３の外形形状を正方形とするとき、一般に、正方形のコーナー部は、他の部分と比較して光量減少が著しいので、正方形のコーナー部における光量減少を補償するように焦点距離の最適化を図るといった、フレネルレンズ４０の光学設計を行っている。

実施例１にあっては、光源２０は、例えば、赤色発光ダイオード（発光波長：例えば６４０ｎｍ）、緑色発光ダイオード（発光波長：例えば５３０ｎｍ）、及び、青色発光ダイオード（発光波長：例えば４５０ｎｍ）の組の複数から構成されており、これらの発光ダイオードから射出された赤色、緑色、及び、青色を混色することで得られた白色光を照明光としている。図面においては、この組を１つの光源であるかのように表した。尚、光源２０を、白色を発光する発光ダイオードから構成することもできる。発光ダイオード（ＬＥＤ）は周知の構成、構造を有する。ここで、光源２０は、点光源とみなせる程度の大きさである。即ち、各発光ダイオードからフレネルレンズ４０に入射する光の入射角は大きくは相違しない。そして、このような点光源とみなせる程度の大きさを有する光源とすることで、フレネルレンズ４０から射出される光の光束等を正確に計算にて求めることができる。光源２０の面積（具体的には３つの発光ダイオードの組としての面積）をＳ₀、拡散板照明領域３３の面積をＳ₁としたとき、実施例１にあっては、（Ｓ₀／Ｓ₁）＝０．１²である。

また、実施例１にあっては、光源２０から拡散板３０までの距離（より正確には、光源２０の光射出部分から拡散板３０の第１面３１までの距離）をＬ_r、フレネルレンズ４０によって生成される等価的な光源位置２０Ａ（図面においては、点線で表す）から拡散板３０までの距離（より正確には、等価的な光源位置２０Ａの光射出部分から拡散板３０の第１面３１までの距離）をＬ_iとしたとき、Ｌ_r＝３０ｍｍ、Ｌ_i＝７０ｍｍとなるように、フレネルレンズ４０の光学設計を行っている。

面状光源装置は、拡散板３０から射出した光が通過するプリズムシート（フィルム）や偏光変換シート（フィルム）といった光学機能シート（フィルム）群（図示せず）を備えており、これらの光学機能シート（フィルム）群は、拡散板３０とカラー液晶表示装置５０との間に配置されている。

フレネルレンズ４０（シート状部材４２）は、アクリル系樹脂から作製されており、拡散板３０は、厚さ３ｍｍのアクリル系樹脂から作製されており、拡散板３０内部には酸化チタンの粒子が分散されている。拡散板３０の不完全拡散の指標である（拡散光透過率Ｔ_d／全光量透過率Ｔ_t）の値は、０．９８である。

カラー液晶表示装置５０は、図６に模式的な一部断面図を示すように、透明第１電極６４を備えたフロント・パネル６０、透明第２電極７４を備えたリア・パネル７０、及び、フロント・パネル６０とリア・パネル７０との間に配された液晶材料８０から成る。

フロント・パネル６０は、例えば、ガラス基板から成る第１の基板６１と、第１の基板６１の外面に設けられた偏光フィルム６６とから構成されている。第１の基板６１の内面には、アクリル樹脂やエポキシ樹脂から成るオーバーコート層６３によって被覆されたカラーフィルター６２が設けられ、オーバーコート層６３上には、透明第１電極（共通電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）６４が形成され、透明第１電極６４上には配向膜６５が形成されている。一方、リア・パネル７０は、より具体的には、例えば、ガラス基板から成る第２の基板７１と、第２の基板７１の内面に形成されたスイッチング素子（具体的には、薄膜トランジスタ、ＴＦＴ）７２と、スイッチング素子７２によって導通／非導通が制御される透明第２電極（画素電極とも呼ばれ、例えば、ＩＴＯから成る）７４と、第２の基板７１の外面に設けられた偏光フィルム７６とから構成されている。透明第２電極７４を含む全面には配向膜７５が形成されている。フロント・パネル６０とリア・パネル７０とは、それらの外周部で封止材（図示せず）を介して接合されている。尚、スイッチング素子７２は、ＴＦＴに限定されず、例えば、ＭＩＭ素子から構成することもできる。また、図面における参照番号７７は、スイッチング素子７２とスイッチング素子７２との間に設けられた絶縁層である。

尚、これらの透過型のカラー液晶表示装置を構成する各種の部材や、液晶材料は、周知の部材、材料から構成することができるので、詳細な説明は省略する。

実施例１にあっては、フレネルレンズ４０が、光源２０と拡散板３０との間の空間に、拡散板３０と平行に配設されているので、光源２０から拡散板３０までの距離よりも遠いところに等価的な光源位置２０Ａを位置させることができる。その結果、光源２０から拡散板３０までの距離を見掛け上、十分に長くすることができ、面状光源装置１０における輝度ムラの発生を防止することができ、しかも、面状光源装置１０の厚さが厚くなることはない。

発光ダイオードに光取出しレンズを取り付けた発光ダイオード組立体を光源として使用し、発光ダイオードから射出された光が、光取出しレンズによって水平方向に主に射出される２次元方向射出構成が、例えば、日経エレクトロニクス ２００４年１２月２０日第８８９号の第１２８ページ（以下、文献１と呼ぶ）から周知である。しかしながら、このような文献１に開示された構造は、光源の出射角（放射角）分布を調整、制御する必要がある。

実施例２は、実施例１の変形である。実施例２が実施例１と相違する点は、図２に面状光源装置１０Ａの模式的な断面図を示すように、一の光源２０から射出された光が入射する凹レンズであるフレネルレンズ４０の第１面４１の領域に、この一の光源２０に隣接した光源２０から射出された光が入射しないように、光源２０とフレネルレンズ４０との間に（実施例２にあっては、より具体的には、光源２０とフレネルレンズ４０（シート状部材４２）との間に）、遮光部材４３が配設されている点にある。ここで、遮光部材４３は、ポリカーボネート樹脂から作製された板状の部材である。遮光部材４３は、フレネルレンズ４０に対して垂直に配設されており、筐体１１に固定されている。

このように、遮光部材４３を配設し、フレネルレンズ４０の第１面４１の領域に他の光源２０から射出された光を入射させないことによって、光源２０から射出され、フレネルレンズ４０に入射する光の光束等を正確に計算にて求めることができる。但し、一の光源２０から射出された光がこの一の光源２０に対応したフレネルレンズ４０から射出され、この一の光源２０に隣接した光源２０から射出された光がこの隣接した光源２０に対応したフレネルレンズ４０から射出されるとき、これらの光がシート状部材４２と拡散板３０との間で重なり合う場合があり得る。このような場合には、拡散板３０の第２面３２から重なり合って射出されたこれらの全ての光に基づく光強度が所望の分布になるように、フレネルレンズ４０の光学設計を行うことが好ましい。

このように遮光部材４３を配設した点を除き、実施例２の液晶表示装置組立体及び面状光源装置は、実施例１において説明した液晶表示装置組立体及び面状光源装置と同じ構成、構造を有するので、実施例２の液晶表示装置組立体及び面状光源装置の詳細な説明は省略する。

実施例３も、実施例１の変形である。実施例３が実施例１と相違する点は、図３に面状光源装置１０Ｂの模式的な断面図を示すように、拡散板３０と凹レンズ４０との間には凸レンズ３４（具体的には、フレネルレンズから成る）が配されている点にある。ここで、拡散板３０及び凸レンズ３４は、それぞれ、アクリル系樹脂から作製された一種の板状の部材であり、凸レンズ３４は、拡散板３０に接するように筐体１１に固定されている。尚、図３において、凸レンズ３４の実際に凸レンズとして機能する部分に斜線を付した。

ここで、凸レンズ３４から射出された光は、拡散板３０に略垂直に入射する構成を有する。凸レンズ３４は、凹レンズ４０に対応して配されており、拡散板照明領域３３内における凸レンズの焦点距離は一定であってもよいし、拡散板照明領域３３に占める位置に応じて変化させてもよい。凸レンズ３４から射出された光が拡散板３０に略垂直に入射することで、しかも、拡散板３０の拡散度を調整することで、拡散板３０の光源に対向していない面（拡散板の第２面３２）から射出される光が、拡散板３０の第２面３２の法線方向成分をより多く有する状態とすることができ、液晶表示装置を一層明るく照明することができる。更には、通常、このような目的のために用いられる光学プリズムフィルム等の有する機能を同時に実現することができるので、このような光学プリズムフィルムの配設を省略することができ、コスト面での利点を有する。また、例えば、拡散板の表面を直接加工してフレネルレンズから成る凸レンズを形成すれば、付加的な部品も不要となり、大きな利点となる。

このように、複数の凸レンズ３４を設けた点を除き、実施例３の液晶表示装置組立体及び面状光源装置は、実施例１において説明した液晶表示装置組立体及び面状光源装置と同じ構成、構造を有するので、実施例３の液晶表示装置組立体及び面状光源装置の詳細な説明は省略する。また、実施例３の液晶表示装置組立体及び面状光源装置に対して、実施例２の液晶表示装置組立体及び面状光源装置における遮光部材４３を適用することもできる（図４参照）。

実施例４も実施例１の変形である。実施例４が実施例１と相違する点は、図５に模式的な断面図を示すように、面状光源装置１０Ｃが、１つの光源２０、及び、１つの凹レンズ（フレネルレンズ４０）から構成されている点にある。この点を除き、実施例４の液晶表示装置組立体及び面状光源装置は、実施例１において説明した液晶表示装置組立体及び面状光源装置と同じ構成、構造を有するので、実施例４の液晶表示装置組立体及び面状光源装置の詳細な説明は省略する。

以上、本発明を好ましい実施例に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例において説明した面状光源装置あるいは液晶表示装置、液晶表示装置組立体の構成、構造、構成材料等は例示であり、適宜変更することができる。実施例においては、凹レンズを１段構成としたが、即ち、光源と拡散板との間に１段の凹レンズを配設したが、場合によっては、２段以上の多段構成、即ち、光源と拡散板との間に２段以上の凹レンズを配設してもよい。

また、実施例１〜実施例３においては、複数の光源２０及び凹レンズ（フレネルレンズ４０）を２次元マトリックス状に配列させたが、この場合、各光源２０の輝度を同じとしてもよいし、面状光源装置における光源２０の位置と映像等に依存して、光源の輝度を変化させてもよい。また、各光源２０の輝度が経時的に変化する場合があり、この場合には、各光源２０の輝度に変化が生じたならば、輝度変化を補償するような補正を光源２０に対して施してもよい。

図１は、実施例１の液晶表示装置組立体の概念図及び面状光源装置の模式的な断面図である。 図２は、実施例２の液晶表示装置組立体の概念図及び面状光源装置の模式的な断面図である。 図３は、実施例３の液晶表示装置組立体の概念図及び面状光源装置の模式的な断面図である。 図４は、実施例３の液晶表示装置組立体の変形例の概念図及び面状光源装置の変形例の模式的な断面図である。 図５は、実施例４の液晶表示装置組立体の概念図及び面状光源装置の模式的な断面図である。 図６は、カラー液晶表示装置組立体の模式的な一部断面図である。 図７は、従来の液晶表示装置組立体の概念図である。

符号の説明

１・・・液晶表示装置組立体、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ・・・面状光源装置、１１・・・筐体、２０・・・光源、２０Ａ・・・等価的な光源位置、３０・・・拡散板、３１・・・拡散板の第１面、３２・・・拡散板の第２面、３３・・・拡散板照明領域、３４・・・凸レンズ、４０・・・フレネルレンズ、４１・・・フレネルレンズの第１面、４２・・・シート状部材、４３・・・遮光部材、５０・・・液晶表示装置、６０・・・フロント・パネル、６１・・・第１の基板、６２・・・カラーフィルター、６３・・・オーバーコート層、６４・・・透明第１電極、６５・・・配向膜、６６・・・偏光フィルム、７０・・・リア・パネル、７１・・・第２の基板、７２・・・スイッチング素子、７４・・・透明第２電極、７５・・・配向膜、７６・・・偏光フィルム

Claims (20)

1. （Ａ）光源、及び、
   （Ｂ）光源の上方に配設された拡散板、
   を少なくとも備え、透過型あるいは半透過型の液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置であって、
   凹レンズが、光源と拡散板との間の空間に、拡散板と平行に配設されていることを特徴とする面状光源装置。
2. 凹レンズはフレネルレンズから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
3. 凹レンズは、拡散板内部の単位面積当たりに入射する光束が概ね一定となるレンズ特性を有することを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
4. 拡散板と凹レンズとの間には凸レンズが配されていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
5. 凸レンズから射出された光は、拡散板に略垂直に入射することを特徴とする請求項４に記載の面状光源装置。
6. 光源は発光ダイオードから成ることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
7. 光源は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び、青色発光ダイオードの組から成ることを特徴とする請求項６に記載の面状光源装置。
8. 複数の光源、及び、複数の凹レンズを備え、
   １つの凹レンズが１つの光源に対応して配設されていることを特徴とする請求項１に記載の面状光源装置。
9. 一の光源から射出された光が入射する凹レンズの光源に対向する面の領域には、該一の光源に隣接した光源から射出された光が概ね入射しないことを特徴とする請求項８に記載の面状光源装置。
10. 一の光源から射出された光が入射する凹レンズの光源に対向する面の領域に、該一の光源に隣接した光源から射出された光が入射しないように、光源と凹レンズとの間に遮光部材が配設されていることを特徴とする請求項９に記載の面状光源装置。
11. 凹レンズはフレネルレンズから構成されており、
    複数の凹レンズはシート状部材に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の面状光源装置。
12. 複数の凹レンズは、一体に成型されていることを特徴とする請求項８に記載の面状光源装置。
13. 凹レンズは、拡散板内部の単位面積当たりに入射する光束が概ね一定となるレンズ特性を有することを特徴とする請求項８に記載の面状光源装置。
14. 拡散板と凹レンズとの間には凸レンズが配されていることを特徴とする請求項８に記載の面状光源装置。
15. 凸レンズから射出された光は、拡散板に略垂直に入射することを特徴とする請求項１４に記載の面状光源装置。
16. 複数の凸レンズは、一体に成型されていることを特徴とする請求項１４に記載の面状光源装置。
17. 複数の凸レンズは、拡散板と一体に成型されていることを特徴とする請求項１６に記載の面状光源装置。
18. 各光源は発光ダイオードから成ることを特徴とする請求項８に記載の面状光源装置。
19. 各光源は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、及び、青色発光ダイオードの組から成ることを特徴とする請求項１８に記載の面状光源装置。
20. 透過型あるいは半透過型の液晶表示装置、及び、該液晶表示装置を背面から照射する面状光源装置を備えた液晶表示装置組立体であって、
    面状光源装置は、
    （Ａ）光源、
    （Ｂ）光源の上方に配設された拡散板、及び、
    （Ｃ）光源と拡散板との間の空間に、拡散板と平行に配設された凹レンズ、
    を少なくとも備えていることを特徴とする液晶表示装置組立体。
    

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