JP4780081B2 - バックライト装置および透過型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、照射特性に優れたバックライト装置および表示特性に優れた透過型表示装置に関するものである。

導光板の異なる２つの入光端面にそれぞれ光源が配置され、上記導光板の出光面側には三角形状プリズム列と円筒状レンズ列とを有する両面プリズムレンズシートが配置され、上記プリズムシートの出光面側には透過型表示パネルが配置された表示装置が開示されている。この表示装置では、上記光源からの光をそれぞれ左右の視差に対応する角度で上記透過型表示パネルから出射し、上記光源に同期させて透過型表示パネルに視差像を交互に表示させることにより、立体表示が可能である（例えば特許文献１参照）。

また、液晶層を含む画像形成層と視差バリア層とが透明層を介して設けられた液晶表示パネルを用いた液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置では、上記透明層により画像形成層と視差バリア層との間の距離が二重映像表示に適した距離に調節され、上記画像形成層に形成された左側の観察者用の画像と右側の観察者用の画像が、視差バリアを通過した透過光により、それぞれ左側と右側の観察者に導かれ、それぞれ異なる画像を表示する二重映像表示が可能である（例えば特許文献２参照）。

国際公開第０４／０２７４９２号パンフレット（第１頁） 特開２００５−２５８０１６号公報（第１頁）

特許文献１に示す表示装置では、導光板の異なる２つの入光端面にそれぞれ配置された光源の点灯切り替えと同期して、異なる２画像を繰り返し液晶パネルに書き換えれば、表示面の法線方向を中心として、左側へ１５度の間から観るユーザーと、右側へ１５度の間から見るユーザーにそれぞれ異なる画像を見せることが可能であるが、主たるユーザーが一人で表示パネルに正対した時に、正面方向に二つの画像が混在するという課題があった。
また、特許文献２の液晶表示パネルは、画素形成層に左側の観察者用の画像と右側の観察者用の画像を表示し、その各々の画像より出射する光が、それぞれ左側と右側の観察者に導かれるように視差バリアを設置しているため、表示角度が斜めであり、表示パネルに正対した時には使い難いという課題があった。また、画像形成層が左側と右側の観察者用に分担されるため、半分の画素数の画像になり、また、視差バリアにより透過光の一部が遮られるため表示が暗くなるという課題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、正面方向と左右方向に照射可能なバックライト装置を得ることを目的とする。
また、正面方向と左右方向に明るい画像を表示することが可能な透過型表示装置を得ることを目的とする。

本発明に係るバックライト装置は、一方の面に三角形状プリズム列を有する第１のプリズムシートと、この第１のプリズムシートの上記三角形状プリズム列と反対側の出射面の法線方向に対して斜め方向に指向性を有する光を、上記第１のプリズムシートの三角形状プリズム列に入射する第１の光源と、上記第１のプリズムシートの出射面の法線方向に指向性を有する光を、上記第１のプリズムシートの三角形状プリズム列に入射する第２の光源とを備えたものである。

第１のプリズムシートの出射面の法線方向に対して斜め方向に指向性を有する光が、第１のプリズムシートの三角形状プリズム列に入射し、上記第１のプリズムシートの三角形状プリズム列の斜面で反射して正面方向に出射する。また、上記プリズムシートの出射面の法線方向に指向性を有する光が、第１のプリズムシートの三角形状プリズム列に入射し、上記プリズムシートで屈折して、プリズムシートから左右方向に出射する。以上により、正面方向と左右方向とを照射することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のバックライト装置の斜視図、図２は、図１における光源からの光の透過光路を示す説明図で、プリズムシートの三角形状プリズム列の稜線方向に垂直な面の断面図を用いている。
第１の導光板１の異なる２つの端面側には、それぞれ第１の光源２が配置され、第１の導光板１の光の取り出し側（出射側）には第１のプリズムシート３が設けられ、第１の導光板１の第１のプリズムシート３と反対側には、視野角調整フィルム５を介して第２の光源４が配置されている。また、光源制御部６が設けられ、第１の光源２と第２の光源４からの光の輝度調節または点滅の切り替えを行う。
本実施の形態に係わる第１の光源２としては、通常、ＬＥＤやランプが用いられ、第１の光源から出射された光は、第１の導光板１の端面に入射する。また、本実施の形態に係わる第２の光源４としては、ＬＥＤやランプの他にエレクトロルミネッセンス等の面光源が用いられ、第２の光源から出射された光は、第１の導光板１の主面に入射する。
なお、第１の光源２、第２の光源４は少なくとも１つ配置されれば良いが、本実施の形態に示すように、第１の光源２が第１の導光板１の異なる２つの端面側にそれぞれ配置されたり、第２の光源４が複数個配置されるとバックライト面内における輝度の均一性と照射の配光角度分布を対称にできる。
本実施の形態に係わる第１の導光板１は、側面が矩形状で全体としては平板状であり、上下面の少なくとも一面には光を取り出すために５度以下の緩い傾斜の浅い角度の斜面からなる凹凸プリズムまたはシボが形成されている。第１の光源から第１の導光板１の端面に入射した光は全反射を繰り返しながら進み、一部が光取り出し用のシボの凹凸面に当たり第１の導光板１から出射する。
また、本実施の形態に係る第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列の稜線方向は、第１の導光板１の第１の光源２からの光の入射端面と概ね平行とした。平行とすることにより、第１のプリズムシート３から出射する光を容易に第１のプリズムシート３面内で均一にすることができる。

本実施の形態に係わる視野角調整フィルム５としては、例えば住友スリーエム（株）製のライトコントロールフィルムが用いられ、第２の光源４から出射された光の角度分布を狭めて、指向性を制御する。本実施の形態においては、視野角調整フィルム５により、第１の導光板１から下方に漏れる光が吸収され、迷光となるのを防止することができる。迷光が減少することにより、第１の光源２が点灯した際に左右方向に漏れる光が少なくなる。
また、本実施の形態に係わる第１のプリズムシート３は、例えば屈折率１.５の材料で形成され、一方の面に稜線が第１の導光板１の端面と平行な方向へ伸びる三角形状プリズム列が紙面と直交する方向に延びるように配置され、第１の導光板１と向かい合う面側が三角形状プリズム列となるように設けられている。第１、第２の光源からの光は、上記三角形状プリズム列に入射し、第１のプリズムシート３の第１の導光板１と反対側の面である、第１のプリズムシート３の出射面３０から出射する。

図３は、本実施の形態のバックライト装置に係わる、第１のプリズムシート３における第１、第２の光源からの光の透過光路を示す図で、三角形状プリズム列の頂角が６０度の２等辺三角形よりなる例である。
図３に示すように、第１の光源２からの光は第１の導光板１から、第１のプリズムシート３の出射面３０の法線方向（以下、単に法線方向と記載する。）に対して斜め方向に指向性を有する光として出射する。この法線方向に対して斜め方向に指向性を有する光ａ１は第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列の斜面３ｂから入射し、三角形状プリズム列の斜面３ａで反射し、第１のプリズムシート３の出射面３０から、法線方向に指向性を有する光ａ２として出射し、これにより正面方向を照射する。また、第２の光源４からの光は視野角調整フィルム５により指向性を制御され、法線方向に指向性を有する光ｂ１となり、この法線方向に指向性を有する光ｂ１は第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列の斜面３ａから入射し、三角形状プリズム列の斜面３ａに入射の際に屈折して、第１のプリズムシート３の出射面３０から、法線方向に対して斜め方向に指向性を有する光ｂ２として出射し、これにより左右方向を照射する。
なお、第１のプリズムシート３内において、第２の光源からの光ｂ２は、三角形状プリズム列の斜面３ａに入射の際に屈折して法線方向に対してβの角度を有する。第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列の頂角の半分の角度がαである場合、β≦αであると、上記光ｂ２は三角形状プリズム列の斜面３ａと対向する斜面３ｂで反射されることなく、左右方向に出射することができる。

図４は図２に示すように、第１の光源２から出射され第１の導光板１を経由し、第１のプリズムシート３に入射する入射光ａ１の角度分布と、入射光ａ１が第１のプリズムシート３から出射する時の出射光ａ２の角度分布とを、モンテカルロ法による光線の軌跡追跡法によりシミュレートした場合のシミュレーション結果を示す特性図である。図中、横軸は法線方向に対する角度で、図２の紙面において、法線方向に対して左側を−、右側をプラスとし、縦軸は光の強度で任意単位で示す。
図４（ａ）は、第１の光源２から出射され、第１のプリズムシート３に入射する入射光ａ１の角度分布であり、図中、実線で示す角度分布は、図２において紙面左側の第１の光源２による入射光の角度分布、点線で示す角度分布は、右側の第１の光源２による角度分布であり互いに鏡対象である。つまり、左右の第１の光源２から出射された光は第１の導光板から、法線方向に対して６０度〜８０度に角度分布を有する光と−８０度〜−６０度に角度分布を有する光ａ１として、第１のプリズムシート３に入射する。
図４（ｂ）は、第１のプリズムシート３に入射した入射光ａ１が、第１のプリズムシート３から出射する時の出射光ａ２の角度分布であり、法線方向に対して−２０度〜２０度に角度分布を有し、法線方向に集光していることが示される。

図５は図２に示すように、第２の光源４から出射され、第１のプリズムシート３に入射する入射光ｂ１の角度分布と、入射光ｂ１が第１のプリズムシート３から出射する時の出射光ｂ２の角度分布とを、モンテカルロ法による光線の軌跡追跡法によりシミュレートした場合のシミュレーション結果を示す特性図である。図中、横軸は法線方向に対する角度で、図２の紙面において、法線方向に対して左側を−、右側をプラスとし、縦軸は光の強度で任意単位で示す。
図５（ａ）は、第２の光源４から出射され、第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列に入射する入射光ｂ１の角度分布であり、例えば視野角調整フィルム５により、法線方向に対して、−３５度〜３５度に角度分布を有するように狭められ、法線方向に指向性が制御されている。図５（ｂ）は、第１のプリズムシート３に入射した入射光ｂ１が、第１のプリズムシート３から出射する時の出射光ｂ２の角度分布であり、法線方向には出射せず、法線方向に対して−３０度以下と３０度以上に角度分布を有するように左右方向に分かれて出射していることが示される。

図６は、本実施の形態のバックライト装置の照射状態の説明図である。バックライト装置１０からの出射光は、観察者側へ出射され、観察者が真正面にいる場合の左眼８ａと右眼８ｂの距離を約６５ｍｍとし、第１のプリズムシート３の出射面３０から観察者までの視距離を約３００ｍｍとすると、上記出射面３０の法線方向９と左眼８ａまたは右眼８ｂを結ぶ直線とのなす角９ａは約６度となる。また、観察者の左右どちらかの眼が真正面にある場合は、他方の眼は、−１２度および１２度の方向にあることになる。
以上のことから、本明細書における正面方向とは、上記出射面３０における法線方向を中心として左右に１２度、即ち法線方向に対して−１２度〜＋１２度の角度範囲を含む角度領域を指し、上記正面方向を外す角度範囲を左右方向と定義する。
そこで、上記のように、本実施の形態において、図４（ａ）に示す角度分布の光が、第１のプリズムシート３により法線方向に対して、−２０度〜２０度に角度分布を有するように集光されるので、観察者が正面方向で認識できる出射光の角度範囲（法線方向に対して−１２度〜＋１２度の範囲）を充分含み、第１の光源２により正面方向を照射することができる。
また、図５（ａ）に示す角度分布の光が、第１のプリズムシート３により法線方向に対して、−３０度以下と３０度以上に角度分布を有するように曲げられるので、観察者が正面方向で認識できる出射光の角度範囲（法線方向に対して−１２度〜＋１２度の範囲）を外れ、第２の光源４により左右方向を照射することができる。

実施の形態２．
三角プリズム列の頂角が、各々７０度、６５度、６０度または５５度である第１のプリズムシート３を用い、第２の光源４から第１のプリズムシート３に入射する入射光ｂ１として、法線方向に指向性を有し、法線方向に対して、−３５度〜３５度に角度分布を有する光、即ち、法線方向を中心として７０度幅の角度分布を有する光を用いて、実施の形態１と同様にして、第１、第２の光源からの光が、上記各第１のプリズムシート３を出射する時の各出射光の角度分布のシミュレーションを行った。
図７〜図１０は、上記各々異なる頂角の三角プリズム列を有する第１のプリズムシート３を用いた場合に、上記各第１のプリズムシート３を出射する各出射光ｂ２の角度分布のシミュレーション結果、即ち、本実施の形態のバックライト装置の照射光の角度分布である。なお、各図において、（ａ）は第１の光源２からの光の、第１のプリズムシート３に入射し、その後出射する出射光ａ２の角度分布のシミュレーション結果、（ｂ）は第２の光源４から第１のプリズムシート３に入射し、その後出射する出射光ｂ２の角度分布のシミュレーション結果である。
プリズム頂角が７０度の場合、図７（ａ）に示すように、正面方向への照射光は、照射面の法線方向に対して、−１０度〜１０度に角度分布を有し、角度分布幅が狭く、図７（ｂ）に示すように、左右方向への照射光は、−２０度以下と２０度以上に分布するため、−２０度〜−１０度と１０度〜２０度の間は、どちらの光も見にくい暗い角度領域になり観察者は使い難い。
また、プリズム頂角が６５度（図８に示す。）および６０度（図９に示す。）の場合は、上記暗い角度領域はかなり狭まり改善されている。ただし、プリズム頂角が５５度（図１０に示す。）では、正面方向に輝度の谷が発生して正面方向に暗い暗線が見える。
以上のことから、第１のプリズムシート５のプリズムの頂角としては、６０度〜６５度が望ましいことがわかる。

実施の形態３．
実施の形態１において、頂角が６０度である三角プリズム列を有する第１のプリズムシート３を用い、第２の光源４から第１のプリズムシート３に入射する光ｂ１が、法線方向に指向性を有し、法線方向に対して、各々−２０度〜２０度、−３０度〜３０度、−３５度〜３５度、−４０度〜４０度、−４５度〜４５度、または−５０度〜５０度に角度分布を有する、即ち、法線方向を中心として、それぞれ４０度、６０度、７０度、８０度、９０度、１００度幅の角度分布を有する場合に、実施の形態１と同様にして、上記各角度分布を有する入射光ｂ１が、第１のプリズムシート３を出射する時の各出射光ｂ２の角度分布のシミュレーションを行った。
図１１〜図１６は、上記各々異なる角度分布を有する入射光ｂ１が第１のプリズムシート３から出射する時の、出射光ｂ２の角度分布のシミュレーション結果であり、各図において、（ａ）は、第２の光源４から第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列に入射する入射光ｂ１の角度分布、（ｂ）は、上記第１のプリズムシート３に入射した光ｂ１が、第１のプリズムシート３から出射する時の出射光ｂ２の角度分布のシミュレーション結果である。
図１５（−４５度〜４５度に角度分布）および図１６（−５０度〜５０度に角度分布）に示すように、第２の光源４から第１のプリズムシート３に入射する入射ｂ１が、法線方向に対して、角度分布が−４５〜４５度の範囲以上に広がると、第１のプリズムシート３からの出射光ｂ２の正面方向への漏れが増大する。また、図１１に示すように、上記第２の光源４から第１のプリズムシート３に入射する入射光ｂ１の角度分布が−２０度〜２０度の範囲以下のように狭いと、第１のプリズムシート３からの出射光ｂ２の角度分布の範囲も狭く、−６０度以下、６０度以上の斜めの輝度が低下するので左右方向の照射量が少なく、また範囲が狭くなる。
従って、第２の光源４から第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列に入射する入射光ｂ１の角度分布としては、図１２（−３０度〜３０度に角度分布）、図１３（−３５度〜３５度に角度分布）および図１４（−４０度〜４０度に角度分布）に示すように、法線方向を中心として、６０〜８０度幅の角度分布を有する光が好適であることが分かる。なお、上記角度分布の光は、拡散フィルムと視野角調整フィルムを適宜組み合わせることにより得ることができる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４のバックライト装置は、実施の形態１において、第２の光源４からの光を視野角調整フィルム５により法線方向に指向性を有する光として第１のプリズムシート３に入射させる代わりに、第２の光源からの光を、プリズムシートを経由して法線方向に指向性を有する光として取り出すものである。
図１７は、本発明の実施の形態４のバックライト装置の構成図である。
実施の形態１のバックライト装置における第１の導光板の第１のプリズムシートと反対側に、視野角調整フィルム５と拡散シート８を介して第２のプリズムシートが設けられ、第２のプリズムシートの第１の導光板と反対側に第２の導光板が設けられている。第２の光源４は、第２の導光板１１の端面側に配置され、第２の導光板１１の第２のプリズムシート１３と反対側には反射シート９が配置されている。

本実施の形態のバックライト装置において、第１の光源２から出た光は第１の導光板１の中を全反射を繰り返しながら進み、第１の導光板１から出て、第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列の斜面で反射され正面方向に出射する。また、第２の光源４から出た光も、上記と同様にして、第２のプリズムシート１３の三角形状プリズム列の斜面で反射され正面方向に出射し、法線方向に指向性を有する出射光が第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列に入射し、実施の形態１と同様にして第１のプリズムシート３から左右方向に出射する。
なお、本実施の形態のバックライト部における第１、第２のプリズムシートの三角形状プリズムの頂角は共に６０度であり、第１のプリズムシート３に入射する光の角度分布と第１のプリズムシート３から出射する光の角度分布のシミュレーション結果は図４、図５と同様である。
なお、本実施の形態においては、第２のプリズムシート１３から法線方向に指向性の高い光が出射されるため、視野角調整フィルム５に吸収される光が少なく、輝度効率が高いというメリットがある。

実施の形態５．
図１８は、本発明の実施の形態５のバックライト装置とこれを用いた透過型表示装置の斜視図である。また、図１９は、図１８におけるバックライト装置の透過光路と透過型パネルの透過状態を示す説明図で、第１の導光板に設けられた溝列の長手方向に垂直な面での断面図を用いている。
本実施の形態のバックライト装置１０は、実施の形態１において、第１の導光板１が、第１のプリズムシート３と反対側の主面に溝列１_ｙを有し、光学異方性を有する光学部材１_ａが溝列１_ｙの溝面１_ｚに密着したものである他は実施の形態１と同様である。

さらに詳しくは、本実施の形態に係る第１の導光板１の一方の主面に溝列１_ｙが連続して設けられ、その溝列１_ｙの長手方向は、第１の導光板１の第１の光源２からの光の入射端面１_ｘと、第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列の稜線方向とに概ね平行である。光学部材１_ａは、光学異方性を有する液晶材料で溝列１_ｙを埋めるように充填することにより形成されたもので、光学異方性を有し、溝列１_ｙの溝面１_ｚに密着している。
例えば、本実施の形態に係る第１の導光板１はアクリル樹脂（屈折率１．４９）を用い、本実施の形態に係る光学部材１_ａは、光学異方性を有し紫外線硬化性の液晶材料（長軸方向の屈折率１．５、短軸方向の屈折率が１．７）を用いて、以下のように作製することができる。ただし、上記のように、光学部材１_ａを形成する液晶材料の一方の屈折率が、第１の導光板１の屈折率と概ね等しい。
先ず、上記アクリル樹脂を用いて射出成形により、一方の主面に長手方向が第１の光源２からの光の入射端面１_ｘと概ね平行である溝列１_ｙを有する第１の導光板１を作製し、必要に応じて溝列１_ｙの表面に配向膜を形成するか、ラビング処理を施す。
次に、第１の導光板１の溝列１_ｙの埋めるように、上記紫外線硬化性の液晶材料を塗布し、紫外線を照射して硬化することにより、光学異方性を有する光学部材１_ａを形成する。

図２０は、本実施の形態に係る光学異方性を有する光学部材１_ａにおける、液晶分子の配向状態を示す模式図である。図２０に示すように、第１の導光板１に設けられた溝列１_ｙの長手方向に垂直な断面形状は、頂角γが１６０〜１７５度程度の、頂角の広い二等辺三角形状である。本実施の形態に係る光学部材１_ａは、図２０に示すように、断面が三角形状の溝を、棒状の液晶分子４０がその長軸方向が第１の導光板１の平坦な主面に概ね垂直に配向するように充填され硬化されて、三角形状プリズムとなったもので、第１の導光板１の主面に垂直な方向を光学軸とする光学異方性を有している。ここで、液晶分子４０の短軸方向の屈折率が、第１の導光板１の屈折率と異なり、長軸方向の屈折率が第１の導光板１の屈折率と概ね等しい。
なお、上記のように液晶分子の垂直配向をより安定して形成するためには、溝列１_ｙの溝面１_ｚに塗布する配向膜５０として、アルキル鎖付のポリイミドやポリビニルアルコールの薄膜を用いることが有効である。

本実施の形態のバックライト装置１０を用いた透過型表示装置は、図１９に示すように、バックライト装置１０上に透過型表示パネル７が設けられ、透過型表示パネル７はガラス基板７ａ、７ｂ間に液晶層７ｃを保持し、更にガラス基板７ａ、７ｂを挟むように偏光板７ｄ、７ｅが設置されている。
一般的に、透過型表示装置において、バックライト装置１０から出た光は透過型表示パネル７の偏光板７ｅによって直線偏光成分のみが選択され、ガラス基板７ｂを通過した後液晶層７ｃに到達する。偏光板の多くは、吸収二色性を発現させているため、バックライト装置１０から出た光の中で、偏光板７ｅの吸収軸に相当する光の偏光成分が吸収される。即ちバックライト装置１０から出た光の半分は無駄に吸収されることとなり、液晶表示装置の光利用効率を大きく低下させる要因となっている。
そこで、本実施の形態のバックライト装置１０は、図２０に示すように、第１の導光板１の溝列１_ｙに光学異方性を有する光学部材１_ａを設けることにより、上記無駄になる光を利用するもので、以下動作について説明する。

図１９に示すように、第１の光源２から出た光は、第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向に垂直な、即ち紙面内に電界成分が含まれる直線偏光であるｐ波２_ｐと、第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向に平行な、即ち紙面に垂直な面内に電界成分が含まれる直線偏光であるｓ波２_ｓとを有し、第１の導光板１に端面１_ｘから入射する。
入射した光の内ｐ波２_ｐは、第１の導光板１と光学部材１_ａとの界面においてアクリルと液晶材料の屈折率差０．２に応じてフレネル反射され、透過型表示パネル７側の面から臨界角を超えた光が放射され、第１のプリズムシート３により正面方向に曲げられて、透過型表示パネル７の偏光板７ｅを通過する。このとき、偏光板７ｅの透過軸はｐ波を通す向きに設定されており、ここでの光ロスが無いため、光の利用効率は高い。
一方、光源２から出て、第１の導光板１に端面１_ｘから入射した光の内ｓ波２_ｓおよび光学部材１_ａとの界面において反射されなかったｐ波は、光学部材１_ａの底面で全反射して第１の導光板１を伝播してゆき、途中で、第１の導光板１のアクリルの有する複屈折性によりｓ波２_ｓも次第に位相が変化してｐ波２_ｐ成分が発生し、上記と同様にして表示に用いられる。

また、本実施の形態においては、図１９に示すように、第１の導光板１の、第１の光源２と反対側の端面には、反射板５１と１／４波長板５２が貼り付けられている。
そのため、第１の導光板１を伝播して第１の光源２と反対側の端面に達した光は、反射板５１により反射され、再び第１の導光板１に入射する。この時、１／４波長板５２により、残存割合の高いｓ波２_ｓはｐ波２_ｐに変わる。第１の導光板１に再入射したｐ波２_ｐは、上記と同様に光学部材１_ａとの界面において反射されて、上記と同様にして表示に用いられる。

以上のように、本実施の形態のバックライト装置１０においては、第１の光源２から出た光の大部分をｐ波２_ｐとして、第１の導光板１から取り出すことが可能であり、第１の光源２の光を効率よく表示に用いることができ輝度を高めることができる。
また、本実施の形態に係る第１の導光板１および光学部材１_ａを用いても、新たな迷光の発生が無いため、実施の形態１に示すように、第１の光源２からの光は、指向性を有して第１の導光板１から出射する。つまり、上記第１の光源２からの光は、法線方向に対して斜め方向に指向性を有する光ａ１として第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列に入射し、三角形状プリズム列の斜面で反射して、第１のプリズムシート３の出射面３０から、法線方向に指向性を有する光ａ２として出射し、これにより正面方向を照射する。

次に、第２の光源４から第１の導光板１の主面に入射する光ｂ１の動作を考える。第２の光源４からの光ｂ１は、偏光板７ｅを通過する直線偏光４_ｘと吸収される直線偏光４_ｙを有するが、どちらの光も電界成分が第１の導光板１の平坦な主面に平行である。第１の導光板１の主面に平行な方向については、第１の導光板１と光学部材１_ａとの界面において、屈折率の差がないのでこれらの直線偏光は、屈折せずにそのまま直進することができる。
そこで、実施の形態４のバックライト装置の第２の導光板１１に、本実施の形態に係る第１の導光板１と同様に溝列を設けると共に、この溝列の溝面に本実施の形態に係る光学異方性を有する光学部材を密着させる。これにより、第２の光源４からの光ｂ１を、偏光板７ｅを通過する直線偏光の成分を多く持つ光とすることができ、第２の光源４からの光ｂ１の利用効率を高めることができ、バックライト装置１０の輝度をさらに向上させることができる。

次に、本実施の形態に係る光学部材１_ａを、棒状の液晶分子を図２０に示すように配向させて形成した代わりに、円盤状のディスコティック液晶分子を用いて形成した場合について説明する。
図２１は、本実施の形態の別のバックライト装置に係る光学部材１_ａの液晶分子の配向状態を示す模式図である。つまり、図２０に示す断面形状の溝列１_ｙを設けた第１の導光板１を用い、溝列１_ｙを円盤状のディスコティック液晶分子４１がその径方向が第１の導光板１の平坦な主面に概ね平行に配向するように充填して硬化したものである。このような液晶分子の配向は、第１の導光板の溝列１_ｙの溝面１_ｚに設ける配向膜５０を適宜選択することにより実現することができる。
ここで、第１の導光板１のアクリル樹脂の屈折率と、光学部材１_ａのディスコティック液晶分子の径方向の屈折率とを概ね等しい値とし、上記アクリルの屈折率と、コレステリック液晶分子４１の径方向と垂直な方向の屈折率を異なる値にする。これにより、上記棒状の液晶分子４０を用いた場合と同様にして光学部材１_ａによりｐ波を反射して、第１の導光板１からｐ波を効率よく出射して表示に用いることができ、輝度を高めることができる。

本実施の形態においては、図２０または図２１に示すように、第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向に垂直な方向の断面が、斜辺が直線の三角形であり、溝列１_ｙの溝面１_ｚに密着する光学部材１_ａが三角形状プリズム列をなす場合について説明したが、溝列１_ｙおよび光学部材１_ａの形状はこれに限定されない。つまり、図２２に示すように、第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向に垂直な方向の断面形状が、斜辺が図２０に示すように直線ではなく、直線より僅かに外または内側に曲がった三角形状でも良い。この場合、斜辺の曲線の最大傾斜角度α、βが第１の導光板１の主面方向と３度〜１０度の傾きであると容易に本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態は、光学部材１_ａが、第１の導光板１の第１のプリズムシート３と反対側に設けられているが、第１の導光板１の第１のプリズムシート３側に設けられても、さらに第１の導光板１の両側に設けられても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施の形態は、光学部材１_ａの方が光学異方性を有する場合を示したが、第１の導光板１の方が光学異方性を有しても、両方が光学異方性を有する材料であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。ただし、第１の導光板１と光学部材１_ａの屈折率の値において、互いに概ね等しい屈折率の値が存在するように、第１の導光板１と光学部材１_ａを構成する材料を選定する。

なお、本実施の形態においては、第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列の稜線方向は、第１の導光板１の第１の光源２からの光の入射端面と平行としたので、第１のプリズムシート３から出射する光を容易に第１のプリズムシート３面内で均一にすることができる。さらに、第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向を第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列の稜線方向と平行としたので、偏光が第１のプリズムシート３を通過する際に、回転することを防止できる。さらに、第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向は第１の光源２からの光の入射端面１_ｘと平行であるので、輝度ムラが生じにくい。

実施の形態６．
図２３は、本発明の実施の形態６のバックライト装置と、これを用いた透過型表示装置の透過光路と透過型パネルの透過状態を示す説明図で、第１の導光板に設けられた溝列の長手方向に垂直な面での断面図を用いている。
本実施の形態のバックライト装置１０は、光学部材１_ａが、実施の形態５において用いた棒状の液晶分子を、実施の形態５とは異なる方向に配向させることにより得られたものである他は実施の形態５と同様である。
つまり、本実施の形態に係る異方性を有する光学部材１_ａが、棒状の液晶分子の長軸方向を第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向に平行な方向、つまり紙面に垂直な面方向に配向させて得られたものである。

本実施の形態に係る第１の導光板１は、上記実施の形態と同様のアクリル樹脂を成形材料として、例えば、溶融した成形材料をキャビティへ注入する際の注入口（ゲート）を、第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向と垂直な側面に設け、射出成形により作製する。
次に、第１の導光板１の溝列１_ｙを埋めるように、実施の形態５で用いたと同じ、紫外線硬化性の液晶材料を塗布し、紫外線を照射し硬化して、棒状液晶分子をその長軸方向が第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向と平行に配向させ、光学異方性を有する光学部材１_ａを形成する。
一方、溝列１_ｙを形成した第１の導光板１を適宜作製した後に、ラビング剤で溝面１_ｚをラビングし、その後、上記と同様に紫外線硬化性の液晶材料を塗布して硬化するこによっても、ラビング剤を選択することにより、棒状液晶分子４０をその長軸方向が第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向と平行に配向させ、光学異方性を有する光学部材１_ａを形成することができる。
なお、以上のようにして得られた光学部材１_ａの光学軸は溝列１_ｙの長手方向と平行になる。

図２３に示すように、第１の光源２から出て、第１の導光板１に端面１_ｚから入射した光の内ｓ波２_ｓは、第１の導光板１と光学部材１_ａとの界面において屈折率差０．２に応じてフレネル反射され、透過型液晶パネル７の側の面から臨界角を超えた光が放射され、第１のプリズムシート３により正面方向ａ２に曲げられて、透過型液晶パネル７の偏光板７ｅを通過する。このとき、偏光板７ｅの透過軸はｓ波を通す向きに設定されており、ここでの光ロスが無いため、光の利用効率は高い。なお、ｓ波のフレネル反射率はｐ波よりも高いため、導光板からの光の取り出しは容易であり、全体的な光の利用効率を高くできるという効果がある。

以上のようにして、本実施の形態のバックライト装置１０においては、第１の光源２から出た光の大部分をｓ波２_ｓとして第１の導光板１から取り出すことが可能であり、第１の光源２の光を効率よく表示に用いることができ輝度を高めることができる。
また、本実施の形態に係る第１の導光板１および光学部材１_ａを用いても、新たな迷光の発生が無いため、実施の形態１に示すように、第１の光源２からの光は、指向性を有して第１の導光板１から出射する。つまり、上記第１の光源２からの光は、法線方向に対して斜め方向に指向性を有する光ａ１として第１のプリズムシート３の三角形状プリズム列に入射し、三角形状プリズム列の斜面で反射して、第１のプリズムシート３の出射面３０から、法線方向に指向性を有する光ａ２として出射し、これにより正面方向を照射する。

次に、第２の光源４から第１の導光板１の主面に入射する光ｂ１の動作を考える。第２の光源４からの光ｂ１は、偏光板７ｅを通過する直線偏光４_ｘと吸収される直線偏光４_ｙを有し、電界成分が第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向に垂直な直線偏光は、第１の導光板１と光学部材１_ｙとの界面で屈折率に差がないので通過する。一方、電界成分が第１の導光板１の溝列１_ｙの長手方向に平行な直線偏光は、第１の導光板１と光学部材１_ｙとの界面で屈折率の差により屈折する。このため、光学部材１_ａは頂角が１７０〜１７５度の浅い角度が望ましい。

また、本実施の形態に係る光学部材１_ａの代わりに、光学部材１_ａを円盤状のディスコティック液晶分子４１の径方向を第１の導光板１の平坦な主面に概ね平行に配向させて形成しても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。つまり、第１の光源２から出て、第１の導光板１に端面１_ｘから入射した光の内ｓ波２_ｓを第１の導光板１から効率良く取り出し、上記と同様にして効率よく表示に用いることができる。ただしこの場合は、第１の導光板１のアクリルの屈折率と光学部材１_ａのコレステリック液晶の径方向の屈折率とを異なる値とし、かつアクリルの屈折率と、コレステリック液晶分子の径方向と垂直な方向の屈折率を概ね等しい値とする。

実施の形態７．
図２４は、本発明の実施の形態７の透過型表示装置の構造を示す構成図であり、透過型表示パネル７と実施の形態１のバックライト装置１０とを用いたものである。透過型表示パネル７には、画像駆動手段により画像信号が表示され、バックライト装置１０においては、第１の光源２から出射された光は、第１の導光板１から出て、第１のプリズムシート３のプリズム面で反射され正面方向に進み、また、第２の光源からの法線方向に指向性を有する光は、第１のプリズムシート３により左右方向に曲げられ、それぞれ透過型表示パネル７の正面方向と左右方向とを照らす。

本実施の形態に用いたバックライト装置１０では、図４（ｂ）に示すように、第１の光源２による光は、法線方向に対して、−２０度〜２０度に集光されて観察者に出射され、透過型表示パネル７に表示された画像を、正面方向の観察者に導くことができる。
一方、図５（ｂ）に示すように、第２の光源４による光は、法線方向に対して、−３０度以下と３０度以上の左右方向に曲げられて観察者に出射され、透過型表示パネル７に表示された画像を、正面方向を外れ、左右方向の観察者に導くことができる。
なお、本実施の形態において、光源制御部６によって正面方向と左右方向を独立に調整することにより、広い視野角で均一な光を照射することができる。

実施の形態８．
図２５は本発明の実施の形態８の透過型表示装置の構成図であり、実施の形態５〜７の透過型表示装置に同期駆動部１６を加えたものである。
透過型表示パネル７に、画像駆動手段により２つの異なる画像信号を交互に表示し、同期駆動部１６により上記各画像信号に同期させて、透過型表示パネル７の正面方向を照らす第１の光源と、透過型表示パネル７の左右方向を照らす第２の光源とを、交互に切り替える。具体的には、同期駆動部１６を用いて、正面方向用の画像が表示されているタイミングに第１の光源２を、左右方向用の画像が表示されているタイミングに第２の光源４を点灯し、一方の光源が点灯する時は、他方の光源が消灯するように光源制御部６により切り替える。

図２６は、本発明の実施の形態８の透過型表示装置による表示画像の説明図であり、図２６（ａ）は正面方向の観察者に導かれる画像とバックライト装置からの照射光の角度分布、図２６（ｂ）は左右方向の観察者に導かれる画像とバックライト装置からの照射光の角度分布である。
本実施の形態に係わるバックライト装置１０により、図４（ｂ）に示すように、法線方向に対して、−２０度〜２０度に集光された角度分布の光と、図５（ｂ）に示すように、法線方向に対して、３０度以下と３０度以上の左右方向に曲げられた角度分布の光が透過型表示パネル７を照らす。一方、画像駆動手段により、液晶パネル２０に正面方向用のＡ画像と左右方向用のＢ画像の、異なる画像を交互に表示する。そこで、同期駆動部１６により、上記各画像信号と光源制御部６による第１の光源２と第２の光源４の切り替えとを同期させて、この切り替えを６０Ｈｚ以上の周波数で繰り返し行うと、図２６に示すように、正面方向の観察者にはＡ画像が明るく視認され、左右方向の観察者にはＢ画像が連続した明るい画像として視認される。

上述のように、正対した観察者に見やすい画像を表示するとともに、左右の斜め方向からみる周囲の人々には異なる画像を表示することができ、正面の観察者が見ている画像を、周囲の人に対し隠すことができるという効果が得られる。
なお、バックライト装置１０において、視野角調整フィルム５が第１の導光板のプリズム側と反対の面側に設けられているので、第１の導光板３から下方に漏れる光を吸収し、迷光となるのを防ぐ役割をおこなう。迷光が減少することにより、上部第１の光源４が点灯した際に左右方向に漏れる光が少なくなるため、正面の画像を左右から覗き見される危険性は低下する。

本発明の実施の形態１のバックライト装置の斜視図である。 図１における光源からの光の透過光路を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係わる、第１のプリズムシートにおける透過光路を示す図である。 本発明の実施の形態１における、第１の光源からの光の、第１のプリズムシートへの入射光と出射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態１における、第２の光源からの光の、第１のプリズムシートへの入射光と出射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態１のバックライト装置の照射状態の説明図である。 本発明の実施の形態２のバックライト装置の照射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態２のバックライト装置の照射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態２のバックライト装置の照射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態２のバックライト装置の照射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態３のバックライト装置における、第２の光源からの出射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態３のバックライト装置における、第２の光源からの出射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態３のバックライト装置における、第２の光源からの出射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態３のバックライト装置における、第２の光源からの出射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態３のバックライト装置における、第２の光源からの出射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態３のバックライト装置における、第２の光源からの出射光の角度分布を示す特性図である。 本発明の実施の形態４のバックライト装置の構成図である。 本発明の実施の形態５のバックライト装置とこれを用いた透過型表示装置の斜視図である。 図１８におけるバックライト装置の透過光路と透過型パネルの透過状態を示す図である。 本発明の実施の形態５に係る光学部材における液晶分子の配向状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態５の別のバックライト装置に係る光学部材における液晶材料の配向状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態５の別の第１の導光板の断面図である。 本発明の実施の形態６のバックライト装置とこれを用いた透過型表示装置の構成図である。 本発明の実施の形態７の透過型表示装置の構成図である。 本発明の実施の形態８の透過型表示装置の構成図である。 本発明の実施の形態８の透過型表示装置による表示画像の説明図である。

符号の説明

１ 第１の導光板、１_ｙ 溝列、１_ａ 光学部材、１１ 第２の導光板、２ 第１の光源、３ 第１のプリズムシート、１３ 第２のプリズムシート、４ 第２の光源、５ 視野角調整フィルム、６ 光源制御部、７ 透過型表示パネル、９ 法線、１０ バックライト装置、１６ 同期駆動部、３０ 第１のプリズムシートの出射面、４０ 棒状の液晶分子、４１ 円盤状の液晶分子。

Claims (15)

1. 一方の面に三角形状プリズム列を有する第１のプリズムシートと、この第１のプリズムシートの上記三角形状プリズム列と反対側の出射面の法線方向に対して斜め方向に指向性を有する光を、上記第１のプリズムシートの三角形状プリズム列に入射する第１の光源と、上記第１のプリズムシートの出射面の法線方向に指向性を有する光を、上記第１のプリズムシートの三角形状プリズム列に入射する第２の光源とを備えたことを特徴とするバックライト装置。
2. 第１のプリズムシートの三角形状プリズム列の面側に設けられた第１の導光板を備え、第１の光源は上記第１の導光板の端面側に設けられ、第２の光源は上記第１の導光板の上記第１のプリズムシートと反対側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のバックライト装置。
3. 第２の光源から第１のプリズムシートの三角形状プリズム列に入射する光が、第１のプリズムシートの出射面の法線方向を中心として、６０度〜８０度幅の角度分布を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバックライト装置。
4. 三角形状プリズム列のプリズム頂角が６０度〜６５度であることを特徴とする請求項３に記載のバックライト装置。
5. 第２の光源は、視野角調整フィルムを介して設けられていることを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれかに記載のバックライト装置。
6. 第１の導光板の第１のプリズムシートと反対側に設けられた第２のプリズムシートと、上記第２のプリズムシートの上記第１の導光板と反対側に設けられた第２の導光板とを備え、第２の光源が上記第２の導光板の端面側に設けられていることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載のバックライト装置。
7. 第１の導光板が、少なくとも一方の主面に長手方向が第１のプリズムシートの三角形状プリズム列の稜線方向と概ね平行に、連続して設けられた溝列を有し、この溝列の溝面に密着し、光学異方性を有する光学部材を備えたことを特徴とする請求項２に記載のバックライト装置。
8. 光学部材の一方の屈折率が、第１の導光板の屈折率と概ね等しいことを特徴とする請求項７に記載のバックライト装置。
9. 光学部材は、棒状の液晶分子を、この液晶分子の長軸方向を第１の導光板の主面に対して概ね垂直に配向させて形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載のバックライト装置。
10. 光学部材は、円盤状の液晶分子を、この液晶分子の径方向を第１の導光板の主面と概ね平行に配向させて形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載のバックライト装置。
11. 光学部材は、棒状の液晶分子を、この液晶分子の長軸方向を第１の導光板の溝列の長手方向と概ね平行に配向させて形成されたものであることを特徴とする請求項７に記載のバックライト装置。
12. 第２の導光板が、少なくとも一方の主面に長手方向が第２のプリズムシートの三角形状プリズム列の稜線方向と概ね平行に、連続して設けられた溝列を有し、この溝列の溝面に密着し、光学異方性を有する光学部材を備えたことを特徴とする請求項６に記載のバックライト装置。
13. 第１、第２の光源の動作を独立に制御する光源制御部を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載のバックライト装置。
14. 透過型表示パネルと、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載のバックライト装置とを備えた透過型表示装置。
15. 透過型表示パネルと、透過型表示パネルに異なる２つの画像信号を交互に表示する画像駆動手段と、請求項１３に記載のバックライト装置と、このバックライト装置の光源制御部による第１、第２の光源の点滅を、上記各画像信号に同期させて、交互に切り替える同期駆動部とを備えた透過型表示装置。

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