JP5157903B2 - 照明装置、照明方法、及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、出射光角度を制御可能な照明装置、照明方法、及び表示装置に関し、特に薄型で視認性の高い照明装置、表示装置用バックライト、更に、その照明装置を備えた表示装置に関する。

近時、表示パネルはテレビ等の大型端末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等の中型端末、更に、携帯電話、携帯ゲーム機等の小型端末まで、幅広く利用されている。特に、液晶表示パネルを利用した表示装置は薄型・軽量・低消費電力等の利点を有し、多くの端末装置に搭載されている。

従来、液晶表示パネルの欠点の１つとして、視野角が狭いことが挙げられていたが、インプレインスイッチング方式及び垂直配向モード等が実用化され、現在では広視野角表示が可能となっている。広視野角表示が可能な液晶表示パネルはテレビ等の大型端末の他に、小型でありながら複数人で鑑賞し、情報共有を行う携帯・小型端末（携帯電話、携帯ゲーム機等）にまで搭載されている。その一方で、これらの携帯・小型端末及び中型端末（ノート型パーソナルコンピュータ、及びキャッシュディスペンサ等）においては、プライバシー及び秘密保護の観点から、視野角が狭い表示装置も望まれている。従って、これら狭視野角表示と広視野角表示とが切り替えられる表示装置、即ち、視野角の切り替え（視野角制御）が可能な表示装置が望まれている。

上述のような視野角制御が可能な表示装置として、特許文献１に記載の照明装置を備えた液晶表示装置がある。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は、液晶表示素子、散乱性制御素子（散乱性制御手段）、及び照明装置から構成され、散乱性制御素子は、液晶表示素子と照明装置との間に配置されている。図３１は、特許文献１に記載の従来の照明装置を示す斜視図である。図３１に示すように、照明装置１２５は、散乱性制御素子１２６の下方に配置され、遮光スリット付シート１２０及び照射部１２１を備えている。照射部１２１には光源１２２が設けられており、更に、光源１２２からの光を出射させて遮光スリット付シート１２０に導くための光出射面１２３、光出射面と対向する面に配置され光源１２２からの光を反射させるための反射シート１２４が設けられている。遮光スリット付シート１２０は、透光性を有するシートの一面に遮光材が相互に平行に多数配置されており、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。

このように構成された特許文献１に記載の従来の照明装置においては、照射部１２１から出射された光の出射光角度分布を、遮光スリット付シート１２０により狭め（平行度の高い光）、その後、散乱性制御素子（散乱性制御手段）１２６により出射光角度分布を制御（平行度の高い出射光と散乱光とに制御）している。即ち、散乱性制御素子１２６は、印加された電圧の有無に応じて入射した光線の散乱性を制御するため、散乱性制御素子１２６が散乱状態にあるときには、散乱性制御素子１２６を出射した光は広視野角の光となり、散乱性制御素子１２６が透明状態にあるときには、散乱性制御素子１２６を出射した光は狭視野角の光となる。特許文献１では、この照明装置による出射光角度分布の制御により、液晶表示装置の視野角を制御している。

しかしながら、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においては、液晶表示素子と遮光スリット付シートとの間の距離が近いために、液晶表示素子内の構造体（ブラックマトリクス又は内部配線等）と遮光スリット付シートとの干渉によりモアレが生じ、視認性が著しく低下してしまう。このようなモアレを抑制する方法としては、遮光スリット付シートを所定のバイアス角で傾斜させる手法があり、例えば、特許文献２の段落（００２４）乃至（００２５）又は特許文献２の図２に記載されている。この方法は、遮光スリット付シートを液晶表示素子に貼り合わせるときに、遮光スリット付シートの遮光材が延設される方向を画素構造の周期方向に対して所定のバイアス角で傾斜させることにより、モアレを抑制するものである。

また、特許文献１における遮光スリット付シートのように出射光角度分布を制御する光線方向規制素子を用いた表示装置としては、特許文献３に記載されている液晶表示装置が挙げられる。この液晶表示装置においては、液晶表示部とバックライトとの間に、表示面側から入射する入射光を反射し、更に、バックライト光を透過する反射処理を施したライトコントロールフィルム（光制御素子）が設けられている。このような構成により、暗所においてはバックライト光を表示に利用し、明所においては外光をライトコントロールフィルムに施された反射処理により反射させ、この反射光を表示に利用する。これにより、透過型としても反射型としても利用可能で、出射光の指向性が高い（狭視野角）液晶表示装置を実現している。

更に、特許文献４の図１には、液晶表示セルと光源との間にルーバを配置した液晶表示装置が記載されている。また、特許文献４の図４には、液晶表示セルの表示面側にルーバを配置し、その反対面側に反射板を設けた液晶表示装置も記載されている。この特許文献４の図１に記載された液晶表示装置は視野角を狭める効果を、また、特許文献４の図４に記載された液晶表示装置は、外光を表示に利用する反射型液晶表示装置の表示装置表面における乱反射を抑制し、コントラストを向上させる効果を奏する。更にまた、特許文献４の請求項２には、ルーバの片面に反射板を配する技術が記載されている。この請求項に関しては、詳細な説明又は実施形態は記載されていないが、外光を表示に利用する反射型液晶表示装置に使用されるとみられる（特許文献４の図４に記載の液晶表示素子の変形）。

特許第３３２８４９６号公報 特許第３６７５７５２号公報 実開平０６−０７６９３４号公報 特開平０１−２５１２３号公報

しかしながら、上述の従来技術には以下に示すような問題点がある。

特許文献１に記載されている液晶表示装置は、前述のように、液晶表示素子と遮光スリット付シートとの間の距離が近いために、モアレが生じ、視認性が著しく低下してしまう。また、特許文献２に記載されている遮光スリット付シートを所定のバイアス角で傾斜させる手法は、モアレをある程度抑制することは可能であるが、モアレを十分に抑制することは困難である。特に、特許文献１に記載されている遮光スリット付シートを用いて、一方向のみ（スリットに対して垂直方向のみ）の視野角を制御するのではなく、多角形又は円形の透明領域を光吸収領域で覆った光線方向規制素子等を用いて多方向からの視野角を制御する場合には、液晶表示素子内の構造体と光線方向規制素子との干渉がより複雑になるため、バイアス角で傾斜させる手法によりモアレを抑制することは極めて困難となる。また、特許文献１に記載された液晶表示装置においては、遮光スリット付シートにおける遮光材の幅又は間隔のムラにより液晶表示装置に輝度のムラが生じ、表示品位が低下するという問題点もある。更に、携帯端末ではわずかでも薄い表示装置が望まれているが、特許文献１に記載されている液晶表示装置は、散乱性制御手段及び遮光スリットシートが加わるため、通常の液晶表示装置よりも厚くなってしまうという問題点がある。

また、特許文献３、４に記載されている液晶表示装置も、特許文献１に記載されている液晶表示装置と同様に、モアレが生じ、視認性が低下するという問題点がある。更にまた、特許文献３、４に記載されている液晶表示装置に設けられた反射板は、いずれも外光を反射し、反射型液晶表示装置を実現することに用いられており、モアレ及び輝度ムラの抑制、並びに表示装置の薄型化等に関する記述はされていない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、モアレの発生及び輝度ムラを抑制し、出射光角度分布が制御可能な照明装置、照明方法、及びその照明装置を備えた視野角を制御可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る照明装置は、
光源と、
導光板と、
入射した光の方向を規制して角度分布を狭めて光を出射する第１の光線方向規制素子と、
光を反射する反射部材と、
光を透過させる状態と光を散乱させる状態とを切り替え可能な透過・散乱切替素子と、を有し、
前記導光板は、第１の面と、前記第１の面に対向して配置された第２の面と、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面と、を有し、
前記第１の面における前記第２の面とは反対の方向を照明方向とし、
前記光源は、前記導光板の第３の面に対向して配置され、
前記反射部材は、前記導光板の前記第２の面に対向して配置され、
前記第１の光線方向規制素子は、前記導光板の前記第２の面と前記反射部材の間に配置され、
前記透過・散乱切替素子は、前記導光板の前記第１の面に対向して配置され、
前記導光板は、前記第１の面に複数の傾斜面からなるプリズム面が形成され、前記光源からの光を前記導光板から前記照明方向とは反対方向に出射させ、この導光板から出射した光を前記第１の光線方向規制素子を経て前記反射部材で反射させ、この反射光を前記第１の光線方向規制素子、前記導光板、及び前記透過・散乱切替素子を経て前記照明方向に出射させる、ことを特徴とする。
本発明の第２の観点に係る照明装置は、
光源と、
導光板と、
入射した光の方向を規制して角度分布を狭めて光を出射する第１の光線方向規制素子と、
光を反射する反射部材と、
光を透過させる状態と光を散乱させる状態とを切り替え可能な透過・散乱切替素子と、を有し、
前記導光板は、第１の面と、前記第１の面に対向して配置された第２の面と、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面と、を有し、
前記第１の面における前記第２の面とは反対の方向を照明方向とし、
前記光源は、前記光源からの光が前記導光板の前記第３の面に入射するように配置され、
前記反射部材は、前記導光板の前記第２の面に対向して配置され、
前記第１の光線方向規制素子は、前記導光板の前記第２の面と前記反射部材の間に配置され、
前記透過・散乱切替素子は、前記導光板の前記第１の面に対向して配置され、
前記導光板は、前記第１の面に複数の傾斜面からなるプリズム面が形成され、前記光源からの光を前記導光板から前記照明方向とは反対方向に出射させ、この導光板から出射した光を前記第１の光線方向規制素子を経て前記反射部材で反射させ、この反射光を前記第１の光線方向規制素子、前記導光板、及び前記透過・散乱切替素子を経て前記照明方向に出射させる、ことを特徴とする。

前記導光板の前記第１の面は、前記光源から入射した光の前記導光板における光の導光方向に対して傾斜する複数の傾斜面からなるプリズム面であるものとすることができる。
前記導光板からの出射光が、前記反射部材により、前記光線方向規制素子を２度通過し、前記照明方向へ出射されるようにすることができる。
前記第１の光線方向規制素子は光吸収層と透明層とを有し、これらの光吸収層と透明層とが交互に積層されているものとすることができる。

前記第１の光線方向規制素子の前記光吸収層の延在方向は、前記光源から入射した光の前記導光板における導光方向に対して、平行又は垂直とすることができる。

また、前記第１の光線方向規制素子の前記光吸収層の延在方向は、前記光源から入射した光の前記導光板における導光方向又はその垂直方向に対して、傾斜させることができる。

また、前記第１の光線方向規制素子は、光吸収層及び透明層を有する複数の光線方向規制素子を積層して構成され、各光線方向規制素子における光吸収層の延在方向は相互に異なるものとすることができる。

更にまた、前記第１の光線方向規制素子は光吸収層と透明層とを有し、この透明層の前記照射方向に垂直な面による断面形状は、多角形、円形、又は楕円形のいずれかとすることができる。

前記導光板と前記透過・散乱切替素子との間に、第２の光線方向規制素子を有するように構成することができる。

前記第１及び第２の光線方向規制素子は、共に光吸収層と透明層とが交互に積層された光線方向規制素子とすることができる。

前記第１及び第２の光線方向規制素子のいずれか一方における前記光吸収層の延在方向が、前記光源から入射した光の前記導光板における導光方向に対して、平行又は傾斜しており、他方における前記光吸収層の延在方向が、前記光源から入射した光の前記導光板における導光方向に垂直な方向に対して、平行又は傾斜するように構成することができる。

前記導光板の前記第３の面と対向する位置に、入射した光の方向を規制して角度分布を狭めて光を出射する第３の光線方向規制素子を有するように構成することができる。

前記第３の光線方向規制素子は光吸収層と透明層とが交互に積層された光線方向規制素子であり、この光吸収層が前記導光板の厚さ方向に平行に延びるように構成することができる。

前記反射部材の反射面は、この反射面に対向する前記第１の光線方向規制素子の面に対して、傾斜させることができる。

前記第１の光線方向規制素子と前記反射部材とを一体化されることができる。

前記導光板と前記透過・散乱切替素子との間に、プリズムシート又は球面・非球面レンズシートを有するように構成することができる。

集光素子及び拡散素子のいずれか一方又は両方を有するように構成することができる。

本発明に係る照明方法は、光源からの光を導光板により所定の照明方向の反対方向に出射させ、前記導光板からの光を入射し、その光の方向を第１の光線方向規制素子により規制して角度分布を狭めて光を出射させ、この第１の光線方向規制素子からの光を反射部材により反射して、前記第１の光線方向規制素子及び前記導光板を通過させ、前記導光板から出射した光を透過・散乱切替素子により光を透過させる状態と散乱させる状態とに切り替えて出射させることを特徴とする。

本発明に係る表示装置は、前記照明装置と、表示パネルとを有することを特徴とする。また、前記表示パネルは、例えば、液晶表示パネルである。

請求項１に係る発明によれば、透過・散乱切替素子により、透過／散乱を制御することにより、照明装置からの出射光角度分布を制御することができる。そして、第１の光線方向規制素子が照明方向に関し導光板の背後に設けられているため、前記導光板の前方、即ち、本発明の照明装置の照明方向側に配置された液晶表示パネル等の表示パネルと第１の光線方向規制素子との間の距離が大きくなり、表示パネルと第１の光線方向規制素子との干渉によるモアレを抑制することができる。更に、第１の光線方向規制素子と透過・散乱切替素子の光出射面との距離が大きくなるため、第１の光線方向規制素子から出射される光が拡がり、輝度ムラを抑制することも可能となる。更にまた、第１の光線方向規制素子を通過した光を反射部材で反射させ、再び第１の光線方向規制素子を通過させることにより、第１の光線方向規制素子の厚さを従来の照明装置における光線方向規制素子の厚さの半分としても、第１の光線方向規制素子からの最大光出射角度を従来の照明装置における光線方向規制素子からの最大光出射角度と同一にすることができる。このように、従来の光線方向規制素子の半分の厚さで出射光角度を規制できるため、照明装置の薄型化が可能となる。

また、請求項１６に係る発明によれば、反射部材と第１の光線方向規制素子とを一体化することにより、出射光角度分布の制御精度が向上し、照明装置の光利用効率も向上する。

また、請求項２０に係る発明によれば、本発明の照明装置を備えることにより、モアレの発生及び輝度ムラを抑制し、薄型で、視野角を制御可能な表示装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置を模式的に示す側面図である。 （ａ）は、本実施形態における光線方向規制素子を模式的に示す上面図、（ｂ）は、その断面図である。 第１の実施形態の光線方向規制素子における光吸収を模式的に示す上面図である。 第１の実施形態の光線方向規制素子における別の光吸収を模式的に示す上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置を模式的に示す側面図である。 第２の実施形態の光線方向規制素子における光吸収を模式的に示す上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る照明装置を模式的に示す側面図である。 （ａ）は、従来の照明装置を模式的に示す側面図、（ｂ）は、本実施形態の照明装置を模式的に示す側面図である。 （ａ）は、従来の照明装置における光線方向規制素子及び光線規制方向を模式的に示す断面図、（ｂ）は、本実施形態の照明装置における光線方向規制素子及び光線規制方向を模式的に示す断面図である。 第１の実施形態に係る照明装置の動作を示す側面図である。 表面に保護層が設けられた光線方向規制素子を模式的に示す断面図である。 光線方向規制素子と反射板との間の光の経路を模式的に示す断面図である。 導光板のプリズム面を模式的に示す側面図である。 導光板からの出射光の経路を示す側面図である。 第１の実施形態の変形例を模式的に示す側面図である。 照明方向にプリズムシートを設けた照明装置を模式的に示す側面図である。 導光板及び光線方向規制素子からの出射光を模式的に示す側面図である。 光線方向規制素子及び光線規制方向を模式的に示す断面図である。 （ａ）第１の実施形態における反射板の反射面を示す断面図、（ｂ）第４の実施形態における反射板の反射面を示す断面図である。 第４の実施形態における反射板の別の反射面を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置を模式的に示す上面図、（ｂ）は、その断面図である。 本発明の第３の実施形態の変形例を示す模式図であり、（ａ）側面図、（ｂ）断面図である。 実施例１の構成を模式的に示す（ａ）上面図、（ｂ）断面図である。 実施例１の出射光角度分布を示す図である。 実施例２の構成を模式的に示す側面図であり、（ａ）導光板、（ｂ）光線方向規制素子、（ｃ）照明装置を示す。 実施例２の出射光角度分布を示す図である。 実施例３の構成を模式的に示す側面図である。 実施例３の出射光角度分布を示す図である。 実施例４におけるプリズム面を有する光線方向規制素子を示す模式図である。 実施例４の出射光角度分布を示す図である。 特許文献１に記載の従来の照明装置を示す斜視図である。

符号の説明

１；照明装置
２；光源
３；導光板
４；透過・散乱切替素子
５、１５；光線方向規制素子
６；反射板
７；照明方向
８；光吸収層
９；透明層
１０；導光板における光の導光方向
１１；第２の光線方向規制素子
１２；第１の光線方向規制素子の光吸収層
１３；第２の光線方向規制素子の光吸収層
１４；第３の光線方向規制素子
１６；液晶表示パネル
１７；保護層
１８；導光板から光線方向規制素子への出射光
１９；プリズムシート
２０；光吸収層が延びる方向
２１；第３の光線方向規制素子の光吸収層
２２；混合領域

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る照明装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置を模式的に示す側面図である。

図１に示すように、本実施形態の照明装置１は、光源２と、導光板３と、入射した光の方向を規制して出射させる光線方向規制素子５と、反射板６と、光の透過・散乱を切り替え可能な素子である透過・散乱切替素子４とを備えている。光源２は、導光板３の側面に配置されており、この光源２からの光を照明方向７とは反対方向に出射させるように、導光板３における照明方向７の面には、複数の傾斜面が形成されている。また、導光板３に対して照明方向７とは反対側には、複数の光吸収層により隔てられた複数の透明層を有する光線方向規制素子５が設けられており、更に、光線方向規制素子５に対して照明方向７とは反対側には、反射板６が設けられている。反射板６は光を反射する反射面を有し、この反射面は照明方向７に対して垂直となるように設けられている。この反射板６は、導光板２から光線方向規制素子５を経て照明方向７とは反対方向に出射された光を反射し、この反射光を再び光線方向規制素子５へ入射させる。また、導光板３に対して照射方向７側には、入射する光を透過状態と散乱状態とに切り替えて出射可能な透過・散乱切替素子４が設けられている。反射板６で反射された光は、光線方向規制素子５、導光板３を経て、透過・散乱切替素子４に入射した後に、透過又は散乱状態として出射される。

図２（ａ）は、本実施形態における光線方向規制素子５を模式的に示す上面図、（ｂ）は、その断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、光線方向規制素子５としては、光吸収層８と透明層９とが交互に積層され、これらの積層方向と垂直な方向に光吸収層８及び透明層９が相互に平行に延在するものを使用することができる。図３に示すように、本実施形態においては、光吸収層８の延在方向と導光板における光の導光方向１０とが相互に平行になるように光線方向規制素子５が設けられている。このような配置によれば、導光板における光の導光方向１０に対して垂直方向の出射光角度分布が規制される。

なお、第１の実施形態においては、光吸収層８の延在方向と導光板における光の導光方向１０とが平行となるように光線方向規制素子５を設けたが、光吸収層８の延在方向と導光板における光の導光方向１０とが垂直となるように光線方向規制素子５を設けることもできる。この場合は、出射光の角度規制方向は、本実施形態とは直交する方向となる。

光線方向規制素子５の透明層９には、ポリエチレン、ポリプロピレン、又はポリシリコン（シリコンゴム）等の透明高分子材料を用いることができ、光吸収層８には、前記高分子材料にカーボンブラック又は色素材料の混合物等を混合したもの等を用いることができる。そして、これらの透明層及び光吸収層を交互に積層することにより、本実施形態の光線方向規制素子５を作製することができる。また、金型等を用い、透明層又は光吸収層の型を形成した後、光吸収層材料又は透明層材料で凹部分を埋める手法でも作製することもできる。透明層の平面形状が、多角形、円形、又は楕円形の光線方向規制素子も同様に作製することができる。

本実施形態の照明装置１における反射板６は、例えば、Ａｌ（アルミニウム）を材料として形成される。図１においては、光線方向規制素子５と反射板６とが分離しているが、図１２に示すように、光線方向規制素子５と反射板６との間に空隙３１がある場合には、隣接する透明層９を経て、最大出射光角度よりも大きな出射角度で照明方向に出射する光が生じる。従って、光線方向規制素子５と反射板６とが一体化し、光線方向規制素子５と反射板６の反射面とが接していることが望ましい。光線方向規制素子５と反射板６との一体化は、光線方向規制素子５と反射板６の接着、Ａｌの蒸着、又はスパッタ等により光線方向規制素子５の一方の面に反射層を形成すること等により実現することができる。

次に、本実施形態の照明装置１における導光板３について説明する。導光板３は、例えば、樹脂（アクリル樹脂等）又はガラス等の透明材料を用いて作製され、樹脂製の場合には射出成形、熱プレス、又は切削等の方法により作製することができる。本実施形態における導光板３としては、携帯・小型端末に使用されている既存のバックライト・フロントライト用導光板等を用いることができ、その一例を、図１３に示す。図１３は、導光板３の上面に形成されたプリズム面により、導光板における光の導光方向１０に進む光線が、プリズム面により反射され、導光板から光線方向規制素子への出射光１８として出射される様子を示している。図１３（ａ）は、プリズム面が導光板における光の導光方向１０に対して傾斜する複数の傾斜面からなる例であり、（ｂ）は、プリズム面が導光板における光の導光方向１０に平行な平面の一部に形成された複数の傾斜面からなる例である。

また、本実施形態における透過・散乱切替素子４としては、高分子分散型液晶（ＰＮＬＣ）素子等の透過・散乱性を制御できる液晶素子を用いることができる。特に、ＰＮＬＣ素子は基板間に印加される電圧により透過／散乱の度合いを変えられるため、好ましい。また、本実施形態における光源２としては、冷陰極管、又はＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等を用いることができる。

次に、本実施形態の動作について、図１０を用いて説明する。本実施形態の照明装置１における光源２から出射された光は、導光板３内に入射し、導光板３により照明方向７とは反対方向に出射される（光線Ａ）。この光は、光線方向規制素子５を経て、反射板６により反射され、再び、光線方向規制素子５、導光板３を経て、照明方向７へ出射される（光線Ｂ）。このとき、図９（ｂ）に示すように、光線方向規制素子８の光入射面に垂直な方向に対して大きく傾斜した角度方向から入射する光は、光線方向規制素子５に設けられた光吸収層８により吸収される。従って、光線方向規制素子５から出射される光の角度分布は制限され、狭い出射光角度分布を有する光が出射される。光線方向規制素子５から出射された光は、導光板３を通過し、透過・散乱切替素子４に入射する。このとき、透過・散乱切替素子４が透過状態であれば、透過・散乱切替素子４に入射した光は、透過・散乱切替素子４をそのまま透過し、狭い出射光角度分布の照明光が得られる（光線Ｃ）。また、透過・散乱切替素子４が散乱状態であれば、透過・散乱切替素子４に入射した光は、透過・散乱切替素子４で散乱され、広い出射光角度分布の照明光を得ることができる（光線Ｄ）。透過・散乱切替素子４の透明状態と散乱状態との切り替えは、例えば、透過・散乱切替素子４に印加する電圧の有無により行うことができる。

次に、図８及び図９を参照して、本実施形態の照明装置と従来の照明装置とを比較し、本発明の特徴を更に詳細に説明する。図８（ａ）は、従来の照明装置を模式的に示す側面図、（ｂ）は、本実施形態の照明装置を模式的に示す側面図である。また、図９（ａ）は、従来の照明装置における光線方向規制素子及び光線規制方向を示す断面図、（ｂ）は、本実施形態の照明装置における光線方向規制素子及び光線規制方向を示す断面図である。

図８（ａ）に示すように、従来の照明装置においては、導光板３の側面に光源２が設けられており、導光板３の上面には光線方向規制素子５が設けられている。また、光線方向規制素子５の上には、透過・散乱切替素子４が設けられている。そして、この従来の照明装置の上には、液晶表示パネル１６が設けられている。このように構成された従来の照明装置によれば、液晶表示パネル１６と光線方向規制素子５との間の距離Ｌ１が近いため、液晶表示パネル１６内の構造体（ブラックマトリクス又は内部配線等）と光線方向規制素子５との干渉によりモアレが生じる。

一方、図８（ｂ）においては、本実施形態における照明装置１上に液晶表示パネル１６が配置されている。本実施形態によれば、液晶表示パネル１６と光線方向規制素子５との間に導光板３が存在するため、液晶表示パネル１６と光線方向規制素子５との間の距離Ｌ１が拡がり、モアレを抑制することが可能となる。

また、従来の照明装置においては、バックライト又は光源からの光を表示に利用する場合、光線方向規制素子５の厚さＤ１は、次のようにして決まる。図９（ａ）に示すように、光線方向規制素子５（屈折率：ｎ_１）の断面における透明層９の幅をＬ２とし、光線方向規制素子５から出射する光の最大出射光角度をα（出射角度分布の幅Ｍ１＝２×α）とすると、この光線の経路である透明層８の対角を結ぶ直線と光吸収層８と透明層９との境界面とのなす角度θ_１は、スネルの法則により下記数式１を満たす。

ここで、角度αは光線方向規制素子５の上面又は下面に垂直な方向からの傾斜角度である。この角度θ_１と幾何学的な関係から、光線方向規制素子５の厚さＤ１は下記数式２により求まる。

これに対して、本実施形態における光線方向規制素子５の厚さＤ２は、次にようにして決まる。図９（ｂ）に示すように、光線方向規制素子５の上面から下方へ向けて入射する光線は、光線方向規制素子５の透明層９を通過後、光線方向規制素子５の下面に設けられた反射板（図９（ｂ）においては、図示せず）により反射され、再び光線方向規制素子５を通過した後に、光線方向規制素子５の上面から出射される。光線方向規制素子５から出射する光の最大出射光角度をαとすると、上記数式１により決まる角度θ_１は、図９（ａ）における場合とは異なり、図９（ｂ）に示すように、透明層９の幅の半分Ｌ２／２と光線方向規制素子５の厚さＤ２を二辺とする直角三角形から決まり、下記数式３を満たす。

数式２及び３からわかるように、同一の最大出射角度αに対して、本実施形態の光線方向規制素子の厚さＤ２は、従来の光線方向規制素子の厚さＤ１の半分となる。このように、本実施形態の光線規制素子は、従来の照明装置に用いられる光線方向規制素子の半分の厚さで、同一の最大出射角度を実現できるため、照明装置全体の薄型化も可能となる。

なお、図１１に示すように、光線方向規制素子５に保護層１７を設けることもできる。図１１においては、透明層９と光吸収層８とを交互に配列して構成された光線方向規制素子５の上下面に夫々保護層１７が設けられている。この保護層１７には、ポリカーボネート、又はポリエチレンテレフタレート等のフィルムを用いることができ、これらのフィルムを接着剤により光制御フィルムに貼り合わせて保護層とすることができる。このとき、光線方向規制素子５と保護層１７の屈折率が異なる場合には、保護層１７の屈折率を考慮して、数式３を変形し、光線方向規制素子の構造を決定すればよい。

また、既存の導光板においては、図１４に示すように、導光板から光線方向規制素子への出射光１８の最大輝度方向（出射光角度分布）が導光板における光の導光方向１０に垂直な方向に対して傾斜（傾斜角度β）している場合がある。導光板３と光吸収層が導光板３の導光方向に対して平行に延びた光線方向規制素子５（導光方向に対して垂直方向の出射光角度分布を制限）との組み合わせによる照明装置においては、光線規制方向と導光方向とが直交しているため、このような出射光の傾きによる出射光角度分布制御への影響は少ないが、照明装置からの出射光も角度β傾斜して出射される。

このような場合、導光板と透過・散乱切替素子との間に新たに光線方向規制素子を配置することにより、導光板の導光方向に対して垂直方向に出射光を得ることができる。図１５は、第１の実施形態の変形例を模式的に示す側面図であり、図１５に示すように、導光板３と透過・散乱切替素子４との間に光線方向規制素子５とは別の光線方向規制素子１５を配置することにより、導光板３の導光方向に対して垂直方向に出射光を得ることができる。このような光線方向規制素子１５としては、図１６に示すようなプリズムシート１９又は球面・非球面レンズシート等を用いることができる。図１６においては、導光板３の上方にプリズムシート１９が配置されており、傾斜角度βで導光板３からプリズムシート１９へ入射した光は、プリズムシート１９に形成された傾斜面により全反射され、透過・散乱切替素子４の面に対して垂直な方向に出射される。

また、図１４において、導光板３と光吸収層が導光板３の導光方向に対して垂直方向に延びた光線方向規制素子５（導光方向に対して平行方向の出射光角度分布を制限）との組み合わせによる照明装置においては、図１７に示すように、導光板から光線方向規制素子への出射光は、その最大輝度方向が角度β方向であり、出射光角度分布が±（β＋φ_１）となっている。このため、導光板３から光線方向規制素子５に入射する光の角度分布が偏るため、前述した数式３、図９（ｂ）により厚さを決定した光線方向規制素子を使用すると、設定した出射光角度分布（角度範囲：±α）を得ることができない。そこで、±αの出射光角度分布（出射光角度分布の幅Ｍ１＝２×α）を得るためには、導光板３から光線方向規制素子５に入射する光の角度分布を±γの範囲（出射光角度分布の幅Ｍ２＝２×γ）とすると、図１８に示すように、傾斜角度βを考慮し、光線方向規制素子の厚さＤ３を下記数式４乃至６を満たすように決めればよい。

また、光吸収層が導光板における光の導光方向に対して平行に延びた光線方向規制素子の場合と同様に、照明方向７に光線方向規制素子１５を配置することによって（図１５参照）、導光板における光の導光方向に対して垂直方向に出射光を得ることもできる。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の照明装置１においては、透過・散乱切替素子４により、透過／散乱を制御することにより、照明装置１からの出射光角度分布を制御することができる。更に、光線方向規制素子５が照明方向７に対して導光板３の背後にあるため、照明方向７に配置された液晶表示パネル、並びにレンズシート及び構造体等（レンズ、スリット等）を有する照明用カバー等との距離が大きくなり、これらと光線方向規制素子５との干渉によるモアレを抑制することができる。更にまた、本実施形態によれば、照明装置の薄型化も可能である。また、光線方向規制素子５と最終的な出射面となる透過・散乱切替素子４の出射面との距離が大きくなるため、光線方向規制素子５から出射される光が拡がり、輝度ムラを抑制することも可能となる。また、反射板６と光線方向規制素子５を一体化することにより、出射光角度分布制御の精度が向上し、照明装置の光利用効率も向上する。

なお、図４に示すように、導光板における光の導光方向１０に対して、光吸収層８の延在方向を傾斜させることもできる。これにより、照明装置と液晶表示パネル等とを組み合わせた場合に生じるモアレを更に抑制することができる。

また、光線方向規制素子５として、光吸収層８の延在する方向が互いに異なる複数の光線方向規制素子を積層した光線方向規制素子を用いることもできる。更には、光線方向規制素子の透明層の光出射面に平行な面による断面形状が多角形、円形、又は楕円形のいずれかであるような光線方向規制素子５を用いることもできる。このような光線方向規制素子５を用いることにより、多方向からの視野角制御を行うことが可能となる。

なお、本実施形態の照明装置が、集光素子、拡散素子の一方又は両方を備えることにより、出射光角度分布、均一性等を調整することも可能である。

次に、本発明の第２の実施形態に係る照明装置について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置を模式的に示す側面図である。図５に示すように、本実施形態の照明装置５１においては、導光板３と透過・散乱切替素子４との間に、第２の光線方向規制素子１１が設けられている。このように本実施形態は、導光板３に対して照明方向７とは反対側に配置された光線方向規制素子５に加えて、導光板３と透過・散乱切替素子４との間に配置された第２の光線方向規制素子１１を有しており、このような光線方向規制素子としては、図２に示すように光吸収層と透明層とが交互に積層された光線方向規制素子を用いることができる。

本実施形態においては、導光板３から照明方向７に出射した光の角度分布を、第２の光線方向規制素子１１により規制することができる。即ち、第１の光線方向規制素子５と第２の光線方向規制素子１１における光吸収層の延在方向を互いに変えることにより、多方向からの視野角制御を行うことができる。例えば、図６に示すように、第１の光線方向規制素子の光吸収層１２の延在方向が、導光板における光の導光方向１０に対して傾斜するように第１の光線方向規制素子５を設け、第２の光線方向規制素子の光吸収層１３の延在方向が第１の光線方向規制素子の光吸収層１２の延在方向と直交するように第２の光線方向規制素子１１を設けることができる。また、第１の光線方向規制素子の光吸収層１２の延在方向は、導光板における光の導光方向１０に対して平行又は垂直であってもよく、更に、第２の光線方向規制素子の光吸収層１３の延在方向と第１の光線方向規制素子の光吸収層１２の延在方向とのなす角度を０とは異なる任意の角度とすることができる。図２１（ａ）は、第１の光線方向規制素子の光吸収層１２の延在方向が、導光板における光の導光方向１０に対して平行であり、更に、第２の光線方向規制素子の光吸収層１３の延在方向と第１の光線方向規制素子の光吸収層１２の延在方向とが直交する例を示している。また、図２１（ｂ）は、（ａ）に対応する本実施形態の側面図であり、図５と実質的に同一の図である（但し、図２１（ｂ）においては、光線方向規制素子５と反射板６とが一体化されている）。なお、本実施形態におけるその他の構成、動作及び効果は第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

次に、本発明の第３の実施形態に係る照明装置について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置を模式的に示す側面図である。図７に示すように、本実施形態の照明装置６１においては、第１の実施形態の構成に加えて、光源２からの光が入射する導光板３の光入射面の近傍に、第３の光線方向規制素子１４が設けられているものである。第３の光線方向規制素子１４としては、光吸収層と透明層とが交互に積層され、その光吸収層が導光板の厚さ方向に対して相互に平行に延在する光線方向規制素子を用いることができる。このような構成により、光源２から出射し導光板３へ入射する光に対して、光吸収層の延在方向と垂直な方向の角度分布が規制され、導光板に入射する光の指向性を高めることができる。

また、図２２は、本発明の第３の実施形態の変形例を示す模式図であり、（ａ）側面図、（ｂ）断面図である。図２２（ａ）及び（ｂ）に示すように、光源２からの光が入射する導光板３の光入射面の近傍には、第３の光線方向規制素子１４が設けられており、また、導光板３に対して照明方向７とは反対側には、反射板６と一体化された光線方向規制素子５が設けられている。光線方向規制素子５の光吸収層８の延在方向は、導光板における光の導光方向１０に対して垂直となっている。このような構成に加えて、本実施形態においては、導光板３の光入射面と第３の光線方向規制素子１４との間に、光源２からの光を混合する混合領域２２が設けられている。このように、導光板３の光入射面の近傍に第３の光線方向規制素子１４を配置し、光源２としてＬＥＤのような点光源を用いる場合には、図２２に示すような混合領域２２を設けることにより、より均一な出射光を得ることができる。なお、本実施形態におけるその他の構成、動作及び効果は第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

次に、本発明の第４の実施形態に係る照明装置について説明する。本実施形態の照明装置は、反射板の反射面の一部又は全部が、反射板に対向配置された光線方向規制素子の面に対して傾斜していることを特徴とする。即ち、本実施形態における反射板は、光線方向規制素子の光吸収層間で傾斜した反射面又は光吸収層に沿って傾斜した反射面を有する。

例えば、光吸収層の延在方向が導光板における光の導光方向に対して平行となる光線方向規制素子の場合、図１９（ｂ）に示すように、光吸収層８間の中央で対称な傾斜面を有する反射板６を用いることができる。このような傾斜面を有する反射板６を用いることにより、平坦な反射板６を使用した場合（図１９（ａ））には光吸収層で吸収されることにより損失光となっていた光も出射可能となり、光利用効率が向上する。

また、図２０に示すように、反射板６の反射面に、光吸収層に沿った（即ち、光吸収層が延びる方向２０に沿った）傾斜面を形成することにより、出射光角度の調整も可能となる。また、光吸収層の延在方向が導光板における光の導光方向に対して垂直となる光線方向規制素子においても、同様の効果を得ることができる。なお、本実施形態におけるその他の構成、動作及び効果は第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

次に、本発明の第５の実施形態に係る表示装置について説明する。本実施形態の表示装置は、上述の本発明における照明装置を備えた表示装置である。このような表示装置としては、例えば、本発明の照明装置と液晶表示パネルとにより構成される液晶表示装置がある。このような液晶表示装置は、視野角制御可能で、モアレ・輝度ムラを抑制し、更に薄型の表示装置を実現することができる。

以下、本発明の実施例として、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。

（比較例１）
従来の光線方向規制素子として、透明層の幅Ｌ２＝０．０８５ｍｍ、透明層の屈折率ｎ＝１．６０、光吸収層の幅Ｌ３＝０．０１５ｍｍ、厚さＤ１＝０．２５８ｍｍの光線方向規制素子を作製し、バックライト、ＰＮＬＣ素子と組み合わせ、従来の照明装置を作製した（図８（ａ）及び図９（ａ）参照）。その結果、ＰＮＬＣが透過状態において、出射光角度制御方向で最大出射光角度２９．５°の分布（出射光角度分布の幅Ｍ２＝５９°）が得られた。

（実施例１）
透明層の幅Ｌ２＝０．０８５ｍｍ、透明層の屈折率ｎ＝１．６０、光吸収層の幅Ｌ３＝０．０１５ｍｍ、厚さＤ２＝０．１２９ｍｍ、更に、一方の面にＡｌ反射板を蒸着し、光吸収層が導光板の導光方向に対して平行に延びた光線方向規制素子を作製した。この光線方向規制素子と、線状光源、導光板及びＰＮＬＣ素子を組み合わせ、図２３に示すような、本発明の照明装置を作製した。なお、図２３においては、図１及び図３と同一の構成物には同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。その結果、図２４に示すように、ＰＮＬＣが透過状態において、出射光角度制御方向（導光方向に対して垂直方向）で最大出射光角度３１°の分布（出射光角度分布の幅Ｍ２＝６２°）が得られ、従来の光線方向規制素子よりも薄い、半分の厚さの光線方向規制素子を用いて、従来の光線方向規制素子と同様に出射光角度分布を制御できることがわかった。なお、図２４においては、横軸は光出射角度θ（deg.）、縦軸は相対輝度Ｌ（％）を表し、ＰＮＬＣの透過状態及び散乱状態の夫々に対して、出射光の角度分布を示している。

（実施例２）
実施例１の光線方向規制素子、図２５（ａ）に示す導光板（出射光が導光方向に傾斜：β＝約４３°）、頂角５０°のプリズム面を有する光線方向規制素子（図２５（ｂ））、線状光源、及びＰＮＬＣ素子を組み合わせ、本発明の照明装置を作製した（図２５（ｃ））。なお、図２５（ｃ）は、第１の実施形態の変形例を示す図１５と同様の構成である。その結果、図２６に示すように、ＰＮＬＣが透過状態において、出射光角度制御方向（導光方向に対して垂直方向）で最大出射光角度３１．５°の分布（出射光角度分布の幅Ｍ２＝６３°）が得られた。更に、本実施例の照明装置に、液晶表示パネルを装着したところ、モアレ・輝度ムラは視認されなかった。

（実施例３）
実施例２の照明装置の光線方向規制素子とＰＮＬＣ素子との間に、比較例１の光線方向規制素子（第２の光線方向規制素子）を光吸収層が導光板の導光方向に対して垂直に延びるように配置し、照明装置を作製した（図２７）。その結果、図２８に示すように、ＰＮＬＣが透過状態において、導光方向に対して垂直方向で最大出射光角度２９°（−２９°乃至＋２９°）の分布（図２８（ａ））、平行方向で最大出射光角度２９°（−２９°乃至＋２３°）の分布（図２８（ｂ））が得られた。なお、図２７に示す構成は、図２１（ｂ）に示す第２の実施形態の構成と同じである。

（実施例４）
透明層の幅Ｌ２＝０．０８５ｍｍ、透明層の屈折率ｎ＝１．６０、光吸収層の幅Ｌ３＝０．０１５ｍｍ、厚さＤ２＝０．０６６ｍｍ、更に、一方の面にＡｌ反射板を蒸着し、光吸収層が導光板の導光方向に対して垂直に延びた光線方向規制素子を作製した。この光線方向規制素子と、実施例２の線状光源、導光板、ＰＮＬＣ素子及び図２９に示すプリズム面を有する光線方向規制素子を組み合わせ、本発明の照明装置を作製した。その結果、図３０に示すように、ＰＮＬＣが透過状態において、導光方向に対して平行方向で最大出射光角度３２°（−３２°乃至＋２５°）が得られた。

本発明は、液晶表示装置の照明（バックライト）、及び室内照明等に好適に使用することができる。

Claims (21)

1. 光源と、
   導光板と、
   入射した光の方向を規制して角度分布を狭めて光を出射する第１の光線方向規制素子と、
   光を反射する反射部材と、
   光を透過させる状態と光を散乱させる状態とを切り替え可能な透過・散乱切替素子と、を有し、
   前記導光板は、第１の面と、前記第１の面に対向して配置された第２の面と、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面と、を有し、
   前記第１の面における前記第２の面とは反対の方向を照明方向とし、
   前記光源は、前記導光板の第３の面に対向して配置され、
   前記反射部材は、前記導光板の前記第２の面に対向して配置され、
   前記第１の光線方向規制素子は、前記導光板の前記第２の面と前記反射部材の間に配置され、
   前記透過・散乱切替素子は、前記導光板の前記第１の面に対向して配置され、
   前記導光板は、前記第１の面に複数の傾斜面からなるプリズム面が形成され、前記光源からの光を前記導光板から前記照明方向とは反対方向に出射させ、この導光板から出射した光を前記第１の光線方向規制素子を経て前記反射部材で反射させ、この反射光を前記第１の光線方向規制素子、前記導光板、及び前記透過・散乱切替素子を経て前記照明方向に出射させる、
   照明装置。
2. 光源と、
   導光板と、
   入射した光の方向を規制して角度分布を狭めて光を出射する第１の光線方向規制素子と、
   光を反射する反射部材と、
   光を透過させる状態と光を散乱させる状態とを切り替え可能な透過・散乱切替素子と、を有し、
   前記導光板は、第１の面と、前記第１の面に対向して配置された第２の面と、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面と、を有し、
   前記第１の面における前記第２の面とは反対の方向を照明方向とし、
   前記光源は、前記光源からの光が前記導光板の前記第３の面に入射するように配置され、
   前記反射部材は、前記導光板の前記第２の面に対向して配置され、
   前記第１の光線方向規制素子は、前記導光板の前記第２の面と前記反射部材の間に配置され、
   前記透過・散乱切替素子は、前記導光板の前記第１の面に対向して配置され、
   前記導光板は、前記第１の面に複数の傾斜面からなるプリズム面が形成され、前記光源からの光を前記導光板から前記照明方向とは反対方向に出射させ、この導光板から出射した光を前記第１の光線方向規制素子を経て前記反射部材で反射させ、この反射光を前記第１の光線方向規制素子、前記導光板、及び前記透過・散乱切替素子を経て前記照明方向に出射させる、
   照明装置。
3. 前記導光板の前記第１の面は、前記光源から入射した光の前記導光板における光の導光方向に対して傾斜する複数の傾斜面からなるプリズム面である請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記導光板からの出射光が、前記反射部材により、前記光線方向規制素子を２度通過し、前記照明方向へ出射されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記第１の光線方向規制素子は光吸収層と透明層とを有し、これらの光吸収層と透明層とが交互に積層されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記第１の光線方向規制素子の前記光吸収層の延在方向は、前記光源から入射した光の前記導光板における導光方向に対して、平行又は垂直であることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記第１の光線方向規制素子の前記光吸収層の延在方向は、前記光源から入射した光の前記導光板における導光方向又はその垂直方向に対して、傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
8. 前記第１の光線方向規制素子は、光吸収層及び透明層を有する複数の光線方向規制素子を積層して構成され、各光線方向規制素子における光吸収層の延在方向は相互に異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
9. 前記第１の光線方向規制素子は光吸収層と透明層とを有し、この透明層の前記照射方向に垂直な面による断面形状は、多角形、円形、又は楕円形のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
10. 前記導光板と前記透過・散乱切替素子との間に、第２の光線方向規制素子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項に記載の照明装置。
11. 前記第１及び第２の光線方向規制素子は、共に光吸収層と透明層とが交互に積層された光線方向規制素子であることを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
12. 前記第１及び第２の光線方向規制素子のいずれか一方における前記光吸収層の延在方向が、前記光源から入射した光の前記導光板における導光方向に対して、平行又は傾斜しており、他方における前記光吸収層の延在方向が、前記光源から入射した光の前記導光板における導光方向に垂直な方向に対して、平行又は傾斜していることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
13. 前記導光板の前記第３の面と対向する位置に、入射した光の方向を規制して角度分布を狭めて光を出射する第３の光線方向規制素子を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の照明装置。
14. 前記第３の光線方向規制素子は光吸収層と透明層とが交互に積層された光線方向規制素子であり、この光吸収層が前記導光板の厚さ方向に平行に延びていることを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。
15. 前記反射部材の反射面は、この反射面に対向する前記第１の光線方向規制素子の面に対して、傾斜していることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の照明装置。
16. 前記第１の光線方向規制素子と前記反射部材とが一体化されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の照明装置。
17. 前記導光板と前記透過・散乱切替素子との間に、プリズムシート又は球面・非球面レンズシートを有することを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の照明装置。
18. 集光素子及び拡散素子のいずれか一方又は両方を有することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の照明装置。
19. 光源からの光を導光板により所定の照明方向の反対方向に出射させ、前記導光板からの光を入射し、その光の方向を第１の光線方向規制素子により規制して角度分布を狭めて光を出射させ、この第１の光線方向規制素子からの光を反射部材により反射して、前記第１の光線方向規制素子及び前記導光板を通過させ、前記導光板から出射した光を透過・散乱切替素子により光を透過させる状態と散乱させる状態とに切り替えて出射させることを特徴とする照明方法。
20. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の照明装置と、表示パネルとを有することを特徴とする表示装置。
21. 前記表示パネルは、液晶表示パネルであることを特徴とする請求項２０に記載の表示装置。

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