JP3632208B2 - 照明装置並びにそれらを用いた液晶表示装置及び電子機器 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、照明装置並びにそれらを用いた液晶表示装置及び電子機器に関し、より詳細には、照明装置における光利用効率を向上させる技術に関する。
背景技術
（１）この種の液晶表示装置等に用いられる照明装置では、通常、図37に示すように、光源1401からの光を液晶表示パネル1402側に導く導光体1400の裏面に、ドット状の乱反射印刷を配設したり、白色の乱反射シートを配設する等を行い、輝度を均一化するのが一般的である。この照明装置では、光源自体が無指向性の拡散光であるため、光を全方向に均一に出射できる点で優れている。
しかしながら、この装置では、光が均一に拡散するので、或る方向に光を集中させる場合等に、光の指向性に劣り、高い輝度が得られないという問題点がある。
特に、ある方向に光を集中させようとして、高輝度にすると、全方向で均一に輝度が高くなるので、光の利用効率が悪く、高輝度で照明した場合、電力消費が大きいという問題点がある。このようなことは、例えば携帯用の電子機器等には長時間使用できず好ましくない。
逆に、電力消費を小さくしようとすると、表示が暗くなるという問題点がある。
（２）この問題点を解決しようと、導光体から出射する散乱光の指向性を向上させることが試みられている。このような技術として、例えば特開平５−089827号、特開平６−067004号、特開平６−130387号等が公知である。これら装置では、頂角が約90度の微細なプリズムが列設されたプリズムアレイを用い、頂角面を液晶表示パネル面側に向けて配置し、液晶表示パネル方向への散乱光の指向性を高めている。すなわち、導光体形状を点光源近似にしてプリズム角を変えることで、光路をシミュレートし、光の拡散を抑制して指向性を高め、輝度を高くしている。
しかしながら、プリズムアレイを用いた場合、指向性に優れる反面、導光体から出てプリズムアレイに入射した光の一部は、プリズムアレイ内で全反射して導光体に戻るために、輝度が低下するという問題点がある。
さらに、正面での輝度が高い反面、観察者が斜めから見た時、急激に暗くなる角度が存在するため、表示の広視野角化等の実現が困難であるという問題点がある。このようなことは、例えば、出射面全体が均一な高い輝度で、かつ、或る方向に均一な光を出射してある程度の視野角度を必要とするカラー液晶TV等には、適用できず、表示画面品位の向上に寄与できない。
（３）さらに、導光体から出射される光の指向性を変換するプリズムアレイとして、例えば特開平２−17号公報等に開示されたものがある。この概略を図38に示す。
この例では、プリズムアレイからの出光を画面法線方向に集束させるには、プリズムの頂角を法線に対して対称な60゜（法線の両側に30゜ずつ）が最適である旨が開示されている。すなわち、同図において、プリズムアレイ1420を構成するプリズム要素1420pは、頂角が60゜（θ＝30゜）の二等辺三角形にて形成される。尚、出射光1421rの輝度の角度分布（以下輝度分布）において、輝度が最大となる方向は、β＝60゜の方向にあり、βを中心として±10゜の角度（α＝70゜、γ＝50゜）では輝度が最大値の半分程度になる。
しかしながら、γ＝50゜の方向に出た光ｃは、プリズムアレイ1420の出射面1420eで全反射され、プリズムアレイ1420を透過できず、導光体1421へ戻ってしまう。このため、出射光に対するプリズムアレイの透過率が低下し、光源の光を照明光として利用する場合の光の利用効率が低下するという問題点がある。
また、同公報では、プリズムアレイから出る光を法線に対して15゜の方向に向けるために、法線に対して一方の斜面の角度を35゜、他方の斜面の角度を22゜（プリズムの頂角としては57゜）に形成する旨が開示されている。
しかしながら、このようにプリズムアレイの頂角の角度を変えたとしても、上記した例えばγ方向に出るような光ｃは存在することとなり、上記問題点は解消しない。このような問題点は、例えば上記平６−067004号に開示された、プリズム角を70゜〜110゜範囲で最適に設定する等の技術を組み合わせても依然として存在する。
さらにまた、導光体の出光面のレンズの形状を種々の形状に変更した例が開示されているが、約60゜〜80゜の範囲に輝度分布が形成されるため、導光体のレンズ形状に拘わらずいずれの場合も上記同様の問題点が発生すると共に、光の指向性も弱い。
また、同公報では、レンズの形状は、特定方向に出射光が集中し、出射光分布ができるだけ小さく、かつ、出射光量の多いレンズ形状なら、導光体のレンズ形状を種々変更できるが、出射光を法線方向に集束させるには、導光体の出射光が法線に対称に60゜で出射していることが必須である旨が開示されている。このため、出射光を法線方向に集束させる場合に、上記同様の問題点が発生する。
さらに、この例では、導光体の出光側表面が平板部を有しないレンズがレンズ幅を等間隔にして複数形成されているが、平坦な面を有していないために、導光体内で伝播される光の伝播効率が低下し、光の利用効率が低下するという問題点が発生する。
（４）さらに、液晶表示装置として、例えば特開昭57−054926号、特開昭58−095780号等が公知である。この概略を図39A、図39Bにそれぞれ示す。
図39Aの例では、液晶表示パネル1432の裏面に反射板1433を配置し、外部光1436の照明により使用している。この装置では、反射機能だけを有するため、コントラストが低く、外部が暗い所では使用できないという問題点がある。
図39Bの例では、液晶表示パネル1432の背面に半透過反射板1434及び照明装置1430を配置し、外部が明るい時（外光の反射照明）と暗い時（バックライト照明）とで使い分けるように構成される。この装置では、半透過反射板及び照明装置を用いているので、外光1436を用いた時もバックライト照明1435を用いた時も、表示が暗いという問題点がある。
（５）さらに、光源からの光の利用効率を向上させる技術として、Proceedings of the 15th international display research conference、735頁〜738頁に開示された照明装置が挙げられる。
この照明装置の概略断面構造を図40で説明する。同図において、光源1440からの放射光は、導光体1441内を伝幡して出射し、該出射光は光拡散板1442で拡散され、その後偏光変換素子1443に入射する。偏光変換素子1443は、コレステリック液晶層1444と1/4波長板1445とを有する。コレステリック液晶層1444では、コレステリック構造の螺旋方向と合致する方向にまわる円偏光は反射し、螺旋方向と反対方向にまわる円偏光は透過する。透過する円偏光ｄは、1/4波長板1445で直線偏光に変換される。反射する円偏光ｃは、光拡散板1442へ戻り、拡散光のうち一部の光ｆは、透過する円偏光になり、再びコレステリック液晶層1444を透過する。
しかしながら、この照明装置では、コレステリック液晶層1444で反射された光ｅは、再びコレステリック液晶層1444に戻る光ｆ以外に、光拡散板1442を突き抜けて導光体1441に戻って導光体1441の裏面に配設された光拡散反射フィルム1449で吸収される光ｇがある。このため、有効にこコレステリック液晶層1444に戻らず、光漏れ等により液晶画面輝度にロスがあり、液晶表示装置における光の利用効率が低下するという問題点がある。
本発明は、上記した技術の問題点を解決することを課題としてなされたものであって、その目的とするところは、光の利用効率を高くすることで光輝度を達成し、しかも正面での輝度が高い上、斜めから見ても暗くならない照明装置並びにそれらを用いた液晶表示装置及び電子機器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、十分な輝度を確保するために高輝度で照明した場合でも、電力消費を低減できる照明装置並びにそれらを用いた液晶表示装置及び電子機器を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、導光体からの出射光が、導光体の法線に対してある傾斜角で出射する場合に、該出射光の全てを効率良く導光体の法線にほぼ平行に変換して、光の利用効率を向上できる照明装置及び液晶表示装置を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、外部が明るい時であっても、暗い時であっても、反射機能を低下させることなく照明ができ、しかも照明効率の低下しない照明装置並びにそれらを用いた液晶表示装置及び電子機器を提供することにある。
また、本発明のさらに他の目的は、偏光変換素子を透過できずに反射された光をも、液晶表示パネルに照射して、さらなる光の利用効率を向上させることのできる照明装置並びにそれらを用いた液晶表示装置及び電子機器を提供することにある。
発明の開示
本発明の照明装置の一態様では、発光手段と、前記発光手段からの光を被照明体の背面から前記被照明体に向け案内する導光手段と、を有する。前記導光手段は、前記発光手段からの光が入射される少なくとも一つの入光面と前記被照明体に面する出光面とを有する導光本体を有する。さらに、前記導光本体の前記出光面より突出する複数の凸部を有する。前記凸部は、前記出光面に対して略平行な突出端面を有する。さらに、前記出光面に対して略垂直な側面を有する。
従来は、導光本体の出光面は、平坦のみであったり、例えば特開平２−17号公報等のようにレンズ状に形成されているため、出射する光線の角度がランダムで出射光の出射効率が悪かった。
これに対し、本発明では、凸部を形成することで、凸部の特に側面より出射する出射光の輝度分布に強い光の指向性をもたせ、高い輝度を確保できる。しかも、凸部の突出端面及び出光面上より出射する光は殆どないため、出射効率を大幅に向上させることができる。このため、光の利用効率を高くすることで被照明体正面での輝度を高くしながらも、消費電力を低減でき、特に携帯用情報端末等のような用途に好適に適用できる。
また、本発明では、前記凸部は、前記導光本体と異なる屈折率を有する。これにより、屈折率の低い（高い）材質で形成されれば、出射光の最大輝度の中心角度をより小さく（大きく）して、所望の角度に特に強い輝度の領域を発生させることができる。
また、本発明では、前記凸部の突出端面の幅と前記凸部の側面の高さとの比は、ほぼ一対一であることが好ましい。これにより、例えば凸部の突出端面で反射して導光本体内部に戻り出射されない光線等をなくして、出射効率がさらに向上し、さらなる高輝度化が図れる。
また、本発明では、前記凸部は、断面略台形形状にて形成される。前記凸部の側面は、前記出光面と直交する面に対して10度以下の範囲で傾きを持つ。
本発明によれば、10度以内の範囲であれば、側面を傾きを持つテーパにしても輝度の低下を防ぐことができるので、この範囲で製造時の寸法誤差が許容される。このため製造上の利便性が向上する。
また、本発明では、前記凸部の突出端面の幅は、10μｍ以上50μｍ以下にするのが好ましい。これにより、高輝度化を図りながらも、製造上の利便性が向上する。
また、本発明では、前記導光本体の前記出光面に、外部からの光及び前記導光本体内にて伝播される光をすべて反射する全反射層を設けている。
本発明によれば、導光本体の異なる２方向に発光手段が配置される場合、凸部の側面から殆どの出射光が出射する。また、導光本体の一方向に発光手段が配置される場合、凸部の発光手段と反対側の側面から殆どの出射光が出射する。このように、凸部を除く出光面及び凸部の突出端面では、仮に全反射層を設けなくても、殆ど導光本体内にて伝播される光は全反射し、光が漏れない。このため、全反射層を、少なくとも前記導光本体の前記出光面に設けることで、導光本体内部で伝播される内部光の導光効率も向上させることができる。
加えて、凸部には被覆する必要がないので、材料費等も少なくて済み、製造上の利便性も向上する。
さらに、外部光は、全反射層で反射し、ほぼ全ての外部光が有効利用できる。すなわち、従来のような反射板を配置しなくても、全反射層を配設することで、反射板としての機能を兼用させることができる。
また、本発明では、前記凸部の突出端面に、前記全反射層をさらに設けている。
本発明によれば、出射光が、凸部の側面のみから出光するが、仮に突出端面から光が漏れることが生じたとしても、導光本体内部で伝播される内部光の漏れをなくして、光の利用効率が向上し、輝度が高まる。また、外部光は、凸部の突出端面の全反射層でも反射されることができるので、外部光による場合もさらに輝度が向上する。この場合、従来の半透過反射板と異なり、ほぼ全ての外部光が有効利用でき、反射機能を低下させること無く反射板を兼ねることができる。
また、本発明では、前記凸部の前記発光手段側の側面に、前記全反射層をさらに設けている。
本発明によれば、通常導光本体には、一方方向に発光手段を配設するが、このような場合は、凸部の発光手段側の側面から出射する光の量はごくわずかであって、発光手段と反対側の凸部の側面から殆どの光が出射される。このため、上記のように発光手段側の側部に全反射層を形成することで、上記ごくわずかの光の漏れをも防止して、さらに光の利用効率を向上させて、さらなる高輝度を達成できる。
また、本発明では、前記入光面を除く前記導光本体の周面に、前記全反射層をさらに設けている。
これにより、例えば導光本体の入光面を除く側面からの光の漏れをなくしてさらなる出射効率の向上が図れる。また、導光本体内での導光効率も向上する。
また、本発明では、前記全反射層は、金属薄膜で構成される。これにより、金属を蒸着させるだけで全反射層を形成できるので、製造上の利便性が向上する。
また、本発明では、前記導光本体の周面に設けられる前記全反射層は、前記導光本体側に反射面を向けた状態で被覆されるミラーシートで構成される
本発明によれば、導光本体の出光面と反対の面に配設されたミラーシートで、全反射層を兼用できる。尚、ミラーシートは、導光本体内で伝播される光の損失を少なくさせる機能を有し、全反射層は、外部からの光を外部に反射させて光の指向性を増大させる機能を有する。これにより、側面領域の全反射層をミラーシートで形成すれば、双方の機能を失うことなく兼用でき、材料費、製造コスト等の削減も図れる。
また、本発明では、前記凸部は、前記出光面上に格子状に形成することが好ましい。これにより、光の出射箇所が増大するので、輝度を向上させることができる。
また、本発明では、前記凸部の単位長さ当たりの数は、前記発光手段に近い領域では疎に形成され、前記発光手段から遠くになるに従い密に形成される。これにより、凸部の数を加減することで、照射輝度の均一性を高めることができる。
また、本発明では、前記各凸部の縦断面積が、前記発光手段より遠ざかるに従い大きく形成される。これにより、凸部の縦断面積を加減することで、照射輝度の均一性を高めることができる。
また、本発明では、前記導光手段からの出射光の光軸を、前記被照明体にほぼ垂直な方向に変換する光軸変換手段をさらに有する。
本発明によれば、凸部によりある角度に指向性を持たせた出射光の光軸を、光軸変換手段により変換できるので、被照射体に対して好適な角度で、指向性の強い光を照射できるので、広視野角化及び高輝度化が可能となる。
また、本発明では、前記発光手段は、前記導光手段の前記入光面に沿って棒状に形成される。前記光軸変換手段は、前記出光面に対して頂角を向け、かつ、前記発光手段と平行な状態で配置される単位プリズムが複数列設されたプリズムアレイを有する。
本発明によれば、プリズムアレイの頂角が出光面側に配設される。すなわち、プリズムアレイの被照明体側の面は、平面に形成される。このため、強い指向性を持った光を均一に被照明体に出光できるので、輝度が高まる。
また、本発明では、前記プリズムアレイは、断面略三角形に形成され、前記頂角が50〜70゜であるのが好ましい。これにより、凸部より出射される出射光の光軸をより正確に、垂直方向に変換できるので、強い指向性を持った高輝度の光を出光できる。
また、本発明では、各前記単位プリズムは、前記頂角を挟んで配置される第１の面と第２の面とを有する。さらに、前記入射光が入射される前記第１の面は、法線の異なる複数の面に分割される。
本発明によれば、凸部の側部より出射する出射光が単位プリズムに入射する面が、該入射光の角度に応じて複数に分割されている。このため、単位プリズムに入射した光が全て第２の面に到達し、そこで全反射されてプリズムアレイ平面に垂直に近い角度で出射する。これにより、凸部の側部で強い指向性をもつ出射光を、光の損失の少ない状態でプリズムアレイを通過でき、高輝度を達成できる
また、従来は、導光手段より出射される光線は、プリズムアレイの第１の面に入射するが、プリズムの頂点より入る光のうちの一部は、第２の面に当たらずに、プリズムの出射面より出ず、導光手段側へ戻ってしまうことがあった。これに対し、本発明では、このような光の成分がなくなる。このため、より光の指向性及び輝度が高くなる。
また、本発明では、前記プリズムアレイの第１の面は、前記出光面と直交する面に対してほぼ20度の傾斜角度にて形成された面を含む。前記プリズムアレイの第２の面は、前記出光面と直交する面に対してほぼ30度の傾斜角度にて形成される。
本発明によれば、傾斜角度を上記のように設定することで、さらに光の指向性及び輝度の向上を図ることができる。
また、本発明では、前記光軸変換手段は、前記出光面に対して平行に配設された回折格子構造から成る。
本発明によれば、光軸変換手段を回折格子構造にて形成することで、プリズムアレイ等と異なり、光の偏向機能に対する入射光の指向性を強くできる。この場合、プリズムアレイのように全反射して導光体に戻る光は殆どなく形成でき、凸部により出射された強い指向性を持つ出射光の光軸を損失のない状態で変換でき、高輝度を達成できる。
また、本発明では、前記光軸変換手段は、感光材中に記録されたホログラム素子にて形成される。
本発明によれば、出射光の指向性が強い導光手段と、その導光手段から出た光を偏向して、垂直方向の指向性を高めるホログラム素子を備えることで、光の指向性を高めながらも導光手段へ戻る光を、従来のプリズムアレイに対して少なくでき、発光手段から出た光を効率よく照射できる。これにより、光の損失を抑えることができるので、輝度を高めることができる。
また、本発明では、前記光軸変換手段は、前記回折格子構造が断面略鋸歯形状を有するブレーズドグレーティングにて形成される。これにより、光の指向性及び輝度を高めることができる。
本発明の照明装置の一態様では、前記被照明体と前記光軸変換手段との間に配設され、前記光軸変換手段からの出射光の特定の偏光成分を直線偏光に変換する偏光変換手段をさらに有する。
本発明によれば、全反射層で覆われた導光本体に、特定の偏光成分を反射する偏光変換手段を配置している。これにより、偏光変換手段で反射されて導光本体に戻ってきた光を、全反射層で反射させて再び損失なく偏光変換手段へ戻すことができるので、発光手段から出た光を効率良く直線偏光に変換できる。このため、戻った成分だけ輝度を高くすることが可能となる。
本発明の照明装置の一態様では、前記被照明体と前記光軸変換手段との間に配設され、前記光軸変換手段からの出射光の特定の偏光成分を直線偏光に変換する偏光変換手段をさらに有する。前記偏光変換手段は、前記プリズムアレイ上に配設されるコレステリック液晶層を有する。さらに、前記コレステリック液晶層の上に積層される1/4波長層を有する。
本発明によれば、コレステリック液晶層にて、透過された成分は、1/4波長層にて直線偏光に変換されるので、被照射体の裏面に対して垂直に光を出射することができる。
通常、偏光変換手段のコレステリック液晶層は、例えば右まわり円偏光の成分しか透過しない。すなわち、偏光変換手段に入射させる光のうち、右まわり円偏光は透過し、左まわり円偏光は反射する。この場合、従来は、左まわり円偏光の成分は反射したまま、偏光変換手段を通過できないため、この光の成分だけ輝度が低下してしまっていた。
これに対し、本発明では、全反射層により、偏光変換手段にて反射された左まわり円偏光の成分を反射させることで右まわり円偏光とし、これを再度偏光変換手段に入射させることで、前回左まわり成分であった光の成分を、透過させることが可能となる。したがって、この成分だけ輝度を高くすることが可能となる。
本発明の照明装置の一態様では、発光手段と、前記発光手段からの光を被照明体に向け案内し、指向性の強い出射光を出射する導光手段を有する。さらに、前記導光手段からの出射光の光軸を、前記被照明体にほぼ垂直な方向に変換する光軸変換手段を有する。前記変換手段は、前記出射光を出光する出光面に対して平行に配設された回折格子構造から成る。
本発明によれば、光軸変換手段を回折格子構造にて形成することで、プリズムアレイ等と異なり、光の偏向機能に対する入射光の指向性を強くできる。この場合、プリズムアレイのように全反射して導光体に戻る光は殆どなく形成できるので、高輝度を達成できる。
本発明の照明装置の一態様では、発光手段と、前記発光手段からの光を被照明体に向け案内し、指向性の強い出射光を出射する導光手段を有する。さらに、前記導光手段からの出射光の光軸を、前記被照明体にほぼ垂直な方向に変換する光軸変換手段を有する。前記光軸変換手段は、前記出光面に対して頂角を向けた状態で配置される単位プリズムが前記複数列設されたプリズムアレイを有する。各前記単位プリズムは、前記頂角を挟んで配置される第１の面と第２の面とを有する。前記入射光が入射される前記第１の面は、法線の異なる複数の面に分割される。
本発明によれば、出射光が入射する面が、該入射光の角度に応じて複数に分割されている。このため、単位プリズムに入射した光が全て第２の面に到達し、そこで全反射されてプリズムアレイ平面に垂直に近い角度で出射する。これにより、プリズムアレイでの光の損失を少なくすることができ、高輝度を達成できる。
本発明の照明装置の一態様では、被照明体を照明する発光手段を有する。さらに、前記発光手段からの光を前記被照明体に向けて案内する導光手段を有する。前記導光手段は、前記被照明体に向けて出射光を出射する出射部と、前記出射光が出射されない非出射部を有する。前記非出射部に、外部からの光及び前記導光手段内にて伝播される光をすべて反射する全反射層を有する。
本発明によれば、全反射層により、反射機能を低下させること無くバックライト照明ができ、しかも、照明効率は低下しない。また、省電力の効果があり、特に携帯用情報端末のような用途において有効である。
本発明の液晶表示装置の一態様では、上記のような照明装置を有する。ここで、前記被照明体は、液晶表示パネルからなる。これにより、高い輝度でしかも均一な光を出射できると共に、光の指向性を向上させて、明るい液晶表示装置を提供できる。
また、本発明では、前記液晶表示パネルと前記導光手段の間に、前記出射光を拡散する光拡散手段が配設される。
本発明によれば、液晶表示パネルを透過する光量を多くできるので、明るい液晶表示装置を提供できる。
また、本発明では、前記導光本体の前記出光面と反対側の裏面に、前記導光本体中に伝播される光をすべて反射する全反射ミラーシートを配設される。
本発明によれば、導光本体内で伝播される光の漏れをなくして、伝播の効率を向上させることができる。
また、本発明では、前記液晶表示パネルの表示面側に、前記出射光を拡散する光拡散手段が配設される。
本発明によれば、液晶表示パネルを透過した光を拡散させ、観察者の表示が見える角度（視野角）を広げることができる。
また、本発明の電子機器では、上記のような液晶表示装置を有する。これにより、消費電力を大幅に削減した電子機器、小型の電子機器にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第２図は、第１図の導光体を示す斜視図である。
第３図は、第２図の導光体からの出光を模式的に示す断面図である。
第４図は、第１図の照明装置からの出光を模式的に示す断面図である。
第５図は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第６図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示し、凸部を拡大した断面図である。
第７図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示し、凸部を拡大した断面図である。
第８図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示し、凸部を拡大した断面図である。
第９図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示し、凸部を拡大した断面図である。
第10A図、第10B図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示し、凸部を拡大した断面図である。
第10C図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示す斜視図である。
第11A図、第11B図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示す断面図である。
第12図は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第13図は、第12図のホログラム素子の一例を示す断面図である。
第14図は、本発明に係る液晶表示装置に用いられる回折光学素子の一例を示す断面図である。
第15図は、本発明に係るプリズムアレイの実施の形態の一例を示し、光路を解析した断面図である。
第16図は、本発明に係るプリズムアレイの実施の形態の一例を示す断面図である。
第17図は、本発明に係るプリズムアレイの実施の形態の一例を示す断面図である。
第18A図は、本発明に係る導光体の一例を示す斜視図である。
第18B図は、本発明に係る導光体の一例を示す斜視図である。
第19図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示す断面図である。
第20図は、第19図の導光体を示す斜視図である。
第21図は、第19図の導光体からの出光を模式的に示す断面図である。
第22図は、第19図の導光体の反射機能を模式的に示す断面図である。
第23図は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第24図は、第23図の照明装置からの出光を模式的に示す断面図である。
第25図は、第23図の照明装置の反射を模式的に示す断面図である。
第26図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示す断面図である。
第27図は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第28図は、本発明に係る導光体の実施の形態の一例を示す断面図である。
第29図は、本発明に係る照明装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第30図は、本発明に係る照明装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第31図は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第32図は、本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
第33図は、本発明に係る液晶表示装置を用いて構成される電子機器を示すブロック図である。
第34図は、本発明に係る電子機器の一実施例であるパーソナルコンピュータを示す斜視図である。
第35図は、本発明に係る電子機器の一実施例であるページャを示す分解斜視図である。
第36図は、本発明に係る電子機器の一実施例であるTCPを示す斜視図である。
第37図は、従来の液晶表示装置を示す断面図である。
第38図は、従来のプリズムアレイを示す断面図である。
第39A図、第39B図は、従来の液晶表示装置を示す断面図である。
第40図は、従来の照明装置を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好適な実施の形態の一例について図面を参照して具体的に説明する。
［実施の形態１］
本例の液晶表示装置について図１〜図４を用いて説明する。図１は、液晶表示装置の断面図である。図２は、導光体を示す斜視図である。
本例の液晶表示装置は、図１に示すように、被照明体としての液晶表示パネル30と、液晶表示パネル30の背面に配置された照明装置10とを有する。
照明装置10は、入射光を面状に均一に伝播拡大して出射光を出射する導光手段としての導光体20と、導光体20の一端面である入光面25に近接して配設された発光手段としての棒状の光源22と、導光体20の出射光を出射する出光面24の上方に配設される光軸変換手段としてのプリズムアレイ27と、により構成される。尚、光源22の周囲には、光源22から放射される光を反射して、導光体20の入光面25に入射させる断面略半円割形状の図示しない反射ミラーが配設されている。また、光源22は、例えば棒状の蛍光管等により形成される。
導光体20は、図２に示すように、例えば屈折率1.4以上の板状の透明材料で形成された導光本体21と、導光本体21の出射光を出射する出光面24上に、出光面24より突出する凸部23と、を含み構成される。
この導光本体21及び凸部23は、透明材料（例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明樹脂、ガラス等の無機透明材料、又はそれらの複合体）にて形成される。また、製造方法は、射出成形による方法、透明樹脂平板の表面に凸部を光硬化型樹脂を用いて転写成型する方法、エッチングによる方法、透明樹脂又はガラス平板上にフィルムを接合する方法、キャスト法等が好ましい。
凸部23は、導光本体21上の片面に、棒状の光源22とほぼ平行に配設され、出光面24に対して略平行な面の突出端面23aと、出光面24と直交する側面23b−１・23b−２を有する。
プリズムアレイ27は、図４に示すように、頂角θ例えば60゜の断面略逆二等辺三角形状のプリズム要素が複数列設されて形成される。
液晶表示パネル30は、例えばTFT（薄膜トランジスタ）アクティブ駆動のTN（ツイストネマティック）液晶、単純マトリクス駆動のSTN（スーパーツイステッドネマティック）液晶、高分子散乱型液晶等を用いて形成される。尚、液晶表示パネル30は、白黒表示に限らず、カラーフィルタを備えたカラー表示として構成しても良い。
本例の液晶表示装置は上記のような構成からなり、以下その作用を説明する。
光源22からの光線16a・16bは、図１に示すように、入光面25から入射した後、導光本体21の中で全反射を繰り返して伝幡し凸部23の側面23b−１・23b−２からのみ出射する。このため、プリズムアレイ27への出光が多く、線光源を効率よく面光源とすることができる。
また、導光本体21の出光面24側と、プリズムアレイ27との間には、層厚の薄い空気層が配設される。これにより、導光本体21の内部で光線が全反射を繰り返すことができる。
本発明者等が、本導光体に関し鋭意研究をしたところ、図３のように、凸部23の側面23b−１・23b−２から出光する光線16の角度は、平坦部に対して、光源22と反対側の側面23b−２で大部分が角度δ_２＝30゜で出光することが解った。加えて、光源22側である凸部23の側面23b−１からも、δ_１＝30゜にて僅かな出光があることも解った。この側面23b−１からの光は、光源22の反対の端面25b（図２）で反射して戻って来た光の成分である。
上記のような各出光がプリズムアレイ27を通過すると、液晶表示パネル30にほぼ垂直に入射する。ここで、図４に示すように、照明装置10から出光する角度を液晶表示パネル30に対し垂直にするためには、プリズムアレイ27の頂角θは60゜前後とするのが好ましい。
また、照明装置10は、プリズムアレイ27が液晶表示パネル30側の表面で平坦であるため、良好な面状発光の照明光を出光できる。この点、従来はプリズムアレイの頂角θが90゜で、液晶表示パネル側にプリズムアレイの頂角面が配置されていたため、極端に輝度の低下する角度が存在した。これに対し、本例では、極端に輝度が低下する角度は存在せず、広視野角化を図ることができる。
さらに、本例の液晶表示装置に、上記液晶表示パネル30を使用した場合、TN液晶、STN液晶のいずれの場合でも共に明るく視認性を高くすることができる。特に、正面での輝度は高いため、液晶表示装置の消費電力を低減することが可能となる。
以上のように本実施の形態１によれば、以下の効果を有する。
（１）光の利用効率を高くすることで高輝度を達成し、しかも正面での輝度が高くなる。このため、液晶表示パネルを、斜めから見ても暗くなる角度、領域がないので、広視野角化が可能となる。
（２）従来は、導光本体の出光面は、平坦のみであったり、例えば特開平２−17号公報等のように傾斜角度を有するレンズ状に形成されているため、出射光の出射効率が（出射する光線の角度がランダム）悪かった。
これに対し、本願では、平坦部に略直交する側部及び平坦部に略平行な突出端面を含む凸部を形成することで、出射光の出射効率を大幅に向上させることができる。このため、高輝度になり、しかも液晶表示パネルを斜めから見ても暗くなる角度、領域がないので、広視野角化が可能となる。
（３）角形の凸部にすることで、従来のレンズ形状に比して、製造上の観点から好ましい。
（４）微細加工が必要なプリズムアレイに、輝度効率を向上させるための細工を施す必要なく、導光体の形状のみの変更により、出射効率を向上させることができる。
［実施の形態２］
次に、本発明に係る実施の形態２について図５を用いて説明する。図５は、本例の液晶表示装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態１との相違点は、光源を導光体の両端に各々２つの配設した点、導光体の裏面にミラーシートを配設した点にある。
本例の照明装置50では、図５に示すように、棒状の光源56a・56bが導光本体51の両側の端面52a・52bに各々配設される。
また、導光本体51の裏面には、銀またはアルミニウムを蒸着した全反射ミラーシート58が配設される。尚、全反射ミラーシート58側面は、密着していても、空気層を介在させて密着させなくても良い。また、通常使用される白色の乱反射シートは、反射率が低く光の利用効率が低下するうえ、出光角度がランダムになるため、本例に用いるのは好ましくない。
本例装置は上記のような構成からなり、以下その作用を説明する。
光源52からの光線は、両側の端面56a・56bから入射し、導光本体51の中で全反射を繰り返し、凸部53の側面53b−１・53b−２からのみ出射する。このため、プリズムアレイ57へ出光し、線光源を効率よく面光源とすることができる。
本発明者等が、本導光体に関し鋭意研究をしたところ、凸部53の側面53b−１・53b−２から出光する光線の中心角度（図３のδ_１δ_２）は、双方共に約30度の角度で、かつ、双方の側面53b−１・53b−２より出光する光量がほぼ等しいことがわかった。この出光がプリズムアレイ57を通過すると、液晶表示パネル60にほぼ垂直に入射した。尚、照明装置50から出光する角度を液晶表示パネル60に対し垂直にするため、プリズムアレイ57の頂角θを50゜〜70゜にするのが好ましい。この理由は、頂角θが50゜未満では、指向性が顕著になり、正面以外から見ると画面が著しく強くなるからである。また、70゜を超えると、光の集光性が低下し、輝度向上効果が保たれず、加えて、プリズムアレイの厚さによる光の吸収のために輝度が低下するからである。
このように、本例の照明装置50では、従来のように極端に輝度が低下する角度は存在せず、高輝度を達成することができる。
以上のように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏しながらも、光源を２つ、全反射ミラーシートを配設することで、出射光の指光性が高まり、さらなる高輝度を達成できる。このため、さらなる広視野角化が可能となる。
［実施の形態３］
次に、本発明に係る実施の形態３について図６を用いて説明する。図６は、本例の導光体を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態１との相違点は、導光体において、導光本体と凸部とを異なる部材にて形成した点にある。
本例の導光体は、図６に示すように、凸部72を導光本体70より屈折率の高い材料で構成している。また、導光体本体70と凸部72との界面への入射角δ_５と出射角δ_４が異なる（δ_５＜δ_４）。このため、光線16は、凸部72に入光するときに屈折（δ_５＜δ_４）し、凸部72の側部72b−２から出光するときにさらに屈折（δ_４＜δ_３）して、最終的な出射光の中心角度δ_３は、出光側平面73に対して30度より大きくなる。尚、凸部72の形成は、前述の透明樹脂又はガラス平板上に屈折率の高い透明フィルムを接合する製造方法が好ましい。
本例の場合、照明装置から出光する角度を液晶表示パネルに対し垂直にするためには、プリズムアレイの頂角θは、60゜〜70゜とするのが好ましい。このため頂角90度のプリズムアレイは、液晶表示パネル側にプリズム面を向け、散乱光に指向を持たせる目的で設計されており、本例には適さない。
以上のように、実施の形態３によれば、屈折率の高い材質で形成することで、出射光の最大輝度の中心角度を30゜より大きくして、所望の角度で特に強い輝度の領域を発生させることができる。
尚、このような異なる屈折率の凸部を導光本体にすべて形成してもよいし、局所位置に屈折率の異なる凸部と導光本体と同じ屈折率の凸部とを組み合わせて形成しても良い。
［実施の形態４］
次に、本発明に係る実施の形態４について図７を用いて説明する。図７は、本例の導光体を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態６との相違点は、導光本体の屈折率と凸部の屈折率と変更した点にある。
本例では、図７に示すように、凸部76を導光本体74より屈折率の低い材料で構成している。また、導光本体74と凸部76との界面への入射角δ_７と出射角δ_６が異なる（δ_６＜δ_７）。このため、光線16は、凸部76に入光するときの入射角δ_７は、図６のδ_４より小さい角度δ_６（δ_６＜δ_７）にて屈折し、凸部76の側部76b−２から出光するときにさらに屈折（δ_６＜δ_５）され、最終的な出射光の中心角度δ_５は出光側平面77に対して30度より小さくなる。
本例の場合、照明装置から出光する角度を、液晶表示パネルに対し垂直にするためには、プリズムアレイの頂角θは、50゜〜60゜とするのが好ましい。
以上のように、実施の形態４によれば、屈折率の低い材質で形成することで、出射光の最大輝度の中心角度を30゜より小さくして、所望の角度で特に強い輝度の領域を発生させることができる。
尚、屈折率の低い凸部を導光本体上にすべて形成する場合、導光本体と同じ屈折率の凸部と屈折率の低い材質の凸部とを組み合わせて使用する場合でもよい。また、例えば図10Cに示す導光体98のように、導光本体と同じ屈折率ｎの凸部と、ｎより低い屈折率のn₁の凸部と、ｎより高い屈折率n₂の凸部とを組み合わせて使用する場合でも良い。ここで、配列も縦方向にn₁・ｎ・n₁…と交互に配列する方法、横方向にn₁・ｎ・n₁…と交互に配列する方法、異なる屈折率を縦方向でn₁n₂n₃n₄…と配列する方法等の様々なパターンが可能であるとする。このように組み合わせることで、高輝度でしかも輝度分布に広がりをもたせることができ、広視野角化が可能となる。
［実施の形態５］
次に、本発明に係る実施の形態５について図８及び図９を用いて説明する。図８は、本例の導光体を示す断面図、図９は導光体の比較例を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態１との相違点は、導光体において、凸部の形状を変更した点にある。
本例の導光本体80において、光源から入射した光線16は、導光本体80の長辺方向の軸に対し屈折により角度ξ例えば45度以下の光軸を持つ。このため、光線16が凸部82の側面82b−２を通過できるように、凸部82の幅ｉ及び高さｊを設定する必要がある。この場合、45゜であるから凸部82の高さｊは幅ｉより長く設定することが好ましい。
また、図９の例では、幅ｉを高さｊより長くした場合、光線16は、導光本体84の裏面に出光することになる。
以上のことから、幅ｉと高さｊとの比が一対一を大きく超える場合には、図９の光線16のような経路を辿る光線が増えて、光学的に無意味であるため、凸部82は、幅ｉと高さｊとの比がほぼ一対一程度であることが好ましい。加えて、製造も簡易化される。
さらに、凸部82の幅ｉ、高さｊの大きさは、可視光の波長が約380nmから700nm程度であることから、回折による干渉により分光の縞模様が発生しないために、約５μｍ以上とするのが好ましい。加えて、液晶表示パネルの画素の大きさが約200μｍ〜300μｍであることから、この画素との干渉による縞模様の発生を防ぐために約100μｍ以下にすることが好ましい。さらに加えて、製造上の利便性の観点から凸部82の幅ｉ及び高さｊの大きさは、約10μｍ以上50μｍ以下とするのが好ましい。
以上のように本実施の形態５によれば、凸部の幅及び高さをほぼ一対一にすることで、凸部の突出端面で反射する光線（図９の16）をなくして、出射効率がさらに向上し、さらなる高輝度化、広視野角化が図れる。また、凸部を約10μｍ〜50μｍにて形成することで、高輝度化を図りながらも、製造上の利便性が向上する。
尚、導光本体80上の単位面積当りの凸部82の配置数すなわち、密度を疎又は密にすることにより、照射輝度の均一性を高めることができる。実際には、図11Aに示すように、光源103a・103bの近傍では凸部102の密度を疎に配置し、離れるに従い連続的に密に配置していく。この場合、凸部102の大きさを一定にして密度を可変する。これに代えて、図11Bに示すように、密度を一定にして凸部106の大きさを可変して、照射輝度の均一性を高めるものであっても良い。この場合、各凸部106間の間隔は一定であるとする。また、上述のように各凸部106の幅ｉと高さｊとの比を（i/j＝１）とするのが好ましいが、各凸部106の間隔を一定にするために（i/j＜１）としても良い。
［実施の形態６］
次に、本発明に係る実施の形態６について図10A・図10Bを用いて説明する。図10Aは、本例の液晶表示装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態１との相違点は、導光体の凸部をテーパにした点である。
本例の導光体は、図10Aに示すように、凸部92の側面に10度以下の傾斜角度ηを設けている。
仮に、この傾斜角度ηを大きくした場合は、出光の角度がそろわなくなり、プリズムアレイで補正できず、照明性能が低下し品質的に問題となる。一方、傾斜角度ηが10度以下である場合は、その影響が小さく、射出成形等で製造する際には抜きテーパとして有効である。また、エッチング、透明樹脂、又はガラス平板上にフィルムを接合する等の方法における形成マージンも、図10Bに示す導光体94のような逆テーパ−も含め傾斜角度は10度以下が好ましい。
また、照明装置から出光する角度を、液晶表示パネルに対し垂直にするには、プリズムアレイの頂角θを50゜〜70゜の範囲で調整する必要がある。そして、この範囲内にθの最適値が存在する。
以上のように、本実施の形態６によれば、凸部をテーパにすることで、10度以内の範囲であれば、輝度の低下を防ぐことができるので、製造時の寸法誤差が許容される範囲で、製造することができる。このため製造上の利便性が向上する。
［実施の形態７］
次に、本発明に係る実施の形態７について図12及び図13を用いて説明する。図12は、本例の液晶表示装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態１との相違点は、光軸変換手段をホログラム素子にて構成した点である。
本例の液晶表示装置は、図12に示すように、液晶表示パネル135、照明装置110を有する。尚、通常、図12の液晶表示パネル135の両面には、偏光板が配設されるが、本例では省略する。
照明装置110は、導光体120・光源131と、導光体120の導光本体132の出射光を出射する出光側平面132bの上方に配設され、出射光の光軸の方向を変換する光軸変換手段としてのホログラム素子140と、により構成される。また、導光本体132の液晶表示パネル135側の出光面132bには凸部133が形成される。尚、凸部133の高さは例えば30μｍ、幅は例えば30μｍとする。
ここで、本例の特徴であるホログラム素子について図12及び図13を用いて説明する。図13は、ホログラム素子の断面図である。
ホログラム素子140は、照明光の指向性の変換すなわち、放射光を液晶表示パネル135にほぼ垂直な角度で入射させるためのもので、図12に示すように、導光体132と液晶表示パネル135の間に配設される。
また、ホログラム素子140は、図13に示すように、厚さ1mmのガラス基板142の裏面に感光材層144をコーティングし、該感光材層144にレーザ光を用いた二光束干渉露光法により回折格子構造146を記録することが形成される。回折格子構造146は、ホログラム素子140の法線に対して角度ψ_２例えば60゜で入射する波長540nmの入射光148が、ホログラム素子140の法線方向（出射角０゜）の回折光149として出射されるように記録されている。
この回折格子構造146によりホログラム素子140に対して斜めに入射した光を回折し、液晶表示パネル135に対してほぼ垂直に光が入るように光の指向性を変換する。この時、回折格子構造146は、紙面に対して垂直な方向に格子縞が延在形成される構造となる。
また、ホログラム素子140は、回折効率の入射角依存性が強いため、特に体積ホログラムでは図12の右側から入射する光例えば図12の光線134（入射角としては例えば−60゜）は、殆ど液晶表示パネル135側に出射されない。
このように、ホログラム素子140は、プリズムアレイ等と異なり、光の偏向機能に対する入射光の指向性が強いため、導光本体132から出る光の指向性を強くする必要がある。このため、本例では、表面に矩形状の凸部133をもつ導光本体132を使用し、導光本体132表面の法線方向に対して約60゜の方向への指向性を強くするようにしている。尚、光源131も一方側に配設するものとする。
光源131からは、波長540nmの光以外にも青色又は赤色の光が出ている。ホログラム素子140の設計波長540nm以外の光の出射角は０゜ではないが、法線に対してほぼ±15゜程度の範囲内である。このため、プリズムアレイのように全反射して導光本体132に戻る光は殆どない。
次に、作用を説明する。
光源131から出射した光は、導光本体132の入光面132aから内部に入射する。導光本体132に入射した光は、導光本体132の裏面132cと平坦部としての出光側平面132bで全反射を繰り返して伝搬して行く。凸部133の側面133aに到達した光は、屈折して導光本体132から抜け出て液晶表示パネル135の方向へ向かう。この凸部133の側面133aから出る光は、導光本体132表面の法線に対してψ_１の角度例えば約60゜を中心として±10゜程度の広がりを持った指向性の強い放射光となっている。
以上のように本実施の形態７によれば、ホログラム素子により、液晶表示パネルに入射する光の指向性が液晶表示パネルに対して垂直に近くなっているので、液晶表示パネルの光学的な設計が容易になる。
尚、ホログラム素子を構成する回折格子構造は、ガラスなどの透明基板表面に塗布された感光材層にレーザ光の二光束干渉で形成された透過率の周期構造、あるいは屈折率の周期構造などを用いることができる。
［実施の形態８］
次に、本発明に係る実施の形態８について図14に基づいて説明する。図14は、本例の回折光学素子を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態７との相違点は、ホログラム素子の構造である。
本例の回折光学素子150は、図14に示すように、厚さ2mmのガラス基板152の表面に、2P法で転写された鋸歯状の断面形状を持つ樹脂から成るブレーズドグレーティング154が形成されている。
ブレーズドグレーティング154の周期構造は、回折光学素子150の法線に対して角度ψ_２例えば60゜で入射する波長540nmの入射光156を、回折光学素子150の法線方向（出射角０゜）の回折光158として出射させる。尚、導光本体132等は実施の形態７と同じである。
尚、回折光学素子を構成する周期構造は、本例で挙げた他にもプリズム作用を有する周期構造であれば利用することができる。また、回折光学素子の基板としてはガラスだけでなく、透明樹脂板あるいは透明樹脂フィルムを使用することができる。
また、導光本体としては本例で説明した、表面に凸部を有する導光本体に限らず、出射光の指向性が強い導光本体であれば良い。このとき、回折光学素子の回折格子構造は、導光本体の指向性に合わせて設計すれば良い。
［実施の形態９］
次に、本発明に係る実施の形態９について図15を用いて説明する。図15は、本例のプリズムアレイとそれを用いた照明装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態１との相違点は、プリズムアレイの構造である。
本例の照明装置は、図15に示すように、光源210・導光体211と、光源210から出た光を導光体211に効率良く入射される反射ミラー210aと、導光体211の上面に対向配設されたプリズムアレイ213とにより構成される。導光本体212の出光面には凸部212aが形成される。尚、光源210の直径は2.4mm、導光体212の厚さは2mm、凸部212aの高さ、幅とも例えば30μｍとする。また、凸部212aの平面的なパターンは、図15に示すように、紙面に垂直な方向に伸びているが、図18A、図18Bに示す導光体240の凸部242・導光体250の凸部252のような、格子状、網目状のパターンであっても良い。
凸部212aの側面212b−２に到達した光は、屈折して導光本体212から抜け出てプリズムアレイ213へ向かう。側面212b−２からの出射光212rは、法線212nに対する角度である出射角β＝60゜を中心に±10゜の範囲内で分布し、指向性の強い光となっている。ここで、光線ａの出射角αを例えば70゜、光線ｂの出射角βを例えば60゜、光線ｃの出射角γを例えば50゜とする。尚、輝度分布は、光源210から遠ざかる方向で強く形成され、凸部12aの光源側側面より出射される光ｈは非常に弱い。
出射面213eから出射する光線の角度（図15で反時計方向の角度を正の角度とする）は、法線213nに対して光線ａは15゜、光線ｂは５゜、光線ｃは７゜、出射角γの光線ｄは−５゜となる。
ここで、プリズムアレイ213の詳細について図15を用いて説明する。
プリズムアレイ213は、出射光212rを図示しない液晶表示パネルにほぼ垂直に入射させるため、導光体211と液晶表示パネルの間に配設される。また、プリズムアレイ213は、アクリル等の透明樹脂を射出成型やキャスト法等にて製造することで形成され、複数列設されたプリズム要素213pと、平面である出射面213eを有する。尚、各プリズム要素213pは、図15の紙面に垂直な方向に延在形成される。また、プリズムアレイ213の厚さは、例えば約300μｍにて形成される。
プリズム要素213pは、光が入射する第１の面としての２つの入射側面213a・213bと、光を全反射させる第２の面としての全反射面213rとにより構成される。
入射側面213aは、出射面213eの法線213nに対して、角度θ１＝20゜で形成され、入射側面213bは、法線213nとほぼ平行に形成される。全反射面213rは、法線213nに対して角度θ２＝30゜にて形成される。プリズム要素213pの繰り返し周期は、約50μｍ、プリズム要素213pの厚さは約55μｍとする。
入射側面213aと入射側面213bの交点213cは、隣のプリズム要素の頂点213tをかすめて入射する出射角β＝60゜の光線ｂと入射側面213aとが交わる点である。
本例のプリズムアレイは上記のように構成されており、以下その作用を説明する。
導光体211からは例えば光線ａ、ｂ、ｃのような各光が出射する。頂点213tをかすめてプリズム要素213pに入射する光線ａは、入射側面213aで屈折し、全反射面213rで全反射され、出射面213eに対してほぼ垂直に出射する。光線ｂも光線ａ同様、入射側面213aで屈折し、全反射面213rで全反射され、出射面213eに対してほぼ垂直に出射する。
また、頂点213tをかすめてプリズム要素213pに入射する光線ｃは、入射側面213bで屈折し、全反射面213rで全反射され、出射面213eに対してほぼ垂直に出射する。
さらに、頂点213tをかすめずにプリズム要素213pに入射する出射角γの光線ｄは、入射側面213aで屈折し、全反射面213rで全反射され、出射面213eに対してほぼ垂直に出射する。
ここで、入射側面213bと法線213nとのなす角θ_３は、入射側面213aと法線213nとのなす角θ_１に比べて小さい。すなわち、入射側面213bは、出射面213eに対して垂直又はほぼ垂直に形成される。これは、出射角γ出射する光線ｃを、光線ｂ、ａに比べて大きく屈折させ、全反射面213rに到達させるためである。仮に、入射側面213bが入射側面213aと同じ傾斜角θ_１を持つ面に形成されると、光線ｃは、全反射面213rに当たらず出射面213eに到達し、そこで全反射され導光体211へ戻ってしまう。
以上のように本実施の形態９によれば、以下の効果を有する。
（１）導光体から出射した光を、出射面に対して垂直に近い状態で、損失なく導くことができ、高い指向性を持つ光として発光させることができる。このように、照明光は液晶表示パネルに対して垂直方向に光が集中されているので、明るい液晶表示装置を構成することができる。
（２）プリズムアレイから出る光が出射面に対して垂直に近い指向性を持っているので、液晶表示素子を透過する光も垂直方向の指向性が強い。このため、液晶表示装置を正面から見たときには明るいが、斜めから見たときに暗くなる。斜めから見たときの明るさも必要な場合は、液晶表示素子の観察者側に光を拡散させる光学要素を配置すれば良い。
（３）プリズムアレイ213から出る光が出射面213eに対して垂直に近い指向性を持っている。このため、プリズムアレイ213と液晶表示素子の間に偏光ビームスプリッタ機能を持った光学素子を挿入し、特定方向の偏光だけを透過させる。そして、反射した偏光成分は、プリズムアレイや導光体で再度反射されて振動方向が変換される。この偏光が、再び偏光ビームスプリッタを透過するような構成にすれば、液晶表示素子を構成する偏光板を透過する光量が増加し、さらに明るい液晶表示装置を構成することができる。
［実施の形態10］
次に、本発明に係る実施の形態10について図16を用いて説明する。図16は、本例のプリズムアレイを示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態９との相違点は、プリズムアレイの構造である。
本例のプリズムアレイ220では、厚さ150μｍのポリエステルフィルム224の一方の面に、アクリル系の光硬化型樹脂にてプリズム要素222を転写成型している。このようにすることで、製造効率を向上させることができる。
尚、プリズム要素222の入射側面222a、222bおよび全反射面222r等の傾斜角度は、上記実施の形態９に記載した角度に限定されるものでなく、導光体から出射される光の指向性に合わせて設定すれば良い。
また、これらの面は必ずしも平面である必要はなく、プリズムアレイから出射される光の指向性を制御するために図17に示すプリズムアレイ230のような曲面234b・234a・232であっても良い。
さらに、本例では入射側の面を二つに分割したが、導光体からの出射光の指向性に応じて図17に示すプリズムアレイ230のように、234a・234b・234cと三分割以上に分割しても良い。
しかも、導光体の凸部は、凸形状に限らず、出射光の指向性が強く、かつ、その指向性が導光体法線に関して非対称である導光体であれば、その形状は問わない。
［実施の形態11］
次に、本発明に係る実施の形態11について図19〜図22を用いて説明する。図19は、本例の導光体を示す断面図である。尚、本例と実施の形態１との相違点は、導光体の凸部に全反射層を配設した点にある。
導光本体311には、図19に示すように、その出光側平面314に凸部312が、光源の入光面315とほぼ平行に多数配設される。凸部312の各面は、全て出光側平面314に対して略平行な面と略垂直な面のみで構成される。
凸部312を除く出光側平面314及び凸部312の突出端面312aには、アルミニウム薄膜からなる全反射層313が配設される。更に、図20に示すように、光源の入光面315を除く導光本体311の３つの側面316にも、全反射層313が配設される。
本発明者等が、本導光体に関し鋭意研究をしたところ、図21に示すように、照明光305は、凸部312の側面312b−１・312b−２のみから出光し、凸部312を除く出光側平面314及び凸部312の突出端面312aでは、全反射層313を配設しなくても、殆ど全反射して、光が漏れないことが解った。但し、導光本体311の３つの側面316（図20）には、全反射層313が必要であった。
また、図22に示す外部光306は、出光側平面314及び凸部312の突出端312aとに形成された全反射層313で反射した。この場合、従来の半透過反射板と異なり、ほぼ全ての外部光306が有効利用できる。このように、本例の導光本体311は、反射機能を低下させること無く反射板として兼用させることができる。
［実施の形態12］
次に、本発明に係る実施の形態12について図23〜図25を用いて説明する。図23は、本例の液晶表示装置を示す断面図である。尚、本例は、上記実施の形態11の導光体を用いた液晶表示装置の例である。
本例の液晶表示装置は、図23に示すように、液晶表示パネル302、照明装置303を有する。また、照明装置303は、光源322、導光体307、プリズムアレイ321を有する。
先ず、照明光305について説明する。
光源322は、導光体307の片方の端面に配置され、図示しない反射構造により、発光の多くは入光面315から導光体307内部に入射する。光源322からの光線は、入光面315から入射した後、導光体307内で全反射を繰り返し凸部312の側面からのみ出光する。
この光線305は、プリズムアレイ321を通過すると、液晶表示パネル302にほぼ垂直に入射する。尚、図24に示すように、光線305の出光角度を液晶表示パネル302に対し垂直にするために、プリズムアレイ321の頂角θは、約50゜〜70゜とするのが好ましい。
次に図23の外部光306について説明する。液晶表示パネル302に外部光306が垂直に入射した時の光線を、図25に示す。
外部光306は、液晶表示パネル302を通過した後、照明装置303に入射する。さらに、照明装置303の中でプリズムアレイ321を通過した後、導光体307の出光側に形成された全反射層313にて反射され、再びプリズムアレイ321を垂直に通過後、液晶表示パネル302に垂直に入射する。そして、液晶表示パネル302を通過し、表示を認識できる。ここで、全反射層313での反射は、損失無く反射することができる。加えて、外部光306は、垂直以外の角度で入射しても、全反射層313で損失無く反射し、液晶表示パネルに入射する。
以上のように、本実施の形態12によれば、光源を点灯させたバックライト照明であっても、或いは、明るい環境で光源を消灯した反射光による照明であっても、共に明るく視認性を高くすることができる。また、高輝度であり、環境に応じて光源を消灯できるため、消費電力を低減でき、特に携帯用情報端末等のような用途に好適に適用できる。
［実施の形態13］
次に、本発明に係る実施の形態13について図26を用いて説明する。図26は、本例の液晶表示装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態12との相違点は、導光体の凸部を除く出光側平面にのみ全反射層を配設した点にある。
図26において、導光本体351の出光側平面354に凸部352を設けている。凸部352を除く出光側平面354には、銀薄膜からなる全反射層353を設けている。
本発明者等が、本導光体に関し鋭意研究をしたところ、両側に光源が配置される場合、凸部352の出光側平面354に対して略垂直な両側の側面から出光する事がわかった。凸部352を除く出光側平面354及び凸部352の突出端面では、全反射層353を設けなくても、殆ど全反射し、光が漏れないことが解った。
また外部光は、凸部352を除く出光側平面354に形成された全反射層353で反射した。この場合、従来の半透過反射板と異なり、ほぼ全ての外部光が有効利用できる。また、凸部352の占める面積は、出光側平面354に対しわずかなため、本例の導光本体351は、反射機能を低下させることはない。
したがって、従来のような反射板を配置しなくても、全反射層を配設することで、反射板としての機能を兼用させることができる。さらに加えて、内部光の導光効率も向上させることができる。
［実施の形態14］
次に、本発明に係る実施の形態14について図27を用いて説明する。図27は、本例の液晶表示装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態13との相違点は、光源を２つ配設した点、光拡散シート、全反射ミラーシートを配設した点にある。
本例の液晶表示装置は、図27に示すように、液晶表示パネル362、照明装置360を有する。
照明装置360は、光源372、導光体370、プリズムアレイ375、光拡散シート376、全反射ミラーシート374を有する。尚、光源372は、導光体370の両側の端面に配置される。また、全反射ミラーシート374は、導光体370の裏面に銀又はアルミニウムを蒸着することで形成される。また、導光体370と全反射ミラーシート374は、わずかな隙間をあけて空気層を介していても、密着していてかまわない。さらに、通常用いられる白色の乱反射シートは、反射率が低く光の利用効率が低下し、出光角度がランダムになり、本例では好ましくない。
光源372からの照明光は、両側の入光面からの入射したのち、導光体370の中で全反射を繰り返し凸部352の側面からのみ射出し、プリズムアレイ375へ出光する。
プリズムアレイ375にて垂直に変換された照明光は、さらに光拡散シート376を通過することで、その光量は面に対して均一な分布となる。したがって、液晶表示パネルの広視野角化が図れる。このように、二本の線状光源を効率よく、良好な面光源とすることができる。
外部光は、液晶表示パネル362を通過した後、照明装置360に入射する。さらに、照明装置360の中で光拡散シート276とプリズムシート375を通過した後、導光体370の出光側平面354に形成された全反射層354で反射する。再びプリズムアレイ375と光拡散シート376を通過した後、液晶表示パネル362に入射する。そして、液晶表示パネル362を通過し、表示を認識できる。これにより、全反射層で損失無く反射するため、明るく良好な反射表示が得られる。
［実施の形態15］
次に、本発明に係る実施の形態15について図28を用いて説明する。図28は、本例の導光体を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態14との相違点は、全反射ミラーシートの形成領域である。
実施の形態12と同様な構成の導光体において、入光面を除く導光本体390の側面391にも、接着層を介して銀またはアルミニウムを蒸着した全反射ミラーシート394を密着させる。これにより、照明光を有効に利用できる。
導光本体390の出光側平面354には凸部352が配設される。凸部352を除く出光側平面354及び凸部352の突出端面のみにアルミニウム薄膜からなる全反射層354を設けている。
本発明者等が、本導光体に関し鋭意研究をしたところ、照明光を出光する角度は、入光面側から見て大部分が前方方向に30度の角度にて出射し、光源の反対の側面の全反射ミラーシートで反射し、戻って来た光は、後ろ向きに約30度の角度にて僅かに出射することが解った。
照明光は、凸部352の側面のみから出光し、凸部352を除く出光側平面及び凸部352の突出端面では、全反射層354を設なくても、殆ど全反射し、光が漏れないことがわかった。但し、導光本体の側面には、全反射層354が必要であった。
また、外部光は、凸部352を除く出光側平面及び凸部352の突出端面とに形成された全反射層354で反射した。この点、従来の半透過反射板と異なり、ほぼ全ての外部光が有効利用できる。このように、本例の導光体は、反射機能を低下させること無く、かつ、従来のような反射板を配置しなくても、全反射層を配設することで、反射板としての機能を兼用させることができる。さらに加えて、内部光の導光効率も向上させることができる。
［実施の形態16］
次に、本発明に係る実施の形態16について図29を用いて説明する。図29は、本例の照明装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態１との相違点は、偏光変換手段を備えている点、導光体の凸部に全反射層を配設した点にある。
本例の照明装置は、図29に示すように、光源410、反射ミラー411、凸部421を含む導光体420、プリズムアレイ430、偏光変換手段としての偏光変換素子440を有する。尚、光源410は、直径2.4mm、長さ130mmにて形成される。反射ミラー411は、光源410の周囲を、銀が蒸着されたフィルムにて覆うことで形成される。導光本体420aの厚みは3mmで、長さが160mm、奥行き（紙面に垂直方向）は120mmである。
導光本体420aのプリズムアレイ430側の面には、凸部421が形成される。尚、凸部421の幅と高さは、各々30μｍとする。また、凸部421の断面形状は矩形に限定されず、凸部421を含む導光体420の成形型枠の離型性を考慮し、若干台形形状とするのが好ましい。
また、凸部421の光源410から遠い方の光が出射する側面423以外であって、導光本体420aの凸部421が有る表面全域には、全反射層422が配設される。この全反射層422は、Al、Ag等を導光本体420aに蒸着することで形成される。Al、Ag等を蒸着する際には、凸部421の側面423がAl、Ag等で覆われないように、側面423とは反対の方からAl、Ag等を蒸着させる斜め蒸着法を行う。
プリズムアレイ430は、出射光424を図示しない液晶表示パネルにほぼ垂直に入射させるため、導光体420と液晶表示パネルとの間に配設される。また、プリズムアレイ430は、プリズム要素431と、平面である出射面432から構成されている。
プリズム要素431の頂角θは、導光体420から斜め方向に強い指向性にて出射された出射光424を、出射面432に対して垂直な方向に偏向させるように設定される。例えば、図29では、頂角θは60゜に設定されるため、導光体420から導光体出光側平面の法線に対して出射角60゜で出射された出射光424を、出射面432に対して垂直な方向に偏向させている。
ここで、プリズム要素431の頂角θを60゜としたが、導光体420の出射光の出射角特性に合わせて頂角θを設定すれば、その角度は問わない。これにより、プリズムアレイ430の機能、すなわち導光体420から斜め方向に強い指向性にて出射される光を、出射面432に対して垂直な方向に偏向させる機能を実現できる。
偏光変換素子440は、コレステリック液晶層441上に1/4波長板442が積層された構成となっている。
ここで、コレステリック液晶層441のコレステリック構造の螺旋方向は左まわりとする。よって、コレステリック液晶層441に入射する光のうち、右まわり円偏光は、コレステリック液晶層441を透過し、1/4波長板442で直線偏光460に変換される。
また、左まわり円偏光は、コレステリック液晶層441で反射する。そして、その反射光は、プリズムアレイ430を透過して全反射層422に到達し、そこで反射されて再びプリズムアレイ430に戻り、プリズムアレイ430で偏向されて再び偏光変換素子440に入射する。
偏光変換素子440で反射された左まわり円偏光452は、全反射層422で反射するとその反射光453は右まわりの円偏光となり、偏光変換素子440に再び入射すると、その右まわり円偏光成分がコレステリック液晶層441を透過し、1/4波長板442で直線偏光461に変換される。
このように、偏光変換素子440で反射された光は、全反射層422によって偏光変換素子440を透過できる成分を持つ偏光に変換される。その後、再び偏光変換素子440に戻って今度は偏光変換素子440を透過するようになる。また、偏光変換素子440を透過した光は1/4波長板442によって振動方向が揃った直線偏光となる。
次に作用を説明する。
光源410から放射された光は、直接又は反射ミラー411で反射されて、導光本体420aの入光面から導光本体420aの内部に入射する。導光本体420aに入射した光は、導光本体420aの裏面と凸部421の出光側平面で全反射を繰り返して伝播して行く。
凸部421の側面423に到達した光は、屈折して導光体420から抜け出てプリズムアレイ430へと向かう。この凸部421の側面423から出る光は、導光体420の法線に対して出射角60゜を中心として±10゜程度の広がりを持った指向性の強い出射光424となる。
プリズムアレイ430の出射面432から垂直方向に出射された光は偏光変換素子440に入射する。
偏光変換素子440に入射する光のうち、右まわり円偏光450は、コレステリック液晶層441を透過して1/4波長板442で直線偏光460に変換される。
偏光変換素子440に入射する光のうち、左まわり円偏光451は、コレステリック液晶層441で反射される。該反射光は、プリズムアレイ素子430を透過して全反射層422に到達し、そこで反射されて再びプリズムアレイ素子430に戻る。ここで、偏光変換素子440で反射された左まわり円偏光452は、全反射層422で反射すると、その反射光453は右まわりの円偏光となる。プリズムアレイ素子430で偏向された光は再び偏光変換素子440に入射する。偏光変換素子440に再び入射すると、右まわり円偏光成分は今度はコレステリック液晶層441を透過して1/4波長板442で直線偏光461に変換される。
以上のように、本実施の形態16によれば、以下の効果を有する。
通常、偏光変換素子のコレステリック液晶層には、例えば右まわり円偏光の成分しか透過しない。すなわち、偏光変換素子に入射させる光のうち、右まわり円偏光は透過し、左まわり円偏光は反射する。この場合は、従来は、反射された左まわり円偏光の成分は導光体側へ戻って拡散板で拡散反射され、その反射光のうち右まわり円偏光に変換された成分だけが再びコレステリック液晶層を透過するものであり、偏光変換効率は悪かった。
これに対し、本例では、反射率が高い金属膜である全反射層により、偏光変換素子にて反射された左まわり円偏光の成分を反射させることで右まわり円偏光とし、これを再度偏光変換素子に入射させることで、前回左まわり成分であった光の成分を、透過させることが可能となる。したがって、この成分だけ輝度を高くすることが可能となる。また、光源から出た光を効率良く直線偏光に変換できる。さらに、全反射層により、内部光の導光効率も向上する。
［実施の形態17］
次に、本発明に係る実施の形態17について図30を用いて説明する。図30は、本例の照明装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態16との相違点は、全反射層の形成箇所が異なる点にある。
本例の照明装置は、図29で示した実施の形態16の照明装置において全反射層の形成箇所だけが異なるので、導光体だけを抜き出して図30に示す。
本例では、導光本体480の出光側平面に配設された全反射層490と、凸部482の突出端面に配設された全反射層491と、光源470とは反対側の導光本体480の端面481に形成された端面全反射層492とから構成される。そして、実施の形態16とは異なり、凸部482の光源側側面484には全反射層が配設されない。この全反射層490・491は、導光本体の出光側平面に垂直な方向からAl等の金属を蒸着した後、凸部482の側面483・484に薄く付着した金属だけを除去する程度に金属を短時間エッチングし、導光体の表面と凸部の表面だけに金属膜を残すことにより形成される。
次に作用を説明する。
光源470から入射し、端面481に到達する前に凸部482から出射する光494は、実施の形態16と同様に凸部482の光源470から遠い方の側面483から出射する。
また、導光本体480内を伝播する光のうちの一部は、端面481に到達し、端面481にて反射され、導光体480内を光494の伝播方向とは逆方向に伝播される。
この導光本体480内を逆方向に伝播した光495は、凸部482の側面484から出射する。この逆方向出射光495は、順方向出射光494に比べて強度は格段に小さいが出射角の指向性は強く、順方向出射光494の出射角特性を導光本体480表面及び図の紙面のそれぞれに垂直な面に関して対称にした指向性を有している。
導光本体480を出射した後は実施の形態16と同様に光軸変換及び偏光変換される。尚、順方向出射光494及び逆方向出射光495のうち一部は、上記実施の形態16同様、偏光変換素子にて反射され戻り、全反射層490・491にて反射され、再度変更変換素子へ向かう。
［実施の形態18］
次に、本発明に係る実施の形態18について図31を用いて説明する。図31は実施の形態16で説明した照明装置を含む液晶表示装置の断面図である。尚、本例と上記実施の形態16との相違点は、液晶表示装置に適用した点にある。
本例の液晶表示装置は、図31に示すように液晶表示パネル560、照明装置を有する。液晶表示パネル560は、液晶層562を挟持して、該液晶層562を駆動する回路が形成されている上下の各基板564a・546bと、下の基板564bの下層に配設される下偏光板567、上の基板564aの上層に形成される上偏光板566と含み構成される。尚、照明装置は、光源510、反射ミラー511、凸部521及び全反射層522を含む導光体520、プリズムアレイ素子530、偏光変換素子540を有する。
偏光変換素子540の1/4波長板542の光学軸の方向は、偏光変換素子540を透過する光の振動方向と一致するように設定される。この振動方向は、紙面に対して45゜傾斜する方向での直線偏光552となる。また、下偏光板567の透過軸の方向も、紙面に対して45゜傾斜する方向に設定される。
1/4波長板542を透過した光550は、特定の方向成分を持つ直線偏光552になる。さらに、直線偏光552は、下偏光板567を通過する。ここで、直線偏光552の振動方向と下偏光板567の透過軸の方向を一致させることによって、下偏光板567による光550の吸収をできるだけ抑えて、下偏光板567を透過する光量を増加させることができる。これにより、効率良く液晶表示パネル560を照明することができ、液晶表示装置の明るさが向上する。
［実施の形態19］
次に、本発明に係る実施の形態19について図32を用いて説明する。図32は、本例の液晶表示装置を示す断面図である。尚、本例と上記実施の形態18との相違点は、光拡散手段としての光拡散フィルムを配設した点にある。
本例の液晶表示装置は、図33に示すように、液晶表示パネル660の上層領域に光拡散手段としての光拡散フィルム670が配設されている。
通常、プリズムアレイ640で偏向された光は、液晶表示パネル660をほぼ垂直に透過するので、観察者は液晶表示パネル660に垂直に近い方向からしか表示を見ることができない。これに対し、本例では、光拡散フィルム670を配設することで、液晶表示パネル660を透過した光を拡散させ、観察者の表示が見える角度（視角）を広げることができる。
尚、偏光変換素子の構成は、本例の構成に限定されるものではなく、偏光変換素子に導光体側から入射する光のうち特定の偏光成分だけが反射され、導光板表面に形成された全反射膜で反射した後、再び偏光変換素子に入射する時に、偏光変換素子を透過できる偏光成分に変換されている構成であり、かつ、偏光変換素子を出射する光は振動方向がそろった直線偏光になるように変換されている構成であれば良い。
［実施の形態20］
次に、本発明に係る実施の形態20について図33〜図36を用いて説明する。
上述の実施例の液晶表示装置を用いて構成される電子機器は、図33に示す表示情報出力源1000、表示情報処理回路1002、表示駆動回路1004、液晶パネルなどの表示パネル1006、クロック発生回路1008及び電源回路1010を含んで構成される。表示情報出力源1000は、ROM、RAMなどのメモリ、テレビ信号を同調して出力する同調回路などを含んで構成され、クロック発生回路1008からのクロックに基づいて、ビデオ信号などの表示情報を出力する。表示情報処理回路1002は、クロック発生回路1008からのクロックに基づいて表示情報を処理して出力する。この表示情報処理回路1002は、例えば増幅・極性反転回路、相展開回路、ローテーション回路、ガンマ補正回路あるいはクランプ回路等を含むことができる。表示駆動回路1004は、走査側駆動回路及びデータ側駆動回路を含んで構成され、液晶パネル1006を表示駆動する。電源回路1010は、上述の各回路に電力を供給する。
このような構成の電子機器として、図34に示すマルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（PC）及びエンジニアリング・ワークステーション（EWS）、図35に示すページャ、あるいは携帯電話、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルを備えた装置などを挙げることができる。
図34に示すパーソナルコンピュータ1200は、キーボード1202を備えた本体部1204と、液晶表示画面1206とを有する。
図35に示すページャ1300は、金属製フレーム1302内に、液晶表示基板1304、バックライト1306aを備えたライトガイド1306を含む照明装置1305、回路基板1308、第1,第２のシールド板1310,1312、２つの弾性導電体1314,1316、及びフィルムキャリアテープ1318を有する。２つの弾性導電体1314,1316及びフィルムキャリアテープ1318は、液晶表示基板1304と回路基板1308とを接続するものである。
ここで、液晶表示基板1304は、２枚の透明基板1304a,1304bの間に液晶を封入したもので、これにより少なくともドットマトリクス型の液晶表示パネルが構成される。一方の透明基板に、図33に示す駆動回路1004、あるいはこれに加えて表示情報処理回路1002を形成することができる。液晶表示基板1304に搭載されない回路は、液晶表示基板の外付け回路とされ、図35の場合には回路基板1308に搭載できる。
図35はページャ構成を示すものであるから、液晶表示基板1304以外に回路基板1308が必要となるが、電子機器用の一部品として液晶表示装置が使用される場合であって、透明基板に表示駆動回路などが搭載される場合には、その液晶表示装置の最小単位は液晶表示基板1304である。あるいは、液晶表示基板1304を筺体としての金属フレーム1302に固定したものを、電子機器用の一部品である液晶表示装置として使用することもできる。さらに、バックライト式の場合には、金属製フレーム1302内に、液晶表示基板1304と、バックライト1306aを備えたライトガイド1306とを組み込んで、液晶表示装置を構成することができる。これらに代えて、図36に示すように、液晶表示基板1304を構成する２枚の透明基板1304a,1304bの一方に、金属の導電膜が形成されたポリイミドテープ1322にICチップ1324を実装したTCP（Tape Carrier Package）1320を接続して、電子機器用の一部品である液晶表示装置として使用することもできる。
尚、本発明に係る装置と方法はそのいくつかの特定の実施の形態に従って説明してきたが、当業者は本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく本発明の本文に記述した実施の形態に対して種々の変形が可能である。
例えば、本発明は上述の各種の液晶パネルの駆動に適用されるものに限らず、エレクトロルミネッセンス、プラズマディスプレー装置にも適用可能である。

Claims (29)

1. 被照明体の背面に配置された導光手段と、この導光手段の側方に配置された少なくとも１つの発光手段と、を有し、前記少なくとも一つの発光手段からの光を前記被照明体の背面から前記被照明体に向け案内して照明する照明装置において、
   前記導光手段は、
   前記少なくとも一つの発光手段と対向する少なくとも一つの入光面と、前記被照明体に面する出光面と、該出光面に対向する平坦面と、を有する導光本体と、
   前記導光本体の前記出光面より突出する複数の凸部と、
   を有し、
   前記凸部は、前記出光面に対して平行な突出端面を有 し、
   前記導光本体の前記出光面と、前記凸部の前記発光手段 側の側面とに、外部からの光及び前記導光本体内にて伝 播される光を反射する全反射層をそれぞれ設けたことを特徴とする照明装置。
2. 請求項１において、
   前記凸部は、前記出光面に対して垂直な側面を有することを特徴とする照明装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記凸部は、前記導光本体と異なる屈折率を有することを特徴とする照明装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
   前記凸部の突出端面の幅と前記凸部の高さとの比は、一対一であることを特徴とする照明装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、
   前記凸部は、断面台形形状にて形成され、
   前記凸部の側面は、前記出光面と直交する面に対して10度以下の範囲で傾きを持つことを特徴とする照明装置。
6. 請求項２又は３において、
   前記凸部の突出端面の幅は、10μｍ以上50μｍ以下であることを特徴とする照明装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
   前記凸部の突出端面に、前記全反射層をさらに設けたことを特徴とする照明装置。
8. 請求項１〜請求項７のいずれかにおいて、
   前記入光面を除く前記導光本体の周面に、前記全反射層をさらに設けたことを特徴とする照明装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかにおいて、
   前記全反射層は、金属薄膜で構成されることを特徴とする照明装置。
10. 請求項８において、
    前記導光本体の周面に設けられる前記全反射層は、前記導光本体側に反射面を向けた状態で被覆されるミラーシートで構成されることを特徴とする照明装置。
11. 請求項１〜請求項10のいずれかにおいて、
    前記凸部は、前記出光面上に格子状に形成されることを特徴とする照明装置。
12. 請求項１〜請求項10のいずれかにおいて、
    前記凸部の単位長さ当たりの数は、前記発光手段に近い領域では疎に形成され、前記発光手段から遠くになるに従い密に形成されることを特徴とする照明装置。
13. 請求項１〜請求項10のいずれかにおいて、
    前記各凸部の縦断面積が、前記発光手段より遠ざかるに従い大きく形成されることを特徴とする照明装置。
14. 請求項１〜請求項13のいずれかにおいて、
    前記導光手段からの出射光の光軸を、前記被照明体に垂直な方向に変換する光軸変換手段をさらに有することを特徴とする照明装置。
15. 請求項14において、
    前記発光手段は、前記導光手段の前記入光面に沿って棒状に形成され、
    前記光軸変換手段は、前記出光面に対して頂角を向け、かつ、前記発光手段と平行な状態で配置される単位プリズムが複数列設されたプリズムアレイを有することを特徴とする照明装置。
16. 請求項15において、
    前記プリズムアレイは、断面三角形に形成され、前記頂角が50〜70゜であることを特徴とする照明装置。
17. 請求項15において、
    各前記単位プリズムは、前記頂角を挟んで配置される第１の面と第２の面とを有し、
    前記入射光が入射される前記第１の面は、法線の異なる複数の面に分割されることを特徴とする照明装置。
18. 請求項17において、
    前記プリズムアレイの第１の面は、前記出光面と直交する面に対して２０度の傾斜角度にて形成された面を含み、
    前記プリズムアレイの第２の面は、前記出光面と直交する面に対して３０度の傾斜角度にて形成されることを特徴とする照明装置。
19. 請求項14において、
    前記光軸変換手段は、前記出光面に対して平行に配設された回折格子構造から成ることを特徴とする照明装置。
20. 請求項19において、
    前記光軸変換手段は、感光材中に記録されたホログラム素子であることを特徴とする照明装置。
21. 請求項19において、
    前記光軸変換手段は、前記回折格子構造が断面鋸歯形状を有するブレーズドグレーティングであることを特徴とする照明装置。
22. 請求項14〜請求項21のいずれかに記載の照明装置において、
    前記被照明体と前記光軸変換手段との間に配設され、前記光軸変換手段からの出射光に含まれるランダムな偏光成分を振動方向の揃った直線偏光に変換する偏光変換手段をさらに有することを特徴とする照明装置。
23. 請求項14〜請求項21のいずれかに記載の照明装置において、
    前記被照明体と前記光軸変換手段との間に配設され、前記光軸変換手段からの出射光に含まれるランダムな偏光成分を振動方向の揃った直線偏光に変換する偏光変換手段をさらに有し、
    前記偏光変換手段は、
    前記プリズムアレイ上に配設されるコレステリック液晶層と、
    前記コレステリック液晶層の上に積層される1/4波長層と、
    を有することを特徴とする照明装置。
24. 請求項１〜請求項21のいずれかに記載の照明装置において、
    前記被照明体と前記導光手段の間に、前記導光手段からの出射光を拡散する光拡散手段が配設されることを特徴とする照明装置。
25. 請求項１〜請求項23のいずれかに記載の照明装置を有する液晶表示装置であって、
    前記被照明体は、液晶表示パネルからなることを特徴とする液晶表示装置。
26. 請求項25において、
    前記導光本体の前記出光面と反対側の裏面に、前記導光本体中に伝播される光を反射する全反射ミラーシートを配設したことを特徴とする液晶表示装置。
27. 請求項26に記載の液晶表示装置であって、
    前記液晶表示パネルの表示面側に、前記出射光を拡散する光拡散手段を配設したことを特徴とする液晶表示装置。
28. 請求項１〜請求項24のいずれかに記載の照明装置と、
    前記照明装置からの光が入射される液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルの表示面側に配設され、該表示面側から出射する出射光を拡散する光拡散手段と、
    を有することを特徴とする液晶表示装置。
29. 請求項25〜請求項28のいずれかに記載の液晶表示装置を有する電子機器。

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