JP2002278470A - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輝度が高く均一で、出射光の指向性に優れた
面光源装置を実現し、それを用いて視角依存性を改善し
た液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 面光源装置３０は、複数の放物面３１を
設けた基板３６と、それぞれの放物面３１によって規定
される空間内にそれぞれ配置された複数の光源３２と、
光源３２上に設けられた遮光層３３と、放物面３１上に
形成された反射手段３４とを備える。遮光層３３は、光
源３２の開口部３５に面した表面上に形成される。これ
により、光源３２から開口部３５の方向に発せられる光
を遮ることができ、面光源装置３０の指向性を高めるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、面光源装置と、液
晶表示素子を用いた液晶表示装置に関し、軽量、薄型、
高輝度、低消費電力を実現した面光源装置と、これを用
いて視角依存性を制御した液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置が誕生して以来、その視角
依存性改善に関する開発が行われてきたが、画面の大型
化に伴い、その動きが益々さかんになってきている。

【０００３】視角依存性とは、例えば、ある角度以上の
方向から液晶表示装置を観察したときに本来黒色で表示
されるべきものが白っぽく見えたり、階調が反転したり
することで、コントラストの低下、あるいはコントラス
トの反転が生じ、観察者が表示画像を正確に読み取れな
い状態を言う。

【０００４】視角依存性が生じる理由は様々あるが、お
もに、液晶分子の捩じれ（螺旋の向きやラビング方向に
よって決まる液晶分子の螺旋開始位置）に起因するもの
や、液晶分子の屈折率異方性（光の進行方向に対するリ
タデーションの相違）、偏光板の偏光特性（光振動方向
の選択性良否）に起因するもの、及び、面光源に起因す
るものが挙げられる。

【０００５】特開平２−１１８５１８号公報には、バッ
クライトにフレネルレンズや散乱手段を配置すること
で、指向性の高い入射光を液晶表示素子に入射させ、観
測者側に配置した光拡散手段で視角依存性を改善する液
晶表示装置が記載されている。

【０００６】これは、液晶表示素子を光が通過する際に
コントラストの良い正面方向の光のみを通過させ、光拡
散手段にて拡散することで、視角の改善を図ろうとする
ものである。光拡散手段として、レンズアレイシートを
使用した構成も知られている。

【０００７】一方、バックライトとしては、光源に冷陰
極管や熱陰極管を用い、光源を導光体（例えば、アクリ
ルなどの射出成形物に白色塗料を印刷したもの）の側面
に配置して光源からの入射光を面発光に変換するサイド
ライト型の面光源装置や、複数の光源の背後に拡散手段
を配置して光源からの光を面発光に変換する直下型面光
源装置が知られている。

【０００８】サイドライト型の面光源装置は、少ない数
の光源で均一な強度を有する面発光が得られるため、低
消費電力化が図れる点と容易に薄型化が図れる点で優れ
ているが、画面の大型化に伴い、輝度の低下が生じる。
このため、導光体を厚くすることで入射光量を増加する
という手段を講じなければならず、導光体の体積増加に
伴う重量の増加、厚みの増加といった問題が生じ、薄
型、軽量という利点が損なわれてしまう。

【０００９】これに対して、直下型面光源装置は、導光
体を配置する必要がない点、および複数の光源を用いて
照明を行うために消費電力はサイドライト型より高くな
るものの画面が大型化になっても面輝度が高い点で優れ
ている。例えば、照明の輝度や表示面での均一性を高め
ることを目的として、特開平８−１３６９２３号公報で
は、光源の背後にテーパを設けた反射板を配置し、光源
の観測者側に拡散部材を配置したバックライトの構成が
開示されている。また特開平１０−１０４６２２号公報
には、光源の背後に波状の反射面を形成するとともに、
光源の観察者側に空間を設けて拡散手段を配置した構成
を有する面光源装置が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来技
術には、以下に記載の課題があった。

【００１１】特開平２−１１８５１８号公報に記載の面
光源装置は、反射鏡と、その前面に配置された冷陰極管
と、反射板によって反射した出射光を拡散する拡散板と
から構成される。

【００１２】ここで、冷陰極管は反射板の開口部の延び
る方向に有限の値を持つ点光源と考えられ、点光源より
発した光は、反射鏡により反射されて平行光に近い状態
で出射される。しかしながら、点光源より観察者側に直
接向かう光（反射板にて反射されない光）は、拡散光と
して出射されるため、面光源装置としての光の指向性は
著しく低下することが推測される。面光源装置の出射側
に拡散板を配置した構造も開示されているが、指向性に
関して最適化されていないため、指向性の低下を導き、
液晶表示装置として視角依存性の改善効果が得られない
という課題を有している。

【００１３】また、特開平８−１３６９２３号公報、特
開平１０−１０４６２２号公報に記載された面光源装置
では、光源から直接出射する拡散光が液晶表示素子に入
射するため、指向性を有した出射光を得ることができ
ず、光拡散手段としてレンズアレイシートと組み合わせ
て液晶表示装置を作成しても、視角依存性の改善効果が
得られない。

【００１４】特に、多人数で見ることを前提とした画面
サイズの大きい液晶表示装置を実現しようとした場合に
は、画面サイズの小さい液晶表示装置よりも改善された
視角依存性が要求される。これはたとえ大画面の液晶表
示装置が画面サイズの小さい液晶表示装置と同じ視角特
性を有していても、画面サイズを大きくすると特性が悪
く見えてしまうためである。

【００１５】バックライトの指向性は平行度が高いほど
液晶表示装置のコントラストが向上することが期待され
る。ただし、バックライトからの出射光の正面（０°）
方向の輝度が同じ場合、拡散手段を設置すると、平行度
の向上に伴い観察者が観察する出射光の正面方向の輝度
低下が生じる。

【００１６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、高輝度化、薄型、軽量化を図ると共
に、輝度が高く均一で、出射光の指向性に優れた面光源
装置を実現し、さらにその面状発光装置を液晶表示装置
のバックライトとして使用することで、視角依存性を改
善した液晶表示装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の面光源装置は、
所定の方向に延びるように配置されている複数の光源
と、前記複数の光源が延びている方向に対して実質的に
平行に延びるように形成された複数の開口部を有する放
物面からなる反射手段とを備えており、前記複数の光源
のそれぞれは、前記放物面の対応する開口部と対向する
側に配置された遮光手段を有する。

【００１８】好ましくは、前記遮光手段は、前記複数の
光源が延びている方向に実質的に垂直な面において、前
記複数の光源のそれぞれの中心と前記放物面の対応する
開口部の一方の端部とを結ぶ直線と、前記複数の光源の
それぞれの中心と前記放物面の対応する開口部の他方の
端部とを結ぶ直線とによって挟まれた光源上の領域に形
成されている。また、前記遮光手段は反射材料から形成
されており、前記複数の光源のそれぞれから前記開口部
に向けて発せられた光を前記放物面側に反射してもよ
い。

【００１９】或いは、本発明の面光源装置は、所定の方
向に延びている複数の光源と、前記複数の光源が延びて
いる方向に対して実質的に平行に延びるように形成され
た複数の開口部を有する放物面からなる反射手段と、前
記反射手段の前記複数の開口部側に配置されており、所
定の角度で入射した光を散乱させる異方性散乱フィルム
とを備えている。

【００２０】好ましくは、前記異方性散乱フィルムは、
前記所定の角度で入射した光を前記放物面の前記開口部
が延びている方向に対して実質的に垂直な方向に散乱す
る。

【００２１】本発明の液晶表示装置は、上記本発明の面
光源装置と、前記面光源装置の前面に配置された液晶表
示素子とを備えている液晶表示装置であって、前記複数
の光源が延びている方向、および前記放物面の開口部が
形成されている方向は前記液晶表示素子の画面の水平方
向に実質的に平行であり、前記異方性散乱フィルムは、
前記面光源装置から出射された光を前記画面の法線方向
に散乱するように配置されている。

【００２２】本発明の液晶表示装置は、上記本発明の面
光源装置と、対向配置された一対の透明基板と、前記透
明基板間に挟持された液晶層と、前記透明基板の内側に
形成された電極と、前記透明基板の外側に設けられた一
対の偏光手段とを有する液晶表示素子とを備える。

【００２３】本発明の液晶表示装置は、上記本発明の面
光源装置と、前記面光源装置の前面に配置された液晶表
示素子であって、対向配置された一対の透明基板と、前
記透明基板間に挟持された液晶層と、前記透明基板の内
側に形成された電極とを有する液晶表示素子と、前記液
晶表示素子の前面に配置された光拡散手段とを備えてい
る。

【００２４】前記光拡散手段は、所定の方向に延びるよ
うに配置された複数のレンズからなってもよい。好まし
くは、前記光拡散手段の前記レンズの延びる方向は、前
記面光源装置の前記放物面の開口部が形成されている方
向と実質的に平行である。

【００２５】本発明の液晶表示装置は、複数の光源、お
よび前記複数の光源が配置された方向に対して、ほぼ平
行に形成された複数の開口部を有する放物面からなる反
射手段を備えた面光源装置と、一対の透明基板および前
記透明基板間に挟持された液晶層を有する液晶表示素子
と、前記液晶表示素子の観察者側に配置された光拡散手
段であって、複数の所定の方向に延びているレンズを有
する光拡散手段とを備えている液晶表示装置であって、
前記面光源装置の前記放物面の前記開口部が延びている
方向と、前記光拡散手段の前記レンズが延びている方向
とが実質的に平行である。

【００２６】好ましくは、前記面光源装置の前記放物面
の前記開口部が延びている方向は前記液晶表示素子の画
面水平方向と実質的に平行である。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の面光源装置および液晶表
示装置の説明に先立ち、まず、図１２を参照しながら、
本明細書において用いている「指向性のよい」という表
現を、バックライトの指向性、光拡散手段としてレンズ
シートを液晶表示素子の観察者側に配置した従来の液晶
表示装置の明るさ、正面コントラストの観点から説明す
る。

【００２８】図１２（ａ）は、３つの面光源装置の出射
角度に対する輝度の変化を示す。ここでは、輝度とし
て、正面の輝度を１としたときの相対輝度を示してい
る。また、各測定において、正面輝度が等しくなるよう
に面光源装置の出力を調整した。図において実線Ａは、
後述する従来のサイドライト型面光源装置の出射角特性
を示す。また、実線ＢおよびＣは、指向角がそれぞれ１
５°と５°の面光源装置の出射角特性を示す。ここで、
「指向角（または指向性角度）」とは、本明細書におい
ては、輝度が正面輝度の約半分となる角度を表すものと
定義する。

【００２９】また、レンズシートを観察者側に配置した
液晶表示素子と面光源装置とを組み合わせた液晶表示装
置の輝度特性およびコントラスト特性を図１２（ｂ）お
よび（ｃ）にそれぞれ示す。

【００３０】図１２（ｃ）より明らかなように、液晶表
示装置のコントラスト特性は、面光源装置の指向角が小
さいほど良好であることがわかる。すなわち液晶表示装
置のコントラスト特性は、面光源装置の指向性を向上す
ることで改善できる。本願発明者は、通常、透過型液晶
表示装置では、視認性の観点から、コントラストが１５
０以上必要であることを確認している。これと同程度の
コントラストを、レンズシートを液晶表示素子の観察者
側に配置した構成の液晶表示装置で実現するためには、
図１２（ｃ）から面光源装置の指向角は２６°以下が好
ましいと推測される。

【００３１】これに対して、輝度特性は、図１２（ｂ）
からわかるように指向角が小さくなるほど低下する。す
なわち、輝度特性は、面光源装置の正面輝度が等しい場
合、指向性の向上に伴い、低下する。例えば指向性を指
向角５°程度まで向上させた場合、液晶表示装置の正面
輝度は、従来の構成の液晶表示装置の正面輝度（図１２
（ｂ）中の×）の約半分まで低下する。従来と同等の輝
度を得るためには、面光源装置の出射輝度を２倍程度ま
で向上させる必要があり、これ以上指向性を強くするこ
とは、面光源装置への負担が大きくなる。このため、指
向角は５°以上が好ましいと推測される。

【００３２】以下、本発明の面光源装置、および液晶表
示装置を図面を参照しながら説明する。

【００３３】（実施の形態１）図１〜図７を参照しなが
ら、本発明の第１の実施の形態を説明する。

【００３４】図１は、本発明の実施の形態１における液
晶表示装置の構成を示す断面図である。

【００３５】図１において、液晶表示装置は、面光源１
１、液晶表示素子１０、および光拡散手段であるマイク
ロレンズシート１５から構成される。

【００３６】本実施の形態で用いた液晶表示素子１０
は、一対の透明ガラス基板であるアクティブマトリクス
基板１３ａおよび対向基板１３ｂ、およびシール剤によ
って接着された両基板の間に封止された液晶層１４を有
しており、アクティブマトリクス基板１３ａの液晶層１
４側の表面にはマトリクス状に薄膜トランジスタ（以
下、ＴＦＴと称する）および透明画素電極が形成されて
おり、対向基板１３ｂの液晶層１４側の表面には透明電
極およびカラーフィルタが形成されている。なお、カラ
ーフィルタは、アクティブマトリクス基板１３ｂ上に形
成するようにしてもよい。また、本実施の形態では、液
晶層１４として、ツイスト角が９０度のツイステッドネ
マティック液晶（以下、ＴＮ液晶と称する）を使用し
た。さらに、アクティブマトリクス基板１３ａ、対向基
板１３ｂの液晶層１４とは反対側には、一対の偏光板１
２ａ、１２ｂがそれぞれ配置されている。

【００３７】本実施形態では、その画面サイズが対角２
０インチ（縦：３０４．８ｍｍ 横：４０６．４ｍ
ｍ）、ストライプ配列で水平画素数６４０（Ｒ、Ｇ、
Ｂ）×垂直画素数４８０の液晶表示素子を用いた。

【００３８】次に、図２を用いて光拡散手段であるレン
ズシートの詳細を説明する。

【００３９】レンズシート２０は、その表面においてカ
マボコ状の複数のレンズ２１が形成されたレンチキュラ
ーレンズシートであり、本実施形態では、液晶表示装置
の画面水平方向における広視野角化を図るために、各レ
ンズの延びている方向が液晶表示素子の画面水平方向に
対して実質的に平行になるようにレンチキュラーレンズ
シートを配置している。

【００４０】このようなレンズシートレンズシート２０
は公知の方法によって作製することができるが、本実施
形態では、凹形状が繰り返し形成された金型上に日本合
成ゴム（株）社製の紫外線硬化樹脂（Ｚ９００１ 屈折
率ｎ＝１．５９）を滴下し、１．０Ｊ／ｃｍ²の紫外線
を照射することによって基材２３上にレンズとして機能
する凸部形状を転写した。このとき、レンズシート２０
の基材２３には、日本合成ゴム（株）社製のアートンフ
ィルムを用いた。このようにして、本実施形態では、レ
ンズのピッチＰ１が０．０５ｍｍ、レンズの高さｈが
０．０１５ｍｍであるレンズシートを作製した。

【００４１】また、レンズシート２０の表面には必要に
応じて、レンズシート２０の表面反射を防止する目的で
遮光層２２を形成してもよい。本実施形態では、レンズ
シート２０のレンズ凸部側の表面全面に黒色顔料を分散
した有機材料をスピンコート法により塗布し、塗布され
た有機材料を１．５Ｊ／ｃｍ²の紫外線照射により硬化
させて遮光層２０を作製した。遮光層２２の膜厚は、最
終的なレンズシート２０の透過率等を考慮して設定され
るが、本実施形態では遮光層２２形成後のレンズシート
２０の全光線透過率が７０％となるように、遮光層２２
の膜厚をほぼ０．００５ｍｍとした。なお本願発明者ら
の実験によれば、レンズシート２０の全光線透過率は、
高いほど液晶表示装置の輝度を上げることができるが、
５０％以上であれば液晶表示装置の輝度低下は問題にな
らない程度であった。

【００４２】次に、本実施形態で用いた面光源装置に関
して、図３を用いて説明する。

【００４３】図３（ａ）は、面光源装置３０を正面から
見た図、および断面図である。図３(ａ)に示すように、
面光源装置４０は、所定の方向に互いに平行に延びてい
る複数の冷陰極管３２、冷陰極管３２のそれぞれに形成
された遮光層３３、複数の放物面３１を有する基板３
６、および放物面３１上に形成された反射層３４により
構成される。

【００４４】放物面３１は公知の方法によって作製され
得るが、本実施形態では、開口部３５の幅を３８．２ｍ
ｍ（±ｘが１９．１ｍｍ）、放物面の最下点Ａから開口
部３５までの高さｈがｈ＝ｘ²／２８ｍｍ、すなわち、
高さｈが１３ｍｍになるように基板３６上に切削加工に
より形成した。基板３６としては、例えばアクリル板を
用いることができる。また放物面３１は、各放物面３１
が互いに平行に、かつ液晶表示素子の画面横方向に対し
て実質的に平行になるように繰り返し形成した。放物面
３１の個数は、画面縦方向の長さを十分カバーできるよ
うに画面縦方向の長さを考慮して決定されるが、本実施
形態では上述した液晶表示素子のサイズを考慮して８個
とした。このようにして形成した複数の放物面３１のそ
れぞれの上に、図３(ａ)に示すように銀メッキ処理を施
すことで反射面３４を形成した。

【００４５】以上のようにして作製された放物面３１に
よって規定される空間のそれぞれの内部に、光源である
冷陰極管を１つずつ配置する。本実施形態では、光源３
２に管径がΦ２．６ｍｍ、有効発光長さが４１０ｍｍの
冷陰極管を用い、図３（ｂ）に示すように物面の最下点
Ａから法線方向に７ｍｍの距離に配置した。この放物面
３１の最下点Ａから冷陰極管３２までの距離は、放物面
３１の焦点距離ｆに相当する。

【００４６】なお、このとき、放物面３１によって規定
される空間内に配置される光源３２は、管径が小さく、
その表面（光出射面）が放物面の焦点の近傍に位置する
ほど、平行度の良い（指向性を有した）出射光を得るこ
とができる。ただし、光源の表面が焦点距離ｆより±５
ｍｍ以内に配置されておれば、±５°以内の範囲に集中
する出射光を得ることができた。

【００４７】光源３２上の開口部３５側（観察者側）の
表面、より具体的には、図３（ｂ）に示すように、断面
において光源３２の中心と放物面３１の開口部３５の各
端部とを結ぶ線分で規定される円弧上の部分に、遮光層
３３を形成する。遮光層３３の形成は公知のいかなる方
法によっても行うことができるが、本実施形態ではこの
円弧の長さが３．２ｍｍとなるように印刷法を用いて遮
光層３３を形成した。このように、遮光層３３を配置す
ることによって、光源３２から開口部３５に向けて発せ
られる光が開口部３５から直接面光源装置３０外に出射
するのを防ぐことができ、その結果、面光源装置３０の
出射光の指向性を高めることができる。

【００４８】なお遮光層３２は、本実施の形態に限定さ
れず、例えば光源３２上にＡｌやＡｇ等の金属膜を形成
してもよい。この場合には、光源３２より直接出射する
拡散光を遮光できると共に、前方へ出射する光を放物面
側に反射でき、光の利用効率を向上することができる。

【００４９】以上の構成で得られた、面光源装置の出射
光特性を図４にて説明する。また、比較のために、従来
の面光源装置の出射特性を併せて記載する。

【００５０】なお、ここで比較に用いた従来の面光源装
置としては、図７に示すように、光源７５（冷陰極管を
片側に４灯、合計８本）、リフレクター７６、拡散反射
シート７１、シルク印刷７２ａが形成された導光体７
２、光の出射方向に配置された拡散シート７３、および
ＢＥＦフィルム７４（３Ｍ株式会社製）により構成され
るサイドライト型の面光源装置７０を用いた。

【００５１】図４において実線で示すグラフ（実施例
１）より明らかであるように、本実施形態における面光
源装置は、指向角がほぼ±５°となるように光を集光で
き、指向性を有する出射光を得ることができた。

【００５２】次に、上述したようにして作製した本実施
の形態における面光源装置を液晶表示素子と組み合わせ
た液晶表示装置の視角に関して、図５を用いて説明す
る。なお、図１４（ａ）に示すように、放物面の延びて
いる方向および光源が延びている方向、ならびにレンズ
シートの各レンズが延びている方向が第１の方向と平行
になるように（すなわち、各レンズが配列されている方
向が第２の方向になるように）面光源装置およびレンズ
シートを配置した。

【００５３】図５（ａ）は、画面上下方向（図１４
（ａ）中の第２の方向）における液晶表示装置の輝度特
性を示す。図５において、実施例１として示す太実線
は、図１を参照して説明した本実施の形態におけるレン
ズシートが配置されている液晶表示素子に図３に示す面
光源装置を組み合わせた場合の液晶表示装置の輝度特性
を示す。また、その他の実施例として示す実線は、ＴＮ
型液晶表示素子（レンズシートが配置されていない液晶
表示素子）に図３に示す面光源装置を組み合わせた場合
の液晶表示装置の輝度特性を示す。また、比較のため
に、従来例として、従来のサイドライト型面光源装置
（図７参照）とＴＮ液晶表示素子（レンズシートが配置
されていない液晶表示素子）とを組み合わせた場合の液
晶表示装置の輝度特性を、破線で示す。なお、図５
（ａ）において、各構成の輝度特性は、それぞれの正面
方向輝度によって規格化されている。

【００５４】また、図５（ｂ）は、画面上下方向（レン
ズアレイが形成された方向）における液晶表示装置の視
角特性（画面観察角度とコントラストの関係）を示す。

【００５５】図５（ｂ）においても同様に、太実線（実
施例１）は、本実施形態における液晶表示装置の視角特
性を示し、実線（その他の実施例）は、その他の実施例
として、ＴＮ型液晶表示素子（レンズシートが配置され
ていない液晶表示素子）に図３に示す面光源装置を組み
合わせた場合の液晶表示装置の視角特性を示す。また、
破線（従来例）は、図７に示す従来のサイドライト型面
光源装置を用いた従来の液晶表示装置の視角特性を示
す。

【００５６】なお、上記の測定は、図６に示すように、
液晶表示装置に電圧信号を印加することで、白・黒表示
を行い、画面上下方向（ｙ―ｚ平面）に輝度計６４（ト
プコン株式会社製 ＢＭ−５Ａ）を回転させた時の画面
輝度を測定することにより求めた。

【００５７】図５（ａ）を参照すると、本実施形態にお
ける液晶表示装置では、従来の液晶表示装置に比べ、視
角に対する輝度の変化が少なく、また、正面（０°）の
輝度で規格化すると広い視角範囲にわたって相対輝度の
値が高いことがわかる。また、図５（ｂ）を参照する
と、本実施形態における液晶表示装置では、従来の液晶
表示装置に比べ、コントラストの変化感が少なく、視角
に対するコントラストの値が高いことがわかる。これら
のことから、本実施の形態によると、視角に対する変化
感の少ない画像を提供でき、視角範囲の広い液晶表示装
置を実現することができる。

【００５８】また、その他の実施例においては、図５
（ａ）および（ｂ）からわかるように、従来の構成の液
晶表示装置に比較して、輝度特性、コントラスト特性共
に、視角に対して制限のある液晶表示装置を提供でき
る。すなわち、レンズシートを共に用いない液晶表示素
子に図３の面光源装置を組み合わせた構成によると、観
察者以外の人が斜め方向から画像を観察することが防止
でき、視角範囲を制限した液晶表示装置を提供すること
ができる。

【００５９】以上説明したように、本実施の形態による
と、複数の放物面のそれぞれによって規定される空間内
に光源を配置した面光源装置において、空間の開口部に
面する光源の表面上に遮光手段を設けることによって、
開口部から直接面光源装置の外部に出射される拡散光
（漏れ光）を遮ることができ、それにより、指向性のよ
い、明るい照明手段を提供することができる。

【００６０】また、このように構成された面光源装置と
液晶表示素子とを組み合わせることにより、正面方向の
輝度が高く、コントラストがよく、さらに視角を制限す
る液晶表示装置を提供することができる。さらにこの液
晶表示装置において、光拡散手段としてのレンズシート
を液晶表示素子の前面（観察者側）に配置することによ
って、視角範囲の広い、液晶表示装置を提供することが
できる。

【００６１】なお、本実施形態では、光拡散手段として
カマボコ状の複数のレンズが配列されたレンチキュラー
レンズシートを用いたが、レンズの形状はこれには限定
されない。レンズの形状は、視角を広げたい方向に応じ
て選択することが好ましい。例えば、全方位方向で視角
を広げたい場合には、円形のレンズが複数個形成された
マイクロレンズシートを用いることができるし、左右方
向の視角を広げたい場合には、画面縦方向と平行にレン
ズシートを配置することができる。

【００６２】また、光源の数、これに対応する放物面の
数や、光源と放物面の配置関係は、本実施形態に限定さ
れる訳ではなく、画面サイズに応じて適宜選択すること
が好ましい。

【００６３】また、放物面の作製方法も本実施形態に限
定される訳ではなく、金型成型を用いて透明樹脂に形成
してもよいし、金属板を直接曲げて加工してもよい。

【００６４】また、本実施形態では光源上の開口部に面
する表面上に遮光層を形成したが、遮光層は、開口部か
ら直接面光源装置の外部に出射する光を遮ることができ
ればどのように形成してもよい。例えば、透明アクリル
板に遮光手段を別途形成し、光源上に配置してもよい。

【００６５】（実施の形態２）次に、図８〜図１１を参
照しながら、本発明の第２の実施形態による面光源装置
および液晶表示装置を説明する。

【００６６】本実施の形態では、面光源装置の構成を除
く他の構成は、上記実施の形態１と同様であるので、詳
細な説明を省略する。

【００６７】図８は、本実施の形態による液晶表示装置
の構成を示す断面図である。

【００６８】図８において、液晶表示装置は、面光源８
１、液晶表示素子８０、および光拡散手段としてのレン
ズシート８５から構成される。液晶表示素子８０は、上
記実施形態１で説明した液晶表示素子と同様、シール剤
で接着された一対の透明基板８３ａ、８３ｂ、両基板間
に挟持された液晶層８４、および透明基板８３ａ、８３
ｂの液晶層８４とは反対側に配置された一対の偏光板８
２ａ、８２ｂを有している。本実施形態においても、レ
ンズシート８５として、カマボコ状の互いに平行に配置
された複数のレンズからなるレンチキュラーレンズシー
トを用い、これを上下方向の視角を広げる目的で、各レ
ンズの延びている方向が画面横方向と実質的に平行にな
るように配置した。

【００６９】次に、図９を参照しながら、本実施形態に
おける面光源装置を説明する。面光源装置９０は、複数
の冷陰極管９２、複数の放物面９１を有するアクリル板
９６、放物面９１上に形成された反射層９４、および放
物面９１の開口部９５に配置された異方性散乱フィルム
９７により構成される。

【００７０】本実施形態では、光源９２上に遮光手段を
配置する代わりに、放物面９１の開口部９５に異方性散
乱フィルム９７を配置した点が上記実施の形態１とは異
なる。

【００７１】図１３を参照しながら、異方性散乱フィル
ム９７について説明する。本実施形態で用いる異方性散
乱フィルム９７は、所定の入射角で入射する光を散乱さ
せ、それ以外の角度で入射する光を透過するフィルムで
ある。より具体的には、本実施の形態では、放物面が延
びている方向と垂直な方向に、異方性散乱板の散乱する
方向を一致させる。これは次の理由による。放物面の延
びている方向に対して垂直な方向（図１３（ｃ）では画
面上下方向）には、放物面により、出射光が制御され、
指向性の高い状態となって、面に対して浅い角度で入射
する光は少ない。ところが、放物面の形成された方向
（図１３（ｃ）では画面左右方向）については、放物面
により出射光が制御されないので、面に対し浅い角度で
入射する光が多く存在する。このような光をそのまま液
晶表示素子に入射させても、ほとんどが表面反射で反射
されてしまい、表示に利用することができない。そこ
で、本実施形態では、異方性散乱フィルムを画面左右方
向から入射する光のみを面法線方向に散乱させるように
配置することで、表面反射を少なくし、光の利用効率を
向上させる。

【００７２】本実施の形態では、住友化学株式会社製の
ＮＦＹ−５５９０を２枚用い、図１３に示すように、異
方性散乱フィルムの面法線方向（図中一点鎖線）に対
し、±５５°から±９０°の方向より入射した光ａおよ
びｂを散乱させ、それ以外の方向から入射した光は、透
過させるように配置した。

【００７３】さらに、異方性散乱フィルムの散乱方向を
画面の左右方向と一致させ、これらのフィルムを互いに
対して対称に配置した。このように異方性散乱フィルム
を配置することにより、光源９２から発した光のうち、
浅い入射角度（異方性散乱フィルムの面法線方向に対し
て５５°以上）で異方性散乱フィルムに入射する光を正
面方向に拡散することができる。したがって、明るい出
射光を得ることができる。また斜め方向より面光源装置
を観察した場合にも、光源の像をぼかすことができ、均
一な照明光を得ることができる。

【００７４】上記の構成により得られる面光源装置の出
射光特性を図１０において実施例２として示す。なお、
従来例として示した従来の面光源装置は、上記実施形態
1において図７を参照しながら説明したものと同じであ
るため、説明を省略する。

【００７５】図１０より、本実施形態における面光源装
置によっても、指向角がほぼ±８°となるように光を集
光でき、指向性を有する出射光を得ることができた。

【００７６】次に、本実施形態における面光源装置と液
晶表示素子とを組み合わせた液晶表示装置の出射特性に
関して説明する。本実施の形態における液晶表示装置で
は、面光源装置は、図１４（ｂ）に示すように、放物面
が延びている方向、および各光源が延びている方向が第
１の方向となるように配置し、レンズシートもまた、各
レンズが延びている方向が第１の方向となるように配置
した。さらに異方性散乱フィルムは、浅い入射角度（本
実施形態では面法線方向に対して±５５°から±９０
°）で入射した光を第１および第２の方向に対して垂直
な方向に散乱するように配置した。

【００７７】図１５に面光源装置からの出射特性を、図
１６に液晶表示装置内のレンズシートからの出射特性を
示す。図１５および図１６において、太実線は第１の方
向における出射特性、実線は異方性散乱フィルムがない
場合の第２の方向における出射特性、破線は異方性散乱
フィルムがある場合の第２の方向における出射特性を表
している。いずれにおいても、相対輝度として、正面の
輝度で規格化したものを示している。図１５および図１
６から、上述したように異方性散乱フィルムを配置した
面光源装置を用いることによって、輝度の向上した液晶
表示装置が得られることがわかる。

【００７８】また、図１１に、本実施の形態の液晶表示
装置、および従来の面光源装置を用いた液晶表示装置の
輝度特性を示す。

【００７９】図１１（ａ）は、画面上下方向における液
晶表示装置の輝度特性を示す。図１１（ａ）において、
太実線（実施例２）は、本実施の形態における液晶表示
装置、すなわち本実施形態における面光源装置と、図8
に示す観察者側にレンズシートが配置された液晶表示素
子とを組み合わせて得られる液晶表示装置の輝度特性を
示し、破線（従来例）は、従来のサイドライト型面光源
装置と、ＴＮ液晶表示素子（レンズシートが配置されて
いない液晶表示素子）とを組み合わせて得られる従来の
液晶表示装置の輝度特性を示す。

【００８０】また、図１１（ｂ）において、実線は、画
面上下方向における液晶表示装置の視角特性（画面観察
角度とコントラストの関係）を示し、破線は、従来の液
晶表示装置の視角特性を示す。

【００８１】図１１（ａ）、（ｂ）からわかるように、
本実施の形態による液晶表示装置では、従来の液晶表示
装置に比べ、視角に対する輝度の変化が少なく、また、
視角に対する輝度の値が高い液晶表示装置を提供でき
る。また、視角に対するコントラストについても、本実
施の形態による液晶表示装置では、従来の液晶表示装置
に比べ、コントラストの変化感が少なく、視角に対する
コントラストの値が高い液晶表示装置を提供できる。こ
の結果、視角に対する変化感の少ない画像を提供でき、
視角範囲の広い液晶表示装置が提供できる。

【００８２】また、図１１には示していないが、本実施
の形態による面光源装置にレンズシートを配置していな
い液晶表示素子を組み合わせて得られる液晶表示装置に
おいても、上記実施の形態1と同様、輝度特性、コント
ラスト特性共に、視角に対して制限のある液晶表示装置
を提供できる。

【００８３】以上説明したように、本発明の実施の形態
２によると、複数の放物面のそれぞれによって規定され
る空間内に光源を配置した面光源装置において、所定の
方向から入射した光を散乱させる異方性散乱フィルムを
開口部に配置することにより、放物面の開口部から直接
面光源装置の外部に出射する拡散光（漏れ光）を遮るこ
とができ、指向性のよい、明るい照明手段を提供でき
る。また、斜め方向から観察した際の光源の像をぼかす
ことができ、均一性に優れた照明装置を提供することが
できる。

【００８４】また、この面光源装置と液晶表示素子とを
組み合わせて液晶表示装置を構成することにより、正面
方向の輝度が高く、コントラストのよい、視角制限を行
った液晶表示装置を提供できる。さらに、この液晶表示
装置において、液晶表示素子の前面（観察者側）に光拡
散手段としてレンズシートを配置することにより、視角
範囲の広い、液晶表示装置を提供できる。

【００８５】なお、本実施形態では、光拡散手段として
カマボコ状の複数のレンズが互いに平行に配列されたレ
ンチキュラーレンズシートを用いたが、レンズの形状は
これには限定されない。レンズの形状は、視角を広げた
い方向に応じて選択することが好ましい。例えば、全方
位方向で視角を広げたい場合には、円形のレンズが複数
個形成されたマイクロレンズシートを用いることができ
るし、左右方向の視角を広げたい場合には、画面縦方向
と平行にレンズシートを配置することができる。

【００８６】また、光源の数、これに対応する放物面の
数や、光源と放物面の配置関係は、本実施形態に限定さ
れる訳ではなく、画面サイズに応じて適宜選択すること
が好ましい。

【００８７】また、放物面の作製方法も本実施形態に限
定される訳ではなく、金型成型を用いて透明樹脂に形成
してもよいし、金属板を直接曲げて加工してもよい。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の面光源装
置によれば、複数の放物面のそれぞれによって規定され
る空間内に光源のそれぞれを配置し、光源の放物面開口
部側の表面に遮光層を設け、放物面上には反射層を設け
ている。これにより、光源から発した拡散光は、放物面
上の反射層にて反射させることでその指向性を制御する
ことができ、また開口部より直接発する拡散光（漏れ
光）は、遮光層によりその出射を防止できる。したがっ
て、指向性のよい、明るい照明手段を提供することがで
きる。

【００８９】また、光源上で、光源の中心点と放物面の
開口部端面とを結ぶ直線で囲まれる円弧部分に遮光層を
形成することにより、光源からの光を放物面に効率良く
光を入射できると共に、遮光層により効率よく漏れ光を
防止することができる。したがって、指向性のよい、明
るい照明手段を提供することができる。また、遮光層
を、光源から遮光層に入射した光を放物面側に反射する
ような反射材料で形成することにより、さらに効率よく
放物面に光を入射でき、指向性のよい、明るい照明手段
を提供することができる。

【００９０】また、本発明の面光源装置によれば、複数
の放物面のそれぞれによって規定される空間内に複数の
光源のそれぞれを配置し、所定の角度で入射した光を散
乱する異方性散乱フィルムを放物面の開口部に配置して
いる。これにより、開口部から直接発する拡散光（漏れ
光）の方向を異方性散乱フィルムにより、開口部の法線
方向へ集めることができ、より明るく、指向性のよい面
光源装置を提供することができる。また、斜め方向から
面光源装置を観察した場合でも、光源の像をぼかすこと
ができ、均一な照明光を得ることができる。

【００９１】さらに、この面光源装置と、光拡散手段が
観察者側に配置された液晶表示素子とを組み合わせて液
晶表示装置を構成し、異方性散乱フィルムを、放物面が
延びている方向、高原が延びている方向と垂直な方向に
光を散乱するように配置することによって、液晶表示素
子の入射側基板にて反射される角度の浅い拡散光を、異
方性散乱フィルムにより垂直方向（面法線方向）に散乱
することができ、レンズシートに入射する光の利用効率
を向上することができる。

【００９２】また、上述したような指向性の高い面光源
装置を液晶表示素子と組み合わせて用いることにより、
正面方向の輝度が高く、コントラストのよい、視角制御
を行った液晶表示装置を提供できる。これにより、例え
ば、電子機器のディスプレイとして、使用者だけが表示
画面の内容を確認でき、他人からは表示内容が確認でき
ない、視角制限を設けた液晶表示装置を提供することが
できる。

【００９３】また、上述したような指向性の高い面光源
装置と、観察者側に光拡散手段を設けた液晶表示素子と
を組み合わせて液晶表示装置を構成することにより、液
晶表示素子を通過した明るく、コントラストに優れた画
像を、光拡散手段により広げることができ、視角範囲の
広い液晶表示装置を提供することができる。また、光拡
散手段には、複数のレンズが形成されたマイクロレンズ
アレイシートを用いることで、安価で簡便な構成で視角
範囲を広げた液晶表示装置を提供することができる。

【００９４】また、本発明の液晶表示装置によると、複
数の光源、および前記複数の光源が配置された方向に対
して、ほぼ平行に形成された複数の開口部を有する放物
面からなる反射手段を備えた面光源装置と、一対の透明
基板および前記透明基板間に挟持された液晶層を有する
液晶表示素子と、前記液晶表示素子の観察者側に配置さ
れた光拡散手段であって、複数の所定の方向に延びてい
るレンズを有する光拡散手段とを備えており、前記面光
源装置の前記放物面の前記開口部が延びている方向と、
前記光拡散手段の前記レンズが延びている方向とが実質
的に平行である。これにより、放物面より制御された指
向性を有する光の方向とレンズの拡散方向とを一致させ
ることができ、液晶表示装置の視角特性を改善すること
ができる。

【００９５】さらに、指向性を有する光は液晶表示素子
を通過する際に、液晶表示素子のコントラストのよいほ
ぼ正面方向の光のみが通過する。ただしこの状態で液晶
表示素子を観察すると、画像は正面方向からしか観察で
きない。これに対し、レンズの方向と指向性の方向を一
致させることで、コントラストのよい画像をレンズが延
びている方向に垂直な方向に広げることができ、したが
って視角特性のよい液晶表示装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における液晶表示装置
の概略構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態におけるレンズシート
の構成を示す図である。

【図３】本発明の第１の実施形態における面光源装置の
構成を示す図である。

【図４】本発明の第１の実施形態における面光源装置お
よび従来の面光源装置の出射特性を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施形態における液晶表示装置
および従来の液晶表示装置の視角特性を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施形態における視角特性の測
定方法を示す図である。

【図７】従来の面光源装置の構成を示す図である。

【図８】本発明の第２の実施形態における液晶表示装置
の概略構成を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施形態における面光源装置の
構成を示す図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態における面光源装置
および従来の面光源装置の出射特性を示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施形態における液晶表示装
置および従来の液晶表示装置の視角特性を示す図であ
る。

【図１２】面光源装置の指向性、光拡散手段を観察者側
に配置した従来の液晶表示装置の明るさ、正面コントラ
ストを示す図である。

【図１３】本発明の第２の実施形態における異方性散乱
フィルムを説明する図である。

【図１４】本発明の液晶表示装置における面光源装置お
よびレンズシートの配置を示す図である。

【図１５】本発明の第２の実施の形態における面光源装
置の出射特性を示す図である。

【図１６】本発明の第２の実施の形態における液晶表示
装置内のレンズシートからの出射特性を示す図である。

【符号の説明】

１０ 液晶表示素子 １１ 面光源 １２ａ、１２ｂ 偏光板 １３ａ、１３ｂ 基板 １４ 液晶 １５ レンズシート ３０ 面光源装置 ３１ 放物面 ３２ 光源 ３３ 遮光層 ３４ 反射層 ３５ 開口部 ３６ 基板 ８０ 液晶表示素子 ８１ 面光源装置 ８２ａ、８２ｂ 偏光板 ８３ａ、８３ｂ 基板 ８４ 液晶 ８５ レンズシート ９０ 面光源装置 ９１ 放物面 ９２ 光源 ９４ 反射層 ９５ 開口部 ９６ 基板 ９７ 異方性散乱フィルム ５１ａ、５１ｂ セパレータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｇ０２Ｆ 1/13357 Ｆターム(参考） 2H042 AA02 AA15 AA18 AA26 BA09 BA14 BA20 CA00 DA04 DA11 DB08 DC01 DD04 DD06 DE00 2H091 FA31Z FA42Z FD06 FD07 FD12 FD22 LA11 5G435 AA02 AA03 BB12 BB15 EE26 FF03 FF06 FF13 GG24 GG26 HH04

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の方向に延びるように配置されてい
   る複数の光源と、 前記複数の光源が延びている方向に対して実質的に平行
   に延びるように形成された複数の開口部を有する放物面
   からなる反射手段と、を備えている面光源装置であっ
   て、 前記複数の光源のそれぞれは、前記放物面の対応する開
   口部と対向する側に配置された遮光手段を有することを
   特徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】 前記遮光手段は、前記複数の光源が延び
   ている方向に実質的に垂直な面において、前記複数の光
   源のそれぞれの中心と前記放物面の対応する開口部の一
   方の端部とを結ぶ直線と、前記複数の光源のそれぞれの
   中心と前記放物面の対応する開口部の他方の端部とを結
   ぶ直線とによって挟まれた光源上の領域に形成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の面光源装置。
3. 【請求項３】 前記遮光手段は反射材料から形成されて
   おり、前記複数の光源のそれぞれから前記開口部に向け
   て発せられた光を前記放物面側に反射することを特徴と
   する請求項１または２に記載の面光源装置。
4. 【請求項４】 所定の方向に延びている複数の光源と、 前記複数の光源が延びている方向に対して実質的に平行
   に延びるように形成された複数の開口部を有する放物面
   からなる反射手段と、 前記反射手段の前記複数の開口部側に配置されており、
   所定の角度で入射した光を散乱させる異方性散乱フィル
   ムと、を備えている面光源装置。
5. 【請求項５】 前記異方性散乱フィルムは、前記所定の
   角度で入射した光を前記放物面の前記開口部が延びてい
   る方向に対して実質的に垂直な方向に散乱することを特
   徴とする請求項４に記載の面光源装置。
6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の面光源装置
   と、 前記面光源装置の前面に配置された液晶表示素子と、を
   備えている液晶表示装置であって、 前記複数の光源が延びている方向、および前記放物面の
   開口部が形成されている方向は前記液晶表示素子の画面
   の水平方向に実質的に平行であり、前記異方性散乱フィ
   ルムは、前記面光源装置から出射された光を前記画面の
   法線方向に散乱するように配置されていることを特徴と
   する、液晶表示装置。
7. 【請求項７】 前記請求項１から４のいずれか１つに記
   載の面光源装置と、 対向配置された一対の透明基板と、前記透明基板間に挟
   持された液晶層と、前記透明基板の内側に形成された電
   極と、前記透明基板の外側に設けられた一対の偏光手段
   とを有する液晶表示素子とを備えている液晶表示装置。
8. 【請求項８】 前記請求項１から４のいずれか１つに記
   載の面光源装置と、 前記面光源装置の前面に配置された液晶表示素子であっ
   て、対向配置された一対の透明基板と、前記透明基板間
   に挟持された液晶層と、前記透明基板の内側に形成され
   た電極とを有する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の
   前面に配置された光拡散手段と、を備えていることを特
   徴とする液晶表示装置。
9. 【請求項９】 前記光拡散手段は、所定の方向に延びる
   ように配置された複数のレンズからなることを特徴とす
   る請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 【請求項１０】 前記光拡散手段の前記レンズの延びる
    方向は、前記面光源装置の前記放物面の開口部が形成さ
    れている方向と実質的に平行であることを特徴とする、
    請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 【請求項１１】 複数の光源、および前記複数の光源が
    配置された方向に対して、ほぼ平行に形成された複数の
    開口部を有する放物面からなる反射手段を備えた面光源
    装置と、 一対の透明基板および前記透明基板間に挟持された液晶
    層を有する液晶表示素子と、 前記液晶表示素子の観察者側に配置された光拡散手段で
    あって、複数の所定の方向に延びているレンズを有する
    光拡散手段と、を備えている液晶表示装置であって、 前記面光源装置の前記放物面の前記開口部が延びている
    方向と、前記光拡散手段の前記レンズが延びている方向
    とが実質的に平行であることを特徴とする、液晶表示装
    置。
12. 【請求項１２】 前記面光源装置の前記放物面の前記開
    口部が延びている方向は前記液晶表示素子の画面水平方
    向と実質的に平行であることを特徴とする請求項７から
    １１のいずれか１つに記載の液晶表示装置。