JP2005259365A - 面状光発生装置、画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の点光源から出力される光に基づいて均一な面状光を出力する面状光発生装置を実現する。
【解決手段】面状発生装置１は、外部に設けられた点光源５ａ〜５ｄからの光を入力するための光入力窓２ａ〜２ｄと、入力した光を散乱させる散乱領域４を備えた導光部材３とを有する。光入力窓２ａ〜２ｄは、点光源５ａ〜５ｄからの入力光について、自由空間における光強度分布パターンがＣ_4Vの対称性を有するよう必要に応じて光進行方向等を調整する機能を有し、散乱領域４上には、Ｃ_4Vの対称性を有するよう光散乱部材が配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、点光源から供給される光に基づいて面状光を出力する面状光発生装置および面状光発生装置を利用した画像表示装置に関する。

ＣＲＴディスプレイにおいて進歩の遅かったディスプレイの高解像度化は、液晶をはじめとする新たな技術の導入と共に飛躍的な進歩を遂げようとしている。すなわち、液晶材料を用いた画像表示装置は微細加工を施すことによりＣＲＴディスプレイに比べて高精細な画像を表示することが可能である。

液晶を用いた画像表示装置は、液晶分子の配向性が印加電界に応じて変化することを利用しており、具体的には、液晶分子を含有する液晶層を備え、かかる液晶層に対して表示画像に応じた電界を印加することによって光透過率を変化させ、光透過率の分布状態に応じた濃淡を画面上に表示している。従って、液晶を用いた画像表示装置においては、画像表示を行うためには液晶層に対して光を入射する機構が必要となり、通常は、液晶を用いた画像表示装置は、いわゆるバックライトと称される面状光発生機構を備えた構成を有する。

かかる面状光発生機構の例として、蛍光管等の線状光発生機構を利用した構成に加え、近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の点光源を用いたものが提案されている。ＬＥＤは、低消費電力で駆動し、高輝度の発光が可能である等の利点を有することから、ＬＥＤ等の点光源を利用した面状光発生機構を備えることにより、低消費電力等の利点を有する画像表示装置を実現することが可能となる。

図１０は、点光源を用いた従来の面状光発生機構の構成を示す模式図である。図１０に示すように、点光源を用いた従来の面状光発生機構は、複数の点光源１０１と、点光源１０１からの光を入力し、面状光に変換して出力する導光体１０２とを備える。導光体１０２は、面状光出射方向（図１０において、紙面と垂直方向）から見て長方形状の形状を有すると共に、長方形の頂点に対応した位置に入射窓を有する。点光源１０１は、導光体に備わる入射窓を介して光を入射するよう配置されている。また、複数の点光源１０１は、出力する光の指向方向が導光体１０２の中心に向かうよう配置されている。（例えば、特許文献１参照。）

特開平１１−１３３４２５号公報（第１図）

しかしながら、図１０に示す面状光発生機構は、実際に作製した場合に面状光を出力することが困難であるという問題を有する。すなわち、特許文献１に記載された導光体１０２は、面状光出射方向に対して垂直方向に入力された放射光に基づいて面状光を出力する機能を有する必要があるが、かかる機能を実現する具体的構成については特許文献１に何ら開示されておらず、図１０に示された技術事項のみでは面状光を出力することは困難である。

また、点光源を複数備えた面状光発生機構の場合には、導光体の構造を従来の蛍光管等の線状光発生機構を用いたものと同様とすることは妥当ではない。点光源より出力される光は、進行するに従って放射状に拡散する特性を有し、ほぼ一様な平面光として出力される線状光とは著しく異なるためである。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の点光源から出力される光を用いて強度が均一な面状光を出力する面状光発生装置を実現することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項１にかかる面状光発生装置は、放射状に光を発する複数の点光源からの入力光を、光散乱手段によって散乱させることによって面状光を生成する面状光発生装置であって、複数の前記点光源に対応して形成された複数の光入力窓と、前記光入力窓を介して入力される複数の前記点光源からの入力光の自由空間における強度分布パターンの対称性と、前記光散乱手段の配置パターンの対称性とが一致するよう前記光散乱手段が配置された光散乱領域を有する導光手段とを備えたことを特徴とする。

この請求項１の発明によれば、入力光の自由空間における強度分布パターンの対称性と、光散乱部材の配置パターンの対称性とが一致するよう光散乱部材を配置することとしたため、複数の点光源からの放射光を入力光として用いたにもかかわらず、均一な面状光を出力することが可能である。

また、請求項２にかかる面状光発生装置は、上記の発明において、前記光散乱領域は、前記面状光の出射方向と垂直な断面の形状が矩形状となるよう形成され、前記光入力窓は、前記矩形の頂点に対応した位置に形成されることを特徴とする。

また、請求項３にかかる面状光発生装置は、上記の発明において、前記入力光の自由空間における強度分布パターンは、前記光散乱領域内の基準点に対して２回対称であり、前記光散乱手段は、前記基準点に対して２回対称となるよう配置されることを特徴とする。

また、請求項４にかかる面状光発生装置は、上記の発明において、前記入力光の自由空間における強度分布パターンは、Ｃ_2Vの対称性を有し、前記光散乱手段は、前記光散乱領域上にＣ_2Vの対称性を有するよう配置されることを特徴とする。

また、請求項５にかかる面状光発生装置は、上記の発明において、前記光散乱領域は、面状光の出射方向と垂直な断面形状が正方形状となるよう形成され、前記入力光は、前記正方形の各頂点に対応して形成された前記光入力窓を介して入力され、前記入力光の自由空間における強度分布パターンは、Ｃ_4Vの対称性を有し、前記光散乱手段は、前記光散乱領域上にＣ_4Vの対称性を有するよう配置されることを特徴とする。

また、請求項６にかかる面状光発生装置は、上記の発明において、前記光入力窓は、前記点光源からの入力光の自由空間における強度分布パターンの調整機能を有することを特徴とする。

また、請求項７にかかる画像表示装置は、表示画素に対応した画素回路が形成されたアレイ基板と、前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に封入された液晶層と、複数の点光源と、前記点光源に対応して形成された光入力窓と、前記光入力窓を介して入力される複数の前記点光源からの入力光の自由空間における強度分布パターンの対称性と、前記入力光を散乱する光散乱部材の配置パターンの対称性とが一致するよう前記光散乱手段が配置された光散乱領域を有する導光手段とを有する面状光発生手段とを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる面状光発生装置は、入力光の自由空間における強度分布パターンの対称性と、光散乱部材の配置パターンの対称性とが一致するよう光散乱部材を配置することとしたため、複数の点光源からの放射光を入力光として用いたにもかかわらず、均一な面状光を出力できるという効果を奏する。

また、本発明にかかる画像表示装置は、面状光発生手段として、入力光を生成する複数の点光源と、点光源からの入力光の自由空間における強度分布パターンの対称性と等しい対称性を有するよう配置された光散乱部材とを備えたものを用いることとしているため、点光源を用いたにもかかわらず均一な面状光を出力することが可能であり、かかる面状光を用いて画像表示を行うことから、画面全体に渡って均一な輝度の画像表示を行うことができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる画像表示装置を実施するための最良の形態（以下、単に「実施の形態」と称する）について図面を参照しつつ説明を行う。なお、図面は模式的なものであって現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる面状光発生装置について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる面状光発生装置の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施の形態１にかかる面状光発生装置１は、面状光出射方向（図１において、紙面に対して垂直方向）と垂直方向に関する導光部材３の断面形状がほぼ正方形となるよう形成されている。また、実施の形態１にかかる面状光発生装置１は、上記正方形の頂点に対応した領域に外部からの光を入力するための光入力窓２ａ〜２ｄと、導光部材３の内部において、外部から入力された光を散乱するための光散乱領域４とを備える。

光入力窓２ａ〜２ｄは、外部に配置された点光源５ａ〜５ｄから出力される放射光を面状光発生装置１内部に入力するためのものである。また、光入力窓２ａ〜２ｄは、点光源５ａ〜５ｄから出力される放射光について、自由空間における光強度分布パターンを補正する機能も有する。具体的には、光入力窓２ａ〜２ｄは、対応する点光源５ａ〜５ｄのすべてから出力される放射光の強度分布パターンが、自由空間内を進行する際に、シェーン・フリース記号におけるＣ_4Vの対称性を有するよう、光の進行方向等を適宜補正する機能を有する。かかる機能は、例えば、点光源５ａ〜５ｄの光出力特性に合わせて光入力窓２ａ〜２ｄの形状、屈折率等を適宜調整することによって実現される。具体的には、光入力窓２ａ〜２ｄは、例えば、点光源５ａ〜５ｄのそれぞれから出力される放射光について、光散乱領域４の中心点に向かう方向に中心軸を有し、かかる中心軸に対して互いにほぼ等しい対称性を有するよう補正する機能を有する。

なお、「自由空間」とは、光の進行方向を変化させる光散乱要素等が存在しない空間をいい、理想的には、真空空間のことをいう。すなわち、「自由空間内を進行する際にＣ_4Vの対称性を有する」とは、光散乱領域上に後述する光散乱部材１０等が一切存在しない場合に、点光源５ａ〜５ｄから導光部材３に入力される光の導光部材３内における強度分布パターンがＣ_4Vの対称性を有することを意味している。また、「放射光」とは、光源から複数の方向に進行する成分を含む光をいい、あらゆる角度に均等に放射される光以外の光も含む概念である。さらに、「点光源」とは、放射光を出力する光源全般を指す概念である。

光散乱領域４は、光入力窓２ａ〜２ｄを介して点光源５ａ〜５ｄより入力された放射光を散乱させることによって、面状光を生成するためのものである。具体的には、後述する光散乱部材１０が所定のパターンに従って配列された構成を有し、光散乱部材１０によって散乱された光が、図１の紙面と垂直方向に面状に出力される構成を有する。なお、光散乱部材１０の具体的形状や、配置パターン等については、後に詳細に説明するのでここでは省略する。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図２に示すように、面状光発生装置１は、底面に光散乱領域４を備え、直方体状の形状を有する導光部材３と、導光部材３の側面のうち光入力窓２ａ〜２ｄが形成された領域以外の領域または導光部材３の底面領域を介して入力光が外部に漏れ出すことを防止するための反射部材７とを備える。なお、図２に示す構成では導光部材３と反射部材７とを別個独立に形成する構造としたが、例えば導光部材３の底面および側面に対して所定の処理を行うことによって光反射機能を備えさせること等によって、導光部材３と反射部材７とを一体的に形成することとしても良い。また、点光源５ａ〜５ｄは、図２に示すように（図２に示す部材は点光源５ｄだが、点光源５ａ〜５ｃも同様とする）、内部にＬＥＤ８を備え、ＬＥＤ８から出力される放射光を面状光発生装置１に対して入力する構成を有する。

次に、光散乱領域４に所定のパターンに従って配置される光散乱部材について説明する。光散乱部材は、特許請求の範囲における光散乱手段の一例として機能するものであり、点光源５ａ〜５ｄから入力された放射光を散乱する機能を有する。図３−１〜図３−３は、光散乱部材１０ａ〜１０ｃの立体構造を示す模式図である。図３−１に示すように、光散乱部材１０ａは直方体形状を有し、図３−２に示すように、光散乱部材１０ｂはテーパー形状を有し、図３−３に示すように、光散乱部材１０ｃは円柱形状を有する。本実施の形態１にかかる面状光発生装置１において、光散乱領域４に配置する光散乱部材としては、光散乱部材１０ａ〜１０ｃのいずれを用いることとしても良く、また、光散乱部材１０ａ〜１０ｃの中から２以上の形状のものを混在させた構成としても良い。このため、以下では光散乱部材１０ａ〜１０ｃのうちで任意の光散乱機能を有する部材を「光散乱部材１０」と称する。

図４は、光散乱領域４上に図３−１〜図３−３に示した光散乱部材１０を配置するパターンの一例について示す模式図である。なお、図４における黒点は、光散乱の強弱を反映しており、具体的には、黒点の大小によって光散乱部材１０の配置密度の程度または光散乱部材１０の大小関係を表している。すなわち、黒点の大きさが大きい領域では、光散乱部材１０が密に配置されているか、個々の光散乱部材１０の大きさが他と比べて大きいものを用いていることを意味している。

図４からも明らかなように、本実施の形態１では、光散乱部材１０は、シェーン・フリース記号におけるＣ_4Vの対称性を有するよう配置されている。上述したように、本実施の形態１にかかる面状光発生装置１は、光入力窓２ａ〜２ｄを介して外部より入力される光の自由空間における強度分布パターンがＣ_4Vとなるよう構成されており、光散乱領域４における光散乱部材１０の配置パターンは、かかる光強度分布パターンに一致するよう構成されている。

また、図４にも示すように、本実施の形態１では、光散乱領域４における光散乱部材１０の配置パターンについて、上記した対称性を維持しつつ、光入力窓２ａ〜２ｄから離隔するに従って、光散乱部材１０の配置密度を増加させた構成を有する。既に述べたように、本実施の形態１にかかる面状光発生装置は、外部から入力される光を放射光としたために、入力光は、光入力窓２ａ〜２ｄのそれぞれを介して入力された後に徐々に拡散することによって光強度が低下する特性を有する。このため、本実施の形態１にかかる面状光発生装置では、光入力窓２ａ〜２ｄから離隔するに従って光散乱の発生程度高める構成を採用し、散乱強度の均一性を高めることとしている。

ここで、本実施の形態１における「対称性」について定義する。本実施の形態１では、対称性の有無は、例えば回転対称について、以下に示す式によって判断される。光散乱領域４の中心点を原点とし、原点からの距離をｒ、原点を通る任意の基準線との間の角度をθとして、光散乱部材１０の配置密度関数ρ（r,θ）は、

で定義される。（１）式において、Num（r_p, P）は、基準点Ｐ（＝光散乱領域４の中心点）を中心とした光散乱領域４の周縁と内接する円の半径ｒ_mより小さな値ｒ_pを半径とした円内に存在する散乱点の数（≒光散乱部材１０の数または大きさ）である。なお、密度関数ρ（r,θ）は、厳密には散乱点に関する密度関数であるが、本実施の形態では、光散乱部材１０の数密度または存在密度と等価のものとして以下の議論を展開する。

そして、（１）式で定義した密度関数ρ(r,θ)を用いて、

が定義される。（２）式に示すＺ（θ）について、理想的には、

を満たす場合にθｓ（≠０）の回転対称性を有することとなる。本実施の形態１では、「対称性」とは、（３）式に示す場合よりも広い概念であって、具体的には、

と定義するＴ（θ_s）に関して、Ｔ（θ_s）が極大となるθ_s（０ではない最小の数）について対称性を有するものとする。例えば、本実施の形態１では、θｓ＝９０°でＴ（θｓ）が極大となる場合には、４回対称（９０°の回転対称性、すなわちＣ₄の対称性）を有していることとし、θｓ＝１８０°でＴ（θｓ）が極大となる場合には、２回対称（１８０°の回転対称性、すなわちＣ₂の対称性）を有することとしている。

なお、回転対称の場合以外の対称性、例えば軸対称に関しても同様に定義することが可能である。例えば軸対称の場合には、（１）式〜（４）式における変数θ、ｒを適当な変数に変換することによって、ほぼ同様に対称性を定義することが可能である。なお、軸対称等についても、本実施の形態１では（３）式に対応する理想的な場合のみならず、（４）式に対応する相関関係において極大値を有する場合についても対称であるものとして扱う。

次に、本実施の形態１にかかる面状光発生装置１の利点について説明する。図５−１は、図４に示した光散乱部材１０の配置パターンを有する面状光発生装置から出力される面状光の強度分布について数値計算を行った結果を示すグラフである。すなわち、図４は、面状光発生装置の光出力面を多数の格子点に分割し、各格子点から出力される光強度の分布を示すグラフである。また、図５−２は、図５−１と同様の測定条件の下、従来構造の面状光発生装置における面状光の強度分布について数値計算を行った結果を示すグラフである。なお、従来構造の面状光発生装置は、光散乱領域において、光散乱部材の配置パターンについて、特に対称性を意識することなく一様に配置している。また、図５−１および図５−２に示すグラフにおいて、横軸は光強度を示し、縦軸は格子点の数を表すものとする。

図５−１に示すグラフより明らかなように、本実施の形態１にかかる面状光発生装置から出力される面状光の強度分布は、ある強度において格子点の数が極大となり、大部分の格子点がかかる強度近傍の強度を有するよう分布している。このことは、面状光発生装置における光出力面の大部分の格子点がほぼ等しい光強度を有することを示しており、換言すれば、光出力面の大部分においてほぼ均等な光が出力されていることを意味している。すなわち、本実施の形態１にかかる面状光発生装置１は、均一な強度の面状光を出力していることが図５−１のグラフから明らかである。一方、図５−２に示すように、従来の面状光発生装置は、あらゆる強度に渡ってほぼ一様に格子点数が分布している。従って、従来の面状光発生装置では、光出力面から様々な強度の面状光を出力していることとなり、均一な強度の面状光を出力することが困難である。

本実施の形態１にかかる面状光発生装置と、従来の面状光発生装置との相違点は、上記したように光散乱部材の配置パターンに見いだすことが可能である。すなわち、従来の面状光発生装置は光散乱部材の配置パターンが有意な対称性を有さない一方で、本実施の形態１にかかる面状光発生装置１は、入力光の自由空間における強度分布パターンの対称性と一致する対称性を有するよう光散乱部材１０を配置している。従って、本実施の形態１にかかる面状光発生装置は、光散乱部材１０を、自由空間における入力光の強度分布パターンの対称性と一致する対称性を有するよう配置することによって、光出力面全体に渡って均一な強度の面状光を出力することが可能であるものと考えられる。

（変形例１）
次に、実施の形態１にかかる面状光発生装置の変形例１について説明する。図６は、本変形例１にかかる面状光発生装置の構造を示す平面図である。本変形例１にかかる面状光発生装置１１は、図６に示すように、光散乱領域の形状が長方形状となるよう形成されている。また、かかる長方形の頂点に対応する領域に光入力窓１２ａ〜１２ｄが形成され、光入力窓１２ａ〜１２ｄを介して外部に配置された点光源５ａ〜５ｄから放射光が入力される。また、光入力窓１２ａ〜１２ｄは、光入力窓１２ａ〜１２ｄを介してそれぞれ入力される光について、自由空間における光強度分布がシェーン・フリース記号におけるＣ_2Vの対称となるよう適宜補正する所定の補正機能を有する。具体的には、例えば、光入力窓１２ａ〜１２ｄは、点光源５ａ〜５ｄのそれぞれについて、光入力窓１２ａ〜１２ｄを介して入力される光が、光散乱領域１４の中心点に向かう方向を軸として、それぞれ同様の対称性を有するよう光強度分布を補正する機能を有する。また、本変形例１にかかる面状光発生装置１１は、実施の形態１と同様に内部の底面上に光散乱領域１４を備え、光散乱領域１４上に多数の光散乱部材１０が配置された構造を有する。

本変形例１では、光散乱部材１０は、実施の形態の場合と同様に、入力光の自由空間における強度分布パターンと同様の対称性を有するよう配置される。すなわち、本変形例１にかかる面状光発生装置１１では、光散乱部材１０は、配置パターンがシェーン・フリース記号におけるＣ_2Vの対称を有するよう配置されている。かかる構成を有することによって、本変形例１にかかる面状光発生装置１１は、実施の形態１と同様に、均一な面状光を出力することが可能である。

（変形例２）
次に、実施の形態１にかかる面状光発生装置の変形例２について説明する。図７は、本変形例２にかかる面状光発生装置の構成を示す平面図である。本変形例２にかかる面状光発生装置は、図７に示すように、面状光発生装置１５に備わる光散乱領域１８の形状が長方形状であると共に、かかる長方形の頂点に対応した位置に光入力窓１６ａ〜１６ｄが形成されている点に関して変形例１と同様の構成を有する。一方で、本変形例２では、光入力窓１６ａ〜１６ｄの構造および点光源５ａ〜５ｄの配置態様が変形例１と異なる構成を有する。

具体的には、図７にも示すように、点光源５ａ〜５ｄから出力され、光入力窓１６ａ〜１６ｄを通過した光の中心軸が、光散乱領域１８の中心点に対して時計回り方向に角度θだけシフトした状態となるよう光入力窓１６ａ〜１６ｄの構造および点光源５ａ〜５ｄの配置態様が工夫されている。従って、本変形例２にかかる面状光発生装置においては、光入力窓１６ａ〜１６ｄを介して入力される放射光の自由空間における強度分布は、全体としてＣ_2Vの対称性を有さず、単に２回対称（１８０°の回転対称性、すなわちＣ₂の対称性）を有することとなる。

本変形例２の場合のように、入力光の自由空間における強度分布が２回対称となる場合でも、均一な面状光を出力することが可能である。すなわち、光散乱領域１８において、光散乱部材１０を入力光の対称性に適合するよう配置することによって、具体的には光散乱部材１０が光散乱領域１８の中心点に対して２回対称となるよう配置することによって、均一な面状光を出力することが可能である。

（変形例３）
次に、実施の形態１にかかる面状光発生装置の変形例３について説明する。図８は、変形例３にかかる面状光発生装置の全体構成を示す平面図である。図８に示すように、本変形例３にかかる面状光発生装置１９は、光散乱領域２０が正方形状の形状を有する点で実施の形態１と同様の構造を有する一方、光入力窓が正方形の頂点に対応した領域のみならず、各辺の中点に対応した領域にも設けられている点で実施の形態１と相違する。

すなわち、本変形例３にかかる面状光発生装置１９は、正方形の頂点に対応した領域に設けられた光入力窓２ａ〜２ｄに加え、正方形の各辺の中点に対応した領域に光入力窓２ｅ〜２ｈが形成された構造を有する。そして、かかる光入力窓２ｅ〜２ｈを介して点光源５ｅ〜５ｈからの放射光が入力される構成を有する。また、光入力窓２ｅ〜２ｈは、必要に応じて、点光源５ｅ〜５ｈからの放射光の強度分布が自由空間においてＣ_4Vの対称性を有するよう光進行方向等を補正するよう構成されている。

本変形例３に示すように、矩形状の光散乱領域を有する面状光発生装置において、矩形の頂点に対応した領域以外から光が入力される構成を採用した場合にも、実施の形態１と同様に均一な強度の面状光を出力することが可能である。すなわち、入力光の自由空間における強度分布の対称性と適合する対称性を有するよう光散乱部材１０を配置することによって、均一な強度の面状光を出力することが可能である。具体的には、図８に示す構成において、光散乱領域２０上にＣ_4Vの対称性を有するように光散乱部材１０を配置することによって、均一な強度の面状光を出力することが可能である。

このことは、特にＬＥＤ等の点光源からの光に基づいて面状光を生成する面状光発生装置において特に有効である。すなわち、ＬＥＤ等の点光源は、蛍光管等の線光源と比較して光強度が弱い傾向を有することから、頂点に対応した領域を介してのみ点光源からの光を入力する構成とした場合には、面状光出力面の面積の増加につれて光量が足りなくなるおそれがある。しかしながら、本変形例３で示したように、頂点以外の領域を介して点光源からの光を入力する構成を採用した場合であっても光散乱部材の配置パターンの対称性を考慮することで、均一な面状光を出力可能となる。従って、本変形例３にかかる面状光発生装置は、点光源からの光を用いて面状光を生成する面状光発生装置の大型化を実現できるという利点も有することとなる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる画像表示装置について説明する。本実施の形態２にかかる画像表示装置は、実施の形態１にかかる面状光発生装置をバックライトとして使用した構成を有する。

図９は、本実施の形態にかかる画像表示装置の全体構成を示す模式図である。なお、図９では、アレイ基板２１が他の構成要素と分離した状態で表示されているが、これはアレイ基板２１の表面構造の理解を容易にするために便宜的に表示したものであって、実際の画像表示装置では、アレイ基板２１と、配向膜２５ａとは密着した構造を有する。

本実施の形態２にかかる画像表示装置は、図９に示すように、所定の回路構造が形成されたアレイ基板２１と、アレイ基板２１に対向して配置された対向基板２２と、アレイ基板２１と対向基板２２との間に封入される液晶層２３とを備える。より詳細には、アレイ基板２１上には配向膜２５ａ、対向基板２２の下面には配向膜２５ｂが形成され、配向膜２５ａ、２５ｂは液晶層２３と直接接する構成となっている。また、アレイ基板２１の外面および対向基板２２の外面上に偏光板２６ａ、２６ｂがそれぞれ配置されている。また、アレイ基板２１の下部には、アレイ基板２１に対して面状光を出力するバックライト３２が配置されている。

アレイ基板２１および対向基板２２は、それぞれ光透過性に優れた透明プラスチック基板または無アルカリガラス等を母材として形成され、表面が平坦性に優れた構造を有する。また、図示を省略したが、カラー表示を行う画像表示装置の場合、対向基板の内面上または外面上にＲ、Ｇ、Ｂに対応した光透過特性を有するカラーフィルタを配置した構成を採用するのが通常である。

液晶層２３は、配向性を有する液晶分子を主成分として形成されている。液晶層２３に含まれる液晶分子としては、一般に液晶を用いた画像表示装置に利用可能な液晶分子であれば良く、液晶分子について特に限定する必要はない。

配向膜２５ａ、２５ｂは、液晶層２３に含まれる液晶分子の配向方向を規定するためのものである。具体的には、配向膜２５ａ、２５ｂは、それぞれ液晶層２３と接する表面に異方性を持たせた構造を有し、かかる異方性構造に従って配向膜２５ａ、２５ｂ近傍の液晶分子の配向方向が規定される。

偏光板２６ａ、２６ｂは、入力光のうち所定方向の偏光成分のみを通過させる透過軸を備えた構造を有する。液晶層２３に含まれる液晶分子の配向方向と、偏光板２６ａ、２６ｂとの間に生じる光学的な相関関係に基づいて、後述する画素回路２７ごとの光透過率が制御されて画像表示が行われている。

次に、アレイ基板２１上に形成された回路構造について説明する。図９に示すように、アレイ基板２１上には、表示画素に対応した複数の画素回路２７が行列状に配置されている。また、画素回路２７によって形成される行列の列方向に延伸し、画素回路２７に対して所定の走査信号を供給する複数の走査線２８と、画素回路２７によって形成される行列の行方向に延伸し、画素回路２７に対して表示階調に応じた表示信号を供給する複数の信号線２９と、画素回路２７を選択するための走査信号を生成する走査線駆動回路３０と、表示信号を生成する信号線駆動回路３１とを備える。画素回路２７内には表示階調に応じた電荷を蓄積する画素電極（図示省略）が配置され、走査線２８および信号線２９の電位を適宜変化させることによって、画素電極に電荷が蓄積される構成を有する。

バックライト３２は、液晶層２３に対して面状光を出力するためのものである。液晶層２３は、アレイ基板２１上に、表示画素に対応して形成された画素回路２７に備わる画素電極によって表示階調に応じた電界を印加され、液晶層２３に含まれる液晶分子の配向性が変化する。かかる液晶分子の配向性の変化と、偏光板２６ａ、２６ｂの機能とによって、液晶層２３の光透過率は表示階調に応じた値となる。そして、かかる状態の液晶層２３に対してバックライト３２が面状光を出力することによって、液晶層２３を通過した光は表示画像に応じた濃淡を有し、画像表示が行われる。

本実施の形態２にかかる画像表示装置では、バックライト３２として実施の形態１にかかる面状光発生装置を用いることとしている。すでに説明したように、実施の形態１にかかる面状光発生装置は、点光源を入力光として用いつつ、均一な面状光を出力する構成を有する。従って、本実施の形態２にかかる画像表示装置は、低消費電力かつ高耐久性という点光源の利点を享受しつつ、均一な画像表示が可能であるという利点を有する。

実施の形態１にかかる面状光発生装置の全体構成を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 光散乱部材の形状を示す立体図である。 光散乱部材の形状を示す立体図である。 光散乱部材の形状を示す立体図である。 光散乱領域における光散乱部材の配置パターンを示す模式図である。 実施の形態１にかかる面状光発生装置より出力される光の強度分布を示す模式的なグラフである。 従来構造の面状光発生装置より出力される光の強度分布を示す模式的なグラフである。 変形例１にかかる面状光発生装置の構成を示す平面図である。 変形例２にかかる面状光発生装置の構成を示す平面図である。 変形例３にかかる面状光発生装置の構成を示す平面図である。 実施の形態２にかかる画像表示装置の全体構成を示す模式図である。 従来の面状光発生装置の構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 面状光発生装置
２ａ〜２ｈ 光入力窓
３ 導光部材
４ 光散乱領域
５ａ〜５ｈ 点光源
７ 反射部材
１０ａ〜１０ｃ 光散乱部材
１１ 面状光発生装置
１２ａ〜１２ｄ 光入力窓
１３ 導光部材
１４ 光散乱領域
１５ 面状光発生装置
１６ａ〜１６ｄ 光入力窓
１８ 光散乱領域
１９ 面状光発生装置
２０ 光散乱領域
２１ アレイ基板
２２ 対向基板
２３ 液晶層
２５ａ、２５ｂ 配向膜
２６ａ、２６ｂ 偏光板
２７ 画素回路
２８ 走査線
２９ 信号線
３０ 走査線駆動回路
３１ 信号線駆動回路
３２ バックライト
１０１ 点光源
１０２ 導光体

Claims (7)

1. 放射状に光を発する複数の点光源からの入力光を、光散乱手段によって散乱させることによって面状光を生成する面状光発生装置であって、
   複数の前記点光源に対応して形成された複数の光入力窓と、
   前記光入力窓を介して入力される複数の前記点光源からの入力光の自由空間における強度分布パターンの対称性と、前記光散乱手段の配置パターンの対称性とが一致するよう前記光散乱手段が配置された光散乱領域を有する導光手段と、
   を備えたことを特徴とする面状光発生装置。
2. 前記光散乱領域は、前記面状光の出射方向と垂直な断面の形状が矩形状となるよう形成され、
   前記光入力窓は、前記矩形の頂点に対応した位置に形成されることを特徴とする請求項１に記載の面状光発生装置。
3. 前記入力光の自由空間における強度分布パターンは、前記光散乱領域内の基準点に対して２回対称であり、
   前記光散乱手段は、前記基準点に対して２回対称となるよう配置されることを特徴とする請求項２に記載の面状光発生装置。
4. 前記入力光の自由空間における強度分布パターンは、Ｃ_2Vの対称性を有し、
   前記光散乱手段は、前記光散乱領域上にＣ_2Vの対称性を有するよう配置されることを特徴とする請求項２に記載の面状光発生装置。
5. 前記光散乱領域は、面状光の出射方向と垂直な断面形状が正方形状となるよう形成され、
   前記入力光は、前記正方形の各頂点に対応して形成された前記光入力窓を介して入力され、前記入力光の自由空間における強度分布パターンは、Ｃ_4Vの対称性を有し、
   前記光散乱手段は、前記光散乱領域上にＣ_4Vの対称性を有するよう配置されることを特徴とする請求項２に記載の面状光発生装置。
6. 前記光入力窓は、前記点光源からの入力光の自由空間における強度分布パターンの調整機能を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の面状光発生装置。
7. 表示画素に対応した画素回路が形成されたアレイ基板と、
   前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、
   前記アレイ基板と前記対向基板との間に封入された液晶層と、
   複数の点光源と、前記点光源に対応して形成された光入力窓と、前記光入力窓を介して入力される複数の前記点光源からの入力光の自由空間における強度分布パターンの対称性と、前記入力光を散乱する光散乱部材の配置パターンの対称性とが一致するよう前記光散乱手段が配置された光散乱領域を有する導光手段とを有する面状光発生手段と、
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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