JP2006235288A - 表示装置及びそれに用いるバックライト - Google Patents

Abstract

【課題】視野角を制限して覗き見を防止する表示モードと視野角が制限されずに表示を多人数で同時に視認できる表示モードとが自在に容易に切り替えられる表示装置とそれに用いられるバックライトとを提供する。
【解決手段】液晶表示素子１の背面側に、バックライトユニット２が設置され、バックライトユニット２では、導光板２１の光を出射させる前面２１ｂ側に、複数の（λ／２）位相差フィルム２２ｂが透明体２２ａを介在させて等間隔に立設されてなる旋光素子２２が配設され、光入射面とする一端面２１ａに光源ユニット２６が対向配置されており、この光源ユニット２６は、光入射面２１ａに沿って第１光源とする複数の発光ダイオード２４ａと第２光源とする複数の発光ダイオード２４ｂが１個置きに並設され、第１光源の発光ダイオード２４ａの光出射側に偏光板２５を配置してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示の視野角を自在に切り替え可能な表示装置とそれに用いるバックライトに関する。

近年、携帯電話機に代表される携帯情報端末機の普及が進んでいる。この携帯情報端末機は、公衆の面前で使用されることが多いため、他人にディスプレイを覗き見されて表示情報が漏洩し易いという問題点を抱えている。

従来、携帯情報端末機のディスプレイが覗き見されることによる個人情報の漏洩を防止するため、特許文献１に示されるように、ディスプレイ面に光制御フィルムを貼着して視野角を制御する方法が提案されている。この方法によれば、携帯情報端末の操作者以外の者が、ディスプレイに正対する方向以外の上下或いは左右方向からディスプレイを覗き見しても、それらの方向からの光は光制御フィルム面で全反射されるため、正対する操作者以外がディスプレイ面の表示を視認することが困難となり、表示情報が他人に漏洩する虞が無くなる。

しかるに、上述した光制御フィルムによる視野角規制方法の場合、携帯情報端末の表示内容を操作者を含む複数の人数で同時に閲覧できないという欠点がある。したがって、ディスプレイの表示内容を複数の人数で閲覧したい場合は、携帯情報端末機をもち回して表示内容を確認することになり、甚だ面倒である。
特開２００４−１２６３５２号公報

本発明の課題は、表示を視認できる視野角を制限して覗き見を防止する表示モードと視野角が制限されずに表示を多人数で同時に視認できる表示モードとが自在に容易に切り替えられる表示装置とそれに用いられるバックライトとを提供することである。

本発明の表示装置は、表面とは反対側の背面から入射させた光の透過を制御して、前記表面に画像を表示する画像表示素子と、前記画像表示素子の背面側に配置され、前記画像表示素子の背面に向けて光を照射するバックライトとを有し、前記バックライトは、第１光源から前記画像表示素子の背面に至る経路に設けられ、予め定めた視野角範囲に対応した指向性を有する光を導くための第１の光学系と、第２光源から前記画像表示素子の背面に至る前記予め定めた視野角範囲とは異なる視野角範囲に対応する指向性を有する光を導くための第２の光学系とを備え、前記第１光源と前記第２光源とを選択的に点灯可能としたことを特徴とするものである。

また、本発明のバックライトは、第１光源と、前記第１光源からの射出光を実質的な平行光束にする光学素子と、第２光源と、前記第２光源からの射出光を拡散光とする光拡散素子と、透明な板状部材からなり、前記光学素子から出射される前記平行光束と、前記光拡散素子から出射される前記拡散光が前記板状部材の端面から入射され、前記平行光束を偏向させて出射角度が予め定めた角度範囲内に制限された指向性の強い指向性光として前記板状部材の出射面から出射させ、かつ前記拡散板光を偏向させて指向性の弱い拡散光として前記板状部材の前記出射面から出射させる導光部材とを備え、前記第１光源と前記第２光源とを選択的に点灯させることにより、前記指向性光と前記拡散光とを選択して出射可能としたことを特徴とするものである。

本発明の表示装置とそれに用いるバックライトによれば、視野角を制限する表示を行うための光学系と、視野角を制限しない表示を行うための光学系とを、それぞれ、専用の光源を配置して別個に設けたから、表示を視認できる視野角が制限された表示モードと制限されずに広い視野角にわたり表示を視認できる表示モードの切り替えを、個々の専用光源をオン・オフするだけの簡単な操作で迅速且つ容易に行うことができ、その結果、臨機応変に、覗き見による個人情報の漏洩を的確に防止できると共に、表示を複数人数により同時に閲覧することが可能となる。

本発明の表示装置においては、画像表示素子として、一対の透明基板間に液晶を封入してなる液晶表示素子を用いることが好ましく、これにより、視野角が異なる複数の表示モードを自在に切り替えることが可能な表示装置の小型薄型化が促進される。

その場合、液晶表示素子が液晶をその分子が一方の透明基板から他方の透明基板に向けて８０°〜１００°の角度にわたり捩れ配向した状態で封入し、少なくとも背面側透明基板の前記バックライトに対向する外面に偏光板を設置してなるツイステッドネマチック型液晶表示素子であり、且つ、前記バックライトの、前記第１の光学系は、前記第１光源と、前記第１光源からの射出光を直線偏光に偏光させる偏光素子と、この直線偏光を入射角度に応じて選択的に旋光させ前記画像表示素子の背面側偏光板に向けて出射させる旋光素子とからなり、前記第２の光学系は、前記第２光源と、前記第２光源からの射出光を非偏光の状態で前記画像表示素子の背面側偏光板に向けて出射させる導光部材とからなる、構成とすることが好ましく、これにより、視野角が異なる複数の表示モードの切り替えをより鋭敏に行うことができる。

そして、上記旋光素子は、複数の１／２波長位相差板が予め定めた幅の透明部を隔てて厚さ方向に平行に立設されてなる光学フィルムであることが好ましく、これにより、本発明に係わる旋光素子の構成が簡素化される。

本発明のバックライトにおいては、導光部材が、透明な矩形をなす１枚の透明板からなり、端面から光を入射させて一方の主面から面状に光を出射させる導光板であり、前記第１光源が前記導光板の一端面に前記光学素子を介して対向配置され、前記第２光源が前記導光板の他の端面に前記光拡散素子を介して対向配置されている構成とすることが好ましく、これにより、１枚の導光部材内に異なる光源に基づく複数の導光路が形成されるため、バックライトの構成が格段に簡素化される。

また、その場合、前記導光板の出射面とは反対側の後面に対向させ配置した光反射板をさらに備え、前記導光部材は、隣接する２つの端面に光入射面が形成され、一方の端面に前記第１光源が前記光学素子を介して対向配置され、他方の端面に前記第２光源が前記光拡散素子を介して対向配置され、前記導光板の前面には前記隣り合う端面の一方の端面に平行に複数の稜線が等間隔に延在する凹凸面が、前記導光板の後面には複数の稜線が前記前面の稜線と直交する方向に平行に延在する凹凸面が、それぞれ形成されている構成とすることか好ましく、これにより、本バックライトを用いる表示装置が搭載される製品の設計上の制約から第１光源と第２光源を導光板の対向する端面に配置できない場合にも柔軟に適応できるとともに、異なる光源に基づく個々の光路毎に光を全反射させる凹凸面を最適に形成できるために、異なる光源に基づく個々の光路からの照射光による各表示モードにおける輝度等の表示品質を個々に向上させることが可能となる。

さらに、本発のバックライトは、導光部材が、それぞれが端面から光を入射させて一方の主面から面状に光を出射させる透明な矩形板である第１導光板と第２導光板からなり、それぞれの導光板の光出射面とは反対側の主面が、前記入射端面と平行に複数の稜線が等間隔に延在する凹凸面に形成されており、これら第１、第２導光板はそれぞれの光出射面を同一の方向に向けて重畳配置されている構成としてもよく、これにより、第１、第２導光板において光を全反射させるそれぞれの凹凸面を得ようとする出射光の種類に応じて最適に形成できるために、第１、第２各光源によるそれぞれの表示モードにおける表示品質を向上させると共に均一化することが可能となる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態としての液晶表示モジュール全体の主要構成を示す分解斜視図で、図２（ａ）はその模式的断面図、図２（ｂ）は光の透過作用を説明するために一部を分解して示した斜視図である。

本液晶表示モジュールは、大略、液晶表示パネル１と、その背面側に配置されたバックライトユニット２からなる。

液晶表示パネル１は、電極（不図示）が形成された一対のガラス基板１１、１２を、それぞれの電極形成面を対向させて枠状シール材（不図示）により所定の間隙を保って接合し、枠状シール材で囲まれたガラス基板１１、１２間に液晶（不図示）を封入して、構成されている。ガラス基板１１、１２の液晶封入側とは反対側の各外面には、一対の前、後偏光シート１３、１４がそれぞれ貼着されている。

本実施形態の液晶表示パネル１はツイステッドネマチック型液晶表示パネルであり、ネマティック液晶が液晶分子を一方の例えばガラス基板１１から他方のガラス基板１２に向けて９０°±１０°の角度にわたり捩れ配向させてガラス基板１１、１２間に封入されている。したがって、このツイステッドネマチック（ＴＮ）液晶層に直線偏光を透過させると、その偏光面が液晶分子の捩れ配向角度に応じて９０°±１０°だけ旋光される。

また、一対の前、後偏光シート１３、１４は、図１に示されるように、それらの各透過軸１３ａ、１４ａを直交させて設置されている。

上述のように構成された液晶表示パネル１では、液晶層に電圧が印加されていないときは液晶分子が例えば９０°にわたり捩れ配向した初期配向状態に在り、これを透過する光が振動方向（偏光面）を一定の方向に揃えた直線偏光の場合は、その偏光面が９０°旋光される。したがって、バックライトユニット２から照射された偏光されていない自然光が後偏光シート１４を透過すると、その偏光面がその透過軸１４ａに沿った直線偏光となり、これが初期配向状態の液晶層を透過して偏光面が９０°だけ旋光されて前偏光シート１３に入射するが、このときの直線偏光の偏光面は９０°旋光されて前偏光シート１３の透過軸に平行であるから、この前偏光シート１３を透過し、明表示がなされる。すなわち、液晶表示パネル１はノーマリーホワイト（ポジ表示）タイプのＴＮ型液晶表示パネルである。

一方、バックライトユニット２は、サイドライト型面発光方式であり、矩形の透明板からなる導光板２１と、この導光板２１の光が出射される前側に配置され、入射する直線偏光をその入射角度に応じて選択的に旋光させる旋光素子２２と、導光板２１の後側に配置された光反射板２３、及び導光板２１の一端面に対向配置された複数の発光ダイオード２４と複数の偏光板２５からなる光源ユニット２６等で、構成されている。

導光板２１は、照射対象の液晶表示パネル１に大略対応した矩形をなすアクリル樹脂を材料として樹脂成形された透明板であり、一端面２１ａを光が入射する光入射面とし、一対の主面のうちの液晶表示パネル１に対向させる前面２１ｂを光出射面とし、光出射面２１ｂとは反対側の後面２１ｃには、入射光を光出射面２１ｂに向けて反射させるためのパターン（不図示）が全面わたり均等に形成されている。このパターンは、例えばフロントライトに用いる導光板に形成されている光入射面に平行な複数の稜線からなる凹凸パターンのように、直線偏光の入射光の偏光状態を乱すことなく反射できるパターンに形成されている。なお、光入射面２１ａとは反対側の端面には、光反射膜２７が被着形成されている。

旋光素子２２は、導光板２１と略同じ大きさの矩形平板状をなす透明体２２ａ中に、複数枚の位相差フィルム２２ｂが等間隔で互いに平行に立てた状態で埋設されてなる。各位相差フィルム２２ｂは、透過光にその光の波長λの１／２の位相差を生じさせるλ／２位相差フィルムであり、その遅相軸或いは進相軸の何れかの光学軸２２ｃ（図２（ｂ）参照）が本液晶表示モジュールの水平方向に対して４５°をなす状態に支持され埋設されている。ここで、本液晶表示モジュールの水平方向とは、液晶表示パネル１のガラス基板１１、１２や偏光シート１３、１４及び導光板２１等の互いに平行に支持された本液晶表示モジュールを構成するシート部材の延在方向のことを言う。

上述のように構成された旋光素子２２は、各位相差フィルム２２ｂが導光板２１の光入射面２１ａに平行となる配置で、導光板２１の前側に設置されている。なお、各位相差フィルム２２ｂ間は、透明体とせずに単なる空間としてもよい。

光反射シート２３は、導光板２１内を伝播する光で後面２１ｃのパターンで反射されずに外部に出射した光を反射し導光板２１内に再入射させるために設けられている。本例の光反射シート２３はＰＥＴ（Poly-Ethylene Terephthalate）シートに銀を蒸着して形成されたもので、高い光反射率を備えている。

光源ユニット２６は、例えば８個の発光ダイオードからなる発光ダイオード列２４が導光板２１の光入射面２１ａに沿って配置され、これらの発光ダイオード２４のうち、１つおきの発光ダイオード２４ａと光入射面２１ａ間に、４枚の偏光板２５がそれぞれ介設されてなる。４枚の偏光板２５は、８個の発光ダイオード２４に対し１個置きに対向させた配置で、光入射面２１ａに平行に立設されている。ここで、各偏光板２５は、その透過軸２５ａを本液晶表示モジュールの前記水平方向に平行に位置させて設置されている。

そして、光源ユニット２６においては、前記発光ダイオード列２４のうち、偏光板２５が対向配設されている発光ダイオード２４ａが本発明の第１光源として同時にオン・オフされ、偏光板２５が配設されていない発光ダイオード２４ｂが本発明の第２光源として同時にオン・オフされ、それら第１光源と第２光源はそれぞれ独自に一括オン・オフされるように、電気配線されている。

上述のように構成された本実施形態の液晶表示モジュールにおいては、以下に述べるように、視野角が予め定めた範囲に制限して表示される第１の表示モードと、前記第１の表示モードと異なる視野角の範囲で表示する第２の表示モードに自在に切り替えて表示する。

視野角が制限される第１の表示モードで液晶表示モジュールを表示するには、第１光源の発光ダイオード２４ａを点灯（オン）し、第２光源の発光ダイオード２４ｂを消灯（オフ）したままとする。これにより、図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、発光ダイオード２４ａから射出された光は、偏光板２５を透過して直線偏光となり、この直線偏光は、導光板２１内に光入射面２１ａから入射し、後面２１ｃのパターンにより光出射面２１ｂに向けて反射される。この際、後面２１ｃに設けられているパターンは前述したように入射光の偏光状態を乱さないパターンであるから、偏光板２５を透過した際と略同じ偏光状態の直線偏光が、光出射面２１ｂから出射される。

導光板２１の光出射面２１ｂから出射された直線偏光のうち、図４に示されるように、旋光素子２２の例えば位相差フィルム２２ｂの後側エッジ部に、旋光素子２２の法線方向に対してなす角度（以下、単に角度という）α1 で入射した直線偏光Ｐ1 は、角度β1 の方向に屈折して透明体２２ａ中を透過し、隣設された位相差フィルム２２ｂの前側エッジから角度γ1 の方向に屈折して出射される。したがって、この直線偏光Ｐ1 は、透明体２２ａ中を透過するだけで位相差フィルム２２ｂを透過していないから、旋光作用をうけることなく略同じ偏光状態のまま旋光素子２２から出射される。

位相差フィルム２２ｂの後側エッジ部に角度（α1 ＋α2 ）で入射した直線偏光Ｐ2 は、角度（β1 ＋β2 ）の方向に屈折して透明体２２ａ中を透過し、隣設された位相差フィルム２２ｂを透過して更に隣りの位相差フィルム２２ｂの前側エッジから角度（γ1 ＋γ2 ）の方向に屈折して出射される。この直線偏光Ｐ2 は、１枚の位相差フィルム２２ｂを透過しているからその位相差つまりλ／２分の旋光作用を受け、偏光面が９０°旋光された直線偏光となって旋光素子２２から出射される。

位相差フィルム２２ｂの後側エッジ部に角度（α1 ＋α2 ＋α3 ）で入射した直線偏光Ｐ3 は、角度（β1 ＋β2 ＋β3 ）の方向に屈折して透明体２２ａ中を透過し、隣設された２枚の位相差フィルム２２ｂを透過してその更に隣りの位相差フィルム２２ｂの前側エッジから角度（γ1 ＋γ2 ＋γ3 ）の方向に屈折して出射される。この直線偏光Ｐ3 は、２枚の位相差フィルム２２ｂを透過しているから各位相差フィルム２２ｂでそれぞれλ／２分づつ、合わせてλ分の旋光作用を受け、偏光面が１８０°旋光された直線偏光となって旋光素子２２から出射される。

図２（ａ）、（ｂ）に示されるように、上記直線偏光Ｐ2 と同様に１枚の位相差フィルム２２ｂを透過して旋光素子２２から出射された直線偏光Ｐ4 は、次に液晶表示パネル１の後偏光シート１４に入射するが、その際、直線偏光Ｐ4 の偏光面が９０°旋光されて後偏光シート１４の透過軸１４ａに直交しているため、この直線偏光Ｐ4 は後偏光シート１４に吸収される。しかし、上記直線偏光Ｐ1 と同様に位相差フィルム２２ｂを透過しない破線で示される直線偏光Ｐ5 や、図示されていないが上記直線偏光Ｐ3 のように２枚の位相差フィルム２２ｂを透過した直線偏光は、それぞれの偏光面が後偏光シート１４の透過軸１４ａに平行であるから、後偏光シート１４を透過する。なお、二点鎖線で示される直線偏光Ｐ6 は、導光板２１の光入射面２１ａとは反対側端面の光反射膜２７で反射されて光出射面２１ｂから出射し、直線偏光Ｐ4 とは逆の方向から略同じ角度で旋光素子２２に入射した直線偏光で、直線偏光Ｐ4 と同様に１枚の位相差フィルム２２ｂを透過し偏光面が９０°だけ旋光されているため、後偏光シート１４で吸収される。

このように、導光板２１から異なる方向に出射した直線偏光は、旋光素子２２を透過する際に、旋光素子２２に対する入射角度に応じて透過する位相差フィルム２２ｂの枚数が異なると、異なる旋光作用を受ける。異なる旋光作用を受けた直線偏光は、偏光面の方向が受けた旋光作用に応じた方向の直線偏光となり、液晶表示パネル１の後偏光シート１４に入射する。後偏光シート１４に異なる角度で入射した直線偏光は、偏光面がその透過軸１４ａに沿った直線偏光だけが選択的に透過されて液晶表示パネル１内に入射し、液晶層に印加される入力信号電圧に応じてその透過が制御され、液晶表示パネル１の表示面から入射角度に対応した角度で出射され、その出射角度の方向つまり視角方向において入力信号に応じた表示が視認される。

すなわち、旋光素子２２の位相差フィルム２２ｂを透過しない角度で液晶表示パネル１に入射した光、例えば直線偏光Ｐ5 等が、その入射角度（旋光素子２２からの出射角度と同じ）に対応した角度θで液晶表示パネル１から出射して表示を行い、この表示を観察者は視角θの方向から視認することができる。しかし、旋光素子２２の奇数枚の位相差フィルム２２ｂを透過した角度で液晶表示パネル１に入射した光、例えば直線偏光Ｐ4 、Ｐ6 等は、液晶表示パネル１の偏光板で吸収されるため、この入射角度に対応する視角の範囲では表示を視認することができない。その結果、この液晶表示パネル１は、その法線に対して図４で示した角度γ1 の角度範囲で表示を観察することができ、表示の視野角が２γ1 の角度範囲内に制限された第１の表示モードで表示される。

なお、図４からも明らかなように、直線偏光Ｐ3 のように２枚以上の偶数枚の位相差フィルム２２ｂを透過した直線偏光は、旋光素子２２からの出射角度が（γ1 ＋γ2 ）よりも大きい角度となるため、これに対応して液晶表示パネル１の表示面から出射される角度つまり視角θも大きくなり、このような視野角範囲ではコントラストが低下し、若しくは反転して表示を視認することは極めて困難である。よって、この第１の表示モードにおける視野角は実質的に旋光素子２２からの出射角度γ1 に対応する視角範囲内に制限される。

次に、前記第１の表示モードとは異なる視野角の範囲を持った表示であって、表示を視野角が制限されない第２の表示モードで表示するには、第１光源の発光ダイオード２４ａをオフ（消灯）し、第２光源の発光ダイオード２４ｂをオン（点灯）する。これにより、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、発光ダイオード２４ｂから射出された光は、偏光されること無く光入射面２１ａから導光板２１内に入射し、後面２１ｃのパターンにより光射出面２１ｂに向けて反射されて出射される。この場合の出射光は、偏光されていない自然光であるから、出射方向とそれに対応した透過位相差フィルム２２ｂの枚数に拘わらず旋光素子２２内を非偏光の光として透過し、後偏光シート１４に入射する。

後偏光シート１４に入射した非偏光の光は、偏光面がその透過軸１４ａに沿った直線偏光Ｐ7となって出射し、液晶層に入射する。液晶層では印加される入力信号電圧に応じて入射光が旋光作用を受け前偏光シート１３からの出射が制御さ、液晶表示パネル１の表示面に入力信号に応じた表示がなされる。その結果、液晶表示パネル１には入射角度が制限され無い非偏光の光が入射されるため、この液晶表示パネル１の表示は、視野角が実質的に制限されない第２の表示モードで表示される。

以上のように、本実施形態の液晶表示モジュールにおいては、導光板２１の光入射面２１ａとの間に偏光板２５を配置した第１光源の発光ダイオード２４ａと、導光板２１の光入射面２１ａに直接光を入射させる第２光源の発光ダイオード２４ｂを１個おきに交互に並設し、前記導光板２１の光出射面２１ｂと液晶表示パネル１との間に複数の位相差フィルム２２ｂを等間隔に立てた状態で並設してなる旋光素子２２を設置したから、第１光源の発光ダイオード２４ａから射出された光は、直線偏光として偏光板２５から導光板２１を介して旋光素子２２に至る第１の光路を進行することにより、旋光素子２２の法線方向から制限された角度範囲内で光が出射されるのに対して、第２光源の発光ダイオード２４ｂから射出された光は、非偏光の光として導光板２１を介して旋光素子２２に至る第２の光路を進行し、旋光素子２２から出射角の制限を受けることなく出射される。その結果、第１光源の各発光ダイオード２４ａと第２光源の各発光ダイオード２４ｂの点灯を切り替えることにより、液晶表示パネル１の表示の視野角が予め定めた角度範囲内に制限される第１の表示モードと視野角が制限されない第２の表示モードとの間で自在且つ鋭敏に切り替えられ、覗き見されることによる表示情報の漏出を的確に防止することが可能となる。
（第２実施形態）

図５は、本発明の第２実施形態としてのバックライトユニット３を示す斜視図である。このバックライトユニット３は、ツイステッドネマチック型液晶表示パネルに限らず、他の表示方式の液晶表示パネルや、或いは液晶表示パネル以外の面発光光源を必要とする表示パネルのバックライトとして広く適用可能である。以下の実施形態のバックライトユニットについても、同様である。

導光板３１は矩形の透明板からなり、その４方の端面のうち、対向する短手辺の一対の端面を光入射面３１ａ、３１ｂとし、一対の主面のうちの光を出射させる前面３１ｃは平坦に形成され、その反対側の後面３１ｄには入射光を全反射させるためのパターンが形成されている。

後面３１ｄには、全反射用パターンとして、複数の溝３１ｅが光入射面３１ａ、３１ｂに平行に等間隔で形成されている。これら溝３１ｅは、それぞれ、断面が２等辺三角形をなし、各斜面で入射光を前面３１ｃに向けて全反射させる。

上記後面３１ｄには、光反射板３２が対向配設されている。この光反射板３２は、第１実施形態の光反射板２３と同様に、ＰＥＴシートに銀を蒸着して形成され、導光板３１内を伝播する光で後面３１ｄのパターンで全反射されずに外部に出射した光を反射し導光板３１内に再入射させる

一対の光入射面３１ａ、３１ｂには、それぞれ、第１光源ユニット３３と第２光源ユニット３４が対向配設されている。第１光源ユニット３３は、例えば図示されるように４個の発光ダイオード３３ａが等間隔に並設され、これら発光ダイオード３３ａと導光板３１の光入射面３１ａとの間には、各発光ダイオード３１ａに対応させて４個のシリンドリカルレンズ３３ｂが並設されてなるレンズ素子３３ｃが配設されている。

第２光源ユニット３４は、例えば４個の発光ダイオード３４ａが等間隔に並設され、これら発光ダイオード３４ａと導光板３１の光入射面３１ｂとの間に、光拡散材３４ｂが配設されてなる。

上述のように構成されたバックライトユニット３においては、第１光源ユニット３３と第２光源ユニット３４の各点灯を切り替えることにより、照射光を、導光板３１の光出射面（前面）３１ｃから出射される光の出射角度がその法線方向から所期の狭角度範囲内に制限される照射光と、光の出射角度が制限されない照射光に、自在に切り替えることができる。

まず、第１光源ユニット３３を点灯し第２光源ユニット３４を消灯した場合、点光源の各発光ダイオード３３ａから前方へ放射状に射出された光は、それぞれ、レンズ素子３３ｃの対応するシリンドリカルレンズ部３３ｂを透過することにより光入射面３１ａに対し略直角方向に進行する実質的な平行光に屈折制御されて、強い指向性を持った光として導光板３１内に入射する。

入射した平行光は、導光板３１内を進行するうちに何れかの溝３１ｅの光入射面３１ａと対向する側の斜面に入射し、光出射面３１ｃに向けて全反射される。この場合、導光板３１内を進行する光は光入射面３１ａに平行に延在する斜面に略直角に入射するから、図７（ａ）に示されるように、溝３１ｅの延在方向ｘに対して略直角方向へ反射され、光出射面３１ｃからその法線方向に向かって、拡散範囲が極めて狭い狭角度範囲内に出射される。したがって、この狭角度範囲内の出射光をバックライト光として第１実施形態の液晶表示パネル１に照射した場合、この液晶表示パネル１は、視野角を予め定めた狭い角度範囲内に制限した第１の表示モードで表示される。

次に、第１光源ユニット３３を消灯し第２光源ユニット３４を点灯した場合、点光源の各発光ダイオード３４ａから前方へ放射状に射出された光は、光拡散材３４ｂを透過することにより拡散光となって光入射面３１ｂから導光板３１内に入射する。

入射した拡散光は、導光板３１内を進行するうちに何れかの溝３１ｅの対向側斜面に入射し、光出射面３１ｃに向けて反射される。この場合、導光板３１内を進行する拡散光は斜面に対して多様な角度で入射するから、図７（ｂ）に示されるように、溝３１ｅの延在方向ｘに対して多様な方向に反射され、光出射面３１ｃからその法線方向に対し略９０°に近い角度範囲内つまり略全方向にわたって出射される。したがって、この広い角度範囲内の出射光をバックライト光として第１実施形態の液晶表示パネル１に照射した場合、視野角が制限されない第２の表示モードで表示される。

以上のように、本実施形態のバックライトユニット３においては、導光板３１の後面３１ｄに光入射面３１ａ、３１ｂとする一対の対向する端面に平行に複数の溝３１ｅを等間隔に形成し、それら光入射面３１ａ、３１ｂに、レンズ素子３３ｃを介して平行光を射出させる第１光源ユニット３３と、光拡散材３４ｂを介して拡散光を射出させる第２光源ユニット３４とを、それぞれ対向配置したから、第１光源ユニット３３を点灯したときは、導光板３１に平行光が入射されて光出射面３１ｃから指向性が高い光が狭角度範囲内に出射され、第２光源ユニット３４を点灯したときは、導光板３１に拡散光が入射されて光出射面３１ｃから略全角度範囲の方向に光が出射される。したがって、本バックライトユニット３を液晶表示パネルのバックライトとして使用すれば、視野角が予め定めた狭い角度範囲内に制限されるために覗き見による表示情報の漏洩が的確に防止される第１の表示モードと、視野角が制限されないから多人数で表示を同時に視認できる第２の表示モードとを、第１光源ユニット３３と第２光源ユニット３４のオン・オフ操作だけで、容易に切り替えることができる。
（第３実施形態）

図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本第３実施形態のバックライトユニット４の構成を示す斜視図とその作用を示す側面図である。

本実施形態においては、同一の形状に形成された２枚の矩形をなす第１、第２導光板４１、４２が、設置されている。これら第１、第２導光板４１、４２は、それぞれ、短手辺の一方の端面を光入射面４１ａ、４２ａとし、光出射面とする平坦な前面４１ｂ、４２ｂとは反対側の後面４１ｃ、４２ｃは、各稜線が対応する光入射面４１ａ、４２ａに平行な複数の突条４１ｄ、４２ｄを等間隔で連続して並設した凹凸面に、形成されている。

突条４１ｄ、４２ｄは、それぞれ、断面が鈍角三角形をなし、その傾きが急峻な短斜面４１ｅ、４２ｅで、入射光を光出射面４１ｂ、４２ｂに向けて反射させる。したがって、短斜面４１ｅ、４２ｅと光入射面４１ａ、４２ａとは、各導光板４１、４２の透明体を介して対向している。

本実施形態においては、上述のように形成された第１、第２導光板４１、４２が、それぞれの光入射面４１ａ、４２ａが互いに反対側に位置する配置で重畳されている。そして、第１、第２導光板４１、４２の各光入射面４１ａ、４２ａと第１導光板４１の後面４１ｃには、それぞれ、第２実施形態における第１光源ユニット３３、第２光源ユニット３４及び光反射板３２と同じ構成の第１光源ユニット４１、第２光源ユニット４５及び光反射板４３が、それぞれ対向配設されている。

上述のように構成されたバックライトユニット４においても、第２実施形態のものと同様に、第１光源ユニット４４と第２光源ユニット４５の各点灯を切り替えることにより、照射光を、その出射角度が所期の狭角度範囲内に制限される照射光と、出射角度が制限されない照射光に、自在に切り替えることができる。

まず、第１光源ユニット４４を点灯し第２光源ユニット４５を消灯した場合、点光源の各発光ダイオード４４ａから前方へ放射状に射出された光は、レンズ素子４４ｃを透過することにより光入射面４１ａに対し略直角方向の平行光に屈折制御されて第１導光板４１内に入射する。

入射した平行光は、第１導光板４１内を進行するうちに何れかの突条４１ｄの対向側斜面４１ｅに入射し、光出射面４１ｂに向けて反射される。この場合、第１導光板４１内を進行する平行光はそれぞれ対向側斜面４１ｅの延在方向に対して略直角に入射するから、それらが反射される方向も対向側斜面４１ｅの延在方向に対して略直角方向となり、光出射面４１ｃからその法線方向に対して狭角度範囲内に出射される（図７（ａ）参照）。したがって、この狭角度範囲内の出射光をバックライト光として第１実施形態の液晶表示パネル１に照射した場合、視野角が所期の狭い角度範囲内に制限された第１の表示モードで表示される。

次に、第１光源ユニット４４を消灯し第２光源ユニット４５を点灯した場合、点光源の各発光ダイオード４５ａから前方へ放射状に射出された光は、光拡散材４６を透過することにより拡散光となって第２導光板４２内にその光入射面４２ａから入射する。

入射した拡散光は、第２導光板４２内を進行するうちに何れかの突条４２ｄの対向側斜面４２ｅに入射し、光出射面４２ｂに向けて全反射される。この場合、導光板４２内を進行する拡散光は対向側斜面４２ｅに多様な角度で入射するから、突条４２ｄの延在方向に対して多様な方向に反射され、光出射面４２ｂからその法線方向に対し略９０°にわたる角度範囲内つまり略全方向にわたって出射される（図７（ｂ）参照）。したがって、この広い角度範囲内の出射光をバックライト光として第１実施形態の液晶表示パネル１に照射した場合、視野角が制限されない第２の表示モードで表示される。

以上のように、本実施形態のバックライトユニット４においては、第１の表示モードで表示するための平行光を射出する第１光源ユニット４３からなる第１の光学系と第２の表示モードで表示するための拡散光を射出する第２光源ユニット４４からなる第２の光学系に、第１、第２導光板４１、４２をそれぞれ別個に配置したから、入射光を全反射させる斜面４１ｅ、４２ｅを最適な傾斜角度に形成でき、それぞれの出射光の出射効率を可及的に向上させることができる。したがって、本バックライトユニット４を液晶表示パネルのバックライトとして使用すれば、視野角が所期の狭い角度範囲内に制限されるために覗き見による表示情報の漏洩が的確に防止される第１の表示モードと、視野角が制限されないから多人数で表示を同時に視認できる第２の表示モードとを、第１光源ユニット３３と第２光源ユニット３４のオン・オフ操作だけで、容易に切り替えることができるとともに、第１、第２の双方の表示モードにおいて輝度の高い良好な表示品質が得られる。

なお、第１、第２導光板４１、４２は、各光入射面４１ａ、４２ａを同じ側に揃えて重畳配置することも可能である。但しその場合、第１光源ユニット４４と、第２光源ユニット４５を重畳設置できるように小型化する必要がある。また、第１、第２導光板４１、４２は、同じ形状に形成されているために共用化できるというコスト面での利点を備えているが、コスト抑制よりも表示品質を優先する場合、反射面とする各後面４１ｃ、４２ｃを同じ凹凸形状に形成せずに、第１と第２の各表示モードにおいて最適な表示品質が得られように入射光の光学特性に応じて凹凸形状を最適設定してもよい。
（第４実施形態）

図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本第４実施形態としてのバックライトユニット５の構成を示す斜視図とその作用を示す側面図である。

本実施形態においては、１枚の導光板５１の隣り合う端面５１ａ、５１ｂをそれぞれ光入射面とし、前面５１ｃと後面５１ｄの両主面にそれぞれ第３実施形態と同様の形状の凹凸面が形成されている。

導光板５１の前面５１ｃには、光入射面５１ｂに平行な複数の突条５１ｅが等間隔に連続形成され、後面５１ｄには、光入射面５１ａに平行な複数の突条５１ｆが等間隔に連続形成されている。したがって、突条５１ｅと突条５１ｆは互いに直交している。

各突条５１ｅ、５１ｆは、それぞれ、図９（ｂ）、（ｃ）に示されるように、断面が鈍角三角形をなし、それらの各光入射面５１ｂ、５１ａに対向する側の傾きが急峻な短斜面５１ｇ、５１ｈで、入射光を後面５１ｄ及び前面５１ｃに向けて全反射させる。

そして、光入射面５１ａ、５１ｂと後面５１ｄには、それぞれ、第２実施形態における第１光源ユニット３３、第２光源ユニット３４及び光反射板３２と同じ構成の第１光源ユニット５３、第２光源ユニット５４及び光反射板５２が、それぞれ対向配設されている。

上述のように構成されたバックライトユニット５においても、第２、第３実施形態と同様に、第１光源ユニット５３と第２光源ユニット５４の各点灯を切り替えることにより、照射光を、その出射角度が所期の狭角度範囲内に制限される照射光と、出射角度が制限されない照射光に、自在に切り替えることができる。

まず、第１光源ユニット５３を点灯し第２光源ユニット５４を消灯した場合、図９（ｃ）に示されるように、点光源の各発光ダイオード５３ａから前方へ放射状に射出された光は、レンズ素子５３ｃを透過することにより光入射面５１ａに対し略直角方向の平行光に屈折制御されて導光板５１内に入射する。

入射した平行光は、導光板５１内を進行するうちに後面５１ｄの何れかの突条５１ｆの対向側斜面５１ｈに入射し前面５１ｃに向けて反射される。この場合、導光板５１内を進行する平行光はそれぞれ対向側斜面５１ｈの延在方向に対して略直角に入射するから、それらが反射される方向も対向側斜面５１ｈの延在方向に対して略直角方向となり、前面５１ｃからその法線方向に対して狭角度範囲内に出射される。したがって、この狭角度範囲内の出射光をバックライト光として第１実施形態の液晶表示パネル１に照射した場合、視野角が所期の狭い角度範囲内に制限された第１の表示モードで表示される。

次に、第１光源ユニット５３を消灯し第２光源ユニット５４を点灯した場合、点光源の各発光ダイオード５４ａから前方へ放射状に射出された光は、光拡散材５４ｂを透過することにより拡散光となって導光板５１内にその光入射面５１ｂから入射する。

入射した拡散光は、図９（ｂ）に示されるように、導光板５１内を進行するうちに何れかの突条５１ｅの対向側斜面５１ｇに入射し、後面５１ｄに向けて全反射される。この場合、導光板５１内を進行する拡散光は対向側斜面５１ｇに多様な角度で入射するから、突条５１ｅの延在方向に対して多様な方向に全反射され、後面５１ｄからその法線方向に対し略９０°にわたる角度範囲内つまり突条５１ｅの延在方向に平行な面において略全方向へ出射される。

後面５１ｄから出射した拡散光は、光反射板５２により反射されて再度導光板５１内に入射し、導光板５１を透過して前面５１ｃから略全方向へ出射される。したがって、この広い角度範囲にわたる出射光をバックライト光として第１実施形態の液晶表示パネル１に照射した場合、視野角が制限されない第２の表示モードで表示される。

以上のように、本実施形態のバックライトユニット５においては、１枚の導光板５１の後面５１ｄで第１の表示モードを実施するための第１光源ユニット５３から射出された平行光を反射させ、前面５１ｃで第２の表示モードを実施するための第２光源ユニット５４から射出された拡散光を全反射させる構成としたから、第３実施形態の２枚の導光板を用いる場合と同様に、第１、第２光源ユニット５３、５４からの各入射光を全反射させる斜面５１ｈ、５１ｇを最適な傾斜角度に形成してそれぞれの出射光の出射効率を可及的に向上させることができる。したがって、本バックライトユニット５を液晶表示パネルのバックライトとして使用すれば、視野角が所期の狭い角度範囲内に制限されるために覗き見による表示情報の漏洩が的確に防止される第１の表示モードと、視野角が制限されないから多人数で表示を同時に視認できる第２の表示モードとを、第１光源ユニット３３と第２光源ユニット３４のオン・オフ操作だけで容易に切り替えることができるとともに、第１、第２の双方の表示モードにおいて輝度の高い良好な表示品質が得られ、且つ、本バックライトユニット５が搭載される液晶表示モジュールの小型薄型化を大幅に促進することができる。

なお、本発明は、上記の第１乃至第４実施形態に限定されるものではない。
例えば、第１実施形態において、光源ユニットを発光ダイオードと偏光板からなる第１光源ユニットと発光ダイオードのみの第２光源ユニットに分け、導光板２１の対向する一対の端面にそれぞれ配置してもよい。

また、光源ユニットを第１光源ユニットと第２光源ユニットとに分けて導光板の異なる端面に対向配設する場合、光源としては、発光ダイオード等の点光源に限らず、冷陰極管等の管状光源を用いることも可能である。

更に、第２乃至第４実施形態における導光部材としては、導光板にかぎらず、光ファイバ等の他の導光部材も用いることができる。

また更に、本発明の表示装置は、第１と第２の２種類の表示モードに限らず、例えば、表示面の左右方向で視野角の制限される表示モードと、表示面の上下方向で視野角が制限される表示モードと、視野角が全方位において制限されない表示モードの、３種類の表示モード、或いは４種類以上の表示モード、を自在に切り替える構成としてもよい。この場合、表示モードの種類に対応して３通りの光路を設けるために、複数の導光板を重畳設置すればよい。

加えて、本発明における画像表示素子は、液晶表示素子に限らず、バックライトからの照射光の透過を制御して表示を行う透過型画像表示素子であればよい。

本発明の第１実施形態としての透過型液晶表示装置を示す分解斜視図である。 （ａ）は上記透過型液晶表示装置を示す模式的断面図で、（ｂ）はその第１表示モードにおける作用を示す説明図である。 （ａ）は上記透過型液晶表示装置を示す模式的断面図で、（ｂ）はその第２表示モードにおける作用を示す説明図である。 上記透過型液晶表示装置における視野角制御作用を示す説明図である。 本発明の第２実施形態としてのバックライトを示す斜視図である。 上記第２実施形態のバックライトを示す平面図 上記第２実施形態のバックライトにおける配向作用を図６のVII−VII断面で示す説明図で、（ａ）は第１表示モードを行うための照射光を示し、（ｂ）は第２表示モードを行うための照射光を示している。 （ａ）は本発明の第３実施形態としてのバックライトを示す斜視図で、（ｂ）はその照射作用を（ａ）のＢ−Ｂ断面で示す説明図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態としてのバックライトを示す斜視図で、（ｂ）はその照射作用を（ａ）のＢ−Ｂ断面で示す説明図で、（ｃ）はその照射作用を（ａ）のＣ−Ｃ断面で示す説明図である。

符号の説明

１ 液晶表示素子
１１、１２ ガラス基板
１３、１４ 偏光シート
２、３、４、５ バックライトユニット
２１、３１、４１、４２、５１ 導光板
２２ 旋光素子
２３、３２、４３、５２ 光反射板
２４ 発光ダイオード
２５ 偏光板
２６ 光源ユニット
３３、４４、５３ 第１光源ユニット
３４、４５、５４ 第２光源ユニット
３３ａ、４４ａ、５３ａ 第１発光ダイオード
３４ａ、４５ａ、５４ａ 第２発光ダイオード
３３ｂ シリンドリカルレンズ
３３ｃ、４４ｃ、５３ｃ レンズ素子
３４ｂ、４５ｂ、５４ｂ 光拡散材

Claims (8)

1. 表面とは反対側の背面から入射させた光の透過を制御して、前記表面に画像を表示する画像表示素子と、
   前記画像表示素子の背面側に配置され、前記画像表示素子の背面に向けて光を照射するバックライトとを有し、
   前記バックライトは、第１光源から前記画像表示素子の背面に至る経路に設けられ、予め定めた視野角範囲に対応した指向性を有する光を導くための第１の光学系と、第２光源から前記画像表示素子の背面に至る前記予め定めた視野角範囲とは異なる視野角範囲に対応する指向性を有する光を導くための第２の光学系とを備え、前記第１光源と前記第２光源とを選択的に点灯可能としたことを特徴とする表示装置。
2. 前記画像表示素子は、一対の透明基板間に液晶を所定の配向状態で封入してなる液晶表示素子であることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記液晶表示素子は、液晶をその分子が一方の透明基板から他方の透明基板に向けて８０°〜１００°の角度にわたり捩れ配向した状態で封入し、少なくとも背面側透明基板の前記バックライトに対向する外面に偏光板を設置してなる液晶表示素子であり、
   前記バックライトの、前記第１の光学系は、前記第１光源と、前記第１光源からの射出光を直線偏光に偏光させる偏光素子と、この直線偏光を入射角度に応じて選択的に旋光させ前記画像表示素子の背面側偏光板に向けて出射させる旋光素子とからなり、前記第２の光学系は、前記第２光源と、前記第２光源からの射出光を非偏光の状態で前記画像表示素子の背面側偏光板に向けて出射させる導光部材とからなることを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
4. 前記旋光素子は、複数の１／２波長位相差板が予め定めた幅の透明部を隔てて厚さ方向に平行に立設されてなる光学フィルムであることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 第１光源と、
   前記第１光源からの射出光を実質的な平行光束にする光学素子と、
   第２光源と、
   前記第２光源からの射出光を拡散光とする光拡散素子と、
   透明な板状部材からなり、前記光学素子から出射される前記平行光束と、前記光拡散素子から出射される前記拡散光が前記板状部材の端面から入射され、前記平行光束を偏向させて出射角度が予め定めた角度範囲内に制限された指向性の強い指向性光として前記板状部材の出射面から出射させ、かつ前記拡散板光を偏向させて指向性の弱い拡散光として前記板状部材の前記出射面から出射させる導光部材とを備え、
   前記第１光源と前記第２光源とを選択的に点灯させることにより、前記指向性光と前記拡散光とを選択して出射可能としたことを特徴とするバックライト。
6. 前記導光部材は、透明な矩形をなす１枚の透明板からなり、端面から光を入射させて一方の主面から面状に光を出射させる導光板であり、前記第１光源が前記導光板の一端面に前記光学素子を介して対向配置され、前記第２光源が前記導光板の他の端面に前記光拡散素子を介して対向配置されていることを特徴とする請求項５に記載のバックライト。
7. 前記導光板の出射面とは反対側の後面に対向させ配置した光反射板をさらに備え、
   前記導光部材は、隣接する２つの端面に光入射面が形成され、一方の端面に前記第１光源が前記光学素子を介して対向配置され、他方の端面に前記第２光源が前記光拡散素子を介して対向配置され、前記導光板の前面には前記隣り合う端面の一方の端面に平行に複数の稜線が等間隔に延在する凹凸面が、前記導光板の後面には複数の稜線が前記前面の稜線と直交する方向に平行に延在する凹凸面がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項６に記載のバックライト。
8. 前記導光部材は、それぞれが端面から光を入射させて一方の主面から面状に光を出射させる透明な矩形板である第１導光板と第２導光板からなり、それぞれの導光板の光出射面とは反対側の主面が、前記入射端面と平行に複数の稜線が等間隔に延在する凹凸面に形成されており、これら第１、第２導光板はそれぞれの光出射面を同一の方向に向けて重畳配置されていることを特徴とする請求項５に記載のバックライト。

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