JP2008198376A - 導光板及び画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造精度等に影響されることなく、光を効率よく取り出し、かつ、指向性の狭い平行性に優れた光を出射させることのできる導光板と、このような導光板を備えることにより高輝度、高精細な画像を表示させることのできる画像表示装置と、を提供する。
【解決手段】光源２１から照射された光を内部で全反射させながら拡散させる導光部材２２と、導光部材２２の一面に配置され、導光部材２２の内部で全反射しながら拡散する光の光路を全反射の方向とは異なる方向に変更する突起２５，２５…と、突起２５，２５…の配置されている面の反対側の面に配置され、突起２５，２５…により光路変更された光を平行化し平行光とするコリメータレンズ２７，２７…と、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、導光板及び画像表示装置に関する。

近年、複数のサブピクセルを用いて１画素を表示する構成の画像表示装置が広く知られている。かかる画像表示装置の一例として、例えば、バックライトの前方に、ＴＦＴなどのスイッチング素子を含むＴＦＴ側基板モジュールを備え、この基板モジュールと、カラーフィルタを含み、かつ、該基板モジュールの対電極となる対向電極側基板モジュールとの間に液晶パネルを設ける構成の液晶ディスプレイが挙げられる。このような液晶ディスプレイでは、スイッチング素子の作動により各画素ごとに光透過状態と光遮断状態が作り出されて、電気エネルギーから変換された光がカラーフィルタを透過することで前方にてカラー画像が視認される。

そして、カラーフィルタには、例えば色の３原色となる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のセル（サブピクセル）が各単位画素内にそれぞれ一つずつ配置されており、各ＲＧＢのセルに対する光の照射を調整してこれらを混色させることにより様々な色の発色を可能としている。

このようなカラー画像表示が可能な画像表示装置においては、カラーフィルタのＲＧＢのセルに斜めに光が入射すると色むら等が生じ、高精細な画像表示を行うことができない。このため、カラーフィルタを含む液晶パネルに対して、バックライトからできるだけ指向性の狭い平行な光を出射させる必要がある。

そこで、従来、光源と対向する面に複数の凸状のレンズが設けられた出射光制御板を設けて、この凸状レンズを光源の出射面に密着するように配置することにより、光源側からこの凸状レンズの頂部に臨界角以内の角度で入射した光線を凸状レンズによって出射光制御板側に取り出す構成のバックライトが提案されている（例えば、特許文献１から特許文献３参照）。
バックライトをこのような構成とすることにより、光源側から出射された光を凸状レンズの頂点で点光源的に取り出して平行化することができる。

また、透明な支持体（光源からの光を導く導光部材）と、この支持体の表面に一部が接触して固定される複数の光透過性の球体を備え、支持体から出射される光を支持体の表面に接触する球体によって取り出す構成も提案されている（例えば、特許文献４及び特許文献５参照）。
この場合にも特許文献１から特許文献３に開示されている構成と同様に、光を球体の一点で点光源的に取り出して平行化することができる。

他方で、光を平行化することができても、バックライトから取り出される光の取出し効率が低いと画像表示装置の照明輝度が低下してしまい、視認性に優れた高精細な表示を行うことができない。

この点、特許文献４及び特許文献５には、支持体の、球体との接触部や接触部近傍以外に入射した光を拡散する反射層を設けて、球体との接触部分から取り出されなかった光を支持体の内部に反射させることにより光漏れを防いで無駄なく光を利用する構成が開示されている。
特開２０００−１４８０３２号公報 特開２０００−２４９８３６号公報 特開２００１−７６５２１号公報 特開２００１−１４７３０７号公報 特開２００１−１６６１１０号公報

しかしながら、特許文献１から特許文献３に提案されているように、凸状レンズを光源の出射面に密着するように配置することにより凸状レンズの頂部から光を取り出す構成とすると、凸状レンズの頂部と光源の出射面との接触具合により光の平行性のばらつき、輝度むら等が生じてしまうとの問題がある。

また、特許文献１から特許文献３に記載されている発明は、光源側から凸状レンズの頂部に臨界角以内の角度で入射した光線のみを取り出すものであるが、導光板内部では、特に光を全反射させているわけではないので、光を平行化することができたとしても、照明輝度を十分に確保できるだけの光を効率よく取り出すことは困難である。

また、特許文献４又は特許文献５に記載されている構成では、光漏れを防止する効果は期待できるが、球体に適正に入射した光のみを集光するものであるため、特許文献１から特許文献３に記載されている発明と同様に、光の取出し効率が低くなるとの問題がある。
また、特許文献４又は特許文献５に記載されている構成では、光の平行化においても、半値半角１７度又は２４度程度に留まっており、平行性として十分とはいえない。

そこで、本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、製造精度等に影響されることなく、光を効率よく取り出し、かつ、指向性の狭い平行性に優れた光を出射させることのできる導光板と、このような導光板を備えることにより高輝度、高精細な画像を表示させることのできる画像表示装置と、を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の導光板は、
光源から照射された光を内部で全反射させながら拡散させる導光部材と、
前記導光部材の一面に配置され、前記導光部材の内部で全反射しながら拡散する光の光路を前記全反射の方向とは異なる方向に変更する光路変更手段と、
前記導光部材の、前記光路変更手段の配置されている面とは反対側の面に配置され、前記光路変更手段により光路変更された光を平行化し平行光とする光路平行化手段と、
を備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の導光板において、
前記光路変更手段は、微小突起又は反射粒子であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の導光板において、
前記導光部材は、少なくとも一面に鏡面加工が施されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の導光板において、
前記光路変更手段及び前記光路平行化手段は、前記光路変更手段の中心と前記光路平行化手段の中心とを結ぶ線が、前記光路平行化手段によって平行化された平行光の光路とほぼ平行となるように配置されていることを特徴としている。

請求項５に記載の画像表示装置は、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導光板を備えるバックライトと、
複数の単位画素から構成される液晶パネルと、
前記各単位画素内において光を拡散させる表面フィルムと、
を備えていることを特徴としている。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の画像表示装置において、
前記液晶パネルの前記各単位画素は、ＲＧＢのセルで構成され、
前記液晶パネルは、モノクロ画像を表示することが可能に構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、光源から照射された光を導光部材の内部で全反射させながら拡散させるとともに、この光の光路を光路変更手段によって上方向（全反射の方向とは異なる方向）に変更し、光路変更手段により光路変更された光を光路平行化手段によって平行光とする。
このため、光源から照射された光を効率よく導光板から取り出すことができるとともに、導光板から取り出した光の平行化を図ることができ、導光板から光を取り出す光取出し効率の向上と導光板から取り出した光の平行性の向上との両立を実現することができるとの効果を奏する。

また、光路変更手段は、微小突起又は反射粒子であるので、光路変更手段を簡易に設けることができ、また、光が反射する面積が比較的狭いため、光路変更された光を点光源に近い光として上方向に向かわせることができるとの効果を奏する。

また、本発明によれば、導光部材の少なくとも一面に鏡面加工が施されているので、導光部材に入射した光の漏れを防いで、光がより確実に導光部材内で全反射するようになっており、導光部材の中にむらなく光を拡散させることができるとの効果を奏する。

また、光路変更手段及び光路平行化手段は、光路変更手段の中心と光路平行化手段の中心とを結ぶ線が、光路平行化手段によって平行化された平行光の光路とほぼ平行となるように配置されており、光路変更手段と光路平行化手段とがそれぞれ対応して設けられているので、光路変更手段によって上方向に向かった光を当該光路変更手段に対応する光路平行化手段によって確実に平行化することができる。これにより、液晶パネルに入射する光をより適切に平行化し、色むら等の発生を防止することができるとの効果を奏する。

また、本発明によれば、液晶パネルを構成する各単位画素内において光を拡散させる表面フィルムを備えているので、同一の単位画素内を透過した光を混合して画素内における色分離を防ぐことができ、画像を目視した際の画質を向上させることができるとの効果を奏する。

また、液晶パネルは、各単位画素がＲＧＢのセルで構成され、カラー画像表示が可能なものであり、かつ、例えば医療用のＸ線撮影画像等のモノクロ画像を表示することが可能なものである。このようなモノクロ画像の表示が可能な画像表示装置においても、同一画素を構成する光同士を混合させることにより画素内における色分離を防ぎ、より自然なモノクロ画像を表示することができるとの効果を奏する。

以下、図１から図６を参照しつつ、本発明に係る導光板及びこの導光板を備える画像表示装置の一実施形態について説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。

図１は、本発明に係る画像表示装置の一実施形態としてのカラー液晶ディスプレイの要部構成を示したものである。
図１に示すように本実施形態におけるカラー液晶ディスプレイ１００は、液晶パネル１、液晶パネル１に向かって光を出射するバックライト２、液晶パネル１を通過した光を拡散させる表面フィルム３、等を備えて構成されている。

液晶パネル１には、バックライト２側から、偏光板、ガラス基板、透明電極、配向膜、液晶層、配向膜、透明電極（いずれも図示せず）が順に層状に形成された第１パネル層１１が備えられている。第１パネル層１１の表面のうち、透明電極が露出している側の表面には、カラーフィルタ１２が備えられている。

カラーフィルタ１２には、支持部材１２ａを介して青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各色のセルであるサブピクセル１２ｂ，１２ｂ，１２ｂが順に配列されており、これら３色のサブピクセル１２ｂを一組として一つの単位画素が構成されている。支持部材１２ａには、各単位画素を囲うように格子状の黒色境界線（図示せず）が形成されている。

カラーフィルタ１２の第１パネル層１１とは反対側の表面には、カラーフィルタ１２側から、ガラス基板、偏光板（いずれも図示せず）が順に層状に形成された第２パネル層１３が備えられている。

このように、液晶パネル１は、第１パネル層１１、カラーフィルタ１２、第２パネル層１３の順に積層されて構成されており、第１パネル層１１のガラス基板と第２パネル層１３のガラス基板との間にカラーフィルタ１２が挟持される構成となっている。

液晶パネル１の第１パネル層１１と対向する場所には、液晶パネル１に向かって光を出射するバックライト２が配設されている。なお、後述するように、バックライト２は、液晶パネル１を透過する光が略平行光となるように出射可能に構成されている。

ここで、図２から図５を参照しつつ、本実施形態におけるバックライト２の具体的な構成について説明する。

図２及び図３に示すように、バックライト２は、光を出射する光源２１と、前記液晶パネル１とほぼ同じ寸法に形成され、光源から出射された光を液晶パネル１全体に渡るように拡散させる導光板２０と、を備えて構成されている。

光源２１は、例えば図示しないＬＥＤ（Light Emitting Diode）を複数配置して構成されている。光源２１は、導光板２０を構成する導光部材２２（後述）の２つの側面に設けられており、それぞれ導光部材２２の側端面の長手方向に沿って延在するように配置されている。

導光板２０は、光源２１から出射された光を内部で全反射させながら拡散させる平板状の導光部材２２と、導光部材２２からの光を平行化するシート部材２３と、を備えている。

導光部材２２は、例えばアクリル樹脂（メタクリル酸メチル樹脂：ＰＭＭＡ）等で形成された中実の板状部材であり、導光部材２２の側端面から入射された光は導光部材２２の上下面で全反射される。これにより、光源２１からの光は、導光部材２２の内部で全反射を繰り返しながら往復し、導光部材２２の全体に渡って導光されるようになっている。なお、導光部材２２を形成する材料はここに例示したものに限定されない。

導光部材２２の各側面であって光源２１の設けられていない箇所には、ミラーコーティング等の鏡面加工が施された鏡面加工部２４が形成されている。鏡面加工部２４に入射した光は鏡面加工部２４の表面で全反射するので、導光部材２２の側面に入射した光も漏らさず導光部材２２の内部で全反射させることができる。なお、鏡面加工部２４の形成手法は特に限定されず、例えば蒸着等によるミラーコーティングにより形成されてもよいし、表面がミラー状となっているフィルムを貼付することによって形成されてもよい。

また、導光部材２２の底面には、光路変更手段として複数の微小突起（以下、単に「突起」とする）２５，２５…が導光部材２２の内部に向かって突出するように形成されている。突起２５，２５…は、例えば幅が０．１５ｍｍ程度の微小な突起であり、所定の配置間隔Ｌを置いて、導光部材２２の底面の全面にほぼ均一に配置されている。

突起２５，２５…は、図５に示すように、側面が三角形状（図５（ａ）参照）であり、上面から見たときに頂点を中心に四角形状（図５（ｂ）参照）である四角錘状に形成されている。側面の傾斜角度は特に限定されないが、側面に入射した光を上方向（全反射とは異なる方向）に反射させるのに適した角度である必要があり、例えば４２度程度であることが好ましい。
突起２５，２５…の各側面には、例えばミラーコーティング等の鏡面加工が施されている。なお、鏡面加工を施す手法は、前記鏡面加工部２４と同様、特に限定されない。

図４に示すように、導光部材２２の内部で全反射を繰り返す光のうち突起２５，２５…の側面に入射した光は、すべて上方向（液晶パネル１の設けられている側）に向かって反射するようになっている。なお、突起２５，２５…の側面（入射した光を反射させる面）の面積は狭いため、突起２５，２５…の側面で反射した光は、発光面積の小さい点光源的な光となって上方向に向かうこととなる。

シート部材２３は、導光部材２２の上面（液晶パネル１に対向する面）側に配置されており、シート部材２３と導光部材２２との間には僅かな間隙が設けられている。
シート部材２３は、アクリル樹脂（メタクリル酸メチル樹脂：ＰＭＭＡ）等で形成されたシートであり、平板状のシート部２６と、シート部２６の上面（液晶パネル１に対向する面）全体に設けられた複数のコリメータレンズ２７，２７…と、から構成されている。コリメータレンズ２７，２７…は、導光部材２２から入射した光を平行化し、平行光とする光路平行化手段である。なお、シート部材２３を形成する材料はここに例示したものに限定されない。

各コリメータレンズ２７，２７…のレンズ直径Ｄ（例えば１．５ｍｍ程度）は、突起２５，２５…の配置間隔Ｌとほぼ等しくなっており、各コリメータレンズ２７，２７…は、前記突起２５，２５…の配置されている位置に対応して配置されている。
図４に示すように、各コリメータレンズ２７，２７…は、コリメータレンズ２７，２７…の中心と当該コリメータレンズ２７，２７…に対応する突起２５，２５…の中心とを結ぶ線が、コリメータレンズ２７，２７…の光軸とほぼ平行（すなわち、光路平行化手段であるコリメータレンズ２７，２７…によって平行化された平行光の光路とほぼ平行）となる位置に配置されている。

図４に示すように、導光部材２２の上面からは突起２５，２５…等に反射した光が斜め方向に出射され、この出射光がコリメータレンズ２７，２７…によって屈折し一定方向に指向されることにより、バックライト２から液晶パネル１に対して略平行光が出射されるようになっている。

ここで、バックライト２の略平行性について定義すると、バックライト２の出射光の略平行性の条件としては、出射光の拡がり半値角をαとすると、α＜θの拡がり角をもつ出射光を略平行光とする。
ここで、θは、ｔａｎθ＝Ｒ／Ｈを満たすものである。
（Ｈ：１画素の端部に直近するサブピクセル１２ｂにおいて、この１画素の端部に対して直近する位置から表面フィルム３に垂線をおろして後述の凹面部３１に達する位置までの距離であり、Ｒ：１画素の端部から直近のサブピクセル１２ｂまでの距離である。）

本実施形態におけるバックライト２のように、導光板２０の導光部材２２に光路変更手段としての突起２５，２５…を設け、さらに各突起に対応する位置に光平行化手段としてのコリメータレンズ２７，２７…を設けた場合には、出射光の拡がり半値角αを左右±３度程度にまで減らすことができ、従来と比べてより指向性の狭い平行性に優れた光を出射させることができる。

次に、図６を参照しつつ、本実施形態におけるバックライト２から取り出される光の光取出し効率について説明する。
図６において、横軸はバックライト２の厚みＴ（図２参照）であり、縦軸はバックライト２の光取出し効率である。また、光の入射幅とは、光が導光部材２２内に入射する幅であり、本実施形態においては、光をバックライト２の導光部材２２内に入射させる光源２１の幅Ｗ（図２参照）を意味する。なお、光の平行性については、出射光の拡がり半値角αがおよそ左右±３度である場合について示している。

図６に示すように、バックライト２の厚みＴが薄いほど光取出し効率は高くなり、また、光の入射幅（光源２１の幅Ｗ）が狭いほど光取出し効率は高くなるとの関係がある。そして、バックライト２の厚みＴが１．５ｍｍ、光の入射幅（光源２１の幅Ｗ）が１．２ｍｍの場合には、５７．６９％程度の光取出し効率を確保することができる。

一般に、何ら光の平行化手段を備えないサイドエッジ方式のバックライトの場合、光取出し効率はおよそ６０％程度である。しかし、光を平行化しない場合にはバックライトから取り出された光が拡散してしまい、出射光の指向性が拡くなる。そして、このようなバックライトを用いた場合には液晶パネルに光が斜めに入射してしまうため、色むら等が生じやすく、高精度な画像表示を行うことができない。このため、液晶パネルに入射するまではできるだけ光の指向性を狭くして平行化しておく必要がある。しかし反面、バックライトから平行光だけを取り出そうとすると、その分光取出し効率が低下してしまい、液晶パネルに十分な光を供給できず輝度が低下するとの問題がある。
この点、本実施形態におけるバックライト２のように、導光板２０の導光部材２２に光路変更手段としての突起２５，２５…を設け、さらに各突起に対応する位置に光平行化手段としてのコリメータレンズ２７，２７…を設けた場合には、バックライト２から出射される光の平行性を、出射光の拡がり半値角αがおよそ左右±３度程度になるように維持しつつ、光取出し効率を、光の平行化手段を備えない通常のサイドエッジ方式のバックライトと同様のおよそ６０％程度とすることが可能である。

液晶パネル１のパネル層１３の表面（図１において、パネル層１３の上側の面）には、ガラス、ＰＥＴ（PolyEthylene Terephthalate）、アクリル樹脂等の材料により形成されたシート状の表面フィルム３が配設されている。なお、表面フィルム３を形成する材料は、表面フィルム３を透明なシート状（又は板状）に形成できるものであればよく、ここに例示したものに限定されない。

表面フィルム３の、液晶パネル１と対向する側の面には、拡散レンズ３２が備えられており、拡散レンズ３２の、液晶パネル１と対向する側の面には、液晶パネル１に対して凹んでいる凹面部３１が各サブピクセル１２ｂごとに形成されている。

凹面部３１は、入射した光を屈折させてその光路を変更するように構成されており、液晶パネル１を透過して表面フィルム３に入射した光は、各サブピクセル１２ｂに対応する各凹面部３１によってその光路を変更されて、表面フィルム３の出射側表面（図１において、表面フィルム３の上側の面）で各画素範囲内に拡散されるようになっている。

具体的には、凹面部３１には、形状の異なる２種類の凹面部３１（以下、それぞれ「第１凹面部３１ａ」、「第２凹面部３１ｂ」とする。）があり、１つの単位画素を構成する３つのサブピクセル１２ｂについて、１つの第１凹面部３１ａと、この第１凹面部３１ａの両側に配置される第２凹面部３１ｂと、が対応するようになっている。
すなわち、例えば図１に示すように、１つの単位画素を構成する３つのサブピクセル１２ｂがＢ，Ｇ，Ｒの順に並んでいる場合には、中心に位置するＧのサブピクセル１２ｂに対しては第１凹面部３１ａが対応し、左右に位置するＢのサブピクセル１２ｂ及びＲのサブピクセル１２ｂに対しては第２凹面部３１ｂの一部がそれぞれ対応するようになっている。第２凹面部３１ｂは、第２凹面部３１ｂの中心が液晶パネル１の隣接画素との境界に位置するようになっており、１つの第２凹面部３１ｂは、隣接画素を構成する複数のサブピクセル１２ｂ（例えば図１において、ある単位画素を構成するＢのサブピクセル１２ｂと、当該単位画素に隣接する単位画素を構成するＲのサブピクセル１２ｂ）に対応するようになっている。
凹面部３１は、１つの単位画素の中心に位置するサブピクセル１２ｂ（例えば図１において、Ｇのサブピクセル１２ｂ）に対応する第１凹面部３１ａを中心として左右対称となるように形成されており、かかる構成とすることで、各第１凹面部３１ａ、第２凹面部３１ｂから出射される光が、各画素範囲内で拡散され、隣接画素に出射されないようになっている。

また、表面フィルム３の拡散レンズ３２が形成されている面と反対側の面には、光拡散層３３が形成されており、光拡散層３３は、表面フィルム３内を透過した光を画素範囲内において拡散させるように構成されている。
なお、光拡散層３３としては、画像のちらつきや色分離を防止するための従来公知のシートを適用することが可能であり、表面フィルム３は、拡散レンズ３２に光拡散層３３を張り合わせる等の手法により形成可能である。

なお、本実施形態において、カラー液晶ディスプレイ１００は、表面フィルム３側からバックライト２側に向かって目視するようになっている。

次に、カラー液晶ディスプレイ１００の作用について説明する。
外部装置等からの入力等により、カラー液晶ディスプレイ１００に画像表示を行う旨の信号が出力されると、光源２１から光が出射され、出射された光は導光部材２２の中で全反射を繰り返す。そして、光は突起２５，２５…に入射すると、上方向に光路が変更されてシート部材２３に入射し、コリメータレンズ２７，２７…によって平行化される。略平行光となってバックライト２から出射された光は、液晶パネル１内のパネル層１１を透過した後、カラーフィルタ１２内を透過し、カラーフィルタ１２内の各サブピクセル１２ｂに対応した色の光に変換されてパネル層１３に入射する。

パネル層１３に入射された光は、各サブピクセル１２ｂ毎に略平行光になっており、この状態を維持したままパネル層１３を透過する。次いで、パネル層１３から出射された光は、表面フィルム３に入射し、凹面部３１（第１凹面部３１ａ、第２凹面部３１ｂ）の形状に応じて屈折し、光拡散層３３に向かって表面フィルム３の内部を進行する。

このとき、１つの単位画素を構成するサブピクセル１２ｂに対応する第１凹面部３１ａ、第２凹面部３１ｂから出射される光は、隣接画素が発する光の範囲に出射されないようになっており、各単位画素を構成するサブピクセル１２ｂを透過して出射された光は、当該単位画素内を透過した光の範囲内において拡散される。

その後、光拡散層３３では、光拡散層３３に入射された光がさらに拡散され、同一画素を構成するサブピクセル１２ｂを透過した光同士が均一に混合された状態で、カラー液晶ディスプレイ１００にカラー画像が表示される。これにより、光拡散層３３側からカラー液晶ディスプレイ１００を目視したときに、色むら等のないシャープな画像が視認される。

以上のように、本実施形態によれば、光源２１から入射した光を導光部材２２の中で全反射させるとともに、突起２５，２５…に入射した光を上方向に光路変更するため、光を効率よくバックライト２の上側に導くことができる。また、突起２５，２５…により光路変更された光をコリメータレンズ２７，２７…により平行化するので、バックライト２から液晶パネル１に出射される光の平行性を維持しつつ、バックライト２からの光取出し効率を高くすることが可能となる。このため、液晶パネル１に略平行光を入射させることができ、色むら等を生じにくくすることができるとともに、液晶パネル１に十分な光量を供給することができ、高輝度で高精細な画像表示を行うことができる。

また、導光部材２２と導光部材２２から光を取り出し平行化するためのシート部材２３とを非接触に構成することができるので、製造工程での精度に左右されずに精度よく光を平行化することができる。

また、画像表示に際して、バックライト２から出射された光は、液晶パネル１を透過して結像したものが視認されるが、その際、カラーフィルタ１２の特定の画素に対応する領域を透過した光が、後述する表面フィルム３の入射面側において画素ピッチ以上に広がって隣接画素を構成する光と混合するとコントラストに優れた画像を表示させることができない。この点、本実施形態によれば、液晶パネル１に略平行光を入射させることができるので、表面フィルム３への入射段階における隣接画素内への光漏れを防止することができる。

また、表面フィルム３に第１凹面部３１ａ、第２凹面部３１ｂを設けて、１つの単位画素を構成するサブピクセル１２ｂを透過した光を混合するとともに、当該光が隣接画素を透過した光の範囲内に出射されないようになっている。このため、バックライト２から出射された光が、カラーフィルタ１２を介して表面フィルム３を透過する間に隣接画素間で混合することがなく、かつ、同一画素を構成する光同士を混合させることができ、隣接画素間における混色を防ぎつつ、同一画素内の色分離を防いで画像を目視した際の画質を向上させることができる。

また、拡散レンズ３２は、比較的入手しやすい部材であり、表面フィルムにスリットを形成させるなど、従来の表面フィルムに新たな加工を施して同様の効果を得る場合に比べ、コストを低減させることができる。

なお、本実施形態においては、光路変更手段として導光部材２２の底面に内部に向かって突出する四角錘状の突起２５，２５…を形成する構成としたが、光路変更手段は、導光部材２２の内部で全反射している光の光路を上方向に変更することができるものであればよく、その形状等はこれに限定されない。例えば、光路変更手段として他の形状の微小突起やミラーボールのような反射粒子等を設ける構成としてもよい。
図７に他の形状の微小突起の一例を示す。図７（ａ）は微小突起の側面図であり、図７（ｂ）は微小突起の上面図である。図７に示すような単なる凸部状の突起５５，５５…であっても、突起５５，５５…の側面に入射した光の光路を上方向に変更することができるものであれば光路変更手段として適用することができる。
さらに、光路変更手段は入射した光の光路を上方向に変更することができるものであれば、導光部材２２の底面から導光部材２２の内部に向かって突出する突起状のものに限定されず、例えば、導光部材２２の底面に、所定の傾斜をつけた傾斜面を有する凸部を、導光部材２２の外部に向かって突出するように設け、凸部の傾斜面で光を反射させて、光の光路を変更させる構成としてもよい。

なお、本実施形態においては、導光部材２２が、アクリル樹脂（メタクリル酸メチル樹脂：ＰＭＭＡ）等で形成された中実の板状部材である場合を例として説明したが、導光部材２２は中空構造となっているものであってもよい。
導光部材２２が中空構造である場合には、光路変更手段として、例えば導光部材２２の底壁内に内部に向けて突出した微小突起やミラーボールのような反射粒子等を設けてもよいし、導光部材２２の底壁内面に導光部材２２の外部に向かって所定の傾斜をつけた傾斜面を有する凹部を設けて、凹部の傾斜面で光を反射させ、光の光路を変更させる構成としてもよい。
これらの場合においても、光路変更手段の光を反射させる面には鏡面加工が施されることが好ましい。

また、本実施形態においては、光平行化手段としてコリメータレンズ２７，２７…を設けるものとしたが、光平行化手段は、導光部材２２から取り出した光を平行化できるものであればよく、コリメータレンズ２７，２７…以外のものを用いてもよい。例えば、横に複数配置したＬＥＤ光源の場合、ＬＥＤ配置方向の光の拡がりは比較的小さいので、光の平行性の許容範囲が広い場合は、コリメータレンズをシリンドリカルレンズにすることもできる。

また、本実施形態においては、導光部材２２と導光部材２２から光を取り出し平行化するためのシート部材２３との間に間隙を設けて、両者を非接触に構成したが、シート部材２３を導光部材２２の上面に一体的に設ける構成とすることも可能である。

また、本実施形態においては、図３に示すように、光源２１を導光部材２２の２つの側面にそれぞれ１つずつ設ける場合を例として説明したが、光源２１を設ける位置、光源２１の数、光源２１の形状等はここに例示したものに限定されない。
例えば、導光部材２２の１つの側面のみに光源２１を１つ設ける構成としてもよいし、導光部材２２のすべての側面にそれぞれ光源２１を１つずつ設ける構成としてもよい。
さらに、導光部材２２の１つの側面に光源２１を複数設ける構成としてもよい。
また、本実施形態においては、光源２１としてＬＥＤを用いるものとしたが、光源２１はこれに限定されず、例えばＬＥＤの代わりに、ＥＬ（electro-luminescence）やレーザー等を光源２１として用いてもよい。ＬＥＤの代わりにレーザーを光源２１として用いた場合には、さらに平行性の高い光を出射することが可能となる。

また、本実施形態においては、表面フィルム３に第１凹面部３１ａ、第２凹面部３１ｂを設けて、１つの単位画素を構成するサブピクセル１２ｂを透過した光を混合するとともに、当該光が隣接画素を透過した光の範囲内に出射されないようにしたが、表面フィルム３の形状はこれに限定されない。
例えば表面フィルム３の液晶パネル１に対向する面に、各単位画素に対応して、表面フィルム３に入射した光を反射可能なスリット等を設け、このスリットによって各単位画素を構成するサブピクセル１２ｂを透過した光を反射させることにより、各単位画素ごとに光を混合するとともに、隣接画素間での光の混合を防止することができる構成としてもよい。また、例えば表面フィルム３の液晶パネル１に対向する面に、各単位画素に対応して、表面フィルム３に入射した光を反射可能な金属膜あるいは誘電体膜等を形成する構成であってもよい。
これらの場合にも表面フィルム３に凹面部３１を設ける場合と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態においては、画像表示装置の一例として、カラー液晶ディスプレイ１００について説明したが、複数のサブピクセル１２ｂを用いて１画素を表示する構成の画像表示装置であれば本発明を適用することが可能であり、自発光タイプのプラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等においても適用可能である。

その他、本発明が上記実施の形態に限らず適宜変更可能であるのは勿論である。

本発明に係る導光板を備える画像表示装置の一実施形態の概略構成を表す断面図である。 図１に示す画像表示装置に備えられるバックライトを示した側面図である。 図２に示すバックライトの上面図である。 図２に示すバックライトの内部構成を示す概略図である。 図５（ａ）は、図２に示すバックライトに設けられる突起の側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す突起の上面図である。 バックライトの厚み及び光の入射幅と光取出し効率との関係を示すグラフである。 図７（ａ）は、図５に示す突起の一変形例の側面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す突起の上面図である。

符号の説明

１００ カラー液晶ディスプレイ（画像表示装置）
１ 液晶パネル
２ バックライト
３ 表面フィルム
１１ 第１パネル層
１２ カラーフィルタ
１３ 第２パネル層
１２ａ 支持部材
１２ｂ サブピクセル（セル）
２０ 導光板
２１ 光源
２２ 導光部材
２３ シート部材
２４ 鏡面加工部
２５ 突起（微小突起；光路変更手段）
２６ シート部
２７ コリメータレンズ（光路平行化手段）
３１ 凹面部
３２ 拡散レンズ
３３ 光拡散層
Ｄ レンズ直径
Ｌ 突起の配置間隔
Ｔ バックライトの厚み
Ｗ 光の入射幅

Claims (6)

1. 光源から照射された光を内部で全反射させながら拡散させる導光部材と、
   前記導光部材の一面に配置され、前記導光部材の内部で全反射しながら拡散する光の光路を前記全反射の方向とは異なる方向に変更する光路変更手段と、
   前記導光部材の、前記光路変更手段の配置されている面とは反対側の面に配置され、前記光路変更手段により光路変更された光を平行化し平行光とする光路平行化手段と、
   を備えていることを特徴とする導光板。
2. 前記光路変更手段は、微小突起又は反射粒子であることを特徴とする請求項１に記載の導光板。
3. 前記導光部材は、少なくとも一面に鏡面加工が施されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導光板。
4. 前記光路変更手段及び前記光路平行化手段は、前記光路変更手段の中心と前記光路平行化手段の中心とを結ぶ線が、前記光路平行化手段によって平行化された平行光の光路とほぼ平行となるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の導光板。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の導光板を備えるバックライトと、
   複数の単位画素から構成される液晶パネルと、
   前記各単位画素内において光を拡散させる表面フィルムと、
   を備えていることを特徴とする画像表示装置。
6. 前記液晶パネルの前記各単位画素は、ＲＧＢのセルで構成され、
   前記液晶パネルは、モノクロ画像を表示することが可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の画像表示装置。

Images