JP2017168253A - 照明装置及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を節約できるとともに均一に面発光できる照明装置及び表示装置を提供する。【解決手段】照明装置は、光源と、第１レンズ及び第２レンズと、導光部と、を備えている。光源は、第１Ａ方向に進むに従って、第１Ａ方向と交差する第２方向、並びに第１Ａ方向及び第２方向と交差する第３方向に拡散する光を出射する。第１レンズ及び第２レンズは、光の光路中に配置される。第１レンズが第２方向の光の幅を制御し、第２レンズが第３方向の光の幅を制御することにより、光が平行光に変換される。導光部は、第１レンズ及び第２レンズを通過した光が入射する入射面と、光が出射する出射面と、入射面に入射した光を出射面に向けて指向させる光指向部と、を有している。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、照明装置及び該照明装置を備えた表示装置に関する。

液晶表示装置等の表示装置は、光を選択的に透過する液晶セルと、液晶セルの背面に面状光を照射する照明装置と、を備えている。
照明装置として、点状光を出射する発光装置と、発光装置からの光を平行光にコリメートする第１及び第２の非球面レンズと、第１及び第２の非球面レンズを通過した平行光を導光板に集光するシリンドリカルフレネルレンズと、面状光を出射する導光板と、を備えた面光源装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

一般に、レーザダイオード等の発光装置から出射される光は、楕円状に広がる点状光であり固有のアスペクト比を有している。一方、導光板は、面光源装置を薄型化するため薄く扁平に形成される。そのため、導光板の入射面のアスペクト比と光路の断面のアスペクト比との間には大きな隔たりがある。

入射面の横幅に光の横幅を合わせると、光路の縦幅が入射面の縦幅を超過する。入射面から漏れた光が出射面に導光されずに光のロスとなるため、無駄な電力を消費する。一方、入射面の縦幅に光の縦幅を合わせると、光路の横幅が入射面の横幅に不足する。導光板の隅々まで光が届かないため、均一に面発光できない。

入射面と光とのアスペクト比を近似させるため、特許文献１では、入射面の縦幅を超過した平行光を集光するシリンドリカルフレネルレンズを追加している。しかし、特許文献１のように、一旦超過させた光の縦幅を後からレンズで調整する場合も、当該レンズの内部で光のロスが発生する。また、特許文献１では導光板内で何回も光を反射させて、光を導光させている。このため、偏光した光を光源として利用した場合、偏光度の低下が懸念される。

特開２００９−２３１０１８号公報

消費電力を節約できるとともに均一に面発光できる照明装置及び表示装置を提供する。

一実施形態に係る照明装置は、光源と、第１レンズ及び第２レンズと、導光部と、を備えている。光源は、第１Ａ方向に進むに従って、第１Ａ方向と交差する第２方向、並びに第１Ａ方向及び第２方向と交差する第３方向に拡散する光を出射する。第１レンズ及び第２レンズは、光の光路中に配置される。第１レンズが第２方向の光の幅を制御し、第２レンズが第３方向の光の幅を制御することにより、光が平行光に変換される。導光部は、第１レンズ及び第２レンズを通過した光が入射する入射面と、光が出射する出射面と、入射面に入射した光を出射面に向けて指向させる光指向部と、を有している。

図１は、表示装置の一例として、液晶表示装置を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態の照明装置を備えた液晶表示装置を示す断面図である。 図３は、第１実施形態の照明装置の構成を示す斜視図である。 図４は、図３に示された光源から出射された光の放射強度の角度分布を示す図である。 図５は、図３に示された光源からの出射光の角度強度半値幅のプロファイルを示す図である。 図６は、図３に示された第１及び第２レンズの一例を示す斜視図である。 図７は、図３に示された第１及び第２レンズの他の一例を示す斜視図である。 図８は、図３に示された第１レンズと光源及び入射面との関係の一例を示す断面図である。 図９は、図３に示された第２レンズと光源及び入射面との関係の一例を示す平面図である。 図１０は、第２実施形態の照明装置の構成を示す平面図である。 図１１は、第２実施形態の照明装置の変形例の構成を示す平面図である。 図１２は、第３実施形態の照明装置の構成を示す断面図である。 図１３は、第３実施形態の照明装置の変形例の構成を示す断面図である。 図１４は、第４実施形態の照明装置の構成を示す断面図である。 図１５は、第５実施形態の照明装置の構成を示す断面図である。 図１６は、第６実施形態の照明装置の構成を示す断面図である。 図１７は、第６実施形態の照明装置の変形例の構成を示す断面図である。

いくつかの実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者が発明の主旨を保って適宜変更について容易に想到し得るものは、当然に本発明の範囲に含まれる。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一又は類似の要素について符号を省略することがある。また、本明細書及び各図において、既に説明した図と同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。

各実施形態において、表示装置の一例として、透過型の液晶表示装置を開示する。ただし、各実施形態は、本開示に記載された個々の技術的思想を他種の表示装置に対して適用することを妨げるものではない。他種の表示装置として、例えば、Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）シャッターが光学素子として機能する機械式表示セルを有する表示装置や、電気泳動素子等を有する電子ペーパ型表示セルを有する表示装置等が想定される。

まず、図１及び図２を参照して各実施形態に共通する構成について説明する。図１は、各実施形態に係る液晶表示装置ＤＳＰの概略的な構成を示す斜視図である。液晶表示装置ＤＳＰは、例えば、スマートフォン、タブレット端末、携帯電話端末、パーソナルコンピュータ、テレビ受像装置、車載装置、ゲーム機器、ウェアラブル端末等の種々の装置に用いることができる。

液晶表示装置ＤＳＰは、表示パネルＰＮＬと、表示パネルＰＮＬに平行光を照射する照明装置ＢＬと、表示パネルＰＮＬや照明装置ＢＬの動作を制御する制御モジュールＣＭと、表示パネルＰＮＬを駆動する駆動ＩＣチップＩＣと、表示パネルＰＮＬや照明装置ＢＬへ制御モジュールＣＭの制御信号を伝達するフレキシブル回路基板ＦＰＣ１，ＦＰＣ２と、を備えている。

表示パネル（液晶セル）ＰＮＬは、アレイ基板ＡＲと、アレイ基板ＡＲに対向する対向基板ＣＴと、アレイ基板ＡＲ及び対向基板ＣＴの間に配置された液晶層ＬＣと、を備えている。液晶層ＬＣは、光を選択的に透過する光学素子の一例である。表示パネルＰＮＬは、表示面Ｄ１と、表示面Ｄ１とは反対側の背面Ｄ２とを有し、背面Ｄ２に入射した平行光を選択的に透過させて表示面Ｄ１に配置された表示領域に画像を表示する。表示パネルＰＮＬは、表示領域にマトリクス状に配列された複数の画素ＰＸを有している。各画素ＰＸは、光を着色するカラーフィルタや発光層等が設けられた複数の副画素から構成される。

照明装置ＢＬは、表示パネルＰＮＬのアレイ基板ＡＲに対向するように配置され、表示パネルＰＮＬの背面Ｄ２に平行光を照射する。照明装置ＢＬの各実施形態については後で詳しく説明する。
図２は、液晶表示装置ＤＳＰの断面図である。アレイ基板ＡＲ及び対向基板ＣＴは、透光性を有したガラス基板を加工して形成されている。なお、アクリル樹脂等の透光性の樹脂材料を加工してもよい。図２に示す例では、表示パネルＰＮＬの両面に偏光板ＰＬ１，ＰＬ２が配置されている。偏光板ＰＬ１は、表示面Ｄ１側に配置され、例えば対向基板ＣＴに貼着されている。偏光板ＰＬ２は、背面Ｄ２側に配置され、例えばアレイ基板ＡＲに貼着されている。

照明装置ＢＬは、光源部ＬＳと、導光部ＬＧと、を備えている。光源部ＬＳは、アレイ基板ＡＲの例えば短辺に沿って配置されている。なお、光源部ＬＳは、アレイ基板ＡＲの他の辺に沿って配置されてもよい。導光部ＬＧは、光源部ＬＳから出射された平行光を表示パネルＰＮＬに向けて導光する。

［第１実施形態］
第１実施形態について、図２乃至図９を参照して説明する。図３は、図２に示された第１実施形態の照明装置ＢＬの構成を示す斜視図である。図３に示すように、光源部ＬＳは、導光部ＬＧの一側に沿って並ぶ複数の光源ユニット２０を備えている。なお、光源部ＬＳは、単一の光源ユニット２０を備えるものであってもよい。各光源ユニット２０は、例えば前述のフレキシブル回路基板ＦＰＣ２と電気的に接続された配線基板に実装されている。

各光源ユニット２０は、光を出射する光源２１と、光源２１から出射された光を平行光に変換するコリメータ２２と、をそれぞれ備えている。平行光は、コリメート光とも呼ばれ、空間を実質的に一直線に進む光であって高い指向性を有している。本明細書において、平行光は、光線が厳密に平行である光に限定されるものではなく、僅かに広がりを持った実質的に平行な光を含む。

光源２１は、導光部ＬＧに対向している。コリメータ２２は、光源２１と導光部ＬＧとの間に配置される。本実施形態に係るコリメータ２２は、光源２１が出射する光の光路中に配置された第１レンズ２３及び第２レンズ２４を少なくとも含んでいる。なお、隣接する第１レンズ２３の一端と他端とを互いに連結し、複数の第１レンズを一体的に形成してもよい。同様に、複数の第２レンズ２４を一体的に形成してもよい。本実施形態に係る光源２１は、発散光を照射する点光源であり、例えばレーザ光を放つ半導体レーザ等のレーザ素子や発光ダイオードを用いたＬＥＤ素子を用いることができる。

図４は、光源２１から出射された直後の光の、放射強度の角度分布を示す図である。図４の中心が光軸に対して０°の光強度、外周が光軸に対して９０°の光強度である。図４に示すように、光源２１から出射された光は光軸を中心とした楕円形の広がりを有している。光軸に沿う方向を第１方向Ｘ、楕円の短軸に沿う方向を第２方向Ｚ、楕円の長軸に沿う方向を第３方向Ｙとする。なお、第１方向Ｘを光の光軸方向、第２方向Ｚを光の短軸方向、第３方向Ｙを光の長軸方向と呼ぶこともできる。

第１方向Ｘ、第２方向Ｚ、第３方向Ｙは、互いに垂直に交差している。なお、第１乃至第３方向Ｘ，Ｚ，Ｙが他の角度で交差してもよい。本実施形態では、図２に示すように、第２方向Ｚが照明装置ＢＬの厚さ方向、第３方向Ｙが照明装置ＢＬの短辺方向と一致するように各光源２１が配置されている。

第１方向Ｘは、第１Ａ方向Ｘ１と、第１Ａ方向Ｘ１とは反対方向の第１Ｂ方向Ｘ２と、を有している。第２方向Ｚは、第２Ａ方向Ｚ１と、第２Ａ方向Ｚ１とは反対方向の第２Ｂ方向Ｚ２と、を有している。第３方向Ｙは、第３Ａ方向Ｙ１と、第３Ａ方向Ｙ１とは反対方向の第３Ｂ方向Ｙ２と、を有している。第１方向Ｘのうち、光源２１から出射された光の進行方向を第１Ａ方向Ｘ１とする。第２方向Ｚのうち、照明装置ＢＬの出射方向を第２Ａ方向Ｚ１とする。

図５は、光源２１からの出射光の角度強度半値幅のプロファイルを示す図である。図５に示すように、光源２１から出射された光は、半値幅（ｆｕｌｌ ｗｉｄｔｈ ａｔ ｈａｌｆ ｍａｘｉｍｕｍ）が第２方向Ｚに１０°、第３方向Ｙに３０°で広がっている。

コリメータ２２の第１レンズ２３及び第２レンズ２４は、組み合わさることで、光源２１から出射された第２方向Ｚ及び第３方向Ｙに広がる光を平行光に変換する。具体的には、第１レンズ２３が第２方向Ｚの光の幅を一定に制御し、第２レンズ２４が第３方向Ｙの光の幅を一定に制御することにより、光源２１から出射された光を平行光に変換する。ここでいう光の幅とは、例えば半値幅を指す。なお、光の幅は、ピーク値に対して５０％となる半値幅に限られず、他の相対強度を基準にした幅であってもよい。

以下、図６及び図７を用いて第１及び第２レンズ２３，２４の機能について説明する。なお、第２レンズ２４は、第１レンズ２３と大きさや各辺の比が異なるものの同様の形状を有している。そのため、代表して第１レンズ２３を詳しく説明し、第２レンズ２４については重複する説明を省略する。図６は、第１レンズ２３の一例を示す斜視図である。図７は、第１レンズ２３の他の一例を示す斜視図である。

図６及び図７において、第１レンズ２３の機能を理解しやすくするため、便宜的に平行光を第１レンズ２３に入射させ、焦点に光を収束させる例を用いて説明する。しかし、本実施形態では、点光源である光源２１からの拡散光を第１レンズ２３と第２レンズ２４とに順番に通過させ、平行光に制御するように第１及び第２レンズ２３，２４を配置している。

第１レンズ２３は、第４方向Ａに屈折力を有し、第４方向Ａに直交する第５方向Ｂに屈折力をもたない。そのため、第４方向Ａ及び第５方向Ｂに直交する第６方向Ｃに入射した平行光を直線Ｄ上に集光する機能を有している。以降の説明において、直線Ｄに沿う方向を第１レンズ２３の軸方向、軸方向に直交する方向を第１レンズ２３の屈曲方向、直線Ｄを第１レンズ２３の焦点、第１レンズ２３から直線Ｄまでの距離を第１レンズ２３の焦点距離と呼ぶことがある。軸方向は第５方向Ｂと一致する。屈曲方向は第４方向Ａと一致する。第１レンズ２３や第２レンズ２４として、例えば平凸のシリンドリカルレンズを用いることができる。

図６に示す例では、第１レンズ２３は、平坦面２３Ａと、凸面（円柱面）２３Ｂと、を有している。軸方向と平行な方向に第１レンズ２３を切断する断面は、凸面２３Ｂと直線で交差して矩形になる。軸方向と交差する方向に第１レンズ２３を切断する断面は、凸面２３Ｂと曲線で交差して矩形にならない外形を有している。

図３に示すように、第１レンズ２３及び第２レンズ２４は、屈曲方向（第４方向）が互いに直交するように配置されている。図３に示す例では、第１及び第２レンズ２３，２４としてシリンドリカルレンズが用いられ、第１レンズ２３の平坦面２３Ａが光源２１と対向し、凸面２３Ｂが第２レンズ２４と対向している。第２レンズ２４の平坦面２４Ａが第１レンズ２３と対向し、凸面２４Ｂが入射面３１Ａと対向している。なお、シリンドリカルレンズを第１及び第２レンズ２３，２４とする場合、レンズの平凸の向きはこれに限られず、第１レンズ２３の凸面２３Ｂが光源２１と対向してもよいし、第２レンズ２４の凸面２４Ｂが第１レンズ２３と対向してもよい。

第１レンズ２３や第２レンズ２４は、図６に示す例に限られず図７に示すように、シリンドリカルレンズの凸面を分割した凸面２３Ｂを有するフレネルレンズを用いてもよい。この場合も、第１及び第２レンズ２３，２４は、軸方向と平行な方向に切断すると断面が矩形になり、軸方向に交差する方向に切断すると断面が矩形にならない外形を有している。或いは、レンズ外形の曲率ではなくレンズ内部の屈折率分布を利用して平行光を直線状に集光するＧＲＩＮ（ｇｒａｄｅｄ ｉｎｄｅｘ）レンズ等を用いてもよい。

図６や図７に示す第１及び第２レンズ２３，２４に対し、平行光を第６方向Ｃに通過させると直線Ｄ上に焦点を結ぶが、逆に、直線Ｄ上に位置した光源２１からの出射光を通過させると、第４方向Ａの光の幅が一定に制御される。コリメータ２２は、第１及び第２レンズ２３，２４によって光源２１から出射した光を平行光に変換する。コリメータ２２を通過した平行光は、導光部ＬＧに入射する。

図２に示すように、本実施形態に係る導光部ＬＧは、導光板３０と、導光板３０に設けられた光指向部４０とで構成されている。なお、後述する第６実施形態で説明するが、導光部ＬＧの構成はこれに限られず、導光板３０を省略することもできる。アレイ基板ＡＲ等の一部を導光部ＬＧの一部として構成することもできる。

導光板３０は、例えば透光性を有する樹脂材料から形成された板状の部材である。導光板３０は、表示パネルＰＮＬの背面Ｄ２側に配置され、アレイ基板ＡＲと対向している。導光板３０は、側面３１と、第１主面３２と、第２主面３３と、を有している。側面３１は、光源部ＬＳに対向し、第１主面３２は、表示パネルＰＮＬに対向し、第２主面３３は、第１主面３２とは反対側に位置している。側面３１は、複数の入射面３１Ａを含んでいる。なお、側面３１が、単一の入射面３１Ａを含むように構成してもよい。

図３に示すように、各入射面３１Ａは、対応する光源ユニット２０とそれぞれ対向している。各入射面３１Ａに、対応する光源ユニット２０から出射された平行光がそれぞれ入射する。入射した平行光は、第２主面３３に形成されたプリズム等の光指向部４０で全反射（フレネル反射）されて、第１主面３２から出射される。第１主面３２は出射面の一例である。なお、光指向部４０における反射は、鏡面反射であってもよい。

本実施形態に係る入射面３１Ａは、第２方向Ｚの長さ（縦幅）ＬＺよりも第３方向Ｙの長さ（横幅）ＬＹが大きく形成されている。図３に示す例では、長さＬＺが３ｍｍ、長さＬＹが６０ｍｍに形成されている。入射面３１Ａのアスペクト比（長辺：短辺）は、光源２１から出射された光のアスペクト比（長軸：短軸）と一致していない。

図２に示すように、入射面３１Ａは、ＸＺ断面において第１方向Ｘ及び第２方向Ｚに対して傾斜している。入射面３１Ａは、例えば第１主面３２と鈍角をなすとともに第２主面３３と鋭角をなす。光源部ＬＳから出射した平行光は、入射面３１Ａを通って導光板３０の内部に入射する際、平行性を維持したまま光指向部４０に向かって屈折する。つまり、本実施形態に係る入射面３１Ａは、光源２１からの光を光指向部４０に向かって屈折させる第３レンズ２５としての機能を有している。

図３に示すように、光指向部４０は、ＸＹ平面に対して傾いた複数の傾斜面４１，４２を有している。各傾斜面４１，４２は、第３方向Ｙと平行に延び、第１方向Ｘ及び第２方向Ｚと交わる平面である。傾斜面４１は、光源部ＬＳ側に向いており、入射面３１Ａから第２主面３３へ向かう平行光を全反射して、表示パネルＰＮＬに向けて光路を指向させる。傾斜面４２は、光源部ＬＳとは反対側を向いている。本実施形態に係る導光部ＬＧは、光指向部４０が一回の全反射で平行光を表示パネルＰＮＬに向けて指向させる。

続いて、これまで説明した光源２１からの出射光の角度と、入射面３１Ａの長さＬＺ，ＬＹと、第１及び第２レンズ２３，２４の焦点距離ｆ１，ｆ２との相互関係について、具体例を挙げて説明する。図８は、図３に示された第１レンズ２３と、光源２１及び入射面３１Ａとの関係の一例を示す断面図である。前述のとおり、入射面３１Ａは、第２方向Ｚの長さＬＺが例えば３ｍｍに形成されている。光源２１から出射される光は、第２方向Ｚに例えば１０°の角度で広がっている。この場合、光源２１から１７ｍｍ離間すると、第２方向Ｚの光の幅（半値幅）は、入射面３１Ａの第２方向Ｚの長さＬＺと略同一になる。本開示の各実施形態において、コリメータ２２は、第２方向Ｚの光の幅が長さＬＺと略同一になる距離（図８に示す例では１７ｍｍ）と、焦点距離ｆ１と、が一致する第１レンズ２３を備えている。光源２１は、第１レンズ２３の焦点に配置されている。第１レンズ２３から入射面３１Ａに向けて出射される光は、第２方向Ｚにおいて入射面３１Ａと同じ幅に制御された光となる。

図９は、図３に示された第２レンズ２４と、光源２１及び入射面３１Ａとの関係の一例を示す平面図である。前述のとおり、入射面３１Ａは、第３方向Ｙの長さＬＹが例えば６０ｍｍに形成されている。光源２１から出射される光は、第３方向Ｙに例えば３０°の角度で広がっている。この場合、光源２１から１１２ｍｍ離間すると、第３方向Ｙの光の幅（半値幅）は、入射面３１Ａの第３方向Ｙの長さＬＹと略同一になる。本実施形態に係るコリメータ２２は、第３方向Ｙの光の幅が長さＬＹと略同一になる距離（図９に示す例では１１２ｍｍ）と、焦点距離ｆ２と、が一致する第２レンズ２４を備えている。光源２１は、第２レンズ２４の焦点に配置されている。第２レンズ２４から入射面３１Ａに向けて出射される光は、第３方向Ｙにおいて入射面３１Ａと同じ幅に制御された光となる。

換言すると、本実施形態の照明装置ＢＬは、焦点距離ｆ１，ｆ２が互いに異なる第１レンズ２３及び第２レンズ２４を、焦点が一致する、すなわち、両者の直線Ｄが互いに交差するように配置している。第１レンズ２３の焦点距離ｆ１は、第２レンズ２４の焦点距離ｆ２よりも短く、第１レンズ２３は第２レンズ２４よりも光源２１寄りに配置されている。第１レンズ２３は、光源２１からの光を変換して入射面３１Ａの第２方向Ｚの長さＬＺと実質的に同じ幅（半値幅）に調整された平行光を作り出す。第２レンズ２４は、光源２１からの光を変換して入射面３１Ａの第３方向Ｙの長さＬＹと実質的に同じ幅（半値幅）に調整された平行光を作り出す。

なお、第１及び第２レンズ２３，２４の大きさや焦点距離ｆ１，ｆ２は、上記した例に限られず入射面３１Ａの長さＬＺ，ＬＹや光源２１から出射される光の角度に合わせて適宜選択できる。つまり、第１及び第２レンズ２３，２４を適切に選択することにより、種々の仕様の入射面３１Ａや光源２１に対応できる。

以上のように構成された本実施形態の照明装置ＢＬは、第２方向Ｚの光の幅を長さＬＺに制御する第１レンズ２３と、第３方向Ｙの光の幅を長さＬＹに制御する第２レンズ２４と、を備えている。そのため、第１及び第２レンズ２３，２４を通過した光源２１からの光を平行光に制御することができる。

しかも、第２方向Ｚの光の幅のみ制御する第１レンズ２３と、第３方向Ｙの光の幅のみ制御する第２レンズ２４とが、互いに独立している。そのため、入射面３１Ａのアスペクト比（長辺：短辺）と、光源２１から出射された光のアスペクト比（長軸：短軸）とが一致していなくても、入射面３１Ａの形状に合わせて平行光の幅を自在に調整できる。本実施形態の照明装置ＢＬは、種々の光源２１及び入射面３１Ａに対応して平行光と入射面３１Ａとのアスペクト比を一致させることができるため、消費電力を節約できるとともに均一に面発光できる。

照明装置ＢＬは、光の第２方向Ｚの幅を制御するレンズとして、第１レンズ２３のみを含む。第１レンズ２３を通過した光は、第２方向Ｚの幅が入射面３１Ａの第２方向Ｚの長さＬＺに一段階で制御される。従来の照明装置は、コリメータを通過した平行光の第２方向Ｚの幅が、導光板の第２方向Ｚの幅よりも過大である。この場合、一旦拡散させた光を再び第２方向Ｚに収束させる集光レンズが必要になる。レンズが増えた分、光のロスや偏光特性の劣化が避けられない。本実施形態では、レンズに起因する劣化を最小限に抑えることができる。

図８及び図９に示すように、入射面３１Ａは、第２方向Ｚの長さＬＺよりも第３方向Ｙの長さＬＹが大きく形成されている。第３方向Ｙの光の幅を制御する第２レンズ２４は、第１レンズ２３よりも光源２１から離間した位置に配置されている。第２レンズ２４には、第１レンズ２３を通過する光よりも第３方向Ｙに広がった光が届く。よって、入射面３１Ａの第３方向Ｙの長さＬＹに合わせて光の幅を効率的に変換することができる。

本実施形態は、光源２１が導光板３０の厚さ（長さＬＺ）よりも小さい点光源であるため、コリメータ２２を通過した平行光が入射面３１Ａの第２方向Ｚの長さＬＺを超過しないように効率的に制御することができる。
しかも、光源２１は、波長が狭帯域に揃えられたレーザ光を出射する。レンズの屈折率は光の波長に依存するため、波長が広帯域の光からは高度にコリメートされた平行光を調整することは困難である。本実施形態の照明装置ＢＬは、光源２１にレーザ光を用いるため、第１レンズ２３及び第２レンズ２４という簡素な構成で、高度にコリメートされた平行光を調整できる。本実施形態に係る表示装置ＤＳＰは、そのような平行光を利用して表示面Ｄ１に表示する画像の表示品位を高めることができる。

本実施形態に係る光源部ＬＳは、第１及び第２レンズ２３，２４並びに光源２１によって、高度にコリメートされた平行光を出射する。導光板３０の内部であっても反射を繰り返して光路が長くなると光のロス及び偏光度の低下が発生するため、光の反射回数を減らすことが望ましい。光源部ＬＳから出射される光が平行光であれば、光指向部４０に向かう角度を制御し易いため、最小限の反射回数で光指向部４０に入射させることができる。光路長を短くできるため、導光板３０の内部の光のロスを低減できる。
その他、本実施形態からは、種々の好適な効果を得ることができる。

［第２実施形態］
第２実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。第２実施形態の照明装置ＢＬは、光源２１から出射された光を第３方向Ｙに広げる第４レンズ２６をさらに備えている。このような第４レンズ２６として、例えば、平坦面２６Ａと凹面（逆円柱面）２６Ｂとを有した、平面視で凹状のシリンドリカルレンズ等が挙げられる。同様の機能を有したＧＲＩＮレンズ等であってもよい。

図１０及び図１１に示すように、第１レンズ２３、第２レンズ２４及び第４レンズ２６は、光源２１の光軸上に一列に並んで配置されている。第２実施形態及びその変形例では、光源２１は、第２レンズ２４及び第４レンズ２６に第１Ｂ方向Ｘ２から平行光を入射させたとき、焦点を結ぶ位置に配置されている。

図１０に示す第２実施形態では、第４レンズ２６は、第１レンズ２３と第２レンズ２４との間に配置されている。第４レンズ２６は、ＸＺ平面と凹面２６Ｂとが直線で交差して断面が矩形になる向きに配置され、凹面２６Ｂが第２レンズ２４と対向している。なお、凹面２６Ｂが第１レンズ２３と対向してもよい。第４レンズ２６と同様に、第２レンズ２４は、ＸＺ平面と凸面２４Ｂとが直線で交差して断面が矩形になる向きに配置されている。つまり、第２及び第４レンズ２４，２６は軸方向が互いに一致するように配置されている。光源２１から出射された光は、第１レンズ２３、第４レンズ２６、第２レンズ２４の順に通過する。第２及び第４レンズ２４，２６を通過した光は、第３方向Ｙの光の幅が、入射面３１Ａの第３方向Ｙの長さＬＹと一致するように調整される。

図１１に示す変形例では、第４レンズ２６は、光源２１と第１レンズ２３との間に配置されている。光源２１から出射された光は、第４レンズ２６、第１レンズ２３、第２レンズ２４の順に通過する。図１０の例と同様に、第２及び第４レンズ２４，２６を通過した光は、第３方向Ｙの光の幅が、入射面３１Ａの第３方向Ｙの長さＬＹと一致するように調整される。

第２実施形態及びその変形例の照明装置ＢＬによれば、第４レンズ２６により光源２１からの出射光の第３方向Ｙにおける幅が広がるため、第１実施形態の照明装置ＢＬよりも光源２１と第２レンズ２４との距離を短くできる。照明装置ＢＬを小型化でき、表示装置ＤＳＰを狭額縁化できる。

［第３実施形態］
第３実施形態について、図１２及び図１３を参照して説明する。第３実施形態では、光源２１からの光を光指向部４０に向かって屈折させる、第３レンズ２５としての機能を、導光板３０の入射面３１Ａではなく他の部材が有している。

図１２に示す第３実施形態では、第２レンズ２４が第３レンズ２５の機能を兼ねている。図示した例では、第２レンズ２４の光の入口側の平坦面２４Ａが、ＸＺ断面において、第１方向Ｘ及び第２方向Ｚに対して傾斜している。そして、平坦面２４Ａは、入射した光を光指向部４０に向かって屈折させる。図示しないが、光の出口側の凸面２４Ｂが、ＸＺ断面において、第１方向Ｘ及び第２方向Ｚに対して傾斜してもよい。そして、凸面２４Ｂは、凸面２４Ｂから出射する光を光指向部４０に向かって屈折させてもよい。或いは、第２レンズ２４を平坦面２４Ａが出口側となる向きに配置し、平坦面２４Ａを、前述と同様に傾斜するようにしてもよい。入口側となった凸面２４Ｂを、前述と同様に傾斜するようにしてもよい。要するに、第３実施形態の第２レンズ２４は、第２レンズ２４の形状と第３レンズ２５の形状とが一体的に形成されている。

図１３は、第１レンズ２３が第３レンズ２５の機能を兼ねるように構成された変形例の断面図である。図１３の例では、第１レンズ２３の形状と第３レンズ２５の形状とが一体的に形成されている。なお、第３レンズ２５としての機能を兼ねるとは、第３レンズとして機能を発揮する形状が、他の機能を発揮する形状と区別できる態様に限られない。機能毎の形状が渾然一体となって彼此区別しえないが、二つ以上の機能を有する態様を含む。第３実施形態及びその変形例によれば、第３レンズ２５の機能を導光板の入射面３１Ａではなく他の部材に持たせることができ、設計の自由度を向上させることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態について、図１４を参照して説明する。第４実施形態では、導光板３０の入射面３１Ａが第２レンズ２４の機能を兼ねるように構成されている。入射面３１Ａは、例えば第２レンズ２４と同様の凸面（円柱面）２４Ｂを有している。すなわち、入射面３１Ａは、第１レンズ２３側に向かって突出する凸面（円柱面）として形成され、第２主面３３から第１主面３２に向かうに従い光源２１から遠ざかるように傾斜している。第２レンズ２４の焦点距離ｆ２に第２レンズ２４と導光部ＬＧとの距離を加えた長さによって光源２１から導光部ＬＧまでの寸法が決まる。第４実施形態によれば、第２レンズ２４と導光板３０との距離を最小にして照明装置ＢＬを小型化できる。さらに、第２レンズ２４を導光板３０と一体的に形成して部品点数を削減できる。

［第５実施形態］
第５実施形態について、図１５を参照して説明する。第５実施形態の照明装置ＢＬは、第１Ａ方向Ｘ１に入射した光を、第１Ａ方向Ｘ１とは反対方向の第１Ｂ方向Ｘ２に屈曲させて出射する屈曲部２７をさらに備えている。なお、屈曲部２７が第３レンズ２５の機能を兼ねてもよい。この場合、屈曲部２７は、第１Ａ方向Ｘ１に入射した光を第１Ｂ方向Ｘ２と実質的に同じ方向に向かって出射してもよい。

屈曲部２７は入射面３１Ａと対向するように配置される。図１５に示す例では、光源２１、第１レンズ２３及び第２レンズ２４は、入射面３１Ａに対して屈曲部２７とは反対側に配置され、導光板３０の第２主面３３と対向している。第２主面３３は、面状光を放つ第１主面（出射面）３２とは反対側の面である。

屈曲部２７は、例えば、第１Ａ方向Ｘ１からの光が入射する第１面と、第１面に入射した光を第１Ｂ方向Ｘ２に屈曲させる第２面及び第３面と、を有している。第１面は第１Ａ方向Ｘ１に垂直に形成され、光源２１の光軸上に配置されている。第２面は、第１Ａ方向Ｘ１の光を第３面に向かって全反射させる方向に傾斜している。第３面は、第２面に反射された光を第１Ｂ方向Ｘ２に全反射させる方向に傾斜している。

光源２１から出射された光は、屈曲部２７を経由して導光部ＬＧに入射する。図１５に示す例では、光の光路において屈曲部２７の上流側に第２レンズ２４が配置されている。なお、屈曲部２７の下流側に第２レンズ２４を配置してもよい。
第５実施形態では、屈曲部２７によって光の光路を折り返すことができる。そのため、第２レンズ２４と光源２１との間に焦点距離ｆ２を確保しつつ、第１方向Ｘにおける照明装置ＢＬの寸法を小型化できる。屈曲部２７を配置すれば、第１及び第２レンズ２３，２４のレイアウトが導光板３０よりも外側の額縁領域に限定されることがなくなり、液晶表示装置ＤＳＰを狭額縁化できる。

［第６実施形態］
第６実施形態及びその変形例について、図１６及び図１７を参照して説明する。図１６は、第６実施形態の照明装置ＢＬの構成を示す断面図である。図１６に示す第６実施形態の照明装置ＢＬは、導光板３０を有していない点を除いて、第５実施形態の照明装置ＢＬと同様の構成を備えている。第６実施形態の照明装置ＢＬは、プリズムシート４３を備えている。屈曲部２７は、第３レンズ２５の機能を兼ねている。

プリズムシート４３は、表示パネルＰＮＬの背面Ｄ２と対向した内側面と、内側面と反対側の外側面と、を有している。内側面又は外側面のいずれか一面には、導光板３０の光指向部４０と同様に光を全反射する傾斜面が形成されている。プリズムシート４３は、光指向部の一例である。

図１６に示す例では、プリズムシート４３の内側面が出射面、外側面が入射面として構成されている。プリズムシート４３の外側面に前述の傾斜面が形成されている。傾斜面は、屈曲部２７から出射した平行光をプリズムシート４３の内側面に向けて指向させる。内側面は表示パネルＰＮＬの背面Ｄ２に貼着されている。光源部ＬＳから出射された平行光は、導光板３０を経由せずプリズムシート４３に入射する。

図示しないが、第６実施形態の他の例として、アレイ基板ＡＲの側面Ｄ３を入射面、アレイ基板ＡＲの液晶層ＬＣ側の主面Ｄ４を出射面として構成してもよい。その場合、屈曲部２７から出射された平行光は、アレイ基板の側面Ｄ３に入射する。その後、平行光は、背面Ｄ２に貼着されたプリズムシート４３に全反射され、主面Ｄ４から出射する。或いは、プリズムシート４３の内側面を入射面かつ出射面として構成してもよい。その場合、プリズムシート４３と表示パネルＰＮＬの背面Ｄ２との間に平行光を通すための空隙をあける。屈曲部２７から出射した平行光を、空隙を通じてプリズムシート４３の内側面に入射させ、内側面で全反射させて表示パネルＰＮＬを指向させる。いずれの構成であっても、導光板３０を省略できる。

第６実施形態によれば、導光板３０を省略して照明装置ＢＬを小型化できる。その結果、液晶表示装置ＤＳＰを小型化できる。さらに、導光板３０における偏光度の低下や光学特性の低下を抑制して画像の表示品位を向上させることができる。

図１７は、図１６に示された第６実施形態の変形例である。変形例に係る第２レンズ２４は、光の光路において屈曲部２７よりも下流側に配置される。図示した例では、屈曲部２７が光を出射する面に第２レンズ２４が設置されている。この場合、第２レンズ２４が屈曲部２７よりも下流側に配置されていることで、光は第１レンズ２３を通過した後に、屈曲部２７を通過して、第２レンズ２４を通過することになる。第２レンズ２４は、第３方向Ｙの光の幅を制御するレンズである。つまり、光源２１から第２レンズ２４までの距離を長く確保することで、第３方向Ｙの光の幅を大きくし、導光板３０の第３方向Ｙの幅に光を広く照射できる。その結果、図９に示された入射面３１Ａの長さＬＹを大きく設計できる。或いは、光源２１から導光部ＬＧまでの寸法は、第２レンズ２４の焦点距離ｆ２に第２レンズ２４と導光部ＬＧとの距離を加えたものであるが、変形例では、第２レンズ２４と導光部ＬＧ（プリズムシート４３）との距離を近接させて照明装置ＢＬを小型化できる。なお、変形例において、屈曲部２７が第２レンズ２４の機能を兼ねるように構成することもできる。この場合、第２レンズ２４を省略して構成を簡素化できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。各実施形態にて開示した構成は、適宜に組み合わせることができる。

例えば、各実施形態において、照明装置ＢＬが表示面Ｄ１側の偏光板ＰＬ１の吸収軸と平行な方向に振動する偏光した光を照射するように構成してもよい。偏光板ＰＬ１に吸収される偏光した平行光を、背面Ｄ２側の偏光板ＰＬ２ではなく、照明装置ＢＬが作り出す場合、表示装置ＤＳＰから偏光板ＰＬ２を省略できる。偏光板が二枚あると、偏光板を通過する毎に光のロスが発生する。偏光板の数を二枚から一枚に減らすことができれば、偏光板に起因した光のロスを低減でき、電力消費を節約できる。偏光板の数が減った分、液晶表示装置ＤＳＰを薄型化することもできる。

各実施形態の照明装置ＢＬを偏光した平行光を照射する照明装置ＢＬとして構成する場合、導光板３０は、その内部を通過する偏光した平行光の偏光方向を維持する観点から、低複屈折性を有することが好ましい。なお、第６実施形態のように、導光板３０を省略して導光板３０における偏光度の低下を抑制してもよい。

導光板３０を備える場合、例えば、導光板３０のリタデーションは、入射される平行光の主波長の四分の一以下であることが好ましい。導光板３０は、例えば正の複屈折物質と負の複屈折物質との混合体又は共重合体からなる固有複屈折率が絶対値で３×１０^−３以下のポリマー等で形成されている。

混合体は、固有複屈折率が正のポリマーと負のポリマーとが適切な比率で混合されることにより、ポリマーに配向が生じたときに互いに複屈折が相殺しあい、巨視的に複屈折を発現させない。或いは、混合体は、棒状の分子形状と分極率の異方性とを有する低分子をポリマーに添加することにより、ポリマーの複屈折を相殺する。共重合体は、固有複屈折率が正のモノマーと負のモノマーとを適切な比率で共重合させ、一つのポリマー鎖内で異方性を相殺する。このようなポリマーとして、例えば、特許第５２６３７７１号公報の（００４３）段落〜（００５２）段落に記載のものを使用することができる。

２１…光源、２３…第１レンズ、２４…第２レンズ、２５…第３レンズ、２６…第４レンズ、２７…屈曲部、３０…導光板、３１Ａ…入射面、３２…第１主面（出射面の一例）、４０…光指向部、４３…プリズムシート（光指向部の一例）、ＢＬ…照明装置、Ｄ１…表示面、Ｄ２…背面、Ｄ３…側面（入射面の一例），Ｄ４…主面（出射面の一例）、ＤＳＰ…液晶表示装置（表示装置の一例）、ＬＺ…入射面の第２方向の長さ、ＬＹ…入射面の第３方向の長さ、ＬＧ…導光部、Ｘ１…第１Ａ方向、Ｘ２…第１Ｂ方向、Ｚ…第２方向、Ｙ…第３方向。

Claims (11)

1. 光を出射する光源と、
   前記光の光路中に配置され、前記光を平行光に変換する第１レンズ及び第２レンズと、
   前記第１レンズ及び前記第２レンズを通過した前記光が入射する導光部と、
   を備え、
   前記光源は、第１Ａ方向に進むに従って、前記第１Ａ方向と交差する第２方向、並びに前記第１Ａ方向及び前記第２方向と交差する第３方向に拡散する光を出射し、
   前記第１及び第２レンズは、前記第１レンズが前記第２方向の前記光の幅を制御し、前記第２レンズが前記第３方向の前記光の幅を制御することにより、前記光を平行光に変換し、
   前記導光部は、前記光が入射する入射面と、前記光が出射する出射面と、前記入射面に入射した前記光を前記出射面に向けて指向させる光指向部と、を有している、照明装置。
2. 前記第１Ａ方向から入射した前記光を、前記第１Ａ方向とは反対方向の第１Ｂ方向に屈曲させて出射する屈曲部をさらに備え、
   前記光は、前記屈曲部を経由して前記導光部に入射する、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光は、前記第１レンズを通過した後に、前記屈曲部を通過して、前記第２レンズを通過する、請求項２に記載の照明装置。
4. 前記入射面は、前記第２方向の長さよりも前記第３方向の長さが大きく形成され、
   前記光は、前記第１レンズを通過した後に、前記第２レンズを通過する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記光を、前記光指向部に向かって屈折させる第３レンズをさらに備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記第２レンズが前記第３レンズの機能を兼ねている、請求項５に記載の照明装置。
7. 前記光を前記第３方向に広げる第４レンズをさらに備え、
   前記光は、前記第１レンズ、前記第４レンズ、前記第２レンズの順に通過する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 少なくとも前記第１レンズ及び前記第２レンズのいずれかはフレネルレンズである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記導光部は、導光板を有し、
   前記導光板は、互いに複屈折を相殺し合う正の複屈折物質と負の複屈折物質との混合体又は共重合体で形成されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記導光部は、導光板を有していない、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の照明装置を備えた表示装置。

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