JP4771065B2 - 光源装置、表示装置及び端末装置 - Google Patents

Description

本発明は、照射光の角度範囲を切替可能な光源装置、この光源装置を用いて視認できる角度範囲の切替を可能にした表示装置、この表示装置を搭載した端末装置において、照射光の角度範囲を狭くした場合に優れた指向性を有する光源装置、表示装置及び端末装置に関する。

近時の技術進展により、表示パネルはモニタ及びテレビなどの大型の端末装置から、ノートＰＣ、キャッシュディスペンサ及び自動販売機などの中型の端末装置、またパーソナルＴＶ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance：個人用情報端末）、携帯電話及び携帯ゲーム機などの小型の端末装置にまで搭載され、種々の場所で使用されている。特に、液晶を使用した液晶表示装置は、薄型、軽量、小型及び低消費電力等の利点を有するため、多くの端末装置に搭載されている。

従来、最も良く使用される液晶パネルのモードには、単純マトリクス構造によるＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モード及びアクティブマトリクス構造によるＴＮ（Twisted Nematic）モードがあるが、これらのモードの液晶パネルは階調を正しく視認できる角度範囲が狭く、最適な観察位置から外れると階調反転が発生してしまう。

この階調反転の問題は、端末装置が小型で表示内容が文字主体である場合には大きな問題とならなかった。しかし、近年の技術進展により、中大型の端末装置だけでなく小型の携帯端末装置においても、文字情報のみならず画像情報を多く表示するようになったため、この階調反転は大きな問題となっている。このため、階調反転が発生せず階調を正しく視認できる角度範囲が広いモードの液晶パネルが、小型の携帯端末装置へも搭載されつつある。このようなモードの液晶パネルは、一般に広視野角液晶パネルと総称され、インプレインスイッチング方式等の横電界モード及びマルチドメイン垂直配向モード等が実用化されている。これらの広視野角液晶パネルの使用により広い角度範囲で正しい階調が視認できるため、特に携帯端末装置では、基本的にパーソナルツールでありながらも、複数人で同時に鑑賞し、他人と情報を共有するアプリケーションが開発され、徐々に搭載されつつある。

これらの端末装置のうち、特に中小型の端末装置はその性格上、秘密保持が厳重になされた密室の中だけではなく公共の場でも使用される。このとき、プライバシー情報及び秘密情報の表示に対しては、第三者の眼に触れない秘密保持が必要となる。特に近時、端末装置の進展に伴い、プライバシー情報及び秘密情報を携帯端末で表示する機会が増加し、覗き見防止技術への要望が強まっている。そこで、表示を視認できる角度範囲を狭くすることにより、正面など特定方向に位置する使用者のみが表示を視認でき、それ以外の方向からは覗き見をできなくした表示装置と、覗き見防止のための光学部材が提案されている。

上述の如く、視認角度範囲が広く複数人で同時に鑑賞できる表示と、視認角度範囲が狭く使用者のみが視認できる表示の実現が夫々望まれており、一つの携帯端末装置がこれらの二種類の表示を切り替えて実現できることが望ましい。そこで、従来、このような要求を満たす液晶表示装置が提案されている。

図３０は、特許文献１（特許第３２７１６９５号公報）に記載されている第１の従来の視野角制御型表示装置を模式的に示す断面図であり、図３１は本従来例のバックライト光源に使用する拡散導光板を示す斜視図である。図３０に示すように、第１の従来の視野角制御型表示装置においては、液晶表示素子５００４が設けられており、この液晶表示素子５００４の前面側及び背面側に夫々偏光板５０１２が設けられており、液晶表示素子５００４の背面側にバックライト光源が設けられている。バックライト光源は、拡散導光板５００１を有するバックライト光源と、通常のバックライト光源が積層された二層構造になっている。通常のバックライト光源においては、導光板５００９の両側側面に夫々光源として蛍光管５００８が設けられており、導光板５００９の前面に散乱シート５００７が配置され、更にその前面に光を集光させるためのプリズムシート５００６が配置されている。即ち、この通常のバックライト光源は、特許文献１が出願される以前のバックライト光源の構成と何ら変わりなく、通常よく用いられる構成である。

更に、プリズムシート５００６の前面側には、可視角度が左右方向において１０゜〜２０°程度であり、正面方向にしか光を透過しない遮光スリットフィルム５００５が設けられており、遮光スリットフィルム５００５の前面側には、拡散導光板５００１が設けられている。この拡散導光板５００１の両側側面には、夫々光源としての蛍光管５００３が設けられている。図３０に示すように、拡散導光板５００１は例えばアクリル樹脂からなる透明板であり、その表面には微小な凹部５００２が多数形成されており、全体として梨地模様を形成している。図３１及び図３２に示すように、拡散導光板５００１の表面に設けられた微小な凹部５００２は、拡散導光板５００１の表面と垂直な壁を有する窪みとなっている。

このように構成された特許文献１に記載の第１の従来の視野角制御型表示装置においては、蛍光管５００３をオフ、蛍光管５００８をオンにしたとき、蛍光管５００８からの出射光は、導光板５００９、散乱シート５００７及びプリズムシート５００６を順次通過し、遮光スリットフィルム５００５を通過する際に一部がカットされて左右方向に可視角度１０°から２０°に狭角化した光となる。この光は、真下から拡散導光板５００１を通過してもほとんど拡散せず、左右方向に可視角度４０゜〜５０°程度に狭角化した光のまま液晶表示素子４を透過して行く。このため、正面方向にしか光が抜けていかず、結果として、左右方向において４０゜〜５０°程度しか画像認識ができない状態（狭視野角状態）となる。

一方、蛍光管５００３をオン、蛍光管５００８をオフにしたときは、拡散導光板５００１の凹部５００２にて光が拡散されるため、正面以外の方向にも液晶表示素子５００４を光が透過して行き、その結果、左右方向において８０°以上といった広い角度で画像認識が可能な状態（広視野角状態）となる。これにより、視認できる角度範囲を切り替えることが可能となる。

特許第３２７１６９５号公報

しかしながら、前述の従来の技術には、以下に示すような問題点がある。すなわち、狭視野角状態時に迷光が発生し、左右方向における大きな角度方向の輝度が上昇し、覗き見防止効果が低下するという問題点がある。

図３０に示すように、特許文献１に記載の視野角制御型表示装置は、遮光スリットフィルム５００５を有する通常のバックライト光源の上に、拡散導光板５００１を有するバックライト光源が積層された二層構造になっている。背面側のバックライトが点灯した場合、即ち遮光スリットフィルム５００５を有する通常のバックライト光源が点灯した場合に、狭視野角状態が実現されることになる。

ここで、狭視野角状態の場合に、遮光スリットフィルム５００５から出射した光の角度成分のうち、拡散導光板に垂直入射する成分においては、確かに拡散導光板で拡散されずに垂直方向に出射することになる。しかし、拡散導光板に垂直入射する成分以外の光、即ち僅かでも入射面に対して傾いた光は、凹部を構成する垂直壁に入射することになる。

図３２は、拡散導光板の断面図であり、特に拡散導光板の凹部を構成する垂直壁に光が入射した場合の動作を示す。拡散導光板５００１の光入射面となる表面には前述のように微小な凹部５００２が形成されており、この凹部５００２は拡散導光板５００１の表面と垂直な壁５００２ａを有する窪みとなっている。遮光スリットフィルムから出射する光は、やはり前述のように、左右方向に可視角度１０°から２０°に狭角化した光となっている。そこで今、出射面の法線方向から５°傾いた方向に進行する光に着目する。この光は、拡散導光板５００１の光入射面に対して、この光入射面の法線方向から５°傾いて拡散導光板５００１に入射することになる。拡散導光板５００１に入射する光のうち、一部の光は凹部５００２を構成する壁５００２ａにも入射する。この垂直壁に入射した光は、壁の法線方向から８５°傾いた状態で拡散導光板５００１に入射する。拡散導光板に入射した後の光の進行方向は、拡散導光板の屈折率を１．５と仮定すると、スネルの法則を用いて、壁の法線方向から４１．６°傾いた方向となることがわかる。この角度は、拡散導光板の光出射面の法線方向から見ると、４８．４°となる。即ち、凹部５００２の壁５００２ａから拡散導光板５００１に入射した光は、拡散導光板の光出射面に４８．４°の角度で入射することになる。この角度は、拡散導光板の全反射角４１．８°より大きいために、光出射面から出射することなく全反射して拡散導光板中を伝搬する。この拡散導光板中を伝搬する光は、拡散導光板５００１に配置された広視野状態用の蛍光管５００３がオンにされた場合と同様の効果をもたらす。即ち、広視野用光源が消灯しているにもかかわらず、広視野用光源が点灯した場合と同様、大きな角度成分の光が出射されるので、覗き見防止効果が低下してしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、照射光の角度範囲を切替可能な光源装置、この光源装置を用いて視認できる角度範囲の切替を可能にした表示装置、この表示装置を搭載した端末装置において、照射光の角度範囲を狭くした場合に優れた指向性を有する光源装置、表示装置及び端末装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光源装置は、第１及び第２の光源と、前記第１の光源からの光が入射する第１の導光部材と、前記第２の光源からの光が入射する第２の導光部材と、前記第１及び第２の導光部材から出射された光が入射されそれらの出射光の出射方向を、前記第１の導光部材から入射した光については前記第１の導光部材の面に対して垂直な方向及び垂直な方向に近い方向に、前記第２の導光部材から入射した光については前記第２の導光部材の面に対して垂直な方向及び垂直な方向から外れた様々な方向に、それぞれ制御する出射光制御シートと、を有し、前記出射光制御シートは透明材料からなり、平板部と、この平板部における前記第１の導光部材側の面に形成された凸部と、を有し、前記凸部の頂部が前記第１の導光部材に密着し、前記第２の導光部材は前記第１の導光部材の前記出射光制御シートが設置された面の反対側の面側に配置されていることを特徴とする。

本発明においては、第１の光源を点灯させることにより、この第１の光源から出射した光が第１の導光部材を伝搬し出射光制御シートから高指向性で出射する。また、第２の光源を点灯させることにより、この第２の光源から出射した光が第２の導光部材を伝搬し、出射光制御シートから散乱されて出射する。このように、出射光制御シートが導光部材からの出射光の角度によって、集光作用又は拡散作用を施すため、第１及び第２の光源を切り換えて点灯することにより、照射光の角度範囲を切り替えることができる。また、第１の導光部材と出射光制御シートが光源装置の最上面に配置され、この第１の導光部材と出射光制御シートが狭い角度範囲を照射する光を出射するため、第１の光源が点灯した際にこの第１の導光部材と出射光制御シートから発せられる指向性の高い光が、光源装置のその他の構造物により散乱されることはない。これにより、特に照射光の角度範囲を狭くした状態において、優れた指向性が実現できる。

また、前記第１の導光部材は例えば平行平板であってもよい。これにより、狭視野用
導光部材と接する出射光制御シートの凸部の頂部から光が取り出されるため、斜面を有する広視野用の前記第２の導光部材と異なり、前記第１の導光部材の裏面側に光が出射することがない。これにより、特に照射光の角度範囲を狭くした状態において、優れた指向性が実現できる。

また、前記第２の導光部材には、前記第２の光源から入射した光によって照射される斜面を設けることができる。これにより、前記第２の導光部材から広い角度範囲に光が出射され、この光が更に出射光制御シートで散乱されるため、広い角度範囲を照射できる。

更に、前記第１の光源は前記第１の導光部材の側面に設置され、この側面と反対側の前記第１の導光部材の側面に反射板が設置されるように構成することができる。これにより、第１の光源が点灯した際の出射光の指向性を損なうことなく、高輝度化が可能になる。

更にまた、前記第１の光源は前記第１の導光部材の側面に設置された点光源であり、この側面の点光源が設置された領域以外に反射板が設置されるようにしてもよい。これにより、更に一層、高輝度化が可能となる。

更にまた、前記第２の導光部材の前記第１の導光部材が設置された面に反対側の面側に反射板を設置することができる。これにより、前記第２の導光部材から反射板側に出射した光を正面方向に反射することができ、第２の光源を点灯した際の輝度を向上できる。

更に、前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記第１の導光板及び前記第２の導光板の夫々同じ側の側面に設置されるように構成することができる。これにより、第１の光源及び第２の光源を夫々の導光板の異なる位置に配置する場合と比較して、光源装置の底面積を削減することができる。

更にまた、前記第１の導光板に対する前記第１の光源の位置は、前記第２の導光板に対する前記第２の光源の位置と異なっていてもよい。これにより、光源を重ねて配置する場合と比較して、光源の厚さが総厚に与える影響を低減でき、薄型化が可能になる。また、第１の光源と第２の光源を近接配置しないため、光源部の放熱が容易になり、光源部の温度上昇を抑制できる。

更に、前記第１の光源は前記第１の導光部材の角部に設置されていてもよい。これにより、導光板の側面に点光源を配置した場合と比較して、光源装置の出射面内の均一化が可能となる。

更に、前記凸部の頂部を結ぶ仮想的な直線が延びる方向を、前記平板部の表面に平行であり且つ相互に異なる３つの方向とすることができる。これにより、この光源装置が表示パネルを照射する場合に、表示パネルとの間でモアレが発生することを防止できる。

更に、前記凸部の頂部を結ぶ仮想的な直線は例えば正三角形を形成している。これにより、第１の光源が点灯しているときに、導光部材から出射した光を効率良く正面方向に集光することができる。

更に、前記出射光制御シートの前記平板部における前記凸部が形成されている側と反対側の面に透過光を拡散させる拡散パターンを設けてもよい。これにより、この光源装置が表示パネルを照射する場合に、表示パネルとの間でモアレが発生することを防止できる。

更に、前記第１の光源の光量は前記第２の光源の光量より小さくてもよい。第１の光源を点灯した場合には、第１の光源から入射した光は狭い角度範囲に集光して出射されるため、第１の光源の光量を第２の光源の光量より小さくしても、光度は低下しない。このため、電力消費を抑えることができる。

更にまた、前記第１の光源が１又は複数個の点光源からなり、前記第２の光源が複数個の点光源からなり、前記第１の光源を構成している点光源の数が前記第２の光源を構成している点光源の数より少なくてもよい。第１の光源を点灯した場合には、第１の光源から入射した光は狭い角度範囲に集光して出射されるため、第１の光源を構成している点光源の数を第２の光源を構成している点光源の数より少なくしても、光度は低下しない。このため、電力消費を抑えることができると共に、低コスト化が可能となる。

更に、前記第２の光源が点灯するときに前記第１の光源を同時に点灯させてもよい。これにより、広い角度範囲を照射する際の正面方向の輝度を向上させることができる。

更に、前記第１の導光部材の大きさを前記第２の導光部材の大きさよりも大きくしてもよい。これにより、第１の導光部材の端面から出射した光が、第２の導光部材に入射して指向性が低下する現象を防止できる。

更にまた、前記第１の導光部材と前記第２の導光部材との間に遮光シートを設置することができる。これにより、第１の導光部材の端面から出射した光が散乱され、第２の導光部材に入射して指向性が低下する現象を防止できる。

更にまた、粘着性を有した前記遮光シートを利用することもできる。これにより、第１の導光部材と第２の導光部材を固定することができる。

更にまた、前記光源装置はホルダーに格納され、このホルダーが吸光性を有するように設置することができる。また、前記ホルダーは黒色であってもよい。これにより、第１の導光部材の端面から出射した光がホルダー等で散乱され、第２の導光部材に入射して指向性が低下する現象を防止できる。

本発明に係る表示装置は、前記光源装置と、この光源装置から出射した光を透過させることによりこの光に画像を付加する透過型表示パネルと、を有することを特徴とする。

本発明においては、前記光源装置により照射光の角度範囲を切り替えられるため、表示装置の視野角を切り替えることができる。また、本発明の表示装置では、画素に透過型の表示領域を有する表示パネルを使用することができ、特に広視野角液晶表示パネルを使用した場合には、広視野用光源点灯時に視野角に依存した階調反転が発生せず、視認性を向上させることができる。

また、前記透過型表示パネルを透過型液晶パネルとし、この透過型液晶パネルが、例えば横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード又はフィルム補償ＴＮモードの液晶パネルであってもよい。

更にまた、前記透過型表示パネルと前記光源装置の出射光制御シートが密着するように構成することができる。また、前記透過型液晶パネルは少なくとも前記光源装置側の面に偏光板を有し、この偏光板の表面が低反射処理された低反射偏光板とすることができる。これにより、透過型表示パネルや透過型液晶パネルの表面反射に起因する指向性の低下を防止できる。

更にまた、前記透過型液晶パネルは少なくとも前記光源装置側の面に偏光板を有し、この偏光板が円偏光板とすることができる。これにより、透過型液晶パネルの反射構造物に起因する反射光を低減でき、指向性の低下を防止することができる。特に、前記透過型液晶パネルがアクティブマトリクス型である場合には、反射構造物が多いため有効である。

更にまた、前記透過型液晶パネルは、画素電極に反射領域を有する半透過型液晶パネルである場合には、画素電極の反射領域で反射される光を低減できるため、指向性の低下の防止に有効である。

本発明に係る端末装置は、前記表示装置を有することを特徴とする。

前記端末装置は、携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であってもよい。

更に、前記端末装置が携帯電話である場合には、前記第１及び第２の光源が表示画面に対して上下に配置されていることが好ましい。これにより、表示画面の左右に光源を配置するスペースを確保する必要がなく、筐体の細身化と画面の大型化を両立させることができる。

更に、前記端末装置には、前記第１及び第２の光源の光量を相互に独立に調整する手段を設けることができる。これにより、使用者が使用環境に合わせて、最適な視野角を設定できる。

本発明に係る端末装置は、少なくとも前記第１及び第２の光源に電力を供給する電力蓄積手段と、この電力蓄積手段の電力残量を検出する電力残量検出手段と、この電力残量検出手段の検出結果に基づいて前記第１及び第２の光源の光量を制御する制御手段と、を有し、前記電力残量検出手段が検出した電力残量が所定値未満である場合には、前記制御手段が前記第１の光源のみを点灯させるものであってもよい。これにより、狭視野角表示時には広視野角表示時よりも電力を低減できるため、電池残量が少なくなった場合には狭視野角表示に自動的に切り替わることで消費電力を低減でき、端末装置の稼働時間を延長することができる。

本発明に係る端末装置は、入力動作を検出する入力検出手段と、一定時間を計測するタイマーと、前記第１及び第２の光源の光量を制御する制御手段と、を有し、前記タイマーが計測する前記一定時間に前記入力検出手段が入力動作を検出しなかった場合には、前記制御手段が前記第１の光源のみを点灯させるものであってもよい。これにより、端末装置が入力待ち状態になった場合には狭視野表示に切り替わることで消費電力を低減でき、端末装置の稼働時間を延長することができる。

本発明によれば、前面に出射光制御シートを設けた第１の導光部材の背面に第２の導光部材を設け、この第１の導光部材に設置された第１の光源と、第２の導光部材に設置された第２の光源を切り替えて点灯させ、第１の光源が点灯した際には出射光制御シートは集光作用を有し、第２の光源が点灯した際には拡散作用を有することにより、特に照射光の角度範囲を狭くした場合に優れた指向性を有する光源装置を得ることができる。

以下、本発明の実施形態に係る光源装置、それを用いた表示装置及び端末装置について、添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態に係る光源装置、それを用いた表示装置及び端末装置について説明する。図１は本実施形態の光源装置を示す断面図であり、図２はその光源装置を用いた表示装置を示す断面図であり、更に図３は本実施形態の光源装置を用いた表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。

図１に示すように、本第１実施形態に係る光源装置１においては、導光板３０１と、この導光板３０１の前面側、即ち、視聴者側に配置された出射光制御シート６と、導光板３０１の背面側に配置された第２の導光板３０２と、２枚の導光板３０１、３０２の側面側に配置された光源５１及び５２とが設けられている。導光板３０２の背面側には反射板８が設けられている。出射光制御シート６における導光板３０１側の面には、凸部６７０が形成されている。導光板３０２の前面、即ち導光板３０１側の面は光出射面４３となっており、その反対面、即ち背面を光拡散面４４と称する。光出射面４３は平坦である。一方、光拡散面４４には斜面４２が形成されている。更に、光源装置１の構造、即ち導光板３０１、３０２、光源５１、５２及び出射光制御シート６を保持するためのホルダー８２が設けられている。光源５１は狭視野用光源であり、光源５２は広視野用光源である。また、導光板３０１は狭視野用導光板であり、導光板３０２は広視野用導光板である。

なお、本明細書においては、便宜上、以下のようにＸＹＺ直交座標系を設定する。光源５１から導光板３０１に向かう方向を＋Ｘ方向とし、その反対方向を−Ｘ方向とする。＋Ｘ方向及び−Ｘ方向を総称してＸ軸方向という。また、導光板３０２の光出射面４３に平行な方向のうち、Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。更に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に直交する方向をＺ軸方向とし、このＺ軸方向のうち、光拡散面４４から光出射面４３に向かう方向を＋Ｚ方向とし、その反対方向を−Ｚ方向とする。＋Ｚ方向は前方、即ち、視聴者に向かう方向である。そして、＋Ｙ方向は、右手座標系が成立する方向とする。即ち、人の右手の親指を＋Ｘ方向、人差指を＋Ｙ方向に向けたとき、中指は＋Ｚ方向を向くようにする。

上述の如く、ＸＹＺ直交座標系を設定すると、導光板３０２の光出射面４３はＸＹ平面となり、導光板３０２の＋Ｚ方向に導光板３０１が配置され、更に導光板３０１の＋Ｚ方向に出射光制御シート６が配置されることになる。光源５１は導光板３０１から見て−Ｘ方向に配置され、同様に光源５２は導光板３０２から見て−Ｘ方向に配置される。なお、光源５１及び５２は拡散性の光源であり、光源５１から出射した光は導光板３０１の内部において少なくともＸＹ方向に拡散し、同様に光源５２から出射した光は導光板３０２の内部において少なくともＸＹ方向に拡散する。

前述のように、出射光制御シート６における導光板３０１側の面には凸部６７０が形成されており、凸部６７０は−Ｚ方向に、即ち導光板３０１に向かって突出している。凸部６７０の形状は、球体又は楕円球体の一部を含む形状であり、その頂部６７０ｂは、導光板３０１の＋Ｚ側の面と光学的に密着している。また、凸部６７０の頂部６７０ｂから裾にかけての側面は、導光板３０１の＋Ｚ側の面から頂部６７０ｂを通して凸部６７０内に入射した光を正面方向（＋Ｚ方向）に向けて反射する反射面６７０ａとなっている。更に、ＸＹ平面で反射面６７０ａを切断したときの断面形状は円形をなしている。

凸部６７０の頂部６７０ｂは、Ｘ軸方向及びＸＹ平面内におけるＸ軸方向に対して６０度傾斜した２つの方向に沿って配列されている。即ち、頂部６７０ｂを結ぶ仮想的な直線が延びる方向は、Ｘ軸方向及びＸＹ平面内におけるＸ軸方向に対して６０度傾斜した２つの方向の合計３つの方向である。これにより、相互に隣り合う３つの頂部６７０ｂを結ぶと、その一辺がＹ軸方向に延びる仮想的な正三角形が形成されるようになっている。

一例では、凸部６７０の頂部６７０ｂは、Ｙ軸方向に４０μｍの間隔を隔てて等ピッチに配列し、頂部６７０ｂが形成する正三角形の一辺は４０μｍとなっている。凸部６７０は回転楕円体の一部であり、Ｘ軸方向の幅３０μｍ、Ｙ軸方向の幅３０μｍ、Ｚ軸方向の高さ２００μｍなる回転楕円体の先端部３７μｍが出射光制御シート６から突出している。出射光制御シート６の材料には、加工性の容易さから透明樹脂が好適に使用されるが、本実施形態においては、屈折率が１．５であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：polymethyl-methacrylate）が使用されている。

導光板３０２の光拡散面４４には、斜面４２が繰り返し配列されている。斜面４２は、光源５２から出射され導光板３０２の内部を＋Ｘ方向に透過してきた光が照射される方向に傾斜している。斜面４２の傾斜角の絶対値は例えば４５度である。なお、斜面４２は、Ｙ軸方向に沿って導光板３０２の全長に亘って延びている。

図２に示すように、本第１実施形態に係る光源装置１を用いた表示装置２においては、前記出射光制御シート６の前記導光板３０１の配置側とは反対側、即ち＋Ｚ方向側に、透過型液晶パネル７が設けられている。透過型液晶パネル７は、例えば、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード、又は補償ＴＮモードの液晶パネルである。透過型液晶パネル７は、−Ｚ方向側及び＋Ｚ方向側に偏光板７ａを有する。

図３に示すように、この表示装置２は、例えば、携帯電話９に搭載される。携帯電話の横方向及び縦方向は、夫々光源装置のＹ軸方向及びＸ軸方向となるように配置されている。即ち、携帯電話９において、二つの光源５１及び５２（図２参照）は、表示画面の下側に配置されている。

次に、上述の如く構成された本実施形態の光源装置１の動作、即ち、光源装置１における照射光角度範囲の切替方法について説明する。先ず、光源装置１の照射範囲を狭くする場合の動作について説明する。図４は狭視野用光源点灯時の光の挙動を示す光学モデル図であり、図５は狭視野用光源点灯時における凸部近傍の光の挙動を示す一部拡大断面図であり、図６は凸部を示す斜視図であり、図７は広視野用光源点灯時の光の挙動を示す光学モデル図である。

先ず、狭視野用光源が点灯した場合について説明する。図４に示すように、狭視野用光源である光源５１が発した光は導光板３０１に入射するが、空気と導光板３０１を形成する樹脂材料との屈折率の違いにより、導光板３０１に入射した後の光の進行方向と＋Ｘ方向とがＺ軸方向になす角度は、スネルの法則に基づき、４１．８度より小さくなる。そこで、＋Ｘ方向に対して＋Ｚ方向に４１．８度傾斜した光線について考えることにする。

図４に示すように、狭視野用光源５１から出射され、導光板３０１に入射した光線は、導光板３０１の＋Ｚ側の面に到達する。この＋Ｚ側の面に対する入射角は、Ｚ軸方向から４８．２度であり、臨界角４１．８度より大きいため、導光板３０１から出射せずに全反射する。同様に、導光板３０１の−Ｚ側の面においても、同じ角度で全反射するので、＋Ｚ側の面と−Ｚ側の面との間で全反射を繰り返しつつ、光源５１から離れる方向に伝搬することになる。即ち、導光板３０１内を伝搬する光が、導光板３０１の＋Ｚ側の面における出射光制御シート６の凸部６７０の頂部６７０ｂに接していない領域に照射された場合は、＋Ｚ側の面において全反射して、引き続き導光板３０１内を伝搬する。一方、図４及び図５に示すように、導光板３０１内を伝搬する光が、導光板３０１の＋Ｚ側の面における頂部６７０ｂに接している領域に照射されると、この光は頂部６７０ｂを介して凸部６７０内に導入され、凸部６７０の内面である反射面６７０ａで反射されて、＋Ｚ方向に近い方向に出射する。反射面６７０ａにおける反射は、凸部６７０と大気との間の屈折率の違いを利用した全反射である。

このとき、図６に示すように、凸部６７０の反射面６７０ａは曲面となっており、ＸＹ平面による断面形状が円弧状となっているため、反射面６７０ａは、図４に示された光源５１における相互に離隔した位置から出射された光線を、ほぼ同一の方向、即ち、＋Ｚ方向に向けて反射することができる。このようにして、狭視野用光源５１が点灯した際の光源装置の出射特性は、正面方向に強い指向性を有し、照射範囲が狭い角度範囲に限定されることになる。

次に、光源装置１の照射範囲を広くする場合の動作について説明する。図７は広視野用光源点灯時の光の挙動を示す光学モデル図であり、広視野用光源である光源５２が点灯した場合を示す。図７に示すように、広視野用光源５２が発した光は導光板３０２に入射し、導光板３０２中を伝搬する。この点は前述の狭視野用光源５１の点灯時の狭視野用導光板３０１の動作と同様である。但し、広視野用導光板３０２には、傾斜角が４５度の斜面４２が設けられている点が異なる。即ち、導光板３０２内に入射した光は、導光板３０２中を＋Ｘ方向に伝搬し、斜面４２に照射される。傾斜角が４５度の斜面４２の動作について説明するために、先ず、導光板３０２中を＋Ｘ方向に伝搬し、斜面４２に入射する光について考える。この光の斜面４２に対する入射角は４５度となり、臨界角４１．８度より大きいので、斜面４２に入射した光は導光板３０２外に出射せず全反射する。全反射後の進行方向は＋Ｚ方向である。

導光板３０２から＋Ｚ方向に出射した光は、導光板３０１を透過して、出射光制御シート６に入射する。このとき、この光は凸部６７０の反射面６７０ａにおいて屈折し、様々な方向に散乱される。

図８及び図９は導光板３０２を伝搬する光において、臨界角で伝搬する光が斜面４２に到達した場合を示す断面図である。前述のように導光板３０２の臨界角は４１．８度であるため、臨界角で伝搬する光は、斜面４２の法線方向から３．２度傾斜した角度で斜面４２に入射する。この角度は臨界角より小さいため、導光板３０２の外に光は出射するが、大部分の光は隣接する垂直面、即ち、斜面４２と−Ｚ側の面との境界部から導光板３０２内へ再入射する（図８参照）。この垂直面に入射する角度は法線方向から４０．２度傾斜しており、垂直面に入射した後の角度は２５．５度となる。従って、この光が−Ｚ側の面に到達するときの入射角度は６４．５度となるため、全反射して導光板３０２内を伝搬する。このように、斜面４２に到達したときの入射角度が臨界角よりも小さな光の大部分は、一度導光板３０２の外部に出射した上で導光板３０２中に再入射し、より大きな角度となって導光板３０２中を伝搬することになる。また一部の光は、斜面４２から出射した後、斜面４２と−Ｚ側の面との境界部から導光板３０２内へ再入射できないが、この光は反射板８で反射され、導光板３０２に再入射することになる。

図９に示すように、この過程で、Ｚ軸方向からの角度が５５．６度になった光が、導光板３０２の−Ｚ側の面で全反射した後に斜面４２に到達すると、法線方向から３４．４度の角度で−Ｚ側の面に入射し、Ｚ軸方向から５７．８度の角度で導光板３０２から出射する。導光板３０２から出射した光は、導光板３０１を透過して、出射光制御シート６に入射する。このとき、この光は凸部６７０の反射面６７０ａにおいて屈折し、様々な方向に散乱される。このようにして、広視野用光源が点灯した際の光源装置の出射特性は、広い角度範囲を照射するものとなる。

次に、本実施形態の効果について説明する。上述の如く、本実施形態においては、狭視野用導光板に設置された狭視野用光源と、広視野用導光板に設置された広視野用光源を切り替えて点灯することにより、照射光の角度範囲を切り替え可能な光源装置を実現することができる。そして、光源装置１の出射光制御シート６から出射した光が、透過型液晶パネル７を透過することにより画像が付加される。これにより、携帯電話９の表示装置２に画像を表示することができる。このとき、狭視野用光源５１を点灯させれば、画像を視認できる角度範囲を狭くして、携帯電話９の使用者のみがその画像を視認でき、周囲の人間による覗き見を防止することができる。一方、広視野用光源５２を点灯させれば、画像を視認できる角度範囲を広くして、複数の視聴者がその画像を同時に視認することができる。

上述の設計の妥当性を検討するために、市販の光線追跡シミュレータを使用して計算機シミュレーションを行った。図１０はこのシミュレーションに使用する光学モデルを示す図である。図１０に示すように、導光板３０１及び３０２のＸ軸方向の長さ、Ｙ軸方向の幅、Ｚ軸方向の高さは、夫々６０ｍｍ、４０ｍｍ、０．６ｍｍに設定し、導光板３０１の−Ｘ方向側のＹＺ平面に、発光する面が＋Ｘ側に向くように狭視野用光源として発光面５３を配置した。また、導光板３０２の−Ｘ方向側のＹＺ平面に、発光する面が＋Ｘ側に向くように広視野用光源として発光面５４を配置した。発光面５３及び５４のＹ軸方向の幅は４０ｍｍとし、Ｚ軸方向の高さは０．５ｍｍとした。発光面はランベルト光を発するものとした。

また、導光板３０２の−Ｚ方向側のＸＹ平面には斜面４２を形成した。斜面４２は、＋Ｘ方向から＋Ｚ方向に向かって４５度の傾斜角を有し、Ｙ軸方向に斜面が連続配置されている。Ｚ軸方向の深さの最大値は１０μｍに設定し、Ｘ軸方向におけるピッチを０．２ｍｍに設定した。

導光板３０１から見て＋Ｚ方向側には、凸部として多数の回転楕円体が頂点を−Ｚ方向に向けた出射光制御シート６を設けた。−Ｚ方向から見た場合に回転楕円体の頂部が正三角形を形成するように回転楕円体を配列し、その一辺がＹ軸方向に平行となるよう配置した。頂部のＹ軸方向におけるピッチは４０μｍとし、隣接する回転楕円体の頂部が形成する正三角形の一辺を４０μｍとした。凸部は、Ｘ軸方向の幅３０μｍ、Ｙ軸方向の幅３０μｍ、Ｚ軸方向の高さ２００μｍなる回転楕円体の先端部３７μｍが出射光制御シート６から突出しているものとし、Ｚ軸方向の高さ２μｍの頂部が導光板３０１に接するものとした。出射光制御シート６の厚みは、凸部も含めて０．１ｍｍとした。また、出射光制御シート６の＋Ｚ方向側に、Ｘ軸方向の長さが１０ｍｍ、Ｙ軸方向の幅が１０ｍｍの受光面５５を設置した。なお、導光板３０１、３０２と出射光制御シート６の材質は、屈折率が１．５であるポリメチルメタクリレートとした。

先ず、狭視野用光源を点灯した場合の輝度分布について説明する。図１１は、狭視野用光源を点灯した場合の出射光制御シート出射時の輝度分布を示す極座標図であり、図にＸ方向及びＹ方向を示す。図１２は、横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に相対輝度をとって、図１１に示す輝度分布におけるＸ軸方向の輝度分布を示すグラフ図であり、図１３は、横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に相対輝度をとって、図１１に示す輝度分布におけるＹ軸方向の輝度分布を示すグラフ図である。図１１においては、明るさが等しい点を実線で結び、この実線で囲まれる領域を、明るい順に領域ａ、ｂ、ｃ及びｄとした。即ち、最も明るい領域を領域ａとし、最も暗い領域を領域ｄとした。後述する他の極座標図においても同様である。

図１１乃至図１３に示すように、出射光制御シート出射時の輝度分布は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに３０度以内に集光している。即ち、狭視野用光源を点灯した場合には、光源装置の照射範囲は狭い角度範囲に限定されることがわかる。

次に、広視野用光源を点灯した場合の輝度光度分布について説明する。図１４は、広視野用光源を点灯した場合の出射光制御シート出射時の輝度分布を示す極座標図であり、図にＸ方向及びＹ方向を示す。図１５は、横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に相対輝度をとって、図１４に示す輝度分布におけるＸ軸方向の輝度分布を示すグラフ図であり、図１６は、横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に相対輝度をとって、図１４に示す輝度分布におけるＹ軸方向の輝度分布を示すグラフ図である。

図１４乃至図１６に示すように、出射光制御シート出射時の輝度分布は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに広い範囲に分布している。即ち、広視野用光源を点灯した場合には、光源装置の照射範囲は広い角度範囲に分布することがわかる。

以上のように、狭視野用導光板に設置された狭視野用光源と、広視野用導光板に設置された広視野用光源を切り替えて点灯することにより、照射光の角度範囲を切り替え可能な光源装置を実現できることが、計算機シミュレーションによっても確認できた。

本発明の光源装置によれば、光源の点灯切替のみで照射光の角度範囲を切替できる。また、狭視野用導光板と出射光制御シートが光源装置の最上面、すなわち＋Ｚ側に配置されているため、狭視野用光源点灯時に出射光制御シートから出射した光が、光源装置のその他の構造物により散乱されることはない。これにより、特に照射光の角度範囲を狭くした状態において、優れた指向性が実現できる。特に、本発明の構成においては、狭視野用導光板に斜面が設けられておらず、狭視野用導光板と接する出射光制御シートの凸部の頂部から光が取り出されるため、斜面を有する広視野用導光板と異なり、導光板の裏面側に光が出射することがない。仮に−Ｚ側に光が出射すると、この光は広視野用導光板を透過して反射板で正反射され、再度広視野用導光板を透過して狭視野用導光板に入射するが、狭視野用導光板の−Ｚ側の面から狭視野用導光板に入射した光は、狭視野用導光板の＋Ｚ側の面で全反射されることなく狭視野用導光板を透過するので、出射光制御シートで散乱されてしまい、結果として出射光の指向性が低下することになる。即ち、本発明では、狭視野用導光板の裏面側に出射する光が原理的に存在しないため、狭視野用光源点灯時の指向性を高めることができる。

前述のように、狭視野用光源を点灯した場合には、光源装置の照射範囲は狭い角度範囲に限定されるため、表示装置の視野角としては狭い角度範囲となり、狭視野角表示が実現される。また、広視野用光源を点灯した場合には、光源装置の照射範囲は広い角度範囲に分布するため、表示装置の視野角としては広い角度範囲となり、広視野角表示が実現される。以上により、本発明の表示装置によれば、光源の点灯切替のみで視野角を切り替えることができる。また、前述のように、狭視野用光源を点灯した場合の出射光の指向性が高いので、高い覗き見防止効果を有する。

なお、出射光制御シートの凸部の形状は、前述の数値に限定されるものではなく、同様の効果を発揮すれば異なる数値を使用することができる。また、出射光制御シートの材質も前出の材料に限定されるものではない。更にまた、凸部の頂部配置は正三角形としたが、これに限定されるものではなく、正三角形以外でも良いし、三角形の一辺がＹ軸と完全に平行でなくても良い。表示パネルとのモアレを防止する目的で、Ｙ軸に対して角度を付けて配置することもできる。但し、頂部の位置は、Ｙ軸方向に関してＸ軸方向の位相が均一でないことが好ましい。これにより、Ｙ軸方向に関してＸ軸方向の位相が均一である場合と比較して、単位面積あたりの頂部の割合を高めることができるため、狭視野光源点灯時に効率よく導光板から光を取り出すことができる。更にまた、出射光制御シートにおける凸部が形成された面の反対側の面には、拡散パターンを設けても良い。これにより、表示パネルとのモアレを防止することができる。更にまた、凸部の形状は、Ｙ軸方向の長さよりもＸ軸方向の長さの方が長い形状としてもよい。これにより、狭視野光源点灯時のＸ軸方向の集光性を低下させ、画面の左右方向にのみ視野角切替効果を持たせることができる。

更に、広視野用導光板に設置された斜面の傾斜角は、前述の数値に限定されるものではなく、同様の効果を発揮すれば異なる数値を使用することができる。また、この斜面は曲面から構成されていても良い。これにより、散乱方向をより多様にすることができ、照射範囲の均一性を向上できる。更に、導光板の材質も前出の材料に限定されるものではない。更にまた、斜面の深さ及びピッチも前述の数値に限定されるものではなく、導光板内で異なる値であっても良いし、斜面の傾斜角も導光板内で分布を有していても良い。特に、導光板内で光源に近い斜面のピッチを大きくすることにより、光源装置の出射光面内分布を均一にできる。その他、表面にドット形状を印刷した導光板も、広視野用導光板として好適に使用できる。

光源は冷陰極管等の線光源を使用することもできるし、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）等の点光源を使用することもできる。特にＬＥＤを使用する場合には、光源の薄型化が可能となるＬＥＤは導光板の光入射面に複数個配置してもよいが、特に狭視野用光源を点灯した場合には、光源からの光は狭い角度範囲に集光して出射されるため、広視野用光源より光源の光量を低減することができる。即ち、狭視野用光源のＬＥＤの個数は、広視野用光源の個数より少なくすることができ、低コスト化が可能である。また、狭視野時は広視野時よりも電力消費を小さくできるため、低消費電力化が可能である。なお、広視野用光源を点灯した場合には狭視野用光源を消灯するものとして説明したが、必ずしも消灯が必須ではなく点灯していても良い。また、広視野用光源と狭視野用光源の光量を夫々独立に調整できる調整手段を設けてもよく、両方の光源の発光比率を変えて使用しても良い。更に、本実施形態では、狭視野用光源は狭視野用導光板の−Ｘ側の面に配置されるものとして説明したが、これに限定されるものではない。特に、狭視野用導光板の角部に配置した場合には、導光板の側面に配置した場合と比較して、少ない灯数でも光源装置の出射面内の均一性を向上できる。

また、狭視野用光源と広視野用光源をそれぞれの導光板に対して同位置（本実施形態ではそれぞれの導光板に対して−Ｘ側の面の位置）に配置することにより、本発明の第２実施形態記載のようにそれぞれの導光板の異なる位置に配置する場合と比較して、光源装置の底面積を削減することができる。

本発明の光源装置と組み合わせて使用する表示パネルは、透過型液晶パネルに限定されず、光源装置を使用する表示パネルであれば使用可能であるが、特に視野角依存性の少ない液晶パネルを好適に使用することができる。そのような液晶パネルのモードの例としては、横電界モードではＩＰＳ（インプレインスイッチング）方式、ＦＦＳ(フリンジ・フィールド・スイッチング)方式及びＡＦＦＳ(アドヴァンスト・フリンジ・フィールド・スイッチング)方式等が挙げられる。また、垂直配向モードではマルチドメイン化され視野角依存性が低減されたＭＶＡ(マルチドメイン・ヴァーティカル・アライメント)方式、ＰＶＡ(パターンド・ヴァーティカル・アライメント)方式及びＡＳＶ(アドヴァンスト・スーパー・ヴイ)方式等が挙げられる。更に、フィルム補償ＴＮモードの液晶表示パネルも好適に使用することができる。また、液晶パネルは透過型に限定されず、各画素に透過領域を有するパネルであれば使用可能であり、各画素の一部に反射領域を有する半透過型液晶パネル、微透過型液晶パネル、微反射型液晶パネルでも使用可能である。

本実施形態の光源装置は、携帯電話等の携帯端末装置に好適に適用することができ、携帯端末装置に搭載する表示装置の視野角切替表示が可能になる。特に本実施形態の光源装置を携帯電話に搭載する場合には、携帯電話の横方向及び縦方向を夫々光源装置のＹ軸方向及びＸ軸方向に設定することにより、光源を表示画面の下側に配置することができる。一般的に、携帯電話の横幅は手に持ちやすい大きさにするため限定されるが、文字情報を表示するには表示領域の横幅を大きくする方が好ましいため、携帯電話の横幅における非表示領域を小さくする傾向にある。本実施形態の光源装置を使用すれば、表示画面の左右に光源を搭載する必要がないため、より好適である。携帯端末装置としては携帯電話のみならず、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ及びノート型パーソナルコンピュータ等の各種の携帯端末装置に適用することができる。また、携帯端末装置のみならず、キャッシュディスペンサ及び自動販売機等の各種の固定型の端末装置に適用することができる。

更に、本実施形態の光源装置を搭載した携帯端末装置は、広視野用光源と狭視野用光源の光量を夫々独立に調整できる調整手段を備えていてもよく、また、この調整手段により両方の光源の発光比率を設定可能であっても良い。これにより、使用者が使用環境に合わせて、最適の視野角を設定できる。更にまた、携帯端末装置が電池残量を検出する手段を備え、検出した電池残量に応じて光源５１及び５２の光量を夫々調整し、又は光源５１及び５２の点灯／非点灯を夫々切り換え、視野角を自動で変更できる制御手段を備えていても良い。

次に、本実施形態の第１の変形例について説明する。本変形例に係る携帯端末装置は、電池残量検出手段（図示せず）を備えており、この電池残量検出手段が電池の電力残量を検出し、電力残量が所定量未満である場合には狭視野角表示に自動的に切り替えるものである。以下、この携帯端末装置の動作を説明する。図１７は、本変形例に係る携帯端末装置の動作を示すフローチャート図である。

初期状態においては、使用者（観察者）は携帯端末装置の電源をオフにしている。そして、図１７のステップＳ１に示すように、携帯端末装置の電源がオンにされると、電池残量検出手段は電池の電力残量を検出し、残量が所定量以上であるか、所定量未満であるかを検出する。そして、検出結果が所定量以上である場合、ステップＳ２に示すように、視野角制御手段が、広視野角表示及び狭視野角表示を使用者が選択できる状態になる。これにより、使用者は使用環境に応じて、自らの意志で広視野角表示又は狭視野角表示を選択して使用できる。その後、ステップＳ１に戻る。一方、電池残量検出手段の検出結果が所定量未満である場合、ステップＳ３に示すように、視野角制御手段は表示を狭視野角表示に設定し、光源５１のみを点灯するようにする。その後、ステップＳ１に戻る。

前述のように、本実施形態の光源装置では、狭視野角表示時には広視野角表示時よりも電力を低減できるため、本変形例の携帯端末装置は、電池残量が少なくなった場合には狭視野角表示に自動で変更することで消費電力を低減し、携帯端末装置の稼働時間を延長することができる。

次に、本実施形態の第２の変形例について説明する。本変形例に係る携帯端末装置は、入力動作を検出する入力検出手段（図示せず）と、一定時間を計測するタイマー（図示せず）と、入力検出手段の検出結果に基づいて視野角を制御する視野角制御手段（図示せず）とを備えており、広視野角表示時において、タイマーが計測する一定時間の間に入力動作が検出されない場合は、表示を狭視野角表示に自動的に切り替えるものである。以下、この携帯端末装置の動作を説明する。図１８は、本変形例に係る携帯端末装置の動作を示すフローチャート図である。

初期状態においては、使用者（観察者）は携帯端末装置の電源をオフにしている。そして、図１８のステップＳ１１に示すように、携帯端末装置の電源がオンにされると、携帯端末装置は使用者が広視野角表示を選択しているか、狭視野角表示を選択しているかを検出する。そして、検出結果が狭視野角表示である場合、ステップＳ１１に戻り、狭視野角表示を継続する。一方、検出結果が広視野角表示である場合、ステップＳ１２に進み、携帯端末装置はタイマーを起動させる。そして、タイマーが計測している一定時間中に、入力検出手段が携帯端末装置に入力動作が行われるかどうかを検出する。一定時間中に入力動作が検出された場合は、ステップＳ１３に示すように、視野角制御手段は使用者が選択した広視野角表示状態にする。即ち、広視野角表示を継続する。その後、ステップＳ１１に戻る。一方、ステップＳ１２において、一定時間中に入力動作が検出されなかった場合には、ステップＳ１４に示すように、視野角制御手段が携帯端末装置の表示を狭視野角表示に切り替えて、光源５１のみを点灯させる。その後、ステップＳ１１に戻る。

これにより、本変形例に係る携帯端末装置は、入力待ち状態になった場合に、自動的に狭視野表示に切り替わることで消費電力を低減でき、携帯端末装置の稼働時間を延長できる。また、入力動作が検出されない場合に、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１４からなるループを繰り返すことにより、狭視野角表示に自動切り替え後、入力検出手段が入力動作を検出した場合には、自動的に広視野角表示に復帰することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る光源装置及びそれを用いた表示装置について説明する。図１９は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図１９に示すように、本実施形態の光源装置１１は、前述の第１の実施形態に係る光源装置１（図１参照）と比較して、狭視野用光源５１が狭視野用導光板３０１の＋Ｘ側の面に配置されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、狭視野用光源５１が狭視野用導光板３０１の＋Ｘ側の面に配置され、広視野用光源５２が広視野用導光板３０２の−Ｘ側の面に配置されている。すなわち、狭視野用光源と広視野用光源がＺ軸方向に対して重ねて配置されることがない。これにより、本発明の第１実施形態のように光源を重ねて配置する場合と比較して、光源の厚さが総厚に与える影響を低減でき、薄型化が可能になる。更に、狭視野用光源と広視野用光源を近接配置しないため、光源部の放熱が容易になり、光源部の温度上昇を抑制できる。本実施形態の光源装置１１における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態の光源装置１と同様である。

次に、本発明の第３の実施形態に係る光源装置及びそれを用いた表示装置について説明する。図２０は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図２０に示すように、本実施形態の光源装置１２は、前述の第１の実施形態に係る光源装置１（図１参照）と比較して、狭視野用導光板３０１における狭視野用光源５１から最も離れた面、即ち＋Ｘ側の面に反射板８１が設置されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

次に、上述の如く構成された本実施形態の光源装置１２の動作について説明する。本実施形態において、広視野用光源５２が点灯した際の動作は、前述の第１の実施形態と同様である。また、狭視野用光源５１が点灯した際の動作は、光源５１から発した光が狭視野用導光板３０１内を伝搬し、一部の光が出射光制御シートから正面方向に出射するのは同様である。本実施形態では、狭視野用導光板３０１の＋Ｘ側の面に反射板８１が設置されているために、出射光制御シートから出射せずに狭視野用導光板３０１中を伝搬して狭視野用導光板の＋Ｘ側の面まで到達した光を、反射板８１で−Ｘ方向に反射することができる。反射された光は、−Ｘ方向に向かって狭視野用導光板３０１中を伝搬し、一部の光は出射光制御シートから正面方向に出射することになる。

上述の設計の妥当性を検討するため、前述の第１実施形態と同様に、市販の光線追跡シミュレータを使用して計算機シミュレーションを行った。光学モデルは、狭視野用導光板の＋Ｘ側の面に反射板が設けられている点以外は、前述の第１実施形態と同様である。図２１は、狭視野用光源を点灯した場合の出射光制御シート出射時の輝度分布を示す極座標図であり、図にＸ方向及びＹ方向を示す。図２２は、横軸にＸ軸方向の視野角をとり、縦軸に相対輝度をとって、図２１に示す輝度分布におけるＸ軸方向の輝度分布を示すグラフ図であり、図２３は、横軸にＹ軸方向の視野角をとり、縦軸に輝度をとって、図２１に示す輝度分布におけるＹ軸方向の輝度分布を示すグラフ図である。図２１乃至図２３に示すように、出射光制御シート出射時の輝度分布は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向ともに３０度以内に集光している。なお、図２２及び図２３には、比較のため前述の第１実施形態の輝度分布も破線で記載してある。この結果によると、本実施形態では第1実施形態の約２倍の正面輝度が得られていることがわかる。

以上のように、狭視野用導光板の狭視野用光源を設置した側と反対側の面に反射板を設置することにより、狭視野用光源点灯時の指向性を損なうことなく、高輝度化が可能になる。なお、光源としてＬＥＤを使用する場合には、狭視野用導光板のＬＥＤが設置された面において、ＬＥＤが配置された部分以外に反射板を設けることにより、−Ｘ側に進行する光を更に＋Ｘ側に反射させることができるため、出射光制御シートから出射する光をより多くでき、更なる高輝度化が可能になる。本実施形態の光源装置１２における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態の光源装置１と同様である。

次に、本発明の第４の実施形態に係る光源装置及びそれを用いた表示装置について説明する。図２４は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図２４に示すように、本実施形態の光源装置１３は、前述の第１の実施形態に係る光源装置１（図１参照）と比較して、狭視野用導光板３０１が広視野用導光板３０２より大きく形成されている。即ち、狭視野用導光板３０１の＋Ｘ側の面は、そのＸ座標が、広視野用導光板３０２の＋Ｘ側の面のＸ座標よりも大きくなるように配置されている。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、狭視野用導光板の＋Ｘ側の面が、広視野用導光板の＋Ｘ側の面よりも外側に配置されているために、狭視野用導光板の＋Ｘ側の面から出射した光がホルダー等で散乱され、広視野用導光板に入射する現象を防止できる。これにより、狭視野用光源点灯時の迷光の影響を低減できるため、優れた指向性を保つことができる。

なお、本実施形態においては、狭視野用導光板の＋Ｘ側の面が、広視野用導光板の＋Ｘ側の面よりも外側に配置されているものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、狭視野用導光板のＸＹ平面における外形が広視野用導光板の外形よりも大きければ同様の効果を発揮できる。一例では、狭視野用導光板のＹ軸方向の面が、広視野用導光板のＹ軸方向の面よりも外側に配置されていても良い。また、狭視野用導光板の光源側の面、即ち−Ｘ側の面が、広視野用導光板の−Ｘ側の面よりも外側に配置されていても良い。本実施形態の光源装置１３における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態の光源装置１と同様である。

次に、本発明の第５の実施形態に係る光源装置及びそれを用いた表示装置について説明する。図２５は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図２５に示すように、本実施形態の光源装置１４は、前述の第１の実施形態に係る光源装置１（図１参照）と比較して、狭視野用導光板３０１と広視野用導光板３０２の間に遮光シート８４が設置されている。遮光シート８４は、それぞれの導光板３０１、３０２の端部、即ち＋Ｘ軸側、−Ｘ軸側、＋Ｙ軸側、−Ｙ軸側にのみ位置しており、少なくとも表示装置の表示エリアには設けられていない。遮光シート８４の色は、一例では黒色である。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、狭視野用導光板の端部の−Ｚ側の面に遮光シートが設けられているために、狭視野用導光板の端面から出射した光がホルダー等で散乱され、広視野用導光板に入射する現象を防止できる。これにより、狭視野用光源点灯時の迷光の影響を低減できるため、優れた指向性を保つことができる。

なお、本実施形態の遮光シートは、狭視野用導光板の端部から出射する光が、広視野用導光板に入射する現象を防止できれば良く、黒色以外の色、一例では白色や銀色のシートも好適に使用することができる。更には、遮光シートが粘着性を有し、この粘着性により狭視野用導光板と広視野用導光板とを固定しても良い。本実施形態の光源装置１４における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態の光源装置１と同様である。

次に、本発明の第６の実施形態に係る光源装置及びそれを用いた表示装置について説明する。図２６は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図２６に示すように、本実施形態の光源装置１５は、前述の第１の実施形態に係る光源装置１（図１参照）と比較して、ホルダーが黒色で吸光性を有する黒色ホルダー８３が適用されている点を特徴とする。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、ホルダーが黒色で吸光性を有するために、狭視野用導光板の端面から出射した光がホルダー等で散乱され、広視野用導光板に入射する現象を防止できる。これにより、狭視野用光源点灯時の迷光の影響を低減できるため、優れた指向性を保つことができる。本実施形態の光源装置１５における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態の光源装置１と同様である。

次に、本発明の第７の実施形態に係る光源装置及びそれを用いた表示装置について説明する。図２７は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図２７に示すように、本実施形態の表示装置２６は、前述の第１の実施形態に係る表示装置２（図２参照）と比較して、偏光板７ａを有する透過型液晶パネル７の代わりに、少なくとも−Ｚ側の偏光板に低反射偏光板７ｂを使用した透過型液晶パネル７１を有する点を特徴とする。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、透過型液晶パネル７１の−Ｚ側の偏光板に低反射偏光板７ｂが使用されているため、狭視野用光源点灯時に光源装置１６から出射した高指向性の光の一部が、透過型液晶パネル７１の入射側の偏光板表面で反射されて、光源装置１６に戻る現象を防止できる。偏光板表面で光が反射され光源装置１６に再入射すると、この再入射した光は光源装置１６内で迷光となり、狭視野用光源点灯時の指向性が低下する。本実施形態では、偏光板表面での表面反射を低減でき、狭視野用光源点灯時の迷光の影響を低減できるため、優れた指向性を保つことができる。本実施形態の表示装置２６における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態の表示装置２と同様である。

次に、本発明の第８の実施形態に係る光源装置及びそれを用いた表示装置について説明する。図２８は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図２８に示すように、本実施形態の表示装置２７は、前述の第１の実施形態に係る表示装置２（図２参照）と比較して、透過型液晶パネル７の−Ｚ軸側の偏光板７ａと出射光制御シート６とが密着されている点を特徴とする。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、透過型液晶パネル７の−Ｚ軸側の偏光板７ａと出射光制御シート６とが密着されているため、偏光板７ａの表面で発生する表面反射の影響を低減でき、特に狭視野用光源点灯時に迷光の発生を低減できるため、優れた指向性を保つことができる。また、偏光板７ａの表面に低反射処理が不要なため、低コストの偏光板を使用できる。本実施形態の表示装置２７における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態の表示装置２と同様である。

次に、本発明の第９の実施形態に係る光源装置及びそれを用いた表示装置について説明する。図２９は本実施形態の表示装置を示す断面図である。図２９に示すように、本実施形態の表示装置２８は、前述の第１の実施形態に係る表示装置２（図２参照）と比較して、偏光板７ａを有する透過型液晶パネル７の代わりに、円偏光板７ｃを使用した透過型液晶パネル７２を有する点を特徴とする。本実施形態における上記以外の構成は、前述の第１の実施形態と同様である。

本実施形態においては、透過型液晶パネル７２に円偏光板７ｃが使用されているため、光源装置１８から出射し透過型液晶パネル７２に入射した光の一部が、透過型液晶パネル７２の金属配線等で反射し、光源装置１８に再入射する現象を抑制できる。通常の偏光板を使用した透過型液晶パネルでは、光源装置から出射し透過型液晶パネルに入射した光は、入射面側、即ち−Ｚ側の偏光板を通過すると直線偏光となる。この偏光状態は、透過型液晶パネルの金属配線等の反射構造物で反射しても変化しないため、−Ｚ側の偏光板を通過して光源装置に再入射することになる。前述のように、光源装置に再入射した光は、迷光となって狭視野用光源点灯時の指向性を低下させてしまう。これに対して、円偏光板７ｃを使用した透過型液晶パネル７２では、光源装置から出射し透過型液晶パネル７２に入射した光は、−Ｚ側の円偏光板７ｃを通過すると円偏光となる。この円偏光は、透過型液晶パネル７２の金属配線等の反射構造物で反射すると、偏光状態が１８０度回転し、逆向きの円偏光となる。この逆向きの円偏光は−Ｚ側の円偏光板７ｃで吸収されるため、透過型液晶パネル７２の反射構造物で反射された光が、光源装置１８側に出射するのを抑制できる。これにより、透過型液晶パネル７２の反射構造物に起因する迷光を低減できるため、狭視野用光源点灯時の指向性を高く保つことができる。なお、本実施形態の円偏光板７ｃは特に表面処理が施されていないものとして説明したが、第７実施形態記載のように偏光板表面に低反射処理を施すか、第８実施形態記載のように偏光板と出射光制御シートを光学密着させるかして、偏光板の表面反射を低減するとより効果的である。更に、本実施形態の効果は、金属配線等の反射構造物を多く有するアクティブマトリクス型の液晶パネルを適用する際に有効であり、特に画素に内部反射板を有する半透過型液晶パネルを適用する際に有効である。また、マルチドメイン化された垂直配向モードの液晶パネルに適用すると、ドメイン分割に起因する透過率の低下を低減できるため、より効果的である。本実施形態の表示装置２８における上記以外の構成及び動作は、前述の第１の実施形態の表示装置２と同様である。

本発明は、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ及びノート型パーソナルコンピュータ等の携帯端末装置、並びにキャッシュディスペンサ及び自動販売機等の固定型端末装置の表示装置に好適に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光源装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光源装置を搭載した表示装置を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光源装置を用いた表示装置を搭載した携帯端末装置を示す斜視図である。 狭視野用光源点灯時の光の挙動を示す光学モデル図である。 狭視野用光源点灯時における出射光制御シートに設けられた凸部近傍の光の挙動を示す一部拡大断面図である。 出射光制御シートに設けられた凸部を示す斜視図である。 広視野用光源点灯時の光の挙動を示す光学モデル図である。 広視野用光源点灯時の光の挙動を示す光学モデル図であり、特に臨界角で伝搬する光が斜面に到達した場合を示す断面図である。 導光板中を伝搬する光の挙動を示す光学モデル図である。 本発明の第１の実施形態において、計算機シミュレーションを行うための光学モデル図である。 本発明の第１の実施形態において、狭視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布を示す。 本発明の第１の実施形態において、狭視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布においてＸ軸方向の相対輝度分布を示したグラフ図である。 本発明の第１の実施形態において、狭視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布においてＹ軸方向の相対輝度分布を示したグラフ図である。 本発明の第１の実施形態において、広視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布を示す。 本発明の第１の実施形態において、広視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布においてＸ軸方向の相対輝度分布を示したグラフ図である。 本発明の第１の実施形態において、広視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布においてＹ軸方向の相対輝度分布を示したグラフ図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る携帯端末装置の動作を示すフローチャート図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る携帯端末装置の動作を示すフローチャート図である。 本発明の第２の実施形態の表示装置を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態の表示装置を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態において、狭視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布を示す。 本発明の第３の実施形態において、狭視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布においてＸ軸方向の相対輝度分布を示したグラフ図である。 本発明の第３の実施形態において、狭視野用光源点灯時のシミュレーション結果を示した図であり、特に出射光制御シート出射時の輝度分布においてＹ軸方向の相対輝度分布を示したグラフ図である。 本発明の第４の実施形態の表示装置を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態の表示装置を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態の表示装置を示す断面図である。 本発明の第７の実施形態の表示装置を示す断面図である。 本発明の第８の実施形態の表示装置を示す断面図である。 本発明の第９の実施形態の表示装置を示す断面図である。 特許文献１に記載の視野角制御型表示装置を示す断面図である。 特許文献１に記載の視野角制御型表示装置における拡散導光板を示す斜視図である。 特許文献１に記載の視野角制御型表示装置における拡散導光板において、拡散導光板の凹部を構成する垂直壁に光が入射した場合の動作を示す断面図である。

符号の説明

１、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９；光源装置
２、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９；表示装置
３０１、３０２；導光板
４２；斜面
４３；光出射面
４４；光拡散面
５１、５２；光源
５３；狭視野用発光面
５４；広視野用発光面
５５；受光面
６；出射光制御シート
６７０；凸部
６７０ａ；反射面
６７０ｂ；頂部
７、７１、７２；透過型液晶パネル
７ａ；偏光板
７ｂ；低反射偏光板
７ｃ；円偏光板
８；反射板
８１；反射板
８２；ホルダー
８３；黒色ホルダー
８４；遮光シート
９；携帯電話
５００１；拡散導光板
５００２；凹部
５００２a；表面と垂直な壁
５００３、５００８；蛍光管
５００４；液晶表示素子
５００５；遮光スリットフィルム
５００６；プリズムシート
５００７；散乱シート
５００９；導光板
５０１２；偏光板
ａ、ｂ、ｃ、ｄ；領域
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３，Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４；フローチャート図内の位置

Claims (34)

1. 第１及び第２の光源と、前記第１の光源からの光が入射する第１の導光部材と、前記第２の光源からの光が入射する第２の導光部材と、前記第１及び第２の導光部材から出射された光が入射されそれらの出射光の出射方向を、前記第１の導光部材から入射した光については前記第１の導光部材の面に対して垂直な方向及び垂直な方向に近い方向に、前記第２の導光部材から入射した光については前記第２の導光部材の面に対して垂直な方向及び垂直な方向から外れた様々な方向に、それぞれ制御する出射光制御シートと、を有し、前記出射光制御シートは透明材料からなり、平板部と、この平板部における前記第１の導光部材側の面に形成された凸部と、を有し、前記凸部の頂部が前記第１の導光部材に密着し、前記第２の導光部材は前記第１の導光部材の前記出射光制御シートが設置された面の反対側の面側に配置されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記第１の導光部材は平行平板であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２の導光部材には、前記第２の光源から入射した光によって照射される斜面が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第１の光源は前記第１の導光部材の側面に設置され、この側面と反対側の前記第１の導光部材の側面に反射板が設置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記第１の光源は前記第１の導光部材の側面に設置された点光源であり、この側面の点光源が設置された領域以外に反射板が設置されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記第２の導光部材の前記第１の導光部材が設置された面に反対側の面側に反射板が設置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。
7. 前記第１の光源及び前記第２の光源は、前記第１の導光部材及び前記第２の導光部材の夫々同じ側の側面に設置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置。
8. 前記第１の導光部材に対する前記第１の光源の位置は、前記第２の導光部材に対する前記第２の光源の位置と異なることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置。
9. 前記第１の光源は前記第１の導光部材の角部に設置されていることを特徴とする請求項８に記載の光源装置。
10. 前記凸部の頂部を結ぶ仮想的な直線が延びる方向が、前記平板部の表面に平行であり且つ相互に異なる３つの方向であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光源装置。
11. 前記凸部の頂部を結ぶ仮想的な直線が正三角形を形成することを特徴とする請求項１０に記載の光源装置。
12. 前記出射光制御シートの前記平板部における前記凸部が形成されている側と反対側の面に透過光を拡散させる拡散パターンが形成されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の光源装置。
13. 前記第１の光源の光量が前記第２の光源の光量よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光源装置。
14. 前記第１の光源が１又は複数個の点光源からなり、前記第２の光源が複数個の点光源からなり、前記第１の光源を構成している点光源の数が前記第２の光源を構成している点光源の数よりも少ないことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光源装置。
15. 前記第２の光源が点灯するときに前記第１の光源も点灯することを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光源装置。
16. 前記第１の導光部材の大きさが前記第２の導光部材の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の光源装置。
17. 前記第１の導光部材と前記第２の導光部材との間に遮光シートが設置されていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の光源装置。
18. 前記遮光シートが粘着性を有することを特徴とする請求項１７に記載の光源装置。
19. 前記光源装置はホルダーに格納され、このホルダーが吸光性を有することを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光源装置。
20. 前記ホルダーは黒色であることを特徴とする請求項１９に記載の光源装置。
21. 請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の光源装置と、この光源装置から出射した光を透過させることによりこの光に画像を付加する透過型表示パネルと、を有することを特徴とする表示装置。
22. 前記透過型表示パネルが透過型液晶パネルであることを特徴とする請求項２１に記載の表示装置。
23. 前記透過型液晶パネルが、横電界モード、マルチドメイン垂直配向モード、又はフィルム補償ＴＮモードの液晶パネルであることを特徴とする請求項２２に記載の表示装置。
24. 前記透過型表示パネルと前記光源装置の出射光制御シートが密着されていることを特徴とする請求項２１乃至２３のいずれか１項に記載の表示装置。
25. 前記透過型液晶パネルは少なくとも前記光源装置側の面に偏光板を有し、この偏光板の表面が低反射処理された低反射偏光板であることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の表示装置。
26. 前記透過型液晶パネルは少なくとも前記光源装置側の面に偏光板を有し、この偏光板が円偏光板であることを特徴とする請求項２２又は２３に記載の表示装置。
27. 前記透過型液晶パネルはアクティブマトリクス型であることを特徴とする請求項２６に記載の表示装置。
28. 前記透過型液晶パネルは画素電極に反射領域を有する半透過型液晶パネルであることを特徴とする請求項２６又は２７に記載の表示装置。
29. 請求項２１乃至２８のいずれか１項に記載の表示装置を有することを特徴とする端末装置。
30. 携帯電話、個人用情報端末、ゲーム機、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ビデオプレーヤ、ノート型パーソナルコンピュータ、キャッシュディスペンサ又は自動販売機であることを特徴とする請求項２９に記載の端末装置。
31. 携帯電話であり、前記第１及び第２の光源が表示画面に対して上下に配置されていることを特徴とする請求項３０に記載の端末装置。
32. 前記第１及び第２の光源の光量を相互に独立に調整する調整手段を有することを特徴とする請求項２９乃至３１に記載の端末装置。
33. 少なくとも前記第１及び第２の光源に電力を供給する電力蓄積手段と、この電力蓄積手段の電力残量を検出する電力残量検出手段と、この電力残量検出手段の検出結果に基づいて前記第１及び第２の光源の光量を制御する制御手段と、を有し、前記電力残量検出手段が検出した電力残量が所定値未満である場合には、前記制御手段が前記第１の光源のみを点灯させることを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１項に記載の端末装置。
34. 入力動作を検出する入力検出手段と、一定時間を計測するタイマーと、前記第１及び第２の光源の光量を制御する制御手段と、を有し、前記タイマーが計測する前記一定時間に前記入力検出手段が入力動作を検出しなかった場合には、前記制御手段が前記第１の光源のみを点灯させることを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれか１項に記載の端末装置。

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