JPH09211453A - ドットマトリクス表示装置、面光源装置及び当該ドットマトリクス表示装置を用いた機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置（ドットマトリクス表示装置）
の光利用効率を向上させると共に正面輝度を高くする。
モアレ縞を防止する。 【解決手段】 蛍光管１０と導光板７と拡散板１１を備
えた面状発光部３４と透過する光を光変調する液晶表示
パネル３３の間に、少なくとも１方向に周期構造を有
し、面状発光部３４から出射された光をパネル法線方向
へ揃えるための平板状プリズム素子（第１の平板状光学
素子）３５と、液晶表示パネル３３の画素開口１９と１
対１に対応するレンズ状パターンを有し、前記平板状プ
リズム素子３５を透過した光を液晶表示パネル３３の画
素開口１９へ収束させるための平板状レンズアレイ素子
３６とを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドットマトリクス
表示装置、面光源装置及び当該ドットマトリクス表示装
置を用いた機器に関する。具体的にいうと、液晶表示装
置のようなドットマトリクス表示装置と、当該ドットマ
トリクス表示装置に用いられる面光源装置と、当該ドッ
トマトリクス表示装置を用いたテレビ、ビデオカメラ、
コンピュータ及びヘッドマウントディスプレイに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置では、液晶表示パネルの背
後に面光源装置（バックライト光源）を配設し、面光源
装置から液晶表示パネルへ光を送っている。この面光源
装置には、直下型の面光源装置とエッジライト型の面光
源装置とがある。

【０００３】（直下型の面光源装置）図１（ａ）（ｂ）
に示すものは、従来の直下型の面光源装置１の一例であ
って、２枚の拡散板２ａ，２ｂの背後に蛍光管３と反射
板４とが配設されている。しかして、蛍光管３から出た
光は直接に、あるいは反射板４で反射して拡散板２ａ，
２ｂを透過して外部へ出射される。蛍光管３の光は拡散
板４で拡散させられることにより、蛍光管３の像や輝度
ムラが除去され、光出射面全体で均一な輝度が得られ
る。

【０００４】このような直下型の面光源装置１は、蛍光
管３の本数を増やしたり、Ｕ字形やＷ字形などの蛍光管
を用いることにより輝度を向上させることができる。

【０００５】（エッジライト型の面光源装置）図２はエ
ッジライト型の面光源装置６を示す斜視図である。７は
導光板であって、屈折率の高い透明材料（例えば、アク
リル樹脂）によって板状に形成されている。導光板７の
下面には、光を拡散反射させるための拡散反射層８が設
けられている。拡散反射層８は面光源装置６の輝度ムラ
や指向性を緩和するためのものであって、図３（ａ）に
示すように、導光板７の下面に拡散性塗料をドット印刷
したものや、図３（ｂ）に示すように、切削加工によっ
て表面粗度を高くしたものなどがあり、蛍光管９からの
距離に応じてパターンが変化している。導光板７の一方
側面（入射側端面）には蛍光管（冷陰極管）９が配置さ
れており、蛍光管９の外周部から導光板７の下面にかけ
ては反射シート１０が配設されている。また、導光板７
の上面（光出射面）には拡散板１１が設けられている。

【０００６】しかして、蛍光管９から出た光は入射側端
面から導光板７内に入射する。光は導光板７内に閉じ込
められて導光板７の上面（光出射面）及び下面（拡散反
射層８）で反射を繰り返し、光出射面に対する入射角が
全反射の臨界角よりも小さくなると光出射面から出射さ
れ、拡散板１１を透過することによって均等拡散光（ラ
ンバート光）として放射される。なお、反射シート１０
は蛍光管９の光を効率的に導光板７に導くため、及び導
光板７の下面から光が出射されるのを阻害して光出射面
から１００％光を取り出せるようにするためにある。こ
のようなエッジライト型の面光源装置６は薄型化に適し
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような直下型やエッジライト型の面光源装置から出射さ
れる光は、面光源装置の法線方向に対して−９０゜〜＋
９０゜までの全方向成分をもっている。このため液晶表
示パネルをビデオカメラのビューファインダのようにパ
ネル法線（液晶表示パネルの法線）の方向からしか見な
い場合には、パネル法線に対して大きな角度を持つ方向
に出射される光はロスとなる。また、面光源装置から出
射されて液晶表示パネルの画素開口以外の電極や配線部
分（ブラックマトリックス部分）で遮られる光もロスと
なる。

【０００８】このような光学的ロスのため、従来の液晶
表示装置にあっては、面光源装置の光利用効率が悪く、
正面輝度（パネル法線方向の輝度）も低いという問題が
あった。

【０００９】（プリズムシートの使用）このため、図４
に示すように、拡散板１１の前にプリズムシート１３を
配置した面光源装置１２が提案されている。これは、ポ
リカーボネイトなどのプラスチックフィルムの片面に、
頂角が９０〜１００゜の微小なプリズム１４を数１０〜
数１００μｍのピッチで多数平行に形成したものであ
る。

【００１０】図５はプリズムシート１３の作用を説明す
る図であって、拡散板１１から出射された光（均等拡散
光）Ｒは、プリズムシート１３のパターン斜面を通過す
ることによってプリズムシート１３の法線に近い方向へ
屈折される（図５の実線）。また、パターン斜面で全反
射した光は対向するパターン斜面で全反射されて再び拡
散板１１側へ戻り、拡散板１１で拡散反射されることに
よって再びプリズムシート１３へ入射する（図５の１点
鎖線）。パターン斜面で屈折して水平方向へ出射した光
も隣接するパターン斜面からプリズムシート１３へ入射
し、パターン斜面で全反射して再び拡散板１１側へ戻り
（図５の２点鎖線）、拡散板１１で拡散反射されること
によって再びプリズムシート１３へ入射する。この結
果、拡散板１１側から入射した光は集光されて約±４０
゜くらいの狭い拡散光としてプリズム１４側から出射さ
れ、輝度も１.３〜１.５倍程度に向上する。

【００１１】このようなプリズムシート１３を面光源装
置に付加すれば、面光源装置から出る光を狭小化し、斜
め方向へ出射される光によるロスを少なくして効率良く
液晶表示パネルへ入射させることができ、液晶表示装置
の正面輝度を向上させられる。

【００１２】しかしながら、プリズムシートを用いた場
合でも、液晶表示パネルの電極や配線部分で遮られる光
によるロスをなくすことはできなかった。

【００１３】さらに、プリズムシートを用いた場合に
は、プリズムシート１３と液晶表示パネルの画素の周期
性の関係により、液晶表示パネルの画面に図６のような
モアレ縞が発生し、液晶表示パネルの画質が低下すると
いう問題が生じた。

【００１４】（レンズシートの使用）また、図７に示す
ように、拡散板１１の前にレンズアレイシート１６を配
置した面光源装置１５が提案されている。この面光源装
置１５では、レンズアレイシート１６で収束させた光を
液晶表示パネル１８の画素開口１９へ収束させるように
している。液晶表示パネル１８は、一方のガラス板２０
の内面には、ＴＦＴ等の電極やＴＦＴをドライブするた
めの配線（ブラックマトリックス部分）２１が設けられ
ており、他方のガラス板２０の内面には透明電極が設け
られており、両ガラス板２０間に形成された隙間には液
晶材料が封止されている。また、両ガラス板２０の外面
には偏光板２２が配設されている。従って、液晶表示パ
ネル１８には、電極や配線２１によって囲まれた画素開
口１９が形成されている。レンズアレイシート１６に
は、液晶表示パネル１８の各画素開口１９に対応させて
各々マイクロレンズ１７が配列されており、図８に示す
ように、マイクロレンズ１７に入射した光を液晶表示パ
ネル１８の画素開口１９内に収束させることにより、光
Ｒが液晶表示パネル１８の電極や配線２１で遮られない
ようにしている。

【００１５】しかしながら、レンズアレイシート１６を
用いて光を液晶表示パネル１８の画素開口１９に収束さ
せるためには、その前提として指向性の良好な狭角度分
布の光源が必要であって、図１に示した直下型や図２に
示したエッジライト型の面光源装置では、出射光が均等
拡散光となっていて全方向成分をもっているので、レン
ズアレイシート１６と組み合わせても液晶表示パネル１
８の画素開口１９に十分に光を収束させることができな
い。

【００１６】従って、従来の直下型の面光源装置やエッ
ジライト型の面光源装置、あるいは上記改良提案された
装置では、光源からの光を１００％利用することができ
ず、液晶表示パネルの正面輝度を向上させるためには、
面光源装置の消費電力を大きくしなければならないとい
う問題があった。消費電力が大きくなると、単に電力コ
ストが増加するだけではなく、バッテリー駆動の携帯用
機器などに用いることができず、用途が制限される。

【００１７】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、面光源装置
の消費電力を大きくすることなく、ドットマトリクス表
示装置の光利用効率を向上させ、その正面輝度を高くす
ることにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のドット
マトリクス表示装置は、発光体及び導光板からなる面状
発光手段と、透過する光を光変調する空間光変調パネル
と、少なくとも１方向に周期構造を有し、面状発光手段
から出射された光を前記空間光変調パネルの法線方向へ
向けるための第１の平板状光学素子と、前記空間光変調
パネルの光学的開口部分と１対１に対応するレンズ状パ
ターンを有し、前記第１の平板状光学素子を透過した光
を前記空間光変調パネルの光学的開口部分へ収束させる
ための第２の平板状光学素子と、を備えていることを特
徴としている。

【００１９】請求項１に記載のドットマトリクス表示装
置にあっては、少なくとも１方向に周期構造を有し、面
状発光手段から出射された光を前記空間光変調パネルの
法線方向へ向けるための第１の平板状光学素子を備えて
いるので、面状発光手段から出射される光の出射光角度
分布を狭小化することができる。よって、面状発光手段
から斜め方向へ出射される光によるロスを少なくして効
率良く液晶表示パネルへ入射させることができる。

【００２０】さらに、前記空間光変調パネルの光学的開
口部分と１対１に対応するレンズ状パターンを有する第
２の平板状光学素子を備えていて、前記第１の平板状光
学素子を透過し狭い範囲内に拡散された光を前記空間光
変調パネルの光学的開口部分へ効果的に収束させるよう
にしているので、面状発光手段の光が空間光変調パネル
の光学的開口部分以外の領域で遮られることによって生
じるロスも低減することができる。

【００２１】従って、請求項１に記載のドットマトリク
ス表示装置によれば、面状光源手段の光利用効率を向上
させることができる。また、ドットマトリクス表示装置
の正面輝度を高くすることができる。逆に、同じ正面輝
度の場合であれば、ドットマトリクス表示装置の消費電
力を低減することができる。

【００２２】また、請求項１に記載のドットマトリクス
表示装置によれば、第１の平板状光学素子の周期性と空
間光変調パネルの周期性でモアレ縞が生じる場合でも、
第２の平板状光学素子で光を収束させることによって明
暗のモアレ縞を積分して消すことができ、モアレ縞を低
減させることができる。

【００２３】請求項２に記載の実施態様は、請求項１に
記載のドットマトリクス表示装置において、前記第１の
平板状光学素子及び前記第２の平板状光学素子が、透明
な１枚の基板の両面に設けられていることを特徴として
いる。

【００２４】請求項２に記載の実施態様によれば、第１
の平板状光学素子と第２の平板状光学素子を１枚の基板
の両面に形成しているので、薄型化できると共に部材点
数を減らすことができる。

【００２５】請求項３に記載の実施態様は、請求項１に
記載のドットマトリクス表示装置において、前記第１の
平板状光学素子及び前記第２の平板状光学素子が、透明
な中間充填層を介して積層されていることを特徴として
いる。

【００２６】請求項３に記載の実施態様によれば、第１
の平板状光学素子と第２の平板状光学素子が中間充填層
を介して一体化されているので、部材点数を減らすこと
ができる。

【００２７】請求項４に記載の実施態様は、請求項１に
記載のドットマトリクス表示装置において、前記第２の
平板状光学素子のレンズ状パターンの周期が、前記第１
の平板状光学素子の周期構造のパターン周期の２〜３倍
であることを特徴としている。

【００２８】第２の平板状光学素子と第１の平板状光学
素子のパターン周期の比を２〜３とすることにより、第
１の平板状光学素子で生じたモアレ縞を第２の平板状光
学素子によって効果的に消去することができる。

【００２９】請求項５に記載の面光源装置は、発光体及
び導光板からなる面状発光手段と、少なくとも１方向に
周期構造を有し、面状発光手段から出射された光を前記
空間光変調パネルの法線方向へ向けるための第１の平板
状光学素子と、前記空間光変調パネルの光学的開口部分
と１対１に対応するレンズ状パターンを有し、前記第１
の平板状光学素子を透過した光を前記空間光変調パネル
の光学的開口部分へ収束させるための第２の平板状光学
素子と、を備えていることを特徴としている。

【００３０】請求項５に記載の面光源装置も、液晶表示
パネル等の空間光変調パネルと組み合わせることによっ
て、請求項１に記載のドットマトリクス表示装置と同様
な作用効果を奏することができる。

【００３１】請求項６に記載のテレビ受像機は、アンテ
ナと、チャンネル選択手段と、請求項１〜４に記載のド
ットマトリクス表示装置とを備えたことを特徴としてい
る。

【００３２】請求項７に記載のヘッドマウントディスプ
レイは、頭部に装着するための手段と、請求項１〜４に
記載のドットマトリクス表示装置とを備えたことを特徴
としている。

【００３３】請求項８に記載のパーソナルコンピュータ
は、キー入力部のような入力手段と、請求項１〜４に記
載のドットマトリクス表示手段とを備えたことを特徴と
している。

【００３４】請求項９に記載のビデオカメラは、請求項
１〜４に記載のドットマトリクス表示装置を備えたこと
を特徴としている。

【００３５】本発明にかかるドットマトリクス表示装置
を用いたテレビ受像機、ヘッドマウントディスプレイ、
パーソナルコンピュータおよびビデオカメラにあって
は、正面輝度を向上させることができるので、視認性が
良好になる。また、この正面輝度の高い光を拡散板で拡
散させることにより、画像のコントラストを低下させる
ことなく広視野角化を図ることができる。さらに、モア
レ縞も発生しにくく、良好な画質を得ることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】図９は本発明の一実施形態による
液晶表示装置（ドットマトリクス表示装置）３１を示す
分解斜視図、図１０（ａ）はその平板状光学素子を示す
斜視図及び側面図である。３２は本発明にかかる面光源
装置、３３は液晶表示パネル（空間光変調パネル）であ
るが、ここに示す液晶表示パネル３３は図７において説
明したものと同様な構造を有しているので、対応する部
分には図７と同じ番号を付すことによって説明を省略す
る。

【００３７】面光源装置３２は、面状発光部３４の前面
に平板状プリズム素子３５（第１の平板状光学素子）と
平板状レンズアレイ素子３６（第２の平板状光学素子）
を配設したものである。ここに示す面状発光部３４は、
図２において説明した従来の面光源装置６と同様な構造
を有しているので、対応する部分には図２と同じ番号を
付すことによって説明を省略する。また、平板状プリズ
ム素子３５及び平板状レンズアレイ素子３６はいずれも
ガラス基板や透明な樹脂シートからなる基板３７の表面
に形成されている。

【００３８】図１０（ａ）（ｂ）に示すように、基板３
７の表面に形成された平板状プリズム素子３５は、断面
三角形状をした複数のプリズム３８が平行に配列したも
のであって、平板状プリズム素子３５のピッチＡは、３
０〜５０μｍとなっている。また、基板３７の表面に形
成された平板状レンズアレイ素子３６は、複数のマイク
ロレンズ３９を配列したものであって、各マイクロレン
ズ３９は液晶表示パネル３３の画素開口（光学的開口
部）１９の配列パターン及びピッチと対応するように配
列されている。また、平板状レンズアレイ素子３６のピ
ッチＢと平板状プリズム素子３５のピッチＡの比は、Ｂ
／Ａ＝２〜３程度が好ましい。

【００３９】なお、平板状プリズム素子３５及び平板状
レンズアレイ素子３６は、いわゆる２Ｐ法（Photo-Poly
merization法）によって作製することができる。すなわ
ち、平板状プリズム素子３５又は平板状レンズアレイ素
子３６の反転パターンを形成されたスタンパによって、
基板３７の表面に紫外線硬化樹脂のようなエネルギー線
硬化樹脂を転写し、基板３７を通して紫外線のようなエ
ネルギー線を照射して当該樹脂を硬化させ、エネルギー
線硬化樹脂によって平板状プリズム素子３５又は平板状
レンズアレイ素子３６を成形する。

【００４０】この実施形態では、平板状プリズム素子３
５は、基板３７側を面状発光部３４に向けて面状発光部
３４側に配置され、平板状レンズアレイ素子３６は、パ
ターン面側を液晶表示パネル３３に向けて液晶表示パネ
ル３３側に配置されている。

【００４１】しかして、導光板７から出射されて拡散板
１１を通過した光（均等拡散光）は、平板状プリズム素
子３５を通過することによって出射光角度分布を狭小化
され、パネル法線方向の指向性を向上させられる。平板
状レンズアレイ素子３６に入射する光は、予め平板状プ
リズム素子３５によって狭い角度に揃えられているの
で、各マイクロレンズ３９によって液晶表示パネル３３
の画素開口１９内に効果的に収束され、液晶表示パネル
３３の電極や配線２１に遮られることなく液晶表示パネ
ル３３の画素開口１９を透過する（図８参照）。

【００４２】従って、液晶表示パネル３３に入射する光
は、平板状プリズム素子３５によって狭い角度に狭小化
された後、平板状レンズアレイ素子３６によって液晶表
示パネル３３の画素開口１９内に収束され、光の利用効
率が非常に高くなる。また、液晶表示装置３１の正面輝
度も向上する。さらには、正面輝度が向上するので、同
じ正面輝度の液晶表示装置３１を構成する場合でも、面
光源装置３２の消費電力を小さくすることができる。

【００４３】また、平板状プリズム素子３５単独である
と、液晶表示パネル３３の画素配列の周期性と平板状プ
リズム素子３５のプリズム配列の周期性によりモアレ縞
が発生するが、平板状プリズム素子３５と平板状レンズ
アレイ素子３６を重ねると、マイクロレンズ３９の集光
作用によりモアレ縞の明暗が積分されて消える。特に、
平板状レンズアレイ素子３６によってモアレ縞を消去す
るには、前記のように平板状レンズアレイ素子３６のピ
ッチＢと平板状プリズム素子３５のピッチＡの比をＢ／
Ａ＝２〜３程度にするのが好ましい。

【００４４】図１１は本発明の別な実施形態による液晶
表示装置４０を示す分解斜視図、図１２（ａ）（ｂ）は
その平板状プリズム素子３５と平板状レンズアレイ素子
３６を示す斜視図及び側面図である。この液晶表示装置
４０では、平板状プリズム素子３５は、パターン面側を
面状発光部３４に向けて面状発光部３４側に配置され、
平板状レンズアレイ素子３６は、パターン面側を液晶表
示パネル３３に向けて液晶表示パネル３３側に配置され
ている。

【００４５】図９及び図１０（ａ）（ｂ）に示した実施
形態では、平板状プリズム素子３５のパターン面側と平
板状レンズアレイ素子３６の基板３７側とが向かい合わ
せになっているので、導光板７側からの出射光の角度分
布がパネル法線方向に対して小さな角度の場合に適して
いる。これに対し、図１１及び図１２（ａ）（ｂ）の実
施形態では、平板状プリズム素子３５の基板３７側と平
板状レンズアレイ素子３６の基板３７側とが向かい合わ
せになっているので、導光板７側からの出射光の角度分
布がパネル法線方向に対して非常に大きな角度を持つ場
合に適している。従って、この２つの構造の面光源装置
３２を用いる場合には、導光板７側からの出射光の角度
分布に応じていずれかの構造を選択するとよい。

【００４６】（一体型光学素子）上記実施形態では、平
板状プリズム素子３５と平板状レンズアレイ素子３６と
は別々に形成されているが、両光学素子は積層一体化す
ることにより、部材点数を減少させると共に光学素子及
び液晶表示装置を薄型化することができる。

【００４７】図１３に示すものは、平板状プリズム素子
３５のパターン面側を平板状レンズアレイ素子３６の方
向に向けて積層一体化したものであって、基板３７の上
に平板状プリズム素子３５を形成し、その上に平板状プ
リズム素子３５及び平板状レンズアレイ素子３６よりも
屈折率の小さな透明樹脂材料からなるレベリング層４１
を設けてレベリング層４１の上面を平坦にし、レベリン
グ層４１の上に平板状レンズアレイ素子３６を成形した
ものである。

【００４８】この平板状プリズム素子３５と平板状レン
ズアレイ素子３６とは、図１４（ａ）〜（ｆ）に示すよ
うにして２Ｐ法で製作される。まず、平板状プリズム素
子３５の反転形状をした凹部４２を有するスタンパ４３
の上に紫外線硬化樹脂のようなエネルギー線硬化樹脂４
４を滴下し、その上に基板３７を重ねる（図１４
（ａ））。ついで、基板３７をスタンパ４３に押し付け
てエネルギー線硬化樹脂４４を成形し、基板３７を通し
てエネルギー線硬化樹脂４４に紫外線のようなエネルギ
ー線を照射し（図１４（ｂ））、当該樹脂４４を硬化さ
せることにより、基板３７の表面に平板状プリズム素子
３５を形成する（図１４（ｃ））。この後、平板状プリ
ズム素子３５の上に透明樹脂材料を塗布して表面の平坦
なレベリング層４１を形成する（図１４（ｄ））。つい
で、平板状レンズアレイ素子３６の反転形状をした凹部
４５を有するスタンパ４６の上に紫外線硬化樹脂のよう
なエネルギー線硬化樹脂４４を滴下し、レベリング層４
１を重ねてエネルギー線硬化樹脂４４を成形し、基板３
７と平板状プリズム素子３５とレベリング層４１を通し
てエネルギー線硬化樹脂４４に紫外線のようなエネルギ
ー線を照射し（図１４（ｅ））、当該樹脂４４を硬化さ
せることにより、レベリング層４１の上に平板状レンズ
アレイ素子３６を形成する（図１４（ｆ））。

【００４９】図１５に示すものは、平板状プリズム素子
３５と平板状レンズアレイ素子３６を互いに反対向きに
して基板３７の両面に設けることにより両光学素子を一
体化したものである。この構造によれば、図１３の構造
よりも、より一層部品点数を節減できる。

【００５０】この平板状プリズム素子３５と平板状レン
ズアレイ素子３６とは、図１６（ａ）〜（ｅ）に示すよ
うにして２Ｐ法で製作される。まず、平板状プリズム素
子３５の反転形状をした凹部４２を有するスタンパ４３
の上に紫外線硬化樹脂のようなエネルギー線硬化樹脂４
４を滴下し、その上に基板３７を重ねる（図１６
（ａ））。ついで、基板３７をスタンパ４３に押し付け
てエネルギー線硬化樹脂４４を成形し、基板３７を通し
てエネルギー線硬化樹脂４４に紫外線のようなエネルギ
ー線を照射し（図１６（ｂ））、当該樹脂４４を硬化さ
せることにより、基板３７の表面に平板状プリズム素子
３５を形成する（図１６（ｃ））。この後、平板状レン
ズアレイ素子３６の反転形状をした凹部４５を有するス
タンパ４６の上に紫外線硬化樹脂のようなエネルギー線
硬化樹脂４４を滴下し、反対向けにした基板３７をスタ
ンパ４６の上に重ねてエネルギー線硬化樹脂４４を成形
し、平板状プリズム素子３５と基板３７を通してエネル
ギー線硬化樹脂４４に紫外線のようなエネルギー線を照
射し（図１６（ｄ））、当該樹脂４４を硬化させること
により基板３７の表面に平板状レンズアレイ素子３６を
形成する（図１６（ｅ））。しかして、この製造方法に
よれば、図１４の製造方法に比べて製造工程も簡略化さ
れる。

【００５１】図１７は本発明のさらに別な実施形態によ
る液晶表示装置４７を示す分解斜視図である。この実施
形態においては、例えば図９のような構成において、さ
らに液晶表示パネル３３の前面に拡散板４８を配置して
いる。このような実施形態によれば、大きな正面輝度で
液晶表示パネル３３を透過した光を拡散板４８で斜め方
向にも拡散させるので、明暗のコントラストを低下させ
ることなく視野角を拡大することができる。なお、図１
７では拡散板４８を用いているが、拡散板４８の代りに
回折格子や凹レンズを用いても同様な効果を得ることが
できる。

【００５２】図１８は本発明のさらに別な実施形態によ
る液晶表示装置４９を示す分解斜視図である。この実施
形態においては、平板状光学素子として２枚の平板状プ
リズム素子３５ａ，３５ｂと１枚の平板状レンズアレイ
素子３６を用いている。例えば、２枚の平板状プリズム
素子のうち、一枚は底角が４０゜の角度を持つ２等辺３
角形状のプリズムからなる平板状プリズム素子３５ａで
あり、もう一枚は底角が４５゜の角度を持つ２等辺３角
形状のプリズムからなる平板状プリズム素子３５ｂであ
る。

【００５３】図１９は平板状プリズム素子への入射光角
度分布と出射光角度分布との関係を示す図である。曲線
５０で示すような入射光角度分布の光が１枚構成の平板
状プリズム素子に入射した場合、その出射光角度分布は
曲線５１のようになる。これに対し、曲線５０で示すよ
うな入射光角度分布の光が図１８のような２枚構成の平
板状プリズム素子３５ａ、３５ｂに入射した場合、その
出射光角度分布は曲線５２のように狭くなる。この曲線
５２によれば、２枚の平板状プリズム素子３５ａ、３５
ｂを通過した光の出射光角度分布の角度はθm＝１６゜
（つまり、出射光角度分布の範囲は、−１６゜〜１６
゜）となる。このような角度の光が平板状レンズアレイ
素子３６のマイクロレンズ３９を透過して、厚みＬ＝
０.７ｍｍ、屈折率ｎ＝１.５２のガラス板２０（液晶表
示パネルのガラス板）を隔てた画素開口１９内に入射す
る場合を考えると、画素開口１９における広がりの半値
幅ｘは、図２０より分かるように、 ｘ＝（Ｌ／ｎ）tanθm ＝（０.７／１.５２）tan１６゜ ＝０.１３（ｍｍ） となる。よって、画素開口１９に入射する光は、２ｘ＝
０.２６ｍｍの幅に収束する。これに対し、ノート型パ
ソコンの液晶表示装置における画素開口１９の開口幅は
０.３ｍｍ程度である。故に、平板状プリズム素子３５
ａ、３５ｂを２枚構成とすることにより、光源からの光
を１００％液晶表示パネル３３に透過させて出射するこ
とができ、高い正面輝度を得ることができる。

【００５４】（種々のプリズムシート）上記各実施形態
においては、断面三角形状のプリズム３８を備えた平板
状プリズム素子３５を説明したが、このような平板状プ
リズム素子３５としては、図２１（ａ）に示すような断
面２等辺３角形状のプリズム３８からなるものでもよ
く、図２１（ｂ）に示すような鋸刃状断面を有するプリ
ズム３８からなるものでもよい。

【００５５】さらには、面状発光部３４から出射された
光を液晶表示パネル３３の法線方向へ向けるための第１
の平板状光学素子としては、このようようなプリズム３
８からなる平板状プリズム素子３５に限るものではな
い。例えば、図２１（ｃ）に示すような半円形断面を有
する平板状光学素子５３や、図２１（ｄ）〜（ｆ）に示
すような異形断面や波状断面などを有する平板状光学素
子５４でもよい。

【００５６】また、第１の平板状光学素子としては、１
次元パターンを有するものに限らず、例えば図２２に示
すように直交２方向からの見た形状がいずれも３角形状
となった２次元パターンの平板状プリズム素子５５であ
ってもよい。

【００５７】なお、上記実施例においては、エッジライ
ト型の面光源装置を説明したが、図１に示した面光源装
置の前面に平板状プリズム素子と平板状レンズアレイ素
子を配設した直下型の面光源装置でもよいことはもちろ
んである。

【００５８】（各種応用機器）上記液晶表示装置は種々
の機器に用いることができるが、そのうちいくつかのも
のについて説明する。図２３は携帯用の液晶テレビ（テ
レビ受像機）６１の外観斜視図であって、受信用のアン
テナ６２、オン−オフスイッチ６３、チャンネル選択ス
イッチ６４等を備えている。また、図２４はこの液晶テ
レビの画像表示装置６５の構成を示す断面図であって、
ホルダー６６内に直下型の面状発光部６７を納め、その
上からホルダー６６内に平板状プリズム素子６８と平板
状レンズアレイ素子６９を挿入し、さらに液晶表示パネ
ル７０と光学的ローパスフィルタ７１と拡散板７２を挿
入し、その上にクッション材７３を介してホルダー６６
の開口側に表示窓７４ａを有するホルダーカバー７４を
被せ、ホルダーカバー７４の係止爪７５をホルダー６６
の係止溝７６に嵌合させることにより、ホルダー６６と
ホルダーカバー７４との間に本発明の面光源装置（面状
発光部６７、平板状プリズム素子６８、平板状レンズア
レイ素子６９）と液晶表示パネル７０と光学的ローパス
フィルタ７１と拡散板７２を保持している。

【００５９】しかして、面光源装置から出射された光は
液晶表示パネル７０の画素開口を透過して動画像として
表示され、観察者は光学的ローパスフィルタ７１を通し
て画像を見ることができる。この液晶テレビでは、液晶
表示パネルを通過した正面輝度の大きな光を拡散板で散
乱させているので、画像のコントラストを低下させるこ
となく、広視野角化することができる。

【００６０】図２５はビデオカメラ８１であって、この
ビデオカメラ８１は、ビューファインダ部８２以外に
も、撮影中の画像や再生画像を表示するためのテレビ型
の画像表示装置８３を備えている。図２６ではビューフ
ァインダ部８２を説明するが、画像表示部８３も図２４
と同様な構成にすることができる。図２６に示すビュー
ファインダ部８２にあっては、筒状をしたホルダー８４
内にクッション材８５を挿入し、ついで光学的ローパス
フィルタ８６及び液晶表示パネル８７を納め、その後か
ら平板状レンズアレイ素子８８及び平板状プリズム素子
８９と面状光源部９０を挿入し、面状光源部９０の背面
から底蓋９１を被せ、スナップフィット９２により底蓋
９１をホルダー８４に係合させている。また、接眼レン
ズ９３を保持した円筒状の鏡筒部９４の端部をホルダー
８４に被せ、鏡筒部９４の係止爪９５をホルダー８４の
係止溝９６に係合させている。

【００６１】しかして、このビューファインダ部８２に
おいては、大きな透過光量を得ることができるので、正
面輝度の大きな画像を得ることができる。

【００６２】また、図２７に示すものはノート型やブッ
ク型などと云われる可搬型のパーソナルコンピュータ９
７であって、内部にＣＰＵやメモリ等を内蔵しており、
蓋９８の内面には画像表示装置９９が設けられ、さらに
キーボード１００やディスクドライブ装置１０１などを
備えている。このようなパーソナルコンピュータ９７の
画像表示装置９９にも本発明の画像表示装置を用いるこ
とができる。

【００６３】図２８に示すものはヘッドマウントディス
プレイ１０２であって、頭部に装着するためのハット部
１０３にゴーグル状をしたケース１０４とイアホン１０
５が設けられており、ケース１０４内には図２９に示す
ような本発明による画像表示装置１０６と４５度の角度
の反射ミラー１０７と接眼レンズ１０８がそれぞれ左眼
用及び右眼用として納められている。画像表示装置１０
６は、虚像が調整安静位（人間が暗闇の中で見つめてい
るだろうという視点位置）に設定できるよう、一定の輻
輳角（目の寄り角）を与えるように配置されている。左
眼及び右眼によって独立して捉えられた動画像は人間の
融像作用によって一つの動画像として認識される。この
ようなヘッドマウントディスプレイ１０２は、操縦訓練
用のシュミレーション装置やバーチャルリアリティのゲ
ーム機器等として利用されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は従来の直下型の面光源装置を示
す正面図及び断面図である。

【図２】従来のエッジライト型の面光源装置を示す斜視
図である。

【図３】（ａ）（ｂ）はいずれも導光板の拡散反射層の
構造を示す一部破断した概略断面図である。

【図４】従来のプリズムシートを備えた面光源装置を示
す斜視図である。

【図５】同上のプリズムシートの作用説明図である。

【図６】モアレ縞を示す図である。

【図７】従来のレンズアレイシートを備えた面光源装置
を示す一部破断した分解斜視図である。

【図８】同上のレンズアレイシートの作用説明図であ
る。

【図９】本発明の一実施形態による液晶表示装置を示す
分解斜視図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）は同上の平板状プリズム素子及
び平板状レンズアレイ素子を示す斜視図及び側面図であ
る。

【図１１】本発明の別な実施形態による液晶表示装置を
示す分解斜視図である。

【図１２】（ａ）（ｂ）は同上の平板状プリズム素子及
び平板状レンズアレイ素子を示す斜視図及び側面図であ
る。

【図１３】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態
による、一体型の平板状プリズム素子及び平板状レンズ
アレイ素子を示す斜視図及び側面図である。

【図１４】（ａ）〜（ｆ）同上の平板状プリズム素子３
５及び平板状レンズアレイ素子３６を成形する手順を示
す説明図である。

【図１５】（ａ）（ｂ）は本発明のさらに別な実施形態
による、一体型の平板状プリズム素子及び平板状レンズ
アレイ素子を示す斜視図及び側面図である。

【図１６】（ａ）〜（ｅ）は同上の平板状プリズム素子
及び平板状レンズアレイ素子を成形する手順を示す説明
図である。

【図１７】本発明のさらに別な実施形態による、面光源
装置を示す分解斜視図である。

【図１８】本発明のさらに別な実施形態による、面光源
装置を示す分解斜視図である。

【図１９】平板状プリズム素子に入射する光の入射光角
度分布、１枚構成の平板状プリズム素子からの出射光角
度分布、２枚構成の平板状プリズム素子からの出射光角
度分布を示す図である。

【図２０】２枚構成の平板状プリズム素子を通して画素
に入射する光の様子を示す図である。

【図２１】（ａ）〜（ｆ）は第１の平板状光学素子の種
々のパターンを示す図である。

【図２２】２次元状をした第１の平板状光学素子（平板
状プリズム素子）を示す斜視図である。

【図２３】液晶テレビの斜視図である。

【図２４】同上の液晶テレビの画像表示装置の構造を示
す断面図である。

【図２５】ビデオカメラの斜視図である。

【図２６】同上のビデオカメラのビューファインダ部の
構造を示す断面図である。

【図２７】パーソナルコンピュータの斜視図である。

【図２８】ヘッドマウントディスプレイの一部破断した
斜視図である。

【図２９】同上のヘッドマウントディスプレイの内部の
光学的構成を示す概略図である。

【符号の説明】

７ 導光板 １１ 拡散板 ３２ 面光源装置 ３３ 液晶表示パネル ３５、３５ａ、３５ｂ 平板状プリズム素子（第１の平
板状光学素子） ３６ 平板状レンズアレイ素子（第２の平板状光学素
子） ３７ 基板 ３８ プリズム ３９ マイクロレンズ ４１ レベリング層 ４８ 拡散板

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光体及び導光板からなる面状発光手段
   と、 透過する光を光変調する空間光変調パネルと、 少なくとも１方向に周期構造を有し、面状発光手段から
   出射された光を前記空間光変調パネルの法線方向へ向け
   るための第１の平板状光学素子と、 前記空間光変調パネルの光学的開口部分と１対１に対応
   するレンズ状パターンを有し、前記第１の平板状光学素
   子を透過した光を前記空間光変調パネルの光学的開口部
   分へ収束させるための第２の平板状光学素子と、を備え
   ていることを特徴とするドットマトリクス表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のドットマトリクス表示
   装置において、 前記第１の平板状光学素子及び前記第２の平板状光学素
   子は、透明な１枚の基板の両面に設けられていることを
   特徴とするドットマトリクス表示装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のドットマトリクス表示
   装置において、 前記第１の平板状光学素子及び前記第２の平板状光学素
   子は、透明な中間充填層を介して積層されていることを
   特徴とするドットマトリクス表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のドットマトリクス表示
   装置において、 前記第２の平板状光学素子のレンズ状パターンの周期
   は、前記第１の平板状光学素子の周期構造のパターン周
   期の２〜３倍であることを特徴とするドットマトリクス
   表示装置。
5. 【請求項５】 発光体及び導光板からなる面状発光手段
   と、 少なくとも１方向に周期構造を有し、面状発光手段から
   出射された光を前記空間光変調パネルの法線方向へ向け
   るための第１の平板状光学素子と、 前記空間光変調パネルの光学的開口部分と１対１に対応
   するレンズ状パターンを有し、前記第１の平板状光学素
   子を透過した光を前記空間光変調パネルの光学的開口部
   分へ収束させるための第２の平板状光学素子と、を備え
   ていることを特徴とする面光源装置。
6. 【請求項６】 アンテナと、チャンネル選択手段と、請
   求項１〜４に記載のドットマトリクス表示装置とを備え
   たテレビ受像機。
7. 【請求項７】 頭部に装着するための手段と、請求項１
   〜４に記載のドットマトリクス表示装置とを備えたヘッ
   ドマウントディスプレイ。
8. 【請求項８】 キー入力部のような入力手段と、請求項
   １〜４に記載のドットマトリクス表示手段とを備えたパ
   ーソナルコンピュータ。
9. 【請求項９】 請求項１〜４に記載のドットマトリクス
   表示装置を備えたビデオカメラ。