JPWO2006092944A1 - バックライトユニットおよび液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明のバックライトユニット（１１０）は、光を出射する光源（１０２）と、光源（１０２）から出射された光を端面（１０３ｃ）で受け、受けた光を第１の方向（Ｐ）に伝搬する導光体（１０３）と、導光体（１０３）の前面（１０３ａ）側に配置されたプリズムシート（１０４）と、導光体（１０３）の後面（１０３ｂ）側に配置された反射部（１０５）とを備え、反射部（１０５）は、導光体（１０３）の後面（１０３ｂ）から出射された第１の方向の成分を有する光を、第１の方向の反対方向である第２の方向の成分を有する光として導光体（１０３）の後面（１０３ｂ）に向けて反射する反射面（１０５ａ）を有する。

Description

本発明は、バックライトユニットおよび前記バックライトユニットを備えた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、液晶層に印加された電圧に応じて液晶層の光学的異方性を変化させることにより、光の光透過率を変化させ、表示を行う。表示の際に液晶層に入射する光に応じて、液晶表示装置は、主に３つのタイプに分類される。３つのタイプの液晶表示装置とは、透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置および半透過型液晶表示装置である。

透過型液晶表示装置では、バックライトを液晶表示素子の裏面に配置し、バックライトからの光が液晶表示素子を透過してユーザーに視認される。反射型液晶表示装置では、前面からの入射光が液晶表示素子によって反射されてユーザーに視認される。半透過型液晶表示装置は、使用環境に応じて透過型液晶表示装置および反射型液晶表示装置のいずれかと同様に機能する。具体的には、半透過型液晶表示装置は、外部から入射する光が強い環境下では反射型液晶表示装置と同様に機能し、外部から入射する光が弱い環境下ではバックライトを点灯することにより、透過型液晶表示装置と同様に機能する。あるいは、半透過型液晶表示装置は、外部から入射する光の強さにかかわらず、透過型モードおよび反射型モードといった２つのモードで同時に表示を行う。

以下の説明において、液晶表示装置として半透過型液晶表示装置を例示する。

一般的な半透過型液晶表示装置では、反射電極が設けられているため、バックライトからの光の利用効率はそれほど高くない。したがって、半透過型液晶表示装置と同様の構成を有する透過型液晶表示装置と同じ輝度を得るためには、バックライトの光の強度を増加させることが必要となり、消費電力が大きくなる。また、バックライトからの光を透過するための透過開口部が形成された領域を大きくすると、バックライトからの光の利用効率を高くすることができるが、その場合、反射電極が形成された領域は小さくなるため、外部光の利用効率が低くなる。

このため、従来の液晶表示装置では、マイクロレンズアレイが液晶表示素子とバックライトユニットとの間に設けられている（特許文献１）。この液晶表示装置では、マイクロレンズアレイが液晶表示素子の透過開口部に集光するので、光の利用効率が高くなり、これにより、消費電力を増加することなく適切な輝度を得ることができる。

また、別の従来の液晶表示装置では、バックライトユニットに、鋸歯状に形成されたプリズム面を有するプリズムシートが設けられている（特許文献２）。

図１６（ａ）は、特許文献２に開示されているバックライトユニット３１０の模式的な断面図である。

バックライトユニット３１０は、光を出射する面光源３０１と、面光源３０１からの光を面垂直方向に反射するプリズムシート３０４と、面光源３０１に対してプリズムシート３０４とは反対側に配置された反射板３０５とを備える。

面光源３０１は、光を出射する光源３０２と、光源３０２を囲むように設けられた反射部材３０２ａと、光源３０２から出射された光を受け、受けた光を伝搬する導光体３０３とを備える。反射部材３０２ａは、光源３０２から出射された光を導光体３０３に向けて反射し、光源３０２からの光を導光体３０３に効率よく入射させる。

導光体３０３は、プリズムシート３０４に対向する主面（前面）３０３ａと、反射板３０５に対向する主面（後面）３０３ｂと、前面３０３ａと後面３０３ｂとを連結する端面３０３ｃとを有している。導光体３０３の端面３０３ｃは光源３０２から出射された光を受け、光は導光体３０３の前面３０３ａおよび後面３０３ｂにおける反射を繰り返しながら伝搬方向Ｐに伝搬する。導光体３０３の前面３０３ａは伝搬方向Ｐと平行である。導光体３０３の後面３０３ｂは、図１７に示すように、伝搬方向Ｐに対して傾斜角αだけ傾いた領域を有している。

ここで再び図１６（ａ）を参照する。プリズムシート３０４は、導光体３０３の前面３０３ａ側に配置されている。プリズムシート３０４は、鋸歯状に形成されたプリズム面を有しており、プリズム面は、交互に配置されたプリズム傾斜面３０４ａと第２のプリズム傾斜面３０４ｂとを有する。プリズムシート３０４のプリズム面は、導光体３０３の前面３０３ａと対向している。第１のプリズム傾斜面３０４ａと第２のプリズム傾斜面３０４ｂとの境界には、稜線３０４ｃが形成されている。プリズムシート３０４では、図１８に示すように、第１のプリズム傾斜面３０４ａと第２のプリズム傾斜面３０４ｂとの間の頂角はθである。

ここで再び図１６（ａ）を参照する。バックライトユニット３１０では、光源３０２から出射された光は、導光体３０３に入射し、導光体３０３内部を伝搬方向Ｐに伝搬する。

図１９の破線に示すように、光が所定の入射角（全反射角）より小さな入射角で導光体３０３の前面３０３ａと空気との界面に入射すると、光の一部は前面３０３ａと空気との界面において屈折して前面側に出射され、光の一部は前面３０３ａと空気との界面において反射される。

一方、図１９の実線に示すように、光が全反射角以上の入射角で導光体３０３の前面３０３ａと空気との界面に入射すると、光は全反射される。

ここで再び図１６（ａ）を参照する。導光体３０３の前面３０３ａと空気との界面で屈折された光は、プリズムシート３０４に入射し、プリズムシート３０４によって面垂直方向に反射される。

また、導光体３０３の前面３０３ａと空気との界面で反射された光は導光体３０３の後面３０３ｂに向かい、導光体３０３の後面３０３ｂと空気との界面で屈折された光は、後面側に出射され、反射板３０５に入射する。この光は、反射板３０５によって反射され、導光体の後面３０３ｂに再び入射する。その後、光は、前面３０３ａから前面側に出射され、プリズムシート３０４に入射し、プリズムシート３０４によって面垂直方向に反射される。

このように、バックライトユニット３１０では、一旦導光体３０３の後面３０３ｂから出射された光を反射板３０５によって反射することで、表示のために用いることができ、光源３０２からの光の利用効率を高くすることができる。また、バックライトユニット３１０では、プリズムシート３０４が設けられているので、指向性の高い光を液晶表示素子（図示せず）に出射することができる。
特開平１１−１０９４１７号公報 特開平１１−２２４０５８号公報

しかしながら、マイクロレンズアレイを用いても、十分な輝度を得ることができないことがある。

また、従来のバックライトユニット３１０を液晶表示装置に用いると、液晶表示装置の表示にモアレ縞が発生することがある。

図１６（ａ）に示すように、導光体３０３の前面３０３ａから前面側に出射された光は、プリズムシート３０４内に入射し、プリズムシート３０４の第２のプリズム傾斜面３０４ｂによって反射され、プリズムシート３０４から面垂直方向に出射される。

また、導光体３０３の後面３０３ｂから後面側に出射された光は、反射板３０５によって反射され、導光体３０３の後面３０３ｂに向かう方向の成分を有する光となり、再び導光体３０３に入射する。導光体３０３に入射した光は、最終的に、導光体３０３の前面３０３ａから前面側に出射される。導光体３０３の前面３０３ａから前面側に出射された光は、プリズムシート３０４内に入射し、プリズムシート３０４の第２のプリズム傾斜面３０４ｂによって反射され、プリズムシート３０４から面垂直方向に出射される。

このように、従来のバックライトユニット３１０では、反射板３０５を介することなく導光体３０３から出射された光、および、反射板３０５を介して導光体３０３から出射された光の両方とも、プリズムシート３０４の第２のプリズム傾斜面３０４ｂによって反射される。すなわち、プリズムシート３０４のうちの第２のプリズム傾斜面３０４ｂのみが面垂直方向への光の出射に寄与している。したがって、第２のプリズム傾斜面３０４ｂによって反射された光の強度は、第１のプリズム傾斜面３０４ａによって反射された光の強度と異なる。

図１６（ｂ）は、従来のバックライトユニット３１０から出射された光の強度を示す模式図である。図１６（ｂ）において、バックライトユニット３１０から出射された光のうちプリズムシート３０４の第１のプリズム傾斜面３０４ａによって反射された光の強度は参照符号Ａに対応し、プリズムシート３０４の第２のプリズム傾斜面３０４ｂによって反射された光の強度は参照符号Ｂに対応している。従来のバックライトユニット３１０では、反射板３０５を介した光も、反射板３０５を介しなかった光も、プリズムシート３０４の第２のプリズム傾斜面３０４ｂによって反射されるので、参照符号Ｂに対応する第２のプリズム傾斜面３０４ｂによる光の強度は、参照符号Ａに対応する第１のプリズム傾斜面３０４ａによる光の強度よりも大きい。このように、プリズムシート３０４から出射される光には、プリズムシート３０４のピッチに対応した明暗の縞が発生する。

したがって、バックライトユニット３１０を用いた従来の液晶表示装置は、明暗の縞が発生した光を用いて表示を行うので、液晶表示装置の表示にモアレ縞が発生する。

このようなモアレ縞を解消する方法としては、液晶表示素子（図示せず）の透過開口部に集められた光を拡散するための拡散層を設けるなどの方法が知られているが、拡散層を設けると、正面輝度および表示コントラストが低下するといった問題が生じる。

本発明の目的は、出射される光に明暗の縞が発生することを防ぐバックライトユニットおよび前記バックライトユニットを備えた液晶表示装置を提供することにある。

本発明のバックライトユニットは、光を出射する光源と、前面と、後面と、端面とを有する導光体であって、前記光源から出射された光を前記端面で受け、前記受けた光を第１の方向に伝搬する導光体と、前記導光体の前記前面側に配置されたプリズムシートと、前記導光体の前記後面側に配置された反射部とを備え、前記反射部は、前記導光体の前記後面から出射された前記第１の方向の成分を有する光を、前記第１の方向の反対方向である第２の方向の成分を有する光として前記導光体の前記後面に向けて反射する反射面を有し、前記導光体は、前記第１の方向の成分を有する光および前記第２の方向の成分を有する光を、前記前面から前記プリズムシートに向けて出射する。

ある実施形態において、前記反射面は、前記導光体の前記後面から出射された光を、前記導光体の前記後面に向かう方向の成分を有する光として反射する第１の反射面と、前記導光体の前記後面から出射された光を、前記第２の方向の成分を有する光として反射する第２の反射面とを有する。

ある実施形態において、前記第１の反射面および前記第２の反射面のそれぞれの法線方向と前記第１の方向とのなす角度は、０°より大きく９０°未満である。

ある実施形態において、前記反射部は、傾斜反射板または傾斜反射板の一部であり、前記傾斜反射板は、前記反射面を含む表面を有する。

ある実施形態において、前記傾斜反射板の前記表面は鋸歯状に形成されている。

ある実施形態において、前記導光体の前記後面の法線方向と前記第１の方向とのなす角度は、０°より大きく９０°未満である。

本発明の液晶表示装置は、上記のバックライトユニットと、透過開口部を有する液晶表示素子とを備える。

ある実施形態において、前記液晶表示素子の前記透過開口部に集光するマイクロレンズアレイをさらに備える。

本発明のバックライトユニットによれば、バックライトユニットから出射された光に明暗の縞が発生することを防ぐことができる。

また、本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示装置の表示にモアレ縞が発生することを防ぐことができ、良好な表示を行うことができる。

本発明によるバックライトユニットの実施形態を説明するための図であり、（ａ）はバックライトユニットの模式的な断面図であり、（ｂ）はバックライトユニットの模式的な平面図であり、（ｃ）はバックライトユニットから出射された光の強度を示す模式図である。 本発明によるバックライトユニットの実施形態における導光体の模式的な断面図である。 本発明によるバックライトユニットの実施形態におけるプリズムシートの模式的な断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明によるバックライトユニットの傾斜反射板における光の反射を説明するための図である。 本発明による液晶表示装置の実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明による液晶表示装置の実施形態におけるマイクロレンズアレイの配置を示す模式図である。 本発明によるバックライトユニットの別の実施形態の模式的な断面図である。 （ａ）は本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態における導光体の模式的な断面図であり、（ｂ）は本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態における導光体の模式的な断面図である。 （ａ）は本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図である。 （ａ）は本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図である。 （ａ）は本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図である。 （ａ）は本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図である。 （ａ）は本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態の模式的な平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’線断面図である。 本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態の模式的な断面図である。 比較例の液晶表示装置を示す模式的な断面図である。 従来のバックライトユニットを説明するための図であり、（ａ）はこのバックライトユニットの模式的な断面図であり、（ｂ）はバックライトユニットから出射された光の強度を示す模式図である。 従来のバックライトユニットにおける導光体の模式的な断面図である。 従来のバックライトユニットにおけるプリズムシートの模式的な断面図である。 一般的な導光体における光の反射および屈折を示す模式図である。

符号の説明

１００ 液晶表示装置
１０１ 面光源
１０２ 光源
１０３ 導光体
１０３ａ 主面（前面）
１０３ｂ 主面（後面）
１０４ プリズムシート
１０５ 傾斜反射板
１１０ バックライトユニット
１２０ 偏光板
１２２ 偏光板
１３０ マイクロレンズアレイ
１４０ 液晶表示素子
１５０ アクティブマトリクス基板
１５１ 透明ガラス基板
１５２ 反射電極
１５３ 透明電極
１５４ 透過開口部
１６０ 液晶層
１７０ 対向基板
１７１ 透明ガラス基板
１７２ 透明電極

以下に、図面を参照して、本発明によるバックライトユニットおよび前記バックライトユニットを備えた液晶表示装置の実施形態を説明する。本実施形態の液晶表示装置は、半透過型液晶表示装置である。

図１（ａ）は、本実施形態のバックライトユニット１１０の模式的な断面図であり、図１（ｂ）は、バックライトユニット１１０の模式的な平面図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＸ−Ｘ’線断面図である。

図１（ａ）に示すように、バックライトユニット１１０は、反射板３０５の代わりに傾斜反射板１０５を備える点で、図１６（ａ）を参照して説明した従来のバックライトユニット３１０とは異なる。

バックライトユニット１１０は、光を出射する面光源１０１と、面光源１０１からの光を面垂直方向に反射するプリズムシート１０４と、面光源１０１に対してプリズムシート１０４とは反対側に配置された傾斜反射板１０５とを備える。

面光源１０１は、光を出射する光源１０２と、光源１０２を囲むように設けられた反射部材１０２ａと、光源１０２から出射された光を受け、受けた光を伝搬方向（第１の方向）Ｐに伝搬する導光体１０３とを備える。光源１０２は図１（ｂ）に示すように伝搬方向Ｐとほぼ直交する方向に伸びた線光源である。反射部材１０２ａは、光源１０２から出射された光を導光体１０３に向けて反射し、光源１０２からの光を導光体１０３に効率よく入射させる。

導光体１０３は、プリズムシート１０４に対向する主面（前面）１０３ａと、反射板１０５に対向する主面（後面）１０３ｂと、前面１０３ａと後面１０３ｂとを連結する端面１０３ｃとを有している。導光体１０３の端面１０３ｃは光源１０２から出射された光を受け、光は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、導光体１０３の前面１０３ａおよび後面１０３ｂにおける反射を繰り返しながら伝搬方向Ｐに伝搬する。導光体１０３の前面１０３ａは伝搬方向Ｐと平行である。導光体１０３の後面１０３ｂは、図２に示すように、伝搬方向Ｐに対して傾斜角αだけ傾いた領域を有しており、導光体１０３の後面１０３ｂの法線方向と伝搬方向Ｐとのなす角度は０°より大きく９０°未満である。

ここで再び図１（ａ）を参照する。プリズムシート１０４は、導光体１０３の前面１０３ａ側に配置されている。プリズムシート１０４は、鋸歯状に形成されたプリズム面を有しており、プリズム面は、交互に配置された第１のプリズム傾斜面１０４ａと第２のプリズム傾斜面１０４ｂとを有する。プリズムシート１０４のプリズム面は、導光体１０３の前面１０３ａと対向している。第１のプリズム傾斜面１０４ａと第２のプリズム傾斜面１０４ｂとの境界には、図１（ｂ）に示すように、稜線１０４ｃが形成されている。

傾斜反射板１０５は、導光体１０３の後面１０３ｂ側に配置されている。傾斜反射板１０５において導光体１０３の後面１０３ｂと対向する表面は反射面１０５ａであり、反射面１０５ａは、交互に配置された第１の反射面１０５ｂと第２の反射面１０５ｃとを有する。第１の反射面１０５ｂおよび第２の反射面１０５ｃのそれぞれは、伝搬方向Ｐに対して傾斜しており、すなわち、第１の反射面１０５ｂおよび第２の反射面１０５ｃのそれぞれの法線方向と伝搬方向Ｐとのなす角度は、０°より大きく９０°未満である。反射面１０５ａは鋸歯状に形成されている。傾斜反射板１０５の反射面１０５ａには、例えば、誘電体反射膜、金属反射膜等が形成されている。

光源１０２からの光は導光体１０３に入射し、導光体１０３内部を伝搬方向Ｐに伝搬する。図１９を参照して上述したように、導光体１０３内部において、光が所定の入射角（全反射角）より小さな入射角で導光体１０３の前面１０３ａと空気との界面に入射すると、光の一部は前面１０３ａと空気との界面において屈折して前面側に出射され、光の一部は前面１０３ａと空気との界面において反射される。一方、光が全反射角以上の入射角で導光体１０３の前面１０３ａと空気との界面に入射すると、光は全反射される。

導光体１０３の前面１０３ａから前面側に出射された光を光Ｌ１とすると、光Ｌ１は、伝搬方向Ｐおよび導光体１０３からプリズムシート１０４に向かう方向の成分を有している。前面側に出射された光Ｌ１は、プリズムシート１０４内に入射し、プリズムシート１０４の第２のプリズム傾斜面１０４ｂによって反射され、プリズムシート１０４から面垂直方向に出射される。

一方、導光体１０３の前面１０３ａと空気との界面で反射された光は導光体１０３の後面１０３ｂに向かい、導光体１０３の後面１０３ｂと空気との界面で屈折された光は、導光体１０３の後面１０３ｂから後面側に出射される。導光体１０３の後面１０３ｂから後面側に出射された光を光Ｌ２とすると、光Ｌ２は、伝搬方向Ｐおよび導光体１０３から傾斜反射板１０５に向かう方向の成分を有している。光Ｌ２は、傾斜反射板１０５の第２の反射面１０５ｃによって反射されると、伝搬方向Ｐとは反対方向の成分を有する光Ｌ２’になる。本明細書の以下の説明において、伝搬方向Ｐの反対方向を第２の方向と称する場合がある。傾斜反射板１０５の第２の反射面１０５ｃによって反射された光Ｌ２’は導光体１０３に入射し、導光体１０３内を第２の方向に伝搬する。最終的に、導光体１０３は、前面１０３ａから、第２の方向および導光体１０３からプリズムシート１０４に向かう方向の成分を有する光Ｌ２’を前面側に出射する。前面側に出射された光Ｌ２’は、プリズムシート１０４内に入射し、プリズムシート１０４の第１のプリズム傾斜面１０４ａによって反射され、プリズムシート１０４から面垂直方向に出射される。

このように、プリズムシート１０４では、第１のプリズム傾斜面１０４ａが光Ｌ２’を面垂直方向に反射し、第２のプリズム傾斜面１０４ｂが光Ｌ１を面垂直方向に反射する。したがって、本実施形態のバックライトユニット１１０によれば、第２のプリズム傾斜面１０４ｂによって反射された光の強度は、第１のプリズム傾斜面１０４ａによって反射された光の強度とほぼ同じになる。

図１（ｃ）は、本実施形態のバックライトユニット１１０から出射された光の強度を示す模式図である。図１（ｃ）において、バックライトユニット１１０から出射された光のうちプリズムシート１０４の第１のプリズム傾斜面１０４ａによって反射された光の強度は参照符号Ｃに対応し、プリズムシート１０４の第２のプリズム傾斜面１０４ｂによって反射された光の強度は参照符号Ｄに対応している。バックライトユニット１１０では、傾斜反射板１０５を介した光はプリズムシート１０４の第１のプリズム傾斜面１０４ａによって反射され、傾斜反射板１０５を介さなかった光は、プリズムシート１０４の第２のプリズム傾斜面１０４ｂによって反射されるので、参照符号Ｄに対応する第２のプリズム傾斜面１０４ｂによる光の強度と、参照符号Ｃに対応する第１のプリズム傾斜面１０４ａによる光の強度との差は、図１６（ｂ）を参照して説明した従来のバックライトユニット３１０における光の強度の差よりも小さく、好ましくは、本実施形態のバックライトユニット１１０における光の強度の差はない。このように、プリズムシート１０４から出射される光には、プリズムシート１０４のピッチに対応した明暗の縞がほとんど発生せず、好ましくは、プリズムシート１０４から均一な光が出射される。

バックライトユニット１１０では、導光体１０３の後面１０３ｂは、図２に示すように伝搬方向Ｐに対して傾斜角αだけ傾いた領域を有している。ここで、傾斜角αはゼロではない。この場合、導光体１０３の前面１０３ａと空気との界面に入射する光の入射角が全反射角よりも大きく、その光が全反射されたとしても、全反射された後に、導光体１０３の後面１０３ｂによって反射され、導光体１０３の前面１０３ａに再び入射する光の入射角は全反射角よりも小さくなり、その光の一部は、導光体１０３の前面１０３ａから出射される。後面１０３ｂの傾斜角αは、例えば、１２°である。

また、バックライトユニット１１０のプリズムシート１０４では、図３に示すように、第１のプリズム傾斜面１０４ａと第２のプリズム傾斜面１０４ｂとの間の頂角はθである。プリズムシート１０４の頂角θは、例えば、６２°であり、プリズムシート１０４のピッチは、例えば、３０μｍである。第１のプリズム傾斜面１０４ａと第２のプリズム傾斜面１０４ｂとの境界に稜線１０４ｃが形成されており、図１（ｂ）に示すように、稜線１０４ｃが伸びる方向は、光の伝搬方向Ｐと交差、好ましくは直交する。

また、傾斜反射板１０５の鋸歯状部分の断面における三角形は、図４（ａ）に示すように、頂角φ１と、底角φ２と、底角φ３とを有する。ここで、φ１＋φ２＋φ３＝１８０°である。底角φ２は、底角φ３よりも光源１０２側の角度である。

図４（ｂ）に示すように、頂角φ１、底角φ２および底角φ３の角度は、光Ｌ２の主光線が傾斜反射板１０５の第２の反射面１０５ｃに対してほぼ０°の入射角で入射するように、設定されている。そのために、頂角φ１と底角φ３との間に設けられた第１の反射面１０５ｂの面積は、頂角φ１と底角φ２との間に設けられた第２の反射面１０５ｃの面積よりも大きくなっており、底角φ２は、底角φ３よりも大きくなっている。

また、光Ｌ２が傾斜反射板１０５の第２の反射面１０５ｃに対して０°以外の入射角で入射する場合でも、図４（ｃ）に示すように、光Ｌ２は、第２の反射面１０５ｃによって反射され、第２の方向の成分を有する光となり、次いで、第１の反射面１０５ｂによって反射され、導光体１０３の後面１０３ｂに向かう方向の成分を有する光となる。第１の反射面１０５ｂによって反射された光Ｌ２’は導光体１０３に再び入射する。あるいは、図４（ｄ）に示すように、光Ｌ２は、第１の反射面１０５ｂによって反射され、導光体１０３の後面１０３ｂに向かう方向の成分を有する光になり、次いで、第２の反射面１０５ｃによって反射され、第２の方向の成分を有する光Ｌ２’になる。第２の反射面１０５ｃによって反射された光Ｌ２’は導光体１０３に再び入射する。

このように、傾斜反射板１０５の反射面１０５ａは、第１の方向および傾斜反射板１０５に向かう方向の成分を有する光を、複数回反射することによっても、導光体１０３の後面１０３ｂおよび第２の方向の成分を有する光にする。

傾斜反射板１０５の頂角φ１、底角φ２および底角φ３は、例えば、頂角φ１は８８°、底角φ２は７８°、底角φ３は１４°である。ただし、これらの角度は一例にすぎず、導光体１０３における後面１０３ｂの傾斜角αが１２°である場合、φ１≧８４°、φ２≧７２°且つ、１４°≦φ３≦２２°の範囲であればよい。一般的に、頂角φ１、底角φ２、底角φ３は、それぞれ、φ１≧７２°＋α、φ２≧８４°−α、１４°≦φ３≦２２°を満足することが好ましい。

導光体１０３のピッチは導光体１０３の大きさに応じて異なるが、導光体１０３の前面１０３ａから出射される光の輝度を均一にするために、光を受け取る端面１０３ｃ側では導光体１０３のピッチは比較的長く、端面１０３ｃから離れるにつれて導光体１０３のピッチは短い。例えば、５ｃｍの導光体１０３において導光体１０３のピッチは２００μｍから１０μｍに変化する。プリズムシート１０４のピッチは、例えば、１０μｍ〜５０μｍであり、傾斜反射板１０５のピッチの範囲は３０μｍ〜２００μｍである。なお、導光体１０３、プリズムシート１０４および傾斜反射板１０５のピッチは主に作製の容易さに応じて決定される。

また、第１の反射面１０５ｂおよび第２の反射面１０５ｃのそれぞれは、プリズムシート１０４の稜線１０４ｃが伸びる方向とほぼ平行な方向に延びた矩形状の面である。

図５は、本実施形態の液晶表示装置１００の模式的な断面図である。本実施形態の液晶表示装置１００は、バックライトユニット１１０を備えた半透過型液晶表示装置である。

液晶表示装置１００は、バックライトユニット１１０と、一対の偏光板１２０、１２２と、マイクロレンズアレイ１３０と、液晶表示素子１４０とを備える。マイクロレンズアレイ１３０は、バックライトユニット１１０と液晶表示素子１４０との間に配置され、偏光板１２０は、バックライトユニット１１０とマイクロレンズアレイ１３０との間に配置されている。また、液晶表示素子１４０は、マイクロレンズアレイ１３０と偏光板１２２との間に配置されている。

液晶表示素子１４０では、画面サイズが対角２．４インチ（縦：４９．０ｍｍ、横：３６．７ｍｍ）であり、液晶表示素子１４０の最小表示単位である画素は水平画素数２４０（Ｒ，Ｇ，Ｂ）×垂直画素数３２０でストライプ配列に配列されており、画素のピッチは、垂直方向が０．１５３ｍｍ、水平方向が０．０５１ｍｍである。

液晶表示素子１４０は、アクティブマトリクス基板１５０と、対向基板１７０と、アクティブマトリクス基板１５０と対向基板１７０との間に配置された液晶層１６０とを備える。液晶層１６０は、アクティブマトリクス基板１５０と対向基板１７０との間に封止されており、例えば、正の誘電率異方性を有する液晶分子から形成されている。

アクティブマトリクス基板１５０は、透明ガラス基板１５１と、透明ガラス基板１５１に設けられた反射電極１５２と、透明ガラス基板１５１に設けられた透明電極１５３とを備える。アクティブマトリクス基板１５０では、反射電極１５２が設けられていない部分に、透過開口部１５４が設けられている。液晶分子の配向状態を変化させるために電圧を供給する駆動回路（図示せず）が透明電極１５３に接続されており、駆動回路が透明電極１５３を駆動することにより、液晶分子の配向が制御され、液晶層１６０を透過する光の強度が制御される。アクティブマトリクス基板１５０には、また、複数の薄膜トランジスタ（図示せず）がマトリクス状に設けられており、各薄膜トランジスタは、反射電極１５２および透明電極１５３の電荷を制御する。また、透明ガラス基板１５１には、マイクロレンズアレイ１３０が設けられている。

マイクロレンズアレイ１３０は、曲率８０μｍを有する複数の球面レンズを有する。屈折率１．５１の透明なアクリル系あるいはエポキシ系樹脂を透明ガラス基板１５１に塗布し、パターン化することによって球面レンズは形成されている。球面レンズは、図６に示すように、略デルタ配列に配置されている。球面レンズのピッチは、バックライトユニット１１０の導光体１０３において光が伝搬する伝搬方向に沿って７６．５μｍ、導光体１０３の面内において伝搬方向に直交する方向に沿って５１μｍである。

ここで再び図５を参照する。対向基板１７０は、透明ガラス基板１７１と、透明ガラス基板１７１に形成された透明電極１７２とを備える。

透明電極１５３によって規定される透過開口部１５４の形状は直径０．０４２ｍｍの円形状であり、透過開口部１５４は、図６に示すマイクロレンズアレイ１３０の球形レンズの中心に対応するように、配置されている。

また、透過開口部１５４からマイクロレンズアレイ１３０の各球面レンズの頂点までの距離が２２０μｍとなるように、アクティブマトリクス基板１５０の厚さは調整されている。

本実施形態の液晶表示装置１００では、明暗の縞がほとんど発生していない光がマイクロレンズアレイ１３０に入射するので、液晶表示装置１００は、モアレ縞を発生することなく、表示を行うことができる。

以下に、本発明の液晶表示装置と、比較例の液晶表示装置との比較について説明する。

図１５は、比較例における液晶表示装置２００の模式的な断面図である。液晶表示装置２００は、反射板２０５の断面が矩形状である点で、図５に示した液晶表示装置１００とは異なっている。

液晶表示装置２００のバックライトユニット２１０は、図１６（ａ）を参照して上述したバックライトユニット３１０と同様の構成を有しており、バックライトユニット２１０の反射板２０５は直方体形状である。

本実施形態の液晶表示装置と比較例の液晶表示装置の光学特性を表１に示す。表１に示すように、本実施形態の液晶表示装置によれば、比較例の液晶表示装置の輝度とほぼ同じ輝度を保持したままで、モアレ縞の発生を防ぐことができる。

以上のように、本実施形態のバックライトユニット１１０によれば、プリズムシート１０４のうちの第１のプリズム傾斜面１０４ａおよび第２のプリズム傾斜面１０４ｂの両方が面垂直方向への光の出射に寄与しているので、明暗の縞が発生することを防ぐことができる。また、モアレの原因となる明暗の縞が発生しないので、液晶表示装置１００は、表示を良好に行うことができる。

なお、比較例の液晶表示装置２００では、プリズムシート２０４とマイクロレンズアレイ２３０との間隙を広くすると、モアレ縞を解消することができる。しかしながら、プリズムシート２０４とマイクロレンズアレイ２３０との間隙を広くすると、液晶表示装置２００の厚さが実用的な厚さよりも厚くなってしまうので、好ましくない。

なお、本発明によるバックライトユニットは、図１〜図４を参照して説明したバックライトユニットに限定されない。

本発明によるバックライトユニット１１０の別の実施形態では、図７に示すように、反射板１０５の反射面１０５ａは伝搬方向Ｐに対して傾斜していない。具体的には、反射板１０５の第１の反射面１０５ｂの法線方向は伝搬方向Ｐと垂直であり、反射板１０５の第２の反射面１０５ｃの法線方向は伝搬方向Ｐと平行である。

この場合も、図４（ｃ）および図４（ｄ）を参照して上述したのと同様に、反射板１０５に入射する光は、第１の反射面１０５ｂによって反射されて、導光体１０３の後面１０３ｂに向かう方向の成分を有する光になり、第２の反射面１０５ｃによって反射されて、第２の方向の成分を有する光になる。

なお、導光体１０３の断面の形状は、図１（ａ）および図７に示した形状に限定されない。本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態では、導光体１０３の断面は、図８（ａ）に示すように、ほぼ楔形状である。一般に、導光体１０３の前面１０３ａから出射される光の強度は、光源１０２に近いほど大きくなる傾向があるが、このように導光体１０３の断面が楔形の形状を有することにより、導光体１０３の前面１０３ａから出射される光の強度を均一にすることができる。

また、本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態では、図８（ｂ）に示すように、導光体１０３がほぼ直方体であり、導光体１０３の断面は矩形状である。この場合、導光体１０３の後面１０３ｂの法線方向と伝搬方向とのなす角度は９０°である。

なお、図１（ｂ）を参照して上述したバックライトユニット１１０では、導光体１０３に光を出射する光源１０２は線光源であったが、本発明のバックライトユニット１１０における光源１０２はこれに限定されない。

本発明のバックライトユニット１１０のさらに別の実施形態では、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、光源１０２は、点光源１０２ｃと、線状導光体１０２ｄとを有する。この場合、点光源１０２ｃから出射された光は線状導光体１０２ｄに入射し、線状導光体１０２ｄからの光が導光体１０３に入射する。

また、本発明のバックライトユニット１１０のさらに別の実施形態では、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、光源は、複数の点光源１０２ｃである。

また、本発明のバックライトユニット１１０のさらに別の実施形態では、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、導光体１０３の１つの隅角は切り欠けられており、点光源１０２ｃは、導光体１０３の切り欠けられた部分の近傍に配置されている。点光源１０２ｃは、導光体１０３の切り欠けられた部分の対角に向けられており、導光体１０３は、点光源１０２ｃからの光を伝搬方向Ｐに伝搬する。プリズムシート１０４の稜線１０４ｃが伸びる方向は、伝搬方向Ｐと交差、好ましくはほぼ直交している。傾斜反射板１０５の第１の反射面１０５ｂおよび第２の反射面１０５ｃのそれぞれは、プリズムシート１０４の稜線１０４ｃが伸びる方向とほぼ平行な矩形状の面である。

また、本発明のバックライトユニット１１０のさらに別の実施形態では、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、複数の点光源１０２ｃが設けられている。導光体１０３の１つの隅角は切り欠けられており、複数の点光源１０２ｃは、導光体１０３の切り欠けられた部分の近傍に配置されている。複数の点光源１０２ｃは、全体として、導光体１０３の切り欠けられた部分の対角に向けられており、導光体１０３は、複数の点光源１０２ｃからの光を伝搬方向Ｐに伝搬する。ここでも、プリズムシート１０４の稜線１０４ｃが伸びる方向は、伝搬方向Ｐと交差、好ましくはほぼ直交している。また、傾斜反射板１０５の第１の反射面１０５ｂおよび第２の反射面１０５ｃのそれぞれは、プリズムシート１０４の稜線１０４ｃが伸びる方向とほぼ平行な矩形状の面である。

なお、上述した説明では、導光体１０３の一方の側から光が入射するが、本発明は、これに限定されない。

本発明によるバックライトユニット１１０のさらに別の実施形態では、図１３（ａ）に示すように、２つの光源１０２、１０２ｅは、いずれも線光源であり、導光体１０３の両側面に配置されている。このとき、図１３（ｂ）に示すように、底角φ２および底角φ３は等しくなるように、傾斜反射板１０５の反射面１０５ａは対称に形成されており、また、導光体１０３も対称に形成されている。

便宜上、光源１０２からの光の伝搬方向を第１の伝搬方向と称し、光源１０２ｅからの光の伝搬方向を第２の伝搬方向と称すると、第２の伝搬方向は、第１の伝搬方向と反対の方向である。光源１０２から出射される光の強度が光源１０２ｅから出射される光の強度と同じであれば、導光体１０３からプリズムシート１０４に出射される光のうちの第１の伝搬方向の成分を有する光の強度は、第２の伝搬方向の成分を有する光の強度と同じになる。あるいは、光源１０２は、導光体１０３の周囲を囲むように、形成されてもよい。

本発明によるバックライトユニットのさらに別の実施形態では、図１４に示すように、傾斜反射板１０５は、複数の反射部１０５ｄと、複数の反射部１０５ｄが設けられた基板１０５ｅとを備える。反射部１０５ｄは、それぞれ、第１の反射面１０５ｂおよび第２の反射面１０５ｃを有しており、第１の反射面１０５ｂおよび第２の反射面１０５ｃが交互に配置されて、反射面１０５ａが形成されている。また、基板１０５ｅとして、反射部１０５ｄを固定することが可能な任意の基板を用いることができる。

傾斜反射板１０５は、以下のように形成される。基板１０５ｅ上に樹脂層を形成し、樹脂層に断面鋸歯状の傾斜面を形成する。樹脂層の傾斜面は、フォトリソグラフィー技術または転写技術を用いて形成する。樹脂層の表面にアルミニウム、銀等の光反射率の高い金属反射膜または異なる屈折率を有する誘電体薄膜を交互に積層させた誘電体反射膜を堆積させて、反射面１０５ａを有する傾斜反射部１０５ｃを形成する。

なお、図１４に示したバックライトユニット１１０では、複数の反射部１０５ｄが設けられていたが、反射部１０５ｄは１つであってもよい。また、反射部１０５ｄは、基板１０５ｅ上に設けられていなくてもよい。

なお、上述した説明では、バックライトユニット１１０を備えた半透過型液晶表示装置１００について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明によるバックライトユニット１１０を透過型液晶表示装置に用いてもよい。

本発明のバックライトユニットを備えた液晶表示装置によれば、明暗の縞に起因するモアレ縞の発生を防ぐことができるので、液晶表示装置を、携帯電話、携帯端末、ワードプロセッサ、ノート型パソコン等のオフィスオートメーション（ＯＡ）機器や、各種映像機器及びゲーム機器、テレビ受像機等に好適に使用することができる。

Claims (8)

1. 光を出射する光源と、
   前面と、後面と、端面とを有する導光体であって、前記光源から出射された光を前記端面で受け、前記受けた光を第１の方向に伝搬する導光体と、
   前記導光体の前記前面側に配置されたプリズムシートと、
   前記導光体の前記後面側に配置された反射部と
   を備え、
   前記反射部は、前記導光体の前記後面から出射された前記第１の方向の成分を有する光を、前記第１の方向の反対方向である第２の方向の成分を有する光として前記導光体の前記後面に向けて反射する反射面を有し、
   前記導光体は、前記第１の方向の成分を有する光および前記第２の方向の成分を有する光を、前記前面から前記プリズムシートに向けて出射する、バックライトユニット。
2. 前記反射面は、
   前記導光体の前記後面から出射された光を、前記導光体の前記後面に向かう方向の成分を有する光として反射する第１の反射面と、
   前記導光体の前記後面から出射された光を、前記第２の方向の成分を有する光として反射する第２の反射面と
   を有する、請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 前記第１の反射面および前記第２の反射面のそれぞれの法線方向と前記第１の方向とのなす角度は、０°より大きく９０°未満である、請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 前記反射部は、傾斜反射板または傾斜反射板の一部であり、
   前記傾斜反射板は、前記反射面を含む表面を有する、請求項３に記載のバックライトユニット。
5. 前記傾斜反射板の前記表面は鋸歯状に形成されている、請求項４に記載のバックライトユニット。
6. 前記導光体の前記後面の法線方向と前記第１の方向とのなす角度は、０°より大きく９０°未満である、請求項１から５のいずれかに記載のバックライトユニット。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のバックライトユニットと、
   透過開口部を有する液晶表示素子と
   を備える、液晶表示装置。
8. 前記液晶表示素子の前記透過開口部に集光するマイクロレンズアレイをさらに備える、請求項７に記載の液晶表示装置。

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