WO2010061699A1 - 薄型バックライトシステムおよびこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

　相異なる主波長の光を発する複数の発光部からの光を偏向後、所定の位置に配列された複数の通光部へ集光させる薄型バックライトシステムであって、発光部（１）と、複数の通光部（４）と、通光部の縦方向および／または横方向の配列ピッチに相異なる主波長の種類数を乗じた配列ピッチに対応するように相同な複数のレンズが縦方向および／または横方向に配列され、かつ発光部（１）からの光を複数の通光部（４）における相異なる主波長が対応する領域に集光させる複数の通光部（４）における光の集光面に対向して配置された結像光学系（３）と、発光部（１）からの光を反射により主波長別に偏向し、複数の通光部（４）の法線方向に対してほぼ平行光にして出射させ、かつ結像光学系（３）における複数のレンズの通光部（４）と反対側の面から入射させる発光部（１）および結像光学系（３）における光学入射面に対向して配置された照明光学系（２）とを有する。

Description

薄型バックライトシステムおよびこれを用いた液晶表示装置

　本発明は、薄型バックライトシステムおよびこれを用いた液晶表示装置に関し、詳しくは、透過型の液晶表示素子の画素を色分けした絵素にその背面から対応色の色光を集光させる薄型バックライトシステム、および該薄型バックライトシステムと前記液晶表示素子とでフルカラー表示を行う液晶表示装置に関する。

　フルカラー表示を行う液晶表示装置は、従来、透過型液晶表示素子の画素を３つの絵素に分割し、これら３つの絵素に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタをそれぞれ貼り付け、これにバックライトから白色光を照射し、その光が絵素を透過する際の透過率をその絵素の液晶セルへの印加電圧信号により制御することで、フルカラー表示を実現している。

　しかし、カラーフィルタはＲＧＢ毎に対応する波長帯の光を透過し、それ以外の光は吸収するため、カラーフィルタを用いた液晶表示装置では光の約２／３がロスとなり、光利用効率が低い。なお、カラーフィルタを用いないフルカラー表示方式の１つにフィールドシーケンシャルカラー方式があるが、これには色割れ（カラーブレークアップ）が生じるという難点がある。

　一方、ＬＥＤ（発光ダイオード）をバックライト光源とした場合の、光利用効率の向上を実現するバックライト装置を備えた透過型変調素子によるディスプレイ装置が提案されている（特許文献１参照）。これは、２次元に配列され、色毎に独立して透過する光の比率を制御可能な開口を有し、透過光を変調可能な画像表示素子（液晶パネル）と、表裏に凸レンズの作用を持つマイクロレンズを１対として多数を２次元的に配列してなる光路合成光学系と、異なる色光の主光線を異なる角度で前記光路合成光学系に出射する照明光学系と、異なる色光を発する複数の光源とからなるディスプレイ装置である。

　特許文献１記載のディスプレイ装置によれば、光源からの色光が照明光学系の作用で色毎に異なる主光線角度で光路合成光学系に入射し、光路合成光学系の屈折作用で色毎に画像表示素子のその色光に対応する開口に集光するように構成しうるので、画素を３つの絵素に分割して絵素にそれぞれ異なる色光を集光させること（色光による画素の色分離）が可能である。したがって、理想的な色分離ができれば、カラーフィルタが不要で、光ロスがなくなるとしている。もっとも、色分離が理想から外れた際の光漏れによる不具合混色を防ぐためにカラーフィルタを設けることは禁止していない。

日本国公開特許公報「特開２００７－３２８２１８号公報（２００７年１２月２０日公開）」

　特許文献１記載のディスプレイ装置においては、表裏に凸レンズの作用を持つマイクロレンズを１対として多数を２次元的に配列してなる光路合成光学系と、異なる色光の主光線を異なる角度で前記光路合成光学系に出射する照明光学系と、異なる色光を発する複数の光源とが、バックライト装置の構成要素となっている。このバックライト装置において、表裏に凸レンズの作用を持つマイクロレンズを１対として多数を２次元的に配列してなる光路合成光学系に、照明光学系から異なる角度で出射した、異なる色光の主光線を直接入射させると、光路合成光学系の入射面内の位置毎に色光の主光線の入射角度が異なるため、その色光を所定の対応する絵素の開口に集光させるには、光路合成光学系のマイクロレンズ形状を同光学系の入射面内（あるいはさらに出射面内）の位置によって相異させる必要があり、設計・製造が極めて困難となる。そのため、特許文献１の[0036]段落に記載されるように、マイクロレンズアレイの入射面側にフレネルシートを配置し、このフレネルシートによって、照明光学系から異なる角度で出射した、異なる色光をほぼ一定の方向、好ましくはマイクロレンズの光軸方向にほぼ平行な方向に偏向し（方向を変え）、マイクロレンズアレイへの異なる色光の入射角度が入射面内の位置によらずほぼ一定となるようにしている。

　しかし、薄型化のためにはフレネルシートへの色光の入射角度を大きくする必要があり、そうすると色光がフレネルシートで大きく屈折されることになって、色収差が大きくなり、異なる色光の波長帯の周縁部が広範囲に干渉し合い、色調が所望の色調から大きく外れて画質が劣化するという問題点が生じてしまう。

　すなわち、画素を色光で色分離する薄型のフルカラー表示装置に用いる従来のバックライト装置には、大きな色収差が生じて画質が劣化するという課題があった。

　本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、色収差が小さく、かつ薄型のバックライトシステムを提供することを目的としている。

　発明者らは前記課題を解決するための手段を鋭意検討し、その結果、集光素子である結像光学系（マイクロレンズアレイ）へ入射させる、異なる色光の入射角度をほぼ一定に揃えるために利用する光学作用を、屈折ではなく、反射（部分反射または全反射）とすることを想到し、以下に記載の要旨構成からなる本発明をなした。

　本発明の薄型バックライトシステムは、相異なる主波長の光を発する発光部と、前記発光部からの光を偏向させる光偏向系と、前記光偏向系により偏向された光を集光させる複数の通光部とを備えた薄型バックライトシステムであって、前記光偏向系は、前記複数の通光部における光の集光面に対向して配置された結像光学系と、前記発光部および前記結像光学系における光入射面に対向して配置された照射光学系とを有しており、前記照射光学系は、前記発光部からの光を少なくとも反射により偏向し、かつ相異なる主波長の光を相異なる角度で前記複数の通光部の法線方向に対してほぼ平行な方向に出射させるように構成されており、前記結像光学系は、前記相異なる主波長の種類数に分割された前記通光部の配列ピッチに対応するように相同な複数のレンズが配列され、かつ前記相異なる角度に基づいて前記照射光学系からの光を複数の通光部における前記相異なる主波長が対応する領域に集光させるように構成されていることを特徴とする。

　上記の構成によれば、前記光偏向系は、前記複数の通光部における光の集光面に対向して配置された結像光学系を有しており、前記結像光学系は、前記相異なる主波長の種類数に分割された前記通光部の配列ピッチに対応するように相同な複数のレンズが配列され、かつ前記相異なる角度に基づいて前記照射光学系からの光を複数の通光部における前記相異なる主波長が対応する領域に集光させるように構成されているので、相異なる主波長の光を発する発光部からの光を対応する複数の通光部に分離して集光させることができる。

　また、上記の構成によれば、前記光偏向系は、前記発光部および前記結像光学系における光入射面に対向して配置された照射光学系を有しており、前記照射光学系は、前記発光部からの光を少なくとも反射により偏向し、かつ相異なる主波長の光を相異なる角度で前記複数の通光部の法線方向に対してほぼ平行な方向に出射させるように構成されているので、相異なる主波長の光を発する発光部からの光に大きな色収差は生じない。

　その結果、本発明の薄型バックライトシステムは、薄型であるにもかかわらず、色収差を小さくすることができる。

　本発明の薄型バックライトシステムは、相異なる主波長の光を発する発光部からの光を、偏向後、所定の位置に配列された複数の通光部へ集光させる薄型バックライトシステムであって、前記発光部と、前記複数の通光部と、前記通光部の縦方向および／または横方向の配列ピッチに前記相異なる主波長の種類数を乗じた配列ピッチに対応するように、相同な複数のレンズが、縦方向および／または横方向に配列され、かつ前記発光部からの光を複数の通光部における前記相異なる主波長が対応する領域に集光させる、前記複数の通光部における光の集光面に対向して配置された結像光学系と、前記発光部からの光を少なくとも反射により前記主波長別に偏向し、前記複数の通光部の法線方向に対してほぼ平行光にして出射させ、かつ前記結像光学系における前記複数のレンズの前記通光部と反対側の面から入射させる、前記発光部および前記結像光学系における光入射面に対向して配置された照射光学系とを有することを特徴とする。

　上記の構成によれば、前記通光部の縦方向および／または横方向の配列ピッチに前記相異なる主波長の種類数を乗じた配列ピッチに対応するように、相同な複数のレンズが、縦方向および／または横方向に配列され、かつ前記発光部からの光を複数の通光部における前記相異なる主波長が対応する領域に集光させる、前記複数の通光部における光の集光面に対向して配置された結像光学系を有しているので、該結像光学系が、相異なる主波長の光を発する発光部からの光を対応する複数の通光部に分離して集光させることができる。

　上記の構成によれば、前記発光部からの光を少なくとも反射により前記主波長別に偏向し、前記複数の通光部の法線方向に対してほぼ平行光にして出射させ、かつ前記結像光学系における前記複数のレンズの前記通光部と反対側の面から入射させる、前記発光部および前記結像光学系における光入射面に対向して配置された照射光学系を有しているので、該照射光学系が出射した光に大きな色収差は生じない。

　その結果、本発明の薄型バックライトシステムは、薄型であるにもかかわらず、色収差を小さくすることができる。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記結像光学系が、表面形状により光路を偏向する、または屈折率分布により光路を偏向するように形成されるレンズを含むことを特徴とする。

　ここで、表面形状により光路を偏向する場合には、レンズ表面における界面での屈折率差を利用してスネルの法則に従い偏向する。一方、屈折率分布により光路を偏向する場合には、レンズ中の屈折率に分布を持たせることによって光を偏向する。これは、レンズの中心部と周辺部との屈折率を変化させることによって、レンズ内部に屈折率の勾配をつけ、この屈折率の勾配によって光を偏向していくというものである。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記結像光学系が、フライアイレンズもしくはレンティキュラレンズ、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記照射光学系が、コリメート用反射鏡を含むことを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記照射光学系が、全反射プリズムシートを含むことを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記照射光学系が、コリメート用反射鏡と全反射プリズムシートとの組み合わせを含むことを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記全反射プリズムシートが、単位プリズムの繰り返しにより形成されており、前記全反射プリズムシートの単位プリズムの繰り返し間隔が、前記発光部からの光の波長よりも大きく、かつ前記結像光学系におけるレンズの配列ピッチの１／２以下であることを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記照射光学系が、全反射フレネルシートを含むことを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムでは、前記照射光学系は、前記発光部からの光を少なくとも全反射により偏向する全反射面の配列を有し、前記結像光学系は、前記レンズのレンズ面を入射側にもつ光学シートからなり、該レンズ面は、前記全反射面と一体であることを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記光学シートが、単位レンズの繰り返しにより形成されており、前記光学シートにおける単位レンズのサイズが、発光部からの光の波長よりも大きく、かつ前記通光部の配列ピッチに発光部からの光の主波長の種類数を乗じた長さ以下であることを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムでは、前記照射光学系は、前記発光部からの光を全反射により偏向する全反射面の配列を有し、前記結像光学系は、前記レンズのレンズ面を出射側にもつ光学シートからなり、該光学シートの入射側が前記全反射面の配列からなることを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記光学シートにおける入射側の全反射面の配列ピッチが、前記発光部からの光の波長よりも大きく、かつ前記出射側におけるレンズの配列ピッチの１／２以下であることを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記発光部が、ＬＥＤ光源、レーザー光源および有機ＥＬ光源のうちのいずれか１つの光源、または、該光源と導光体とを備えた発光装置、であることを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、さらに、前記発光部から前記結像光学系までの光学経路の途中に、特定の偏光の光を透過し、かつ残りの光を反射する反射素子を設けたことを特徴とする。

　本発明の薄型バックライトシステムは、前記特定の偏光の光を透過し残りの光を反射する反射素子によって透過される光と反射される光とが共に前記結像光学系へ照射されることを特徴とする。

　本発明の複合薄型バックライトシステムは、前記薄型バックライトシステムを１つのバックライトユニットとし、該バックライトユニットを複数並列に配置したことを特徴とする。

　本発明の複合薄型バックライトシステムは、複数並列に配置した前記バックライトユニットの１ユニットごと、または複数ユニットごとに、発光部の光量を制御する手段を有することを特徴とする。

　本発明の複合薄型バックライトシステムは、前記バックライトユニットにおけるコリメート用反射鏡、全反射プリズムシート、全反射フレネルシート、光学シート、フライアイレンズおよびレンティキュラレンズのうちの少なくとも１つは、複数ユニット分が一体化されてなることを特徴とする。

　本発明の複合薄型バックライトシステムは、さらに、前記バックライトユニットの隣り合うユニット間に、隣り合う両ユニットのいずれか一方の発光部からの光が他方に入るのを防止する遮光手段を設けたことを特徴とする。

　本発明の液晶表示装置は、前記薄型バックライトシステムを有する液晶表示装置であって、前記通光部とされる絵素の配列層をなす液晶層が入射側および出射側のガラス基板で挟持されてなる液晶素子と、該液晶素子を駆動する駆動素子と、前記液晶素子の入射側のガラス基板上に偏光子と、出射側のガラス基板上に検光子と、を有することを特徴とする。

　本発明の液晶表示装置は、さらに、前記検光子の出射面上に拡散板を有することを特徴とする。

　本発明の液晶表示装置は、前記液晶層から出射側への部品積層順を、“液晶層／駆動素子／出射側のガラス基板／検光子／拡散板”に代えて、“液晶層／駆動素子／検光子／拡散板／出射側のガラス基板”としたことを特徴とする。

　本発明の液晶表示装置は、さらに、前記駆動素子と前記出射側のガラス基板との間に、偏光保持機能をもつ拡散素子を有することを特徴とする。

　本発明の液晶表示装置は、前記液晶層から出射側への部品積層順を、“液晶層／駆動素子／偏光保持機能をもつ拡散素子／出射側のガラス基板／検光子”に代えて、“液晶層／駆動素子／偏光保持機能をもつ拡散素子／検光子／出射側のガラス基板”としたことを特徴とする。

　本発明の液晶表示装置は、さらに、前記出射側のガラス基板の入射面上にカラーフィルタ層を有することを特徴とする。

　本発明の液晶表示装置は、前記薄型バックライトシステム所有の結像光学系が、前記偏光子と前記入射側のガラス基板との間に配置されたことを特徴とする。

　本発明の液晶表示装置は、前記液晶素子と前記駆動素子とが積層位置を互換されたことを特徴とする。

　本発明によれば、薄型バックライトシステムにおいて、相異なる主波長の光を発する発光部からの光を対応する複数の通光部に集光させることができて、空間的に相異なる主波長の光を分離することができる。また、該バックライトシステムを液晶表示装置の面発光光源として用いた場合において、空間的に分離された発光部からの光を対応する液晶層に集光させることができて、発光部からの光の利用率向上と、フルカラー表示とを同時に実現できる。また、相異なる主波長の光を発する発光部からの光を部分反射または全反射によって結像光学系の法線方向に対してほぼ平行光に偏向するため、大きな色収差は生じない。

　すなわち、本発明の薄型バックライトシステムは、薄型であるにもかかわらず、色収差を小さくすることができる。

本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明に用いる結像光学系の好適例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の１例を示す概略図である。 本発明の実施例の輝度測定結果を示すグラフである。 本発明の実施例の色度座標の空間分布を示すグラフである。 本発明の実施例の分光特性を示す色度図である。 本発明の比較例の輝度測定結果を示すグラフである。 本発明の比較例の色度座標の空間分布を示すグラフである。 本発明の比較例の分光特性を示す色度図である。 本発明におけるマイクロレンズアレイを通過して集光する位置の移動量を示す説明図である。 本発明における発光部の１例を示す概略図である。

　本発明の実施形態について図１～図１３，２０に基づいて説明すると以下の通りである。なお、本発明はこれに限定されるものではない。

　本発明の最良の形態における１つの特徴は、例えば図１に示すように、相異なる主波長の光Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）を発する複数の光源（発光部）１からの光（複数の光源光）を主波長別に偏向し、後述するマイクロレンズアレイ３の法線方向に対してほぼ平行光にして出射させるコリメート用反射鏡２を含む照射光学系と、コリメート用反射鏡２からほぼ平行光となって出射された複数の光源光が入射すると、該複数の光源光を前記光源１の各々に対応する位置（通光部４を縦方向および／または横方向に並べた配列４Ａ内の各通光部４の位置）に集光させるマイクロレンズアレイ３を含む結像光学系とを、それぞれ配置したことにある。マイクロレンズアレイ３は、相同な複数のレンズを、通光部４の縦方向および／または横方向の配列ピッチに前記相異なる主波長の種類数（この例では３であるが、４以上の場合もある）を乗じた配列ピッチで、縦方向および／または横方向に配列し構成される。

　この配置構成により、前記複数の光源光はコリメート用反射鏡２によってマイクロレンズアレイ３に対して、入射面に垂直な方向、すなわちマイクロレンズアレイ３における通光部４側の面の法線方向を基準としてほぼ平行光を出射する。よって、コリメート用反射鏡２の直上に配置されたマイクロレンズアレイ３は、ほぼ平行光となって入射してくる前記複数の光源光を、それらの主波長の異なる角度分布に応じて、空間的に分離しながら集光させることができる。

　具体的には、本発明の薄型バックライトシステムは、前記複数の光源光がコリメート用反射鏡２によってマイクロレンズアレイ３に対して、入射面に垂直な方向、すなわちマイクロレンズアレイ３における通光部４側の面の法線方向を基準として－２０°～２０°の角度で傾斜した光を出射する。コリメート用反射鏡２によってマイクロレンズアレイ３に対して反射する光の角度について、図１の(b)を用いて詳細に説明する。

　図１の(b)において、ＲＧＢ－ＬＥＤ光源１から射出された光は、コリメート用反射鏡２によって反射され、マイクロレンズアレイ３に照射される。このとき、コリメート用反射鏡２によって、ＲＧＢ－ＬＥＤ光源１の虚像が、図１の(b)中のＤ１という記号が示されている場所付近に発生する。マイクロレンズアレイ３にとっては、この虚像部分から直接光を照射されると受け取れることから、（この虚像部分からマイクロレンズアレイ３までの距離）と（ＲＧＢ－ＬＥＤ光源１のそれぞれの間隔）とを用いて、マイクロレンズアレイ３に入射されるときの角度分布が導出される。

　つまり、マイクロレンズアレイ３に入射されるときの角度分布は、（マイクロレンズアレイ３に入射されるときの角度分布）＝±（Ａｒｃｔａｎ（（ＲＧＢ－ＬＥＤ光源１のそれぞれの間隔）／（この虚像部分からマイクロレンズアレイ３までの距離））＋α）によって導出される。

　このとき、αは、コリメート用反射鏡のコリメート力に影響され、理想的なコリメート用反射鏡であれば、α＝０となるが、実際は、コリメート用反射鏡の製造バラツキ、取付バラツキ、光源部の取付バラツキ等が発生するので、α＝０となることは稀である。

　結論としては、光がマイクロレンズアレイ３に入射するときの角度分布は、現実的に可能な配置条件を考慮すれば、約±２０°となる。

　また、コリメート用反射鏡２を用いることによって、複数の光源光を少なくとも反射により偏向してマイクロレンズアレイ３に照射するため、屈折により偏向する場合と比較して、通光部４（通光部４の配列は例えば液晶層で構成される）から光源１までの厚さ方向の距離を短縮することができ、薄型バックライトシステムを構成することができる。なお、前記複数の光源光を反射および屈折により偏向してマイクロレンズアレイ３に照射する構成も本発明に含まれる。

　ここで、コリメート用反射鏡２の好適形態は、以下の通りである。コリメート用反射鏡２は、光源１から射出した光を結像光学系に対して平行に照射させる目的で使用するので、理想的な形態としては、軸外し放物面反射鏡というものになる。本発明に用いられるコリメート用反射鏡２は、光源１の位置に焦点を持つ放物面の一部形状をかたどったものであり、反射鏡の放物面が焦点の光軸から外れた箇所を用いることから、軸外し放物面反射鏡と一般的に呼ばれる。

　反射面は、板状の反射材、フィルムの反射材等を用いることができる。反射材としては、例えば、銀、アルミニウム等の金属材料などが挙げられる。その中でも、反射率（正反射率）が高いという理由から、銀が好ましい。また、金属材料などの上に複数の誘電膜からなる誘電多層膜を積層させて、反射率をさらに高める方法もある。これらの反射材の中でも、結像光学系への入射率が最も高くなるという理由から、アルミニウムの上に誘電多層膜を積層（コーティング）したものが好ましい。アルミニウムの上に誘電多層膜を積層（コーティング）したものの反射率は、９５～９８％であり、金属単体よりも高い反射率を有している。

　なお、本明細書において、バックライトシステムの厚さ方向（系厚さ方向という、図１におけるＤ３方向）は、通光部の配列４Ａの厚さ方向にとられ、バックライトシステムの長さ方向（系長さ方向という、例えば図１におけるＤ１方向）は、通光部４の厚さ方向に直交する面内における縦横二つの配列方向のうちの一方向であって、該一方向との直交面が光源１からの主光線と交差するところの前記一方向にとられ、バックライトシステムの幅方向（系幅方向という、例えば図１におけるＤ２方向）は、系厚さ方向および系長さ方向の双方に垂直な方向にとられる。

　本発明では、概念的にいうと、空間的に異なる位置に配置されている複数の光源の位置関係を位置情報と捉える。複数の光源光がコリメート用反射鏡２を通過する（コリメート用反射鏡２で反射される）と、同じ光源からの光は互いに平行に（コリメート用反射鏡２に対して互いに同じ角度で）出射し、異なる光源からの光はコリメート用反射鏡２に対して互いに異なる角度で出射する。このことを、本発明では「ほぼ平行光」となって出射するという。すなわち、本発明では、光源の位置情報を、コリメート用反射鏡２を通過させる（コリメート用反射鏡２で反射される）ことで、角度情報に変換していることになる。

　前記ほぼ平行光をマイクロレンズアレイ３に入射させたとき、光源１からコリメート用反射鏡２に対して出射した角度に応じて集光する位置が異なるので、複数の光源光は空間的に分かれて集光する。つまり、コリメート用反射鏡２により角度情報に変換された情報が、マイクロレンズアレイ３を通過することにより、位置情報に再変換されることになる。

　このことは、複数の光源の位置を変えることにより、マイクロレンズアレイ３を通過して集光する位置を制御しうることを意味する。例えば、集光する位置を液晶層に当てたい場合、光源１の位置を調整することにより微調整が可能である。その際のマイクロレンズアレイ３を通過して集光する位置の移動量は、光源１からコリメート用反射鏡２で反射されてマイクロレンズアレイ３に届くまでの主光線の長さをlx、マイクロレンズアレイ３から液晶層までの長さをlyとし、光源１の位置を系幅方向または系厚さ方向にｄだけ移動させたとき、ly×ｄ/lx　となる。例えば、lx＝80mm、ly＝2mmとした場合、光源１の位置を系幅方向に10mm移動させると、集光する位置の移動量は0.25mmとなる。上記移動量「ly×ｄ/lx」を導く理論について、図２０を用いて詳細に説明する。

　マイクロレンズアレイを複数の光源と集光させる位置との間に配置させる場合、図２０に示すような光学系が成り立つ。

　図２０に示す光学系において、ＲＧＢ－ＬＥＤ光源からマイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）までの距離をａ、マイクロレンズアレイから通光部までの距離をｂ、ＲＧＢ－ＬＥＤ光源（ユニット）のサイズをｃ、通光部における光源が集光されるサイズ（集光点間距離）をｓとすると、
ｂ／ａ＝ｓ／ｃ
という式が成り立つ。

　この式において、例えば、光源のサイズをｃ＋ｃ´としてｃ´だけ大きくした場合、光源が集光されるサイズｓ´は、
ｓ´＝ｂ×（ｃ＋ｃ´）／ａ
となり、ｓに対して、ｂ×ｃ´／ａだけ大きくなる。

　本明細書においては、ａがlx、ｂがly、ｃ´が光源の移動量ｄに対応する。よって、光源の位置を移動させた場合の集光する位置の移動量は、「ly×ｄ/lx」となる。

　結像光学系に含まれるマイクロレンズアレイ３の好適形態としては、例えば図３に示すように、マイクロレンズを直交二方向に配列したフライアイレンズ６、またはマイクロシリンドリカルレンズをその長手方向に直交する一方向に配列したレンティキュラレンズ７、またはこれらを組み合わせたものが挙げられる。

　結像光学系の表面形状の好適形態としては、レンズ面の曲率半径が０．５～２ｍｍのものを用いることである。曲率半径は、フライアイレンズ面から通光部（液晶層）までの距離、および屈折率、液晶層での集光範囲条件により決定されるため、使用する光源サイズ、液晶パネル、要求されるバックライト部の厚さによって最適な曲率を持つ表面形状を用いることが必要である。また、表面形状は、集光作用を持たせるために凸面となる。なお、表面形状は通光部側に凸面があってもよいし、両面が凸面でもかまわない。ただし、通光部側に凸面がある場合、通光部と結像光学系との間を粘着材等の貼り合わせを行うことができないため、配置関係がずれないように保持する必要がある。よって、結像光学系の表面形状は、集光作用を持たせる凸面が照射光学系側にあり、通光部側は平坦面であることがより好ましい。

　ここで、複数の光源光の空間的分離を最良に行うには、複数の光源の配列方向は、次のようにとるとよい。

　(A)マイクロレンズアレイ３としてフライアイレンズ６を単独で用いる場合、複数の光源の配列方向は、マイクロレンズの配列方向とした縦横の直交二方向（図３の(a)のＡ方向、Ｂ方向）のいずれか一方に直交する方向にとる。

　(B)マイクロレンズアレイ３としてレンティキュラレンズ７を単独でもしくはフライアイレンズ６と組み合わせて用いる場合、複数の光源の配列方向は、マイクロシリンドリカルレンズの長手方向（図３の(b)のＣ方向）に直交する方向にとる。

　また、本発明では、照射光学系としてコリメート用反射鏡２の代わりに、例えば図２に示すように、全反射プリズムシート５を用いてもよい。これによれば、複数の光源からの光は全反射プリズムシート５で全反射にて偏向され、結像光学系（マイクロレンズアレイ）３に垂直方向から照射することができる。

　全反射プリズムシート５は、コリメート用反射鏡２と比べ、複数の光源光をマイクロレンズアレイ３の法線方向に対してほぼ平行光に偏向する機能に劣る。しかし、光源１から発する光をマイクロレンズアレイ３の法線方向に対してほぼ平行光に制御し、かつ、光源１から全反射プリズムシート５までの距離を非常に長くとることにより、全反射プリズムシート５から射出する光があたかもマイクロレンズアレイ３の法線方向に対してほぼ平行光になっているとみなすことができれば、コリメート用反射鏡２と同等の効果が得られる。

　また、全反射プリズムシート５を用いる場合、コリメート用反射鏡２ほどの複雑かつ精密な形状を要求されることがないので、製造コストを抑えることもできる。

　また、全反射プリズムシート５を用いる場合、光源１からの主光線の入射角度が最大88°でもプリズムによる偏向効果が得られるので、光源１から通光部４までの系厚さ方向距離を非常に小さく（バックライトシステムの厚さを非常に薄く）することが可能になる。ただし、光源１の配光特性をある程度狭めることが好ましい。

　ここで、全反射プリズムシート５の好適形態は、以下の通りである。全反射プリズムシート５の頂角は、３０°～１２０°であることが好ましく、６０°～９０°であることが特に好ましい。全反射プリズムシート５の厚さは特に限定されないが、シートのたわみを防ぐ目的として、約０．５～２ｍｍであることが好ましい。

　全反射プリズムシート５の製造方法としては、透過率の高いＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）等のアクリル樹脂を素材に用い、金型成型法により製造する方法が挙げられる。

　また、本発明では、例えば図４に示すように、照射光学系としてコリメート用反射鏡２と全反射プリズムシート５とを組み合わせて用いてもよい。この場合、照射光学系に２つの光学部品を用いているため製造コストは高くなるが、全反射プリズムシート５の使用による、光源１から通光部の配列４Ａまでの系厚さ方向距離の短縮化を通じた超薄型化の効果を保ちつつ、コリメート用反射鏡２の使用によって、光源１から全反射プリズムシート５までの光路を折り返すことにより、光源１と全反射プリズムシート５との相互位置の接近を図ることができ、バックライトシステムのコンパクト化を実現できる。

　なお、照射光学系がコリメート用反射鏡２のみからなる場合は、光源１との位置合わせを要する。一方、照射光学系が全反射プリズムシート５を含む場合は、例えば図４の(b)に示すように、全反射プリズムシート５は、単位プリズムの繰り返し間隔ｐ_１が、光源１の光の波長λよりも大きく、かつ結像光学系のレンズの配列ピッチｐ_２の１／２以下であれば（すなわち、（ｐ_２／２）≧ｐ_１＞λであれば）、光源１との位置合わせは不要である。というのは、全反射プリズムシート５は、系幅方向には一様で系長さ方向には同形の単位プリズムが等間隔に並んだ形状を有するため、仮に全反射プリズムシート５の位置が系幅方向および／または系長さ方向にずれたとしても、結像光学系（マイクロレンズアレイ）３への光入射状態に何ら影響しないからである。

　コリメート用反射鏡２は、光源１の位置から射出する光を平行に偏向する機能を持つため、光源１の位置が移動すると、平行度が低下する。実用的な平行度を確保するためには、光源１の位置合わせは、設計位置に対して数ミリ程度に抑える必要がある。

　また、本発明では、例えば図５に示すように、照射光学系として全反射フレネルシート８を用いてもよい。これによれば、全反射プリズムシート５と同様に、光源１から通光部４までの系厚さ方向距離を非常に小さく（バックライトシステムの厚さを非常に薄く）することが可能になる。ただし、光源１の配光特性をある程度狭めることが好ましい。

　また、全反射フレネルシート８を用いる場合は、全反射プリズムシート５を用いる場合と違って、光源１からの距離を非常に長くとらなくても、コリメート用反射鏡２と同様、光源１からの光をマイクロレンズアレイ３の法線方向に対してほぼ平行光に偏向可能である。したがって、全反射フレネルシート８を単独で用いた場合は、コリメート用反射鏡２と全反射プリズムシート５とを組み合わせて用いた場合と同等の効果が得られる。ただし、全反射フレネルシート８は、コリメート用反射鏡２と同様、光源１との相対位置合わせを要する。

　全反射フレネルシート８は、光源１の位置から射出する光を平行に偏向する機能を持つため、光源１の位置が移動すると、平行度が低下する。実用的な平行度を確保するためには、光源１の位置合わせは、設計位置に対して数ミリ程度に抑える必要がある。

　また、本発明では、照射光学系と結像光学系とを一体化させることによって、光学部品数の削減、位置合わせ作業数の削減、光学系のシンプル化が実現できる。照射光学系と結像光学系とを一体化させた光学シートを実現する組み合わせとしては、照射光学系に用いられる全反射プリズムシート５または全反射フレネルシート８と、結像光学系に用いられるフライアイレンズ６またはレンティキュラレンズ７との組み合わせがある。

　例えば図６に示す光学シート９は、全反射プリズムシート５において、プリズムの二面（光を入射させる面と入射した光を全反射させる面との二面）のうち、光を全反射させる面の形状を、平面形状に代えてシリンドリカルレンズのレンズ面形状としたものであり、この面で全反射した光は、偏向されるとともに、通光部４へ集光するようになる。なお、図６の例では、照射光学系として光学シート９（のレンズ面形状部）とコリメート用反射鏡２を併用しているが、コリメート用反射鏡２は省略することもできる。

　このような、照射光学系と結像光学系を一体としたものを含む形態（説明の便宜上、一体型という）は、照射光学系と結像光学系を個別とした形態（図１～図５に例示した形態であり、説明の便宜上、個別型という）に比べ、次の利点を有する。

　(1)個別型では、照射光学系と結像光学系との光学部品はそれぞれ最低１個ずつ必要であるが、一体型では、光学シート９のみで照射光学系と結像光学系との機能を十分満たすことができるため光学部品数を削減できる。

　(2)個別型では、光源１と照射光学系、光源１と結像光学系、結像光学系と通光部４とのそれぞれについて相対位置合わせを要する（ただし、全反射プリズムシート５を用いる場合は、前述のように、光源１と照射光学系との相対位置合わせは不要である）のに対し、一体型では、光源１と光学シート９、光学シート９と通光部４とのそれぞれについてのみの相対位置合わせでよいため位置合わせ作業数を削減できる。

　(3)一体型では上述のように光学部品数を少なくできるから、光学系をシンプル化でき、それだけ組み立て工数、作業工数も少なくなる。また、構成も簡単になるため、全体の軽量化、コストダウンにも繋がる。

　一体型の光学シート９の製造方法としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）などのアクリル樹脂を素材に用い、金型成型法により製造する方法が挙げられる。

　ところで、図６に例示した一体型の光学シート９では、通光部４（の配列４Ａ）へ集光させる結像光学系のレンズ面が照射光学系の全反射面と一体化しているから、結像光学系をそれぞれの通光部４に対応させるには、図６の(b)に示すように、単位レンズのサイズＬ１は、光源１の光の波長λよりも大きく、かつ通光部４の配列ピッチに主波長の種類数（本実施の形態では３）を乗じた長さＬ２以下とする（すなわち、λ＜Ｌ１≦Ｌ２とする）のがよい。

　Ｌ１がＬ２よりも大きい場合、集光させた光が一通光部サイズよりも大きくなり、また、集光させた光の繰り返し間隔も一通光部サイズよりも大きくなるため、所望の通光部４全てに集光させるのが難しいからである。

　また、例えば図７に示す光学シート10は、照射光学系の全反射プリズムシート面の配列を入射側に、結像光学系のレンティキュラレンズ面の配列を出射側に、それぞれ形成したものである。また、図７において、全反射プリズムシート面に代えて全反射フレネルシート面を用い、レンティキュラレンズ面に代えてフライアイレンズ面としてもよい。ただし、全反射フレネルシート面を用いる場合は、コリメート用反射鏡２は不要となる。

　図７の光学シート10は、入射側に照射光学系を集約し、出射側に結像光学系を集約した一体型である。一方、図６の光学シート９は、入射側に照射光学系と結像光学系を統合した一体型である。製造容易性の観点からは、図７の光学シート10の方が、図６の光学シート９に比べ、シートの面形状が比較的単純な分だけ製造し易いため、有利であると考えられる。

　なお、図７のような一体型の光学シート10は、図４のような個別型において、照射光学系５の全面平坦とされた片面と結像光学系３の全面平坦とされた片面とを貼り合わせてなる形態と光学的に等価であるから、図４の(b)と同様、図７の(b)に示すように、入射側と出射側のシート面形状を、λ＜ｐ_１≦（ｐ_２／２）　なる関係を満たすように形成すると、光源１との位置合わせが不要となり好ましい。

　ここで、光学シート10の好適形態は、以下の通りである。なお、入射側の照射光学系と、射出側の結像光学系とに分けて説明する。

　入射側の照射光学系の好適形態としては、全反射プリズムシートを用いることである。その理由は、全反射プリズムシートを用いると、上述した条件を満たすプリズムピッチの場合に、光源１と光学シート10との位置合わせが不要になるためである。

　プリズムの頂角は、３０°～１２０°であることが好ましく、６０°～９０°であることが特に好ましい。プリズムの厚さは特に限定されないが、シートのたわみを防ぐ目的として、約０．５～２ｍｍであることが好ましい。

　一方、射出側の結像光学系の好適形態としては、フライアイレンズ面を用いることである。その理由は、フライアイレンズ面を通光することにより、液晶絵素内に点として集光させることができ、液晶を駆動するための金属配線に遮光される光は発生しなくなるからである。これに対して、レンティキュラレンズ面を用いると、液晶絵素に対して線で集光することになるため、ソース配線もしくはゲート配線に遮光される光が発生してしまい、光損出が発生してしまう。

　フライアイレンズ面の好適形態としては、レンズ面の曲率半径が０．５～２ｍｍのものを用いることである。曲率半径は、フライアイレンズ面から通光部（液晶層）までの距離、および屈折率、液晶層での集光範囲条件により決定されるため、使用する光源サイズ、液晶パネル、要求されるバックライト部の厚みによって最適な曲率を持つフライアイレンズ面を用いることが必要である。

　本発明に用いる光源１は、相異なる主波長の光を発する複数の光源であることから、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源、レーザー光源、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）光源のいずれかが好ましい。光源１の個数は、主波長の種類数と同じである必要はなく、主波長の種類ごとに複数個の光源を用いてもよい。なお、光源１の製造工程のバラツキによる個々の製品間の性能差を平均化する観点からは、むしろ、主波長の種類ごとに複数個の光源を用いるのが好ましい。

　なお、ＬＥＤ光源については、砲弾型ＬＥＤのような、ＬＥＤの発光面（発光チップ）の上に集光レンズ（例えば球面アクリルからなる）を付加したタイプや、かかる集光レンズを用いない例えば実装型ＬＥＤのようなタイプがあるが、これらのいずれを用いてもよい。

　ここで、本発明では発光部として、光源１の代わりに、図２１に示すような光源１と導光体14とを備えた発光装置を用いてもよい。該発光装置を用いることにより、光源数の削減という大きなコストダウン効果を奏する。以下に、該発光装置について詳細に説明する。

　図２１に示すように、本発明に用いる発光装置は、光源１からの光を複数の先端部へ導光させて射出させる導光体14を備えており、その先端部は擬似的な光源と考えられる。例えば、図２１に示すように、１つのＲＧＢ光源１をそれぞれ３つのバックライトユニット（導光体）に分けて導光させている。各バックライトユニット（導光体）によって、Ｒ’、Ｇ’およびＢ’という擬似的な光源が発生し、Ｒ’、Ｇ’およびＢ’という擬似的な光源からの光を結像光学系３によって通光部４に集光させることにより、Ｒ、ＧおよびＢという光源を用いた場合と同様の効果が得られる。

　また、本発明の薄型バックライトシステムは、液晶表示装置のバックライトとして用いる場合、液晶表示装置の絵素を前記通光部として、絵素にＲＧＢ光を集光することにより、カラーフィルタ層での光吸収損失を低減することが期待できるが、これに加えて、液晶表示装置の偏光子での偏光吸収による光損失を低減するために、例えば図８の(a)に示すように、光源１から結像光学系３までの光学経路の途中に、特定の偏光の光の中で透過し残りの光を反射する素子（偏光を分離する素子）11を設けるのが好ましい。このような偏光を分離する素子としては、例えばワイヤーグリッド偏光子が挙げられる。

　また、上記偏光を分離する素子によって通過される光と反射される光とを共に結像光学系へ照射させ、かつ、反射される光の偏光方向を通過される光の偏光方向と一致させる光学素子（例えばλ／２板）を追加することによって、一方向のみの偏光を照射させることができ、偏光子での偏光吸収による光損失をさらに低減することができる。

　この実施形態の１例を図８の(b)に示す。偏光を分離する素子11およびλ／２板15が光源１とコリメート用反射鏡２の間に配置されている。偏光を分離する素子11において、通過する偏光をＰ偏光、反射する偏光をＳ偏光とすると、λ／２板15と偏光を分離する素子11を通過したＰ偏光は、コリメート用反射鏡２によりほぼ平行光となるように反射され、光学シート10へ照射される。一方、偏光を分離する素子11にて反射されたＳ偏光は直後にλ／２板15にてＰ偏光に変換される。その後コリメート用反射鏡２によりほぼ平行光となるように反射され、光学シート10へ照射される。したがって光学シート10への照射光はＰ偏光に統一されている。よって、通光部の配列４Ａ内の各通光部を絵素とする液晶表示装置において、その偏光子の偏光方向をＰ偏光に一致させることにより、偏光子での吸収による光損失は発生しなくなる。なお、光学シート10に代えて、光学シート９、または、個別型の照射光学系および結像光学系としてもよい。

　ところで、これまで述べてきた薄型バックライトシステムにおいて、一つのバックライトシステムが照射する領域が広くなると、比例して光源１からの通光部４までの厚さも厚くなる。逆に言えば、一つのバックライトシステムが照射する領域を小さくし、一つの液晶パネルを複数のバックライトシステムで照射することにより、バックライトシステムの厚さを抑えることができ、さらなる薄型バックライトシステムを構成することが可能となる。

　これは、例えば図９に示すように、薄型バックライトシステムを１つのバックライトユニット12とし、該バックライトユニット12を複数並列に配置することで実現する。ただし、一つの液晶パネルに使用するバックライトユニットの数が多くなるほど、構成部材が増えるため製造コストは高くなるので、厚さとトレードオフの関係にある。なお、図９では、通光部の配列４Ａは、バックライトユニット12ごとに別個となっているが、通光部を絵素とする液晶パネルでは、通光部の配列４Ａは、バックライトユニット12ごと別個とはされず、複数のバックライトユニット12の全体にわたる一体の液晶層として構成される。

　本発明の薄型バックライトシステムは、一つの液晶パネル内の相異なる箇所の明るさを容易に変更できるように、バックライトユニットの１ユニットごと、または複数ユニットごとに、光源１の光量を制御する手段（図示しない）を有することが好ましい。

　なお、図９の例では、バックライトユニット12として、図６に示す薄型バックライトシステムを用いたが、バックライトユニットに用いる薄型バックライトシステムは、この例に限らず、図１～５，７，８に示す薄型バックライトシステムであってもよい。

　また、複数のバックライトユニットを並列した形態では、製造コスト低減、および位置合わせ工程節減の観点から、構成要素に用いる各種光学部品、すなわち、これまでに挙げたコリメート反射鏡２、全反射プリズムシート５、全反射フレネルシート８、光学シート９、光学シート10、フライアイレンズ６、レンティキュラレンズ７、の少なくともいずれか１種は、複数ユニット分を、ユニットごとに個別とするのではなく、複数のユニット間にわたる一体化した光学部品とすることが好ましい。図９の(c)は、光学シート９を複数のバックライトユニット12間にわたる一体物とした場合を示している。

　図９に示す薄型バックライトシステムの理想形態は、一体化する光学部品を液晶パネルと同じ大きさにすることであるが、実際の製造に際しては、製造コスト、部品組み立て工数等をも勘案し、最適と判断される一体化形態を採用すればよい。

　また、図９に示す薄型バックライトシステムでは、例えばコリメート用反射鏡２を有する形態において、複数のバックライトユニットの一つ（仮にユニットU1とする）の光源から出てきた光（例えばＲ光）が、隣のユニット（仮にユニットU2とする）のコリメート用反射鏡２に入射して反射すると、その光はほぼ平行光の方向（本来ユニットU2のコリメート用反射鏡２が、入射してきた光を偏向させたい方向）から大きくはずれ、迷光となり、最終的には異なる主波長の光（例えばＧ光またはＢ光）の通光部へ到達し、画像品位の低下を招く。

　この問題を解消するために、例えば図９の(d)に示すように、複数並列したバックライトユニット12の隣り合うユニット間に、隣り合う両ユニットのいずれか一方の光源１からの光が他方に入るのを防止する手段（遮光板）13を設けることが好ましい。

　次に、本発明の液晶表示装置について説明する。本発明の液晶表示装置は、前記いずれかの薄型バックライトシステムを有する液晶表示装置であって、例えば図１０に示すようなものである。すなわち、通光部とされる絵素19の配列層をなす液晶層20が入射側、出射側のガラス基板22,23で挟持されてなる液晶素子25と、液晶素子25を駆動する駆動素子21と、液晶素子25の入射側のガラス基板22上、出射側のガラス基板23上にそれぞれ偏光子30、検光子31と、を有する液晶表示装置である。絵素19の１つ１つには、薄型バックライトシステム所有の結像光学系（この例では光学シート９）からの、相異なる主波長の光（この例ではＲ，Ｇ，Ｂの各光）が個別に集光し、通光する。

　もっとも、本発明の液晶表示装置では、液晶層20の各絵素19に各光源１の光を集光しているので、液晶層20を通過して、検光子31から出てくる光は、ある程度正面に集光された状態となっている。そのため、この液晶表示装置の画面を、視角を振って（斜め方向から）観察したとき、光があまり届かず画面内の表示が見えづらくなる、または、光が全く届かず画面内の表示が全然見えなくなることがある。そこで、この問題を解消するために、例えば図１１に示すように、さらに、検光子31の出射面上に拡散板40を配置することが好ましい。

　ところで、図１１に示す液晶表示装置では、液晶層20から検光子31までの間に出射側のガラス基板23が介在するため、このガラス基板23の厚さによっては隣接する絵素19を通過した光が検光子31に届いた際、互いに重なり合う場合が生じ、この重なり合った光が拡散板40で拡散されて、画像品位の低下を招くことが懸念される。

　これを防ぐために、図１１に示す液晶表示装置において、液晶層20から出射側への部品積層順を、“液晶層20／駆動素子21／出射側のガラス基板23／検光子31／拡散板40”に代えて、“液晶層20／駆動素子21／検光子31／拡散板40／出射側のガラス基板23”とするのがよい。

　また、拡散板40として、偏光保持機能をもつ拡散素子（例えば、内部の屈折率境界における全反射によって拡散を行う素子）を用いる場合は、前記液晶表示装置において、さらに、駆動素子21と出射側のガラス基板23との間に、前記偏光保持機能をもつ拡散素子を有する形態とすることによっても、同様の効果が得られる。

　また、図１１に示す液晶表示装置において、液晶層20から出射側への部品積層順を、“液晶層20／駆動素子21／偏光保持機能をもつ拡散素子／出射側のガラス基板23／検光子31”に代えて、“液晶層20／駆動素子21／偏光保持機能をもつ拡散素子／検光子31／出射側のガラス基板23”とすることによっても、同様の効果が得られる。

　本発明の液晶表示装置は、用いる各光学部品を製造し、該光学部品を組み立てる工程によって製造される。しかし、製造上のバラツキによって、設計どおりに光学部品を製造できない、該光学部品の組み立てができない、製造コストを考えれば多少設計から外れた形状のものを製造する必要がある、等の問題によって各通光部である液晶層の絵素に対応する光だけを集光することが困難になるケースも考えられる。その場合、最悪な状況として、表示品位の低下を招くことにもなりかねない。かかる事態を回避するために、本発明では、カラーフィルタ層を設けることを禁止しない。すなわち、前記液晶表示装置において、さらに、例えば図１２に示すように、出射側のガラス基板23の入射面上にカラーフィルタ層50を有する形態を採用してもよい。ただし、カラーフィルタ層を用いると、光の通過する波長においても透過率は９０％前後であって、光損失が避け難いため、カラーフィルタ層は用いないに越したことはない。

　また、本発明では、前記液晶表示装置において、前記薄型バックライトシステム所有の結像光学系を、前記偏光子と前記入射側のガラス基板との間に配置した形態をとることができる。この形態の１例として、図１３に、全反射フレネルシート８とフライアイレンズ６を有する薄型バックライトシステムのフライアイレンズ６を、偏光子30と入射側のガラス基板22の間に配置した形態を示す。これによれば、結像光学系を、液晶素子25との位置合わせ工程を含む液晶素子製造プロセスの中で製造できるので、結像光学系を液晶素子とは別個に製造した場合には必要になる製造後の液晶表示装置（液晶パネル）との位置合わせが不要であるという利点がある。

　この形態の液晶表示装置の製造方法において、ガラス基板上にフライアイレンズ６を形成する工程について述べる。

　まず、ガラス基板上に紫外線硬化樹脂をスピンコート法やディッピング法にて塗布する。次に、この塗布した面に、所定の面間隔で、平行に対面する仮想平面内に、遮光マスクを配置する。このとき、遮光マスクは、フライアイレンズ６を形成したい箇所に、開口部を通して紫外線が照射されるように、配置するのが好ましい。また、遮光マスクは露光用光源とガラス基板との間に配置するのが好ましい。この配置状態で、露光用光源から紫外線を遮光マスクへ照射することで、ガラス基板上に塗布した紫外線硬化樹脂の一部が露光される。続いて、未露光の紫外線硬化樹脂を現像して除去することにより、フライアイレンズ６が形成される。

　なお、フライアイレンズ６に代えてレンティキュラレンズ７を用いてもよく、レンティキュラレンズ７を形成する場合でも、同様の工程が適用できる。

　また、紫外線硬化樹脂は、好ましくは偏光状態を変化させない樹脂を用いるのがよい。というのも、ガラス基板上に紫外線硬化樹脂を形成するため、偏光子と検光子との間に結像光学系を形成することになり、この結像光学系にて偏光状態が変化してしまうと、画像品位の低下を招くからである。

　なお、前記液晶表示装置において、液晶層と駆動素子とが互いの積層位置を交換し合っても、表示性能に変わりはない。よって、前記液晶表示装置において、前記液晶素子と前記駆動素子とが積層位置を互換された液晶表示装置も、本発明範囲内のものとする。

　以下に、本発明の効果について、実施例および比較例を用いて具体的に検証した結果を示す。しかしながら、本発明は、以下の実施例にのみ限定されるものではない。

　本発明の実施例として、図２に示した形態の薄型バックライトシステムを試作し、Ｒ，Ｇ，Ｂ各主波長を発光するＬＥＤを各１個で構成した。点光源１を点灯させマイクロレンズ上面から射出する空間輝度分布を、輝度色度ユニフォミティ測定装置（トプコンテクノハウス製、UA-1000）で測定した。点光源１はＲ，Ｇ，Ｂ各色全て砲弾型ＬＥＤを使用し、ＲＧＢ－ＬＥＤは、その砲弾型形状の長軸が同一平面内に並列し、該並列方向が系幅方向と平行になり、前記長軸方向が全反射プリズム５のプリズム配列方向と斜交するように配列させた。

　全反射プリズムシート５は、アクリルからなる素材（屈折率＝約１．５）を用い、シートの厚さは約１５０μｍ、プリズムの頂角は直角、１つのプリズムの幅は約５０μｍとし、プリズムの大きさはマイクロレンズ上面よりも大きくした。

　マイクロレンズアレイ３は、ガラス（ＳＣＨＯＴＴ製、Ｂ２７０）からなる素材（屈折率＝約１．５２）を用い、厚さは２．５ｍｍとし、個々のマイクロレンズの焦点距離は約１．８ｍｍ、個々のマイクロレンズの幅は約６００μｍとした。

　通光部４は、Ｒ，Ｇ，Ｂの各主波長の通光部がそれぞれ約２００μｍ幅で、約６００μｍ間隔に繰り返す構成を想定した。ただし、空間輝度分布を測定するにあたり、通光部４にあたる位置には拡散シートを配置し、該拡散シートはマイクロレンズアレイ３の射出面上に配置した。

　それぞれの空間配置について、点光源１は、全反射プリズムシート５に対し垂直方向から約７５°傾けて照射させた。その際、点光源１から全反射プリズムシート５までの系厚さ方向距離は約２５ｍｍであった。また、全反射プリズムシート５とマイクロレンズアレイ３とは空気界面を持った状態で密着配置させたので、点光源から通光部までの総厚は約２８ｍｍであった。

　一方、本発明の比較例として、本発明の実施例において全反射プリズムシート５を屈折型フレネルシートに変更し、点光源１の位置を、屈折型フレネルシートからの系厚さ方向距離が６０ｍｍになる位置に変更した以外は本発明の実施例と同じ形態とした面光源装置を試作し、本発明の実施例のときと同様の測定方法で空間輝度分布を測定した。

　本発明の実施例と比較例との差異を明確に示すために、それぞれの点光源１が照射する中心から約３０ｍｍだけ系幅方向にずらした位置を測定開始点とした。

　まず、本発明の実施例の結果として、前記測定装置による測定データを系長さ方向の全域で平均し、図１４に示す。同図に示されるように、ＲＧＢ各主波長を発光するＬＥＤの光は約２００μｍ間隔にてそれぞれ異なる位置に集光した。これはＲ，Ｇ，Ｂ－ＬＥＤの各通光部にそれぞれのＬＥＤの光だけが通光していることを示している。ＲＧＢの最大輝度値が異なるのは各色の比視感度曲線の影響である。

　より詳細な結果として、図１５に色度座標の空間分布を示す。同図より、約２００μｍ間隔にてそれぞれ色度座標がＲ，Ｇ，Ｂの各座標を示していることから、ＲＧＢ主波長を発光する光が分離して集光していることが分かった。

　また、図中点線で示したＲＧＢ－ＬＥＤが通光すべき各通光部中心を通光した光の分光特性を色度図で表現し、図１６に示す。同図からもＲＧＢ－ＬＥＤ各通光部を通光した光はそれぞれＲＧＢ色に分離して通光していることが分かる。

　一方、本発明の比較例の結果として、前記測定装置による測定データを系長さ方向の全域で平均し、図１７に示す。同図に示されるように、本発明の比較例では、ＲＧＢ各主波長を発光するＬＥＤの光は約２００μｍ間隔にてそれぞれ異なる位置に集光することができず、一部重なり合った。

　より詳細な結果として、図１８に色度座標の空間分布を示す。同図より、ＲＧＢ各ＬＥＤから発光する光は本来別々の色度座標を示すはずであるが、一部重なり合っているため、色度座標も空間的になだらかに変化していた。

　また、図中点線で示したＲＧＢ－ＬＥＤが通光すべき各通光部中心を通光した光の分光特性を色度図で表現し、図１９に示す。同図において例えばＲ－ＬＥＤの通光部を通光した光については青味色が強く、狙いどおりの通光部へ光を通光させることができていない。また、Ｇ－ＬＥＤの通光部を通光した光については色度部の中心部に近づいており、他のＬＥＤから発光した光もＧ－ＬＥＤ通光部を通光していることを示している。

　つまり、本発明の比較例では、点光源１からの光を狙い通りの通光部へ分離して集光させることができず、また一つの通光部へ複数の点光源１から発光した光が混ざって通光しているため、所望のカラー表示を得ることができない。

　なお、補足すると、上記評価は本発明の実施例、比較例それぞれの点光源１が照射する中心位置から約３０ｍｍだけずらした位置より測定しており、それぞれの点光源１が照射する中心位置ではどちらも図１４ないし図１６に示すような特性を示していた。このことは、屈折型フレネルシートを使用して薄型化を図る場合、フレネルシートへの各色光の入射角度を大きくする必要があるが、そうすると各色光の色収差が大きくなり、異なる色光の波長帯の周縁部が干渉し合い、画質が劣化するということを示している。

　もっとも、屈折型フレネルシートを用いる場合、本発明の比較例ではこれを点光源１から系厚さ方向に６０ｍｍだけ離したが、この距離を長くし、屈折型フレネルシートの焦点距離も長くすることにより、屈折型フレネルシートへの各色光の入射角度を抑えることができ、各色光の色収差を抑えることができる。しかし、その場合にはバックライトシステムの薄型化との両立は不可能である。

　よって、本発明の実施例および比較例により、従来技術に対する本発明の優位性が確認できた。

　本発明は、バックライトを備えた液晶表示装置などに適用することができる。

　１　光源（発光部、例えば点光源）
　２　コリメート用反射鏡（照射光学系）
　３　マイクロレンズアレイ（結像光学系）
　４　通光部
　４Ａ　通光部の配列（配列）
　５　全反射プリズムシート（照射光学系）
　６　フライアイレンズ（結像光学系）
　７　レンティキュラレンズ（結像光学系）
　８　全反射フレネルシート（照射光学系）
　９　光学シート（照射光学系と結像光学系との一体型）
　10　光学シート（照射光学系と結像光学系との一体型）
　11　特定の偏光の光を透過し残りの光を反射する素子（偏光を分離する素子）
　12　バックライトユニット（ユニット）
　13　隣り合う両ユニットのいずれか一方の光源からの光が他方に入るのを防止する手段
（遮光板）
　14　導光体
　15　λ／２板（二分の一波長板）
　19　絵素
　20　液晶層（通光部とされる絵素の配列層）
　21　駆動素子
　22　ガラス基板（入射側のガラス基板）
　23　ガラス基板（出射側のガラス基板）
　25　液晶素子
　30　偏光子
　31　検光子
　40　拡散板
　50　カラーフィルタ層

Claims (28)

1. 　相異なる主波長の光を発する発光部と、
   　前記発光部からの光を偏向させる光偏向系と、
   　前記光偏向系により偏向された光を集光させる複数の通光部と
   を備えた薄型バックライトシステムであって、
   　前記光偏向系は、前記複数の通光部における光の集光面に対向して配置された結像光学系と、前記発光部および前記結像光学系における光入射面に対向して配置された照射光学系とを有しており、
   　前記照射光学系は、前記発光部からの光を少なくとも反射により偏向し、かつ相異なる主波長の光を相異なる角度で前記複数の通光部の法線方向に対してほぼ平行な方向に出射させるように構成されており、
   　前記結像光学系は、前記相異なる主波長の種類数に分割された前記通光部の配列ピッチに対応するように相同な複数のレンズが配列され、かつ前記相異なる角度に基づいて前記照射光学系からの光を複数の通光部における前記相異なる主波長が対応する領域に集光させるように構成されている
   ことを特徴とする薄型バックライトシステム。
2. 　相異なる主波長の光を発する発光部からの光を、偏向後、所定の位置に配列された複数の通光部へ集光させる薄型バックライトシステムであって、
   　前記発光部と、
   　前記複数の通光部と、
   　前記通光部の縦方向および／または横方向の配列ピッチに前記相異なる主波長の種類数を乗じた配列ピッチに対応するように、相同な複数のレンズが、縦方向および／または横方向に配列され、かつ前記発光部からの光を複数の通光部における前記相異なる主波長が対応する領域に集光させる、前記複数の通光部における光の集光面に対向して配置された結像光学系と、
   　前記発光部からの光を少なくとも反射により前記主波長別に偏向し、前記複数の通光部の法線方向に対してほぼ平行光にして出射させ、かつ前記結像光学系における前記複数のレンズの前記通光部と反対側の面から入射させる、前記発光部および前記結像光学系における光入射面に対向して配置された照射光学系と
   を有することを特徴とする薄型バックライトシステム。
3. 　前記結像光学系が、表面形状により光路を偏向する、または屈折率分布により光路を偏向するように形成されるレンズを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の薄型バックライトシステム。
4. 　前記結像光学系が、フライアイレンズもしくはレンティキュラレンズ、またはこれらの組み合わせを含むことを特徴とする請求項３に記載の薄型バックライトシステム。
5. 　前記照射光学系が、コリメート用反射鏡を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステム。
6. 　前記照射光学系が、全反射プリズムシートを含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステム。
7. 　前記照射光学系が、コリメート用反射鏡と全反射プリズムシートとの組み合わせを含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステム。
8. 　前記全反射プリズムシートが、単位プリズムの繰り返しにより形成されており、
   　前記全反射プリズムシートの単位プリズムの繰り返し間隔が、前記発光部からの光の波長よりも大きく、かつ前記結像光学系におけるレンズの配列ピッチの１／２以下であることを特徴とする請求項６または７に記載の薄型バックライトシステム。
9. 　前記照射光学系が、全反射フレネルシートを含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステム。
10. 　前記照射光学系は、前記発光部からの光を少なくとも全反射により偏向する全反射面の配列を有し、
    　前記結像光学系は、前記レンズのレンズ面を入射側にもつ光学シートからなり、該レンズ面は、前記全反射面と一体であることを特徴とする請求項６～８のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステム。
11. 　前記光学シートが、単位レンズの繰り返しにより形成されており、
    　前記光学シートにおける単位レンズのサイズが、発光部からの光の波長よりも大きく、かつ前記通光部の配列ピッチに発光部からの光の主波長の種類数を乗じた長さ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の薄型バックライトシステム。
12. 　前記照射光学系は、前記発光部からの光を全反射により偏向する全反射面の配列を有し、
    　前記結像光学系は、前記レンズのレンズ面を出射側にもつ光学シートからなり、該光学シートの入射側が前記全反射面の配列からなることを特徴とする請求項６～９のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステム。
13. 　前記光学シートにおける入射側の全反射面の配列ピッチが、前記発光部からの光の波長よりも大きく、かつ前記出射側におけるレンズの配列ピッチの１／２以下であることを特徴とする請求項１２に記載の薄型バックライトシステム。
14. 　前記発光部が、ＬＥＤ光源、レーザー光源および有機ＥＬ光源のうちのいずれか１つの光源、または、該光源と導光体とを備えた発光装置、であることを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステム。
15. 　さらに、前記発光部から前記結像光学系までの光学経路の途中に、特定の偏光の光を透過し、かつ残りの光を反射する反射素子を設けたことを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステム。
16. 　前記反射素子によって透過される光と反射される光とが共に前記結像光学系へ照射されることを特徴とする請求項１５に記載の薄型バックライトシステム。
17. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステムを１つのバックライトユニットとし、該バックライトユニットを複数並列に配置したことを特徴とする複合薄型バックライトシステム。
18. 　複数並列に配置した前記バックライトユニットの１ユニットごと、または複数ユニットごとに、発光部の光量を制御する手段を有することを特徴とする請求項１７に記載の複合薄型バックライトシステム。
19. 　前記バックライトユニットにおけるコリメート用反射鏡、全反射プリズムシート、全反射フレネルシート、光学シート、フライアイレンズおよびレンティキュラレンズのうちの少なくとも１つは、複数ユニット分が一体化されてなることを特徴とする請求項１７または１８に記載の複合薄型バックライトシステム。
20. 　さらに、前記バックライトユニットの隣り合うユニット間に、隣り合う両ユニットのいずれか一方の発光部からの光が他方に入るのを防止する遮光手段を設けたことを特徴とする請求項１７～１９のいずれか１項に記載の複合薄型バックライトシステム。
21. 　請求項１～２０のいずれか１項に記載の薄型バックライトシステムを有する液晶表示装置であって、前記通光部とされる絵素の配列層をなす液晶層が入射側および出射側のガラス基板で挟持されてなる液晶素子と、該液晶素子を駆動する駆動素子と、前記液晶素子の入射側のガラス基板上に偏光子と、出射側のガラス基板上に検光子と、を有することを特徴とする液晶表示装置。
22. 　さらに、前記検光子の出射面上に拡散板を有することを特徴とする請求項２１に記載の液晶表示装置。
23. 　前記液晶層から出射側への部品積層順を、“液晶層／駆動素子／検光子／拡散板／出射側のガラス基板”としたことを特徴とする請求項２２に記載の液晶表示装置。
24. 　さらに、前記駆動素子と前記出射側のガラス基板との間に、偏光保持機能をもつ拡散素子を有することを特徴とする請求項２１に記載の液晶表示装置。
25. 　前記液晶層から出射側への部品積層順を、“液晶層／駆動素子／偏光保持機能をもつ拡散素子／検光子／出射側のガラス基板”としたことを特徴とする請求項２４に記載の液晶表示装置。
26. 　さらに、前記出射側のガラス基板の入射面上にカラーフィルタ層を有することを特徴とする請求項２１～２５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
27. 　前記結像光学系が、前記偏光子と前記入射側のガラス基板との間に配置されたことを特徴とする請求項２１～２６のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
28. 　前記液晶素子と前記駆動素子とが積層位置を互換されたことを特徴とする請求項２１～２７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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