WO2012005320A1 - 照明装置、液晶表示装置 - Google Patents

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WO2012005320A1
WO2012005320A1 PCT/JP2011/065555 JP2011065555W WO2012005320A1 WO 2012005320 A1 WO2012005320 A1 WO 2012005320A1 JP 2011065555 W JP2011065555 W JP 2011065555W WO 2012005320 A1 WO2012005320 A1 WO 2012005320A1
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light
liquid crystal
light guide
light source
electrode
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PCT/JP2011/065555
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English (en)
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吉田　秀史
豪 鎌田
論 柴田
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シャープ株式会社
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    • G02F1/133601—Illuminating devices for spatial active dimming

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device and a liquid crystal display device.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-154996 filed in Japan on July 7, 2010, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • liquid crystal display devices using LEDs (Light Emitting Diodes) as illumination light sources
  • liquid crystal display devices described in Patent Documents 1 and 2 are known.
  • the liquid crystal display device of Patent Document 1 is a direct-type liquid crystal display device in which LEDs are arranged directly under a liquid crystal panel and the light is diffused by a diffusion plate to produce a uniform surface light source.
  • the liquid crystal display device of Patent Document 2 is an edge light type liquid crystal display device in which an LED is disposed on an end surface (edge) of a light guide, and light incident from the LED is spread over the entire light guide to create a surface light source.
  • the direct type liquid crystal display device is capable of high-contrast display by independently controlling the light emission of the LEDs laid directly under the liquid crystal panel for each area.
  • illumination light having a uniform light amount distribution from a plurality of discretely arranged LEDs
  • An edge-light type liquid crystal display device can produce uniform illumination light by a light guide plate, and thus can be easily reduced in thickness.
  • the liquid crystal display device of Patent Document 2 performs light emission control for each area by adopting a tandem method in which small backlight units are arranged in a matrix.
  • this method has a problem that the structure becomes complicated.
  • An object of the present invention is to provide an edge light type illumination device and a liquid crystal display device capable of high-contrast display with a simple configuration.
  • An illumination device includes a light guide, a plurality of light sources arranged along an end surface of the light guide, and the inside of the light guide by collimating light emitted from the light source. And an optical element that is incident on the light guide body along a propagation direction of light propagating through the light guide body, each of which transmits light propagating through the light guide body to the outside of the light guide body.
  • An optical element that is incident on the light guide body along a propagation direction of light propagating through the light guide body, each of which transmits light propagating through the light guide body to the outside of the light guide body
  • a plurality of stripe-shaped switching regions that can be switched between a non-lighting state in which light is not emitted to the light source and a lighting state in which light propagating through the light guide is emitted to the outside of the light guide.
  • the non-lighting state may be a non-scattering state that does not scatter light propagating inside the light guide, and the lighting state may be a scattering state that scatters light propagating inside the light guide. .
  • the switching region In the optical element, the switching region generates an electric field inside the polymer network type liquid crystal layer and the polymer network type liquid crystal layer, and switches between a scattering state and a non-scattering state of the polymer network type liquid crystal layer.
  • Electric field generating means In the optical element, the switching region generates an electric field inside the polymer network type liquid crystal layer and the polymer network type liquid crystal layer, and switches between a scattering state and a non-scattering state of the polymer network type liquid crystal layer. Electric field generating means.
  • the polymer network type liquid crystal layer may be a reverse mode polymer network type liquid crystal layer that is in a non-scattering state when an electric field is not applied and is in a scattering state when an electric field is applied.
  • the electric field generating means includes: a first electrode extending in a stripe shape along the arrangement direction of the light sources; and a plurality of first electrodes and a second electrode disposed to face each other with the polymer network type liquid crystal layer interposed therebetween. You may have.
  • the electric field generating means may include a pair of striped electrodes arranged adjacent to each other in the arrangement direction of the light sources.
  • the optical element may be a Fresnel lens.
  • the optical element includes a parabolic mirror whose focal position is the position of the light source, a collimating lens that collimates light from the light source that is not incident on the parabolic mirror, and a light emitting surface of the light guide.
  • An optical path conversion element that bends light that travels straight in a direction parallel to the light and emits light at an angle at which total reflection occurs on the light exit surface of the light guide.
  • the optical element may include a diffusing lens that diffuses light emitted from the light source and a parallelizing lens that parallelizes the light diffused by the diffusing lens in the arrangement direction of the light sources.
  • the optical element may include an optical path conversion element that bends light traveling straight in a direction parallel to the light emitting surface of the light guide and emits light at an angle at which total reflection occurs on the light emitting surface of the light guide. good.
  • the optical path conversion element may be formed by processing a light incident surface of the light guide.
  • the optical path conversion element has a groove formed on a surface facing the light source, and the groove is a groove having a V-shaped inclined surface cut by a surface orthogonal to the arrangement direction of the light sources.
  • the angle formed by the line parallel to the inclined surface and the straight traveling direction of the light may be less than 30 °.
  • the light source may be a light emitting diode.
  • a liquid crystal display device includes the above-described illumination device and a liquid crystal panel disposed to face the light exit surface of the light guide of the illumination device.
  • an edge light type illumination device and a liquid crystal display device capable of high contrast display with a simple configuration.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modification of the backlight unit. It is a schematic diagram which shows the modification of an optical sheet. It is a schematic diagram which shows the modification of an optical sheet. It is a schematic diagram which shows the modification of the optical element shown in FIG.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a liquid crystal display device 1 which is a first embodiment of the liquid crystal display device.
  • the extending direction of the gate line 11 is defined as the X direction
  • the extending direction of the data line 12 is defined as the Y direction
  • the direction orthogonal to the X direction and the Y direction is defined as the Z direction. To do.
  • the liquid crystal display device 1 includes a liquid crystal panel 2 and a backlight unit 3 which is an example of an illumination device employing an edge light system.
  • the liquid crystal panel 2 includes a first substrate 10, a second substrate 20 disposed opposite to the first substrate 10, and a pair of polarizing plates 30 (FIG. 1) provided on the outer surface side of the first substrate 10 and the second substrate 20.
  • FIG. 1 only one polarizing plate 30 provided on the outer surface side of the second substrate 20 is shown).
  • a rectangular frame-shaped sealing material is provided at the peripheral portion of the facing region where the first substrate 10 and the second substrate 20 face each other, and the first substrate 10, the second substrate 20, and the sealing material are provided. Liquid crystal is sealed in a space surrounded by.
  • a display area 2A is provided in a facing area where the first substrate 10 and the second substrate 20 face each other (inside the sealing material arranged in a rectangular frame shape).
  • a plurality of gate lines 11 extending in the X direction and a plurality of data lines 12 extending in the Y direction are provided in a lattice shape in plan view.
  • a display element corresponding to any one of red, green, and blue is provided at the intersection between the gate line 11 and the data line 12.
  • On the first substrate 10 a plurality of display elements are arranged in a matrix in the X direction and the Y direction, and a display region 2A is formed by the plurality of display elements.
  • the backlight unit 3 is provided on the back side of the liquid crystal panel 2 (on the side opposite to the second substrate 20 with the first substrate 10 in between).
  • the backlight unit 3 includes a light source unit 5, a transparent substrate 52, an optical element 53, a reflection sheet 55, an optical shutter panel 4, a first optical sheet 32, and a second optical sheet 31. .
  • the light source unit 5 includes a plurality of light sources 51 and a mounting board 54 on which the light sources 51 are mounted.
  • the light source 51 is, for example, a light emitting diode (LED) that emits white light.
  • the light source 51 may be anything that can be used as a point light source, and may be an organic EL (Electro-Luminescence) element.
  • the plurality of light sources 51 are arranged in the X direction with the light emitting surface facing the light incident surface 52 a of the transparent substrate 52.
  • the light source 51 is connected to a light source driving circuit 65 (see FIG. 3) via a flexible circuit board 54a connected to the mounting board 54.
  • the transparent substrate 52 is a substantially rectangular flat plate member having substantially the same size as the second substrate 20.
  • a plate material such as acrylic resin is used.
  • An end surface of the transparent substrate 52 facing the light source 51 is a light incident surface 52a on which light emitted from the light source 51 is incident.
  • the transparent substrate 52 propagates the light introduced from the light incident surface 52a in a direction parallel to the main surface of the transparent substrate 52 (a direction parallel to the XY plane).
  • the transparent substrate 52 On the back side of the transparent substrate 52 (on the side opposite to the liquid crystal panel 2 with the transparent substrate 52 interposed therebetween), there is a reflection sheet 55 that reflects the light leaking from the inside of the transparent substrate 52 toward the inside of the transparent substrate 52. Is provided.
  • an optical element 53 that collimates the light emitted from the light source 51 in the X direction and enters the inside of the transparent substrate 52 is provided.
  • the optical element 53 for example, a refractive optical element such as a Fresnel lens is used, but a diffractive optical element such as a diffraction grating or a hologram may be used.
  • An optical shutter panel 4 is provided on the surface of the transparent substrate 52 facing the liquid crystal panel 2.
  • the optical shutter panel 4 is provided with an illumination area that emits light toward the liquid crystal panel 2.
  • a plurality of stripe-shaped switching areas 401 to 405 extending in the X direction are arranged along the Y direction.
  • the switching areas 401 to 405 the light that is propagated inside the optical shutter panel 4 is not emitted to the outside of the optical shutter panel 4, and the light that is propagated inside the optical shutter panel 4 is outside the optical shutter panel 4.
  • the lighting state to be emitted from the camera can be switched.
  • the “non-lighting state” and “lighting state” may be realized by any method.
  • a polymer network type liquid crystal (PNLC) layer 45 is disposed between the third substrate 41 and the fourth substrate 42, and the polymer network type liquid crystal layer 45 is not disposed.
  • the “non-lighting state” is realized by setting the scattering state, and the “lighting state” is realized by setting the polymer network type liquid crystal layer 45 to the scattering state.
  • the optical shutter panel 4 and the transparent substrate 52 function as the light guide 6 together.
  • the light from the light source 51 incident from the light incident surface 52 a of the transparent substrate 52 propagates in the Y direction while totally reflecting the inside of the transparent substrate 52 and the optical shutter panel 4.
  • the specific switching areas 401 to 405 are switched to the scattering state while the light propagates through the optical shutter panel 4, the light is scattered in the switching area and emitted toward the liquid crystal panel 2. Thereby, the lighting state is realized in a specific switching area. If the switching areas 401 to 405 are in the non-scattering state, the light continues to propagate through the inside of the optical shutter panel 4. In this case, the light is not emitted to the outside of the optical shutter panel 4 and is not lit.
  • a first optical sheet 31 and a second optical sheet 32 that collimate the scattered light emitted from the optical shutter panel 4 and emit it to the liquid crystal panel 2 are provided.
  • the first optical sheet 31 and the second optical sheet 32 are, for example, prism sheets whose condensing directions are orthogonal to each other.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the light guide 6.
  • the light guide 6 includes a transparent substrate 52, the optical shutter panel 4 disposed on one main surface of the transparent substrate 52, and a reflection sheet 55 disposed on the other main surface of the transparent substrate 52. .
  • the optical shutter panel 4 includes a third substrate 41 disposed on one main surface of the transparent substrate 52, a fourth substrate 42 disposed opposite to the third substrate 41, and the third substrate 41 and the fourth substrate 42. And a polymer network type liquid crystal layer 45 sandwiched therebetween.
  • the third substrate 41 and the fourth substrate 42 are transparent substrates, for example, those obtained by polishing the surface of soda lime glass.
  • a plurality of transparent first electrodes 43 made of ITO (Indium ⁇ Tin Oxide) or the like is provided on the surface of the third substrate 41.
  • the first electrodes 43 extend in a stripe shape in the X direction and are arranged in the Y direction.
  • a transparent second electrode 44 made of ITO or the like is provided on the surface of the fourth substrate 42 so as to face the plurality of first electrodes 43.
  • the polymer network type liquid crystal layer 45 is sandwiched between the first electrode 43 and the second electrode 44.
  • the first electrode 43 and the second electrode 44 generate an electric field inside the polymer network type liquid crystal layer 45 and switch between a scattering state and a non-scattering state of the polymer network type liquid crystal layer 45.
  • a region where one first electrode 43 and second electrode 44 overlap is one switching region.
  • the optical shutter panel 4 of FIG. 2 is provided with five first electrodes 43 extending in the X direction, thereby forming five switching regions 401 to 405 extending in the X direction.
  • a first electrode 43, a second electrode 44, and a polymer network type liquid crystal layer 45 sandwiched therebetween are provided.
  • the polymer network type liquid crystal layer 45 is obtained by dispersing liquid crystal 47 having a positive dielectric anisotropy in a gap between networks of a polymer 46 formed in a mesh shape.
  • the polymer network type liquid crystal layer 45 is formed, for example, by mixing about 5% of an ultraviolet curable polymer in liquid crystal and irradiating with ultraviolet rays to precipitate the polymer.
  • An alignment film (not shown) is formed on the surface of the third substrate 41, the fourth substrate 42, the first electrode 43, and the second electrode 44 in contact with the polymer network type liquid crystal layer 45. The orientation of 46 is controlled.
  • the alignment film causes the polymer 46 to be generally aligned in the Y direction, and the liquid crystal 47 is generally aligned in the Y direction when no electric field is applied between the first electrode 43 and the second electrode 44 without generating an electric field.
  • the liquid crystal 47 is generally aligned in the Z direction.
  • the polymer network type liquid crystal layer 45 is a reverse mode polymer network type liquid crystal layer that has low scattering when no electric field is applied and large scattering when an electric field is applied.
  • the third substrate 41 and the fourth substrate 42 have a refractive index equivalent to that of the transparent substrate 52.
  • the principal surfaces of the third substrate 41 and the transparent substrate 52 facing each other are in close contact with each other directly or through an optical adhesive having a refractive index equivalent to these.
  • the refractive index of the polymer network type liquid crystal layer 45 in a state where scattering is small (when no electric field is applied) has the same refractive index as that of the third substrate 41, the fourth substrate 42 and the transparent substrate 52.
  • the polymer network type liquid crystal layer 45 When the polymer network type liquid crystal layer 45 is in a non-scattering state (when no electric field is applied), the light incident from the light source 51 into the transparent substrate 52 is transmitted through the transparent substrate 52, the third substrate 41, and the polymer network type. The light passes through the liquid crystal layer 45 and the fourth substrate 42, and most of the light is totally reflected on the surface of the fourth substrate 42.
  • the transparent substrate 52 and the optical shutter panel 4 integrally function as the light guide 6, and light propagates in the Y direction by total reflection inside the light guide 6.
  • the light incident surface of the light guide 6 is the light incident surface 52a of the transparent substrate 52, and the light exit surface 6a of the light guide 6 is opposite to the main surface of the fourth substrate 4 on which the second electrode 44 is formed. This is the main surface on the side (a surface parallel to the XY plane).
  • FIG. 2 shows a case where the switching regions 401, 402, 403, and 405 are in a non-scattering state (when no electric field is applied: OFF), and the switching region 404 is in a scattering state (when an electric field is applied: ON). Therefore, the light propagating through the light guide 6 is selectively emitted from the switching region 404 toward the liquid crystal panel 2 (see FIG. 1).
  • FIG. 3 is a block diagram showing an electrical configuration of the liquid crystal display device 1.
  • the liquid crystal display device 1 includes a liquid crystal panel 2, a backlight unit 3 including a light source 5 and a light guide 6, a video signal control circuit 60, a gradation control circuit 61, a gate line drive circuit 62, and a data line drive.
  • a circuit 63, a light source control circuit 64, a light source drive circuit 65, and an optical shutter panel drive circuit 66 are provided.
  • a plurality of gate lines 11 and a plurality of data lines 12 are arranged in a lattice pattern.
  • a thin film transistor (TFT) 13 is provided corresponding to each intersection of the gate line 11 and the data line 12.
  • the thin film transistor 13 has a gate connected to the gate line 11, a source connected to the data line 12, and a drain connected to the pixel electrode 14.
  • a counter electrode 16 is provided at a position facing the pixel electrode 14.
  • a counter electrode potential Vcom is supplied to the counter electrode 16 by a power supply circuit (not shown).
  • a liquid crystal layer 15 is sandwiched between the pixel electrode 14 and the counter electrode 16.
  • An arrangement area of one pixel electrode 14 is a display element which is a minimum unit of display.
  • the backlight unit 3 includes a plurality of stripe-shaped propagation regions 501 to 505 through which light collimated by the optical element 53 propagates, and a lighting state and a non-lighting state of light propagating through the light guide 6.
  • a plurality of stripe-shaped switching areas 401 to 405 to be switched are arranged in a grid pattern. In each of the switching regions 401 to 405, a striped first electrode 43 for performing switching control is formed.
  • a region where the propagation regions 501 to 505 overlap with the switching regions 401 to 405 is a sub illumination region A.
  • a plurality of sub illumination areas A are arranged in a matrix along the X direction and the Y direction.
  • the number of light sources 51 and the number of switching areas 401 to 405 are each five, but the number of light sources 51 and switching areas is not limited to this.
  • the video signal control circuit 60 generates an image control signal and a light source control signal based on a video signal input from the outside.
  • the light source control signal is a signal for instructing the amount of emitted light for each light source 51 and emitting the light at a predetermined timing.
  • the amount of the emitted light is set according to the brightness of the image of the display portion of the liquid crystal panel 2 corresponding to the sub illumination area A (the gradation value of the video signal input from the outside). For example, in a portion where a dark image is displayed, a portion where a light image emitted from the sub illumination area A (light emitted from the light source 51 corresponding to the sub illumination area A) is reduced and a bright image is displayed Then, the amount of light emitted from the sub illumination area A (the light emitted from the light source 51 corresponding to the sub illumination area A) is increased.
  • the conventional liquid crystal display device which always irradiates light of the maximum light quantity to the whole display area of the liquid crystal panel 2
  • contrast can also be improved.
  • the image control signal is a signal that determines what gradation is given to each display element of the liquid crystal panel 2. Since the amount of light emitted from the light guide 6 is controlled for each sub-illumination area A, the gradation value actually obtained for each display element is relative to the gradation signal obtained from the video signal. Further, correction (extension processing) according to the amount of light emitted from the sub illumination area A emitted to each display element is added.
  • the number of a plurality of display elements illuminated by one sub illumination area A is n.
  • the gradation values of video signals input from the outside to n display elements are K1, K2, K3,..., Kn, respectively
  • the amount of light emitted from the sub illumination area A is K1
  • Control is performed based on the maximum gradation value Kmax among K2, K3,.
  • the maximum displayable gradation is 255 gradations
  • the light amount emitted from the light source is 255 when the gradation is 255
  • the light amount of the emitted light controlled by the gradation value Kmax is, for example, I0. -Kmax / 255.
  • the gradation value of the video signal supplied to the n display elements is expanded to a predetermined gradation within the range of the maximum displayable gradation (255).
  • the gradation of Km is expanded to Km ⁇ 255 / Kmax.
  • the gradation control circuit 61 generates a horizontal drive signal and a vertical drive signal based on the image control signal.
  • the gate line driving circuit 62 sequentially selects the plurality of gate lines 11 of the liquid crystal panel 2 in the order of S1, S2, S3,... Sm within one vertical scanning period based on the horizontal driving signal.
  • the data line driving circuit 63 sequentially supplies gradation signals in the order of D1, D2, D3,..., Dn to the plurality of data lines 12 of the liquid crystal panel 2 within one horizontal scanning period based on the horizontal driving signal. As a result, an image for one frame is displayed in the display area of the liquid crystal panel 2.
  • the light source control circuit 64 generates a light source drive signal and an optical shutter panel drive signal based on the light source control signal.
  • the light source drive signal is a signal indicating the brightness, lighting time, and emission timing of the emitted light that each light source 51 should emit. The luminance depends on the magnitude of the drive current that drives the light source. The amount of light emitted from the light source is controlled by controlling the lighting time of the light source 51 by pulse width modulation (PWM) when the luminance is constant.
  • PWM pulse width modulation
  • the optical shutter panel drive signal is a signal indicating the timing at which the switching regions 401 to 405 are in a scattering state.
  • the optical shutter panel drive circuit 66 sequentially selects the plurality of first electrodes 43 of the optical shutter panel 4 within one vertical scanning period based on the optical shutter panel drive signal, and switches the switching areas 401 to 405 to 401, 402, 403, 404. , 405 in order of lighting.
  • the light source driving circuit 65 emits light with the brightness and lighting time designated from each light source 51 within one horizontal scanning period based on the light source driving signal. Light is sequentially turned on in the order of 501, 502, 503, 504, and 505 in the propagation regions 501 to 505 of the light guide 6. Thereby, light of the light quantity controlled by the light source driving circuit 65 is sequentially emitted from the plurality of sub illumination areas A toward the liquid crystal panel 2.
  • the light source drive circuit 65 may turn on the light sources 51 at the same time. In this case, one row of sub-illumination areas corresponding to the switching areas 401 to 405 are lit in order from the upper side.
  • FIG. 4 is a plan view showing a configuration in the vicinity of the light incident surface 52 a of the transparent substrate 52.
  • an optical element 53 that collimates the light emitted from the light source 51 in the X direction and enters the inside of the transparent substrate 52.
  • the optical element 53 is, for example, a Fresnel lens.
  • One optical element 53 is provided for each light source 51.
  • the optical element 53 is formed as a separate member from the transparent substrate 52.
  • the end surface of the transparent substrate 52 is processed into the shape of the optical element 53, and the transparent substrate 52 and the optical element 53 are integrally formed. May be.
  • the diffused light L0 emitted from the light emitting point 51a of the light source 51 is collimated in the optical axis direction (Y direction) by the optical element 53, the spread in the X direction is suppressed, and the band shape extending in the substantially Y direction when viewed from the Z direction.
  • the light L propagates inside the transparent substrate 52.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view parallel to the YZ plane of the configuration shown in FIG.
  • the cross section of the optical element 53 parallel to the YZ plane is rectangular. Therefore, the optical element 53 does not have a condensing function in the Z direction.
  • the diffused light L0 emitted from the light emitting point 51a of the light source 51 reaches the light incident surface 52a of the transparent substrate 52 without being collimated in the Z direction.
  • the diffused light L0 includes a lot of light components incident in a direction inclined obliquely with respect to the main surface (XY plane) of the transparent substrate 52. Therefore, most of the light incident on the inside of the transparent substrate 52 propagates while totally reflecting the inside of the transparent substrate 52 and the optical shutter panel (only the third substrate 41 of the optical shutter panel is shown in FIG. 5). The light is emitted from the switching region of the lighting state and contributes to the display.
  • FIG. 6 is a plan view of a plurality of sub illumination areas A11 to A55 provided in the light guide 6.
  • the light guide 6 is provided with a plurality of sub illumination areas A11 to A55 capable of independently controlling the amount of light emitted toward the liquid crystal panel 2 (see FIG. 1).
  • the sub illumination areas A11 to A55 are formed by arranging a plurality of switching areas 401 to 404 and a plurality of propagation areas 501 to 505 in a grid pattern.
  • the amount of light emitted from the sub illumination areas A11 to A55 is controlled by the luminance and lighting time of the light source 51 (see FIG. 1) that makes the light incident along the propagation paths 501 to 505.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method for controlling the light sources 511 to 515 and the switching areas 401 to 405.
  • FIGS. 7A to 7E show the flow of processing in time order, and the left part of FIGS. 7A to 7E shows the selection position of the switching area.
  • FIG. 7 (f) is a diagram showing the light amount distribution of the emitted light obtained by the processes of FIGS. 7 (a) to 7 (e).
  • the switching region 401 in the first row is switched to the scattering state in the period from time t0 to t1.
  • light is emitted in the order of 511, 512, 513, 514, 515 or simultaneously from the light sources in the first to fifth columns within the period from time t0 to t1.
  • the light amounts of the light source 511 and the light source 512 are I1
  • the light amount of the light source 513 is I2
  • the light amounts of the light source 514 and the light source 515 are zero.
  • the switching region 402 in the second row is switched to the scattering state in the period from time t1 to t2.
  • light is emitted in the order of 511, 512, 513, 514, 515 from the light sources in the first column to the fifth column in the period from time t1 to t2, or simultaneously.
  • the light amounts of the light source 511 and the light source 513 are I1
  • the light amount of the light source 512 is I3
  • the light amounts of the light source 514 and the light source 515 are zero.
  • the switching region 403 in the third row is switched to the scattering state in the period from time t2 to t3.
  • light is emitted in the order of 511, 512, 513, 514, 515 from the light sources in the first column to the fifth column in the period from time t2 to t3, or simultaneously.
  • the light amounts of the light source 511, the light source 513, and the light source 515 are I1
  • the light amounts of the light source 512 and the light source 514 are I3.
  • the switching region 404 in the fourth row is switched to the scattering state in the period from time t3 to t4.
  • light is emitted in the order of 511, 512, 513, 514, 515 from the light sources in the first column to the fifth column in the period from time t3 to t4 or simultaneously.
  • the light amount of the light source 514 is I1
  • the light amount of the light source 515 is I3
  • the light amounts of the light source 511, the light source 512, and the light source 513 are zero.
  • the switching region 405 in the fifth row is switched to the scattering state in the period from time t4 to t5.
  • light is emitted in the order of 511, 512, 513, 514, 515 or simultaneously from the light sources in the first to fifth columns within the period from time t4 to t5.
  • the light amounts of the light source 511, the light source 512, the light source 513, the light source 514, and the light source 515 are all zero.
  • FIG. 7 (f) is a diagram showing a light amount distribution of light emitted from the light guide 6 during a period from time t1 to t5. This light quantity distribution is controlled based on the brightness distribution of the image for one frame.
  • the upper left and lower right light amounts of the light guide 6 are large, and the upper right and lower left light amounts of the light guide 6 are small. Therefore, the display image has a light amount distribution suitable for displaying an image with bright upper left and lower right of the screen and dark upper right and lower left of the screen.
  • the amount of light emitted from each sub illumination area A11 to A55 is controlled independently according to the brightness of the display image corresponding to each sub illumination area.
  • the video signal supplied to each display element of the liquid crystal panel 2 has been subjected to expansion processing according to the amount of light emitted from the sub illumination area.
  • the liquid crystal display device 1 uses local dimming control that combines dimming control for adjusting the amount of light emitted from each of the sub-illumination areas A11 to A55 and expansion control for expanding the video signal of each display element of the liquid crystal panel 2. Therefore, it is possible to display an image with low power consumption and high contrast.
  • dimming control can be performed for each area by using the plurality of sub illumination areas A11 to A55 obtained from the plurality of propagation areas 501 to 505 and the plurality of switching areas 401 to 405. Therefore, high-quality image display by local dimming control is possible while using the thin backlight unit 3 of the edge light system.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing another configuration example (optical element 70) of the optical element 53 shown in FIG. In FIG. 8, the light source 51 is simplified and indicated by a circular symbol.
  • An optical element 70 in FIG. 8 includes a parabolic mirror 71 whose focal position is the position of the light source 51, a parallelizing lens 72 that collimates the light L3 from the light source 51 that is not incident on the parabolic mirror 71, and the Y direction. And an optical path conversion element 73 that bends the optical path of light that travels straight and emits light at an angle that causes total reflection on the light exit surface 6a of the light guide 6.
  • the optical element 70 collimates the light L1 having a large diffusion angle by the parabolic mirror 71, and collimates the light L1 having a small diffusion angle that does not enter the parabolic mirror 71 by the collimating lens 72. Thereby, all the light emitted from the light source 51 becomes light that goes straight in the Y direction.
  • the light traveling straight in the Y direction is redirected by the optical path conversion element 73 in a direction crossing the Y direction in the YZ plane, and propagates in the Y direction in the light guide by total reflection. Thereby, the light which the light source 51 irradiates can be used effectively.
  • the optical path conversion element 73 is, for example, a film in which a V-shaped groove is formed on the surface facing the light source 51, or an optical surface whose slope is inclined and changes the angle of incident light by refraction like a prism. Material or optical layer. Hereinafter, these will be described as grooves.
  • the inclined surface 73a of the groove is inclined obliquely with respect to the Y direction.
  • the angle formed by a line parallel to the inclined surface 73a in the YZ plane and the Y axis is preferably less than 30 °, and more preferably 22.5 ° or less. Thereby, the light refracted by the inclined surface 73 a can be totally reflected on the light emitting surface 6 a of the light guide 6.
  • the inclined surface 73a can be formed by transferring a mold onto the surface of a film that is a base material of the optical path conversion element 73.
  • the optical path conversion element 73 is provided separately from the transparent substrate 52. However, the optical path conversion element 73 may be integrally formed on the end surface of the transparent substrate 52 by processing the end surface of the transparent substrate 52. .
  • the optical path conversion element 73 is not limited to a refractive optical element such as a lens, but may be a diffractive optical element such as a diffraction grating or a hologram.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing still another configuration example (optical element 74) of the optical element 53 shown in FIG.
  • the light source 51 is simplified and indicated by a circular symbol.
  • the optical element 74 in FIG. 9 includes a diffusing lens 76 that diffuses light emitted from the light source 51 and a parallelizing lens 75 that parallelizes the light diffused by the diffusing lens 76 in the arrangement direction of the light source 51. .
  • the optical element 74 can greatly spread the light emitted from the light source 51 in the X direction. Therefore, compared with the case where the optical element 53 shown in FIGS. 4 and 5 is used, the width of the propagation regions 501 to 505 (see FIG. 3) formed by one light source 51 is increased, and the light incident on the transparent substrate 52 is increased. The number of light sources 51 arranged on the surface 52a can be reduced.
  • the cross section of the diffusing lens 76 and the parallelizing lens 75 parallel to the YZ plane is rectangular. Therefore, the optical element 76 does not have a condensing function in the Z direction. Therefore, the diffused light L0 emitted from the light source 51 reaches the light incident surface 52a of the transparent substrate 52 without being collimated in the Z direction. Then, the light propagates through the transparent substrate 52 and the inside of the optical shutter panel while being totally reflected, and is scattered by the optical shutter panel to contribute to display.
  • a configuration using the optical path conversion element 73 used in the second embodiment may be employed. Thereby, substantially all of the light incident on the inside of the transparent substrate 52 can be contributed to the display.
  • FIG. 10A is a partial cross-sectional view of the backlight unit of the first embodiment as a comparative example.
  • FIG. 10B is a partial cross-sectional view illustrating another configuration example of the backlight unit.
  • illustration of the reflection sheet, the first optical sheet, and the second optical sheet is omitted for easy understanding.
  • the transparent substrate 52, the third substrate 41, the first electrode 43, the polymer network type liquid crystal layer 45, the second electrode 44, and the fourth substrate 42 are used.
  • the light guide 6 was formed.
  • the third substrate 41 is omitted, the first electrode 43 is formed on the surface of the transparent substrate 56, and the polymer network type liquid crystal layer 45 is sandwiched between the transparent substrate 56 and the fourth substrate 42. is doing.
  • the light guide 6 is formed by the transparent substrate 56, the first electrode 43, the polymer network type liquid crystal layer 45, the second electrode 44, and the fourth substrate 42.
  • the backlight unit 7 can be made thinner than the backlight unit 3 of the first embodiment shown in FIG. The number of components can be reduced.
  • FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing another configuration example of the backlight unit.
  • the reflection sheet and the second optical sheet are not shown for easy understanding.
  • the backlight unit 8 of FIG. 11 omits the third substrate 41 and the fourth substrate 42 and has an electric field generating means on the surface of the transparent substrate 57, as compared with the backlight unit 3 of the first embodiment shown in FIG. 10A.
  • the first electrode 48 and the second electrode 49 are formed, and the liquid crystal layer 80 is sandwiched between the transparent substrate 57 and the second optical sheet 32. Since the second optical sheet is a prism sheet, it is not a light guide. Therefore, the light guide 6 is formed by the transparent substrate 57, the first electrode 48, the second electrode 49, and the liquid crystal layer 80.
  • the first electrode 48 and the second electrode 49 are formed on the same transparent substrate 57.
  • the first electrode 48 and the second electrode 49 are formed in a stripe shape in the X direction, and the orientation of the liquid crystal layer 80 is controlled by a lateral electric field in the Y direction formed between the first electrode 48 and the second electrode 49. .
  • Regions sandwiched between the first electrode 48 and the second electrode 49 are switching regions 401 to 405. In the switching region, a liquid crystal layer 80 and a first electrode 48 and a second electrode 49 that generate an electric field inside the liquid crystal layer 80 are provided.
  • the first electrode 48 and the second electrode 29 are transparent electrodes such as ITO, but may be opaque electrodes.
  • the dielectric anisotropy of the liquid crystal must be negative in order to align the liquid crystal in the Z direction when an electric field is applied.
  • the liquid crystal layer 80 is a liquid crystal in which a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is dispersed in a gap between polymer networks formed in a network.
  • the polymer is generally aligned in the Y direction, and the liquid crystal is approximately aligned in the Y direction when no electric field is applied between the first electrode 48 and the second electrode 49 and no electric field is generated.
  • the liquid crystal is generally aligned in the Z direction.
  • the backlight unit 8 of FIG. 11 can be made thinner than the backlight unit 3 of the first embodiment shown in FIG. 10A. The number of parts constituting the backlight unit 8 can be reduced. Further, since the first electrode 48 and the second electrode 49 are formed only on the transparent substrate 57 and no electrode is formed on the second optical sheet 32, the manufacturing process of the light guide 6 is simplified.
  • FIG. 12 shows a modification. In this modification, a lateral voltage is applied between the first electrode (striped electrode) 48 and the second electrode (solid electrode) 49 via the insulating layer 81. Moreover, the optical sheet 32 which has an uneven
  • the backlight unit is described as an example of the lighting device.
  • the illumination device of the present invention can also be applied to a front light unit that is disposed on the front side of the liquid crystal panel 2 (side on which a display image is viewed) and illuminates the liquid crystal panel 2.
  • optical path conversion element 73 shown in FIG. That is, the optical path of light traveling straight in the Y direction is bent between the optical elements 53 and 74 of FIGS. 5 and 9 and the light incident surface 52 a of the transparent substrate 52, and all the light exit surfaces 6 a of the light guide 6 are bent.
  • An optical path conversion element 73 that emits light at an angle at which reflection occurs can be provided. By doing so, almost all of the light incident on the inside of the transparent substrate 52 propagates while being totally reflected inside the optical shutter panel, and is scattered by the optical shutter panel and contributes to display.
  • it is important that the total reflection condition can be broken by switching between scattering and non-scattering of the polymer dispersed liquid crystal. Note that Blue Phase liquid crystal or the like can also be used.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modification of the backlight unit.
  • a voltage is applied between the striped first electrode 48 and the second electrode 49, but in the backlight unit 9 shown in FIG. 12, the first electrode (striped electrode) 48 is used.
  • a voltage is applied between the second electrode (solid electrode) 49 and the second electrode (solid electrode) 49.
  • An insulating layer 81 is formed between these electrodes 48 and 49.
  • the liquid crystal layer 80 is horizontally aligned, and the surface of the opposite optical sheet 32 is formed in a prism shape so that light can be easily extracted.
  • the configuration of the liquid crystal layer 80 is called an FFS (Fringe Field Switching) type.
  • the liquid crystal layer 80 moves only near the first electrode 48, the surface of the optical sheet 32 is affected even if it is uneven. Is small. Whether or not light is emitted through the optical sheet 32 by applying or not applying a voltage between the first electrode 48 and the second electrode 49 and controlling total reflection of light traveling through the transparent substrate 57. Control.
  • the first electrode 48 and the second electrode 49 for example, an ITO transparent electrode can be used.
  • the insulating layer 81 for example, a SiN film can be used.
  • the liquid crystal layer 80 one having a positive dielectric anisotropy can be used.
  • the optical sheet 32 can be directly used as a liquid crystal holding substrate, and a simpler configuration can be realized.
  • FIGS. 13 and 14 are schematic views showing modifications of the optical sheet 32.
  • the optical sheet 32 is composed of two layers, optical layers 32-1 and 32-2.
  • the optical layer 32-1 is optically bonded to the light guide 6 and has a prism shape on the upper side.
  • the optical layer 32-2 has a prism shape so as to face the optical layer 32-1.
  • the light emitted from the optical layer 32-1 is bent in its direction by the optical layer 32-2, and is emitted in a direction close to the direction perpendicular to the display surface.
  • the light guide 6 has a lower layer having a refractive index n1 and an upper layer having a refractive index n2, and an optical layer 32-1 having a refractive index n2 is provided on the upper layer of the light guide 6.
  • the total reflection condition of the light emitted from the optical layer 32-1 is controlled by changing the refractive index n2 of the upper layer of the light guide 6.
  • a modification in which the optical layer 32-2 in FIG. 13 is omitted is also possible.
  • it is optically designed so that the light that has passed through the upper layer (refractive index n2) of the light guide 6 is reflected by the prism of the optical layer 32-10 and the light is emitted downward in the figure.
  • the light guide 6 is actually installed upside down so that light is emitted to the liquid crystal panel side.
  • the optical sheet 32 is optically bonded to the light guide 6 and has a shape spreading upward.
  • the planar shape may be a stripe shape as shown on the left side of FIG. 14 or a conical shape as shown on the right side of FIG.
  • the opening angle (q in the figure) is preferably set to 30 to 60 degrees, and particularly preferably set to 45 degrees.
  • the light guide 6 similarly to the modified example shown in FIG. 13, has a lower layer having a refractive index n ⁇ b> 1 and an upper layer having a refractive index n ⁇ b> 2. By changing the refractive index n2, the total reflection condition of the light emitted from the optical layer 32 is controlled.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing a modification of the optical element shown in FIG.
  • the optical element shown in FIG. 15 differs from the optical element shown in FIG. 8 only in that a polarization conversion element 82 is provided between the light source 51 and the optical path conversion element 73 shown in FIG.
  • a polarization conversion element 82 As the polarization conversion element 82, DBEF manufactured by 3M Company or the like can be used.
  • the polarization conversion element 82 converts the light from the light source into an S wave or the like. Thereby, the polarization direction of the light incident on the transparent substrate 52 becomes one direction, and it is easy to select whether the total reflection condition is satisfied or not.
  • the emission direction of the emitted light is uniform, and the emitted light can enter the display liquid crystal panel more vertically.
  • the present invention can be used in the field of edge light type illumination devices that control the amount of illumination light for each area and in the field of liquid crystal display devices equipped with such illumination devices.

Abstract

　本発明の照明装置は、導光体と、導光体の端面に沿って配列された複数の光源と、光源から出射した光を平行化して導光体の内部に入射させる光学素子と、導光体において該導光体の内部を伝播する光の伝播方向に沿って設けられ、各々が、導光体の内部を伝播する光を導光体の外部に出射させない伝播状態と、導光体の内部を伝播する光を導光体の外部に出射させる出射状態と、を切り換え可能な複数のストライプ状の切り換え領域と、を備えている。

Description

照明装置、液晶表示装置
　本発明は、照明装置、液晶表示装置に関する。
　本願は、２０１０年７月７日に、日本に出願された特願２０１０－１５４９９６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）を照明光源として用いた液晶表示装置として、特許文献１，２に記載の液晶表示装置が知られている。特許文献１の液晶表示装置は、ＬＥＤを液晶パネルの直下に配置し、その光を拡散板で拡散して均一な面光源を作る直下方式の液晶表示装置である。特許文献２の液晶表示装置は、ＬＥＤを導光体の端面（エッジ）に配置し、ＬＥＤから入射した光を導光体全体に広げて面光源を作るエッジライト方式の液晶表示装置である。
特開２００３－２９２３６号公報 特開２０１０－９７５７号公報
　直下方式の液晶表示装置は、液晶パネルの直下に敷き詰めたＬＥＤの発光をエリア毎に独立に制御することにより、高コントラストな表示が可能である。しかし、離散的に配置された複数のＬＥＤから均一な光量分布を有する照明光を作り出すために、拡散板とＬＥＤとの間隔を広げる必要がある。そのため、薄型化が困難である。
　エッジライト方式の液晶表示装置は、導光板によって均一な照明光を作り出すことができるので、薄型化は容易である。しかし、導光体の端面から導光体の全面に光を広げる方式であるため、１画面内の照明光の光量をエリア毎に独立に制御することができない。特許文献２の液晶表示装置は、小型のバックライトユニットをマトリクス状に並べるタンデム方式を採用することによりエリア毎の発光制御を行っている。しかし、この方式は、構造が複雑になるという課題がある。
　本発明の目的は、簡単な構成で高コントラストな表示が可能なエッジライト方式の照明装置及び液晶表示装置を提供することにある。
　本発明の一実施形態に係る照明装置は、導光体と、前記導光体の端面に沿って配列された複数の光源と、前記光源から出射した光を平行化して前記導光体の内部に入射させる光学素子と、前記導光体において該導光体の内部を伝播する光の伝播方向に沿って設けられ、各々が、前記導光体の内部を伝播する光を導光体の外部に出射させない非点灯状態と、前記導光体の内部を伝播する光を導光体の外部に出射させる点灯状態と、を切り換え可能な複数のストライプ状の切り換え領域と、を備えている。
　前記非点灯状態は、前記導光体の内部を伝播する光を散乱しない非散乱状態であり、前記点灯状態は、前記導光体の内部を伝播する光を散乱する散乱状態であってもよい。
　前記光学要素は、前記切り換え領域は、高分子ネットワーク型液晶層と、前記高分子ネットワーク型液晶層の内部に電界を発生させ、前記高分子ネットワーク型液晶層の散乱状態と非散乱状態とを切り換える電界発生手段と、を備えていても良い。
　前記高分子ネットワーク型液晶層は、電界非印加時に非散乱状態となり、電界印加時に散乱状態となるリバースモードの高分子ネットワーク型液晶層であっても良い。
　前記電界発生手段は、前記光源の配列方向に沿ってストライプ状に延びる第１電極と、前記複数の第１電極と前記高分子ネットワーク型液晶層を挟んで対向配置された第２電極と、を備えていても良い。
　前記電界発生手段は、前記光源の配列方向に隣接して配置された一対のストライプ状の電極を備えていても良い。
　前記光学素子はフレネルレンズであっても良い。
　前記光学素子は、前記光源の位置を焦点位置とする放物面鏡と、前記放物面鏡に入射されない前記光源からの光を平行化する平行化レンズと、前記導光体の光出射面と平行な方向に直進する光を折り曲げ、前記導光体の光出射面おいて全反射が生じる角度で出射する光路変換素子と、を備えていても良い。
　前記光学素子は、前記光源から出射した光を拡散させる拡散レンズと、前記拡散レンズによって拡散された光を前記光源の配列方向において平行化する平行化レンズと、を備えていても良い。
　前記光学素子は、前記導光体の光出射面と平行な方向に直進する光を折り曲げ、前記導光体の光出射面おいて全反射が生じる角度で出射する光路変換素子を備えていても良い。
　前記光路変換素子は、前記導光体の光入射面を加工して形成されていても良い。
　前記光路変換素子は、前記光源と対向する面に溝が形成され、前記溝は、前記光源の配列方向と直交する面で切った断面がＶ字状の傾斜面を有する溝であり、前記断面における前記傾斜面と平行な線と前記光の直進方向との成す角が３０°未満であっても良い。
　前記光源は、発光ダイオードであっても良い。
　本発明の他の実施形態に係る液晶表示装置は、上述した照明装置と、前記照明装置の導光体の光出射面と対向して配置された液晶パネルと、を備えている。
　本発明によれば、簡単な構成で高コントラストな表示が可能なエッジライト方式の照明装置及び液晶表示装置を提供することができる。
液晶表示装置の分解斜視図である。 導光体の断面図である。 液晶表示装置の電気的構成を示すブロック図である。 透明基板の光入射面の近傍の構成を示す平面図である。 図４のＹＺ平面に平行な断面図である。 導光体に設けられた複数のサブ照明領域の平面図である。 光源と切り換え領域の制御方法の一例を示す図である。 光学素子の他の構成例を示す模式図である。 光学素子のさらに他の構成例を示す模式図である。 比較例としての第１実施形態のバックライトユニットの部分断面図である。 バックライトユニットの他の構成例を示す部分断面図である。 バックライトユニットのさらに他の構成例を示す部分断面図である。 図１２は、バックライトユニットの変形例を示す断面図である。 光学シートの変形例を示す模式図である。 光学シートの変形例を示す模式図である。 図８に示す光学素子の変形例を示す模式図である。
（第１実施形態）
　図１は、液晶表示装置の第１実施形態である液晶表示装置１の分解斜視図である。以下の説明では、ゲート線１１の延在方向をＸ方向、データ線１２の延在方向をＹ方向、Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向をＺ方向として、各構成要素の形状や配置を説明する。
　液晶表示装置１は、液晶パネル２と、エッジライト方式を採用した照明装置の一例であるバックライトユニット３と、を備えている。
　液晶パネル２は、第１基板１０と、第１基板１０と対向配置された第２基板２０と、第１基板１０及び第２基板２０の外面側に設けられた一対の偏光板３０（図１では第２基板２０の外面側に設置された一方の偏光板３０のみが示されている）と、を備えている。図示は省略するが、第１基板１０と第２基板２０とが対向する対向領域の周縁部には矩形枠状のシール材が設けられており、第１基板１０、第２基板２０及びシール材により囲まれた空間に液晶が封入されている。
　第１基板１０と第２基板２０とが対向する対向領域（矩形枠状に配置されたシール材の内側）には、表示領域２Ａが設けられている。表示領域２Ａには、Ｘ方向に延びる複数のゲート線１１とＹ方向に延びる複数のデータ線１２とが平面視格子状に設けられている。ゲート線１１とデータ線１２との交差部には、赤色、緑色又は青色のいずれかの色に対応した表示要素が設けられている。第１基板１０上には、複数の表示要素がＸ方向及びＹ方向にマトリクス状に配置されており、該複数の表示要素によって表示領域２Ａが形成されている。
　液晶パネル２の背面側（第１基板１０を挟んで第２基板２０とは反対側）には、バックライトユニット３が設けられている。
　バックライトユニット３は、光源ユニット５と、透明基板５２と、光学素子５３と、反射シート５５と、光シャッターパネル４と、第１光学シート３２と、第２光学シート３１と、を備えている。
　光源ユニット５は、複数の光源５１と、光源５１が実装された実装基板５４と、を備えている。光源５１は、例えば、白色光を発光する発光ダイオード（Light Emitting Diode；ＬＥＤ）である。光源５１は、点状光源として利用できるものであれば良く、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子のようなものでも良い。複数の光源５１は、発光面を透明基板５２の光入射面５２ａと対向させた状態でＸ方向に配列されている。光源５１は、実装基板５４と接続されたフレキシブル回路基板５４ａを介して、光源駆動回路６５（図３参照）に接続されている。
　透明基板５２は、第２基板２０と略同じ大きさを有する略矩形の平板部材である。透明基板５２としては、アクリル樹脂などの板材が用いられる。透明基板５２の光源５１と対向する端面は、光源５１から出射した光が入射する光入射面５２ａである。透明基板５２は、光入射面５２ａから導入された光を透明基板５２の主面と平行な方向（ＸＹ平面と平行な方向）に伝播させる。
　透明基板５２の背面側（透明基板５２を挟んで液晶パネル２とは反対側）には、透明基板５２の内部から外部に漏れ出す光を透明基板５２の内部に向けて反射させる反射シート５５が設けられている。
　透明基板５２の光入射面５２ａと光源５１との間には、光源５１から出射した光をＸ方向において平行化して透明基板５２の内部に入射させる光学素子５３が設けられている。光学素子５３としては、例えばフレネルレンズのような屈折光学素子が用いられるが、回折格子やホログラムなどのような回折光学素子を用いても良い。
　透明基板５２の液晶パネル２と対向する面には、光シャッターパネル４が設けられている。光シャッターパネル４には、液晶パネル２に向けて光を出射する照明領域が設けられている。照明領域には、Ｘ方向に延びる複数のストライプ状の切り換え領域４０１～４０５がＹ方向に沿って配列されている。各切り換え領域４０１～４０５では、光シャッターパネル４の内部を伝播する光を光シャッターパネル４の外部に出射させない非点灯状態と、光シャッターパネル４の内部を伝播する光を光シャッターパネル４の外部に出射させる点灯状態と、が切り換えられるようになっている。
　「非点灯状態」と「点灯状態」はどのような方法で実現してもよい。図１の光シャッターパネル４では、第３基板４１と第４基板４２との間に高分子ネットワーク型液晶（Polymer Network Liquid Crystal；ＰＮＬＣ）層４５を配置し、高分子ネットワーク型液晶層４５を非散乱状態とすることで「非点灯状態」を実現し、高分子ネットワーク型液晶層４５を散乱状態とすることで「点灯状態」を実現している。
　光シャッターパネル４と透明基板５２とは、一体となって導光体６として機能する。透明基板５２の光入射面５２ａから入射した光源５１からの光は、透明基板５２と光シャッターパネル４の内部を全反射しながらＹ方向に伝播する。光シャッターパネル４の内部を光が伝播する途中で特定の切り換え領域４０１～４０５が散乱状態に切り換えられると、当該切り換え領域で光が散乱され、液晶パネル２に向けて出射される。これにより、特定の切り換え領域で点灯状態が実現される。切り換え領域４０１～４０５が非散乱状態であれば、光は光シャッターパネル４の内部を伝播し続ける。この場合、光は光シャッターパネル４の外部に出射せず、非点灯状態となる。
　光シャッターパネル４と液晶パネル２との間には、光シャッターパネル４から出射した散乱光を平行化して液晶パネル２に出射する第１光学シート３１及び第２光学シート３２が設けられている。第１光学シート３１と第２光学シート３２は、例えば、互いの集光方向が直交するプリズムシートである。
　図２は、導光体６の断面図である。
　導光体６は、透明基板５２と、透明基板５２の一方の主面に配置された光シャッターパネル４と、透明基板５２の他方の主面に配置された反射シート５５と、を備えている。
　光シャッターパネル４は、透明基板５２の一方の主面に配置された第３基板４１と、第３基板４１と対向配置された第４基板４２と、第３基板４１と第４基板４２との間に挟持された高分子ネットワーク型液晶層４５と、を備えている。
　第３基板４１及び第４基板４２は透明基板であり、例えば、ソーダライムガラスの表面を研磨したものが用いられる。第３基板４１の表面には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide；インジウム錫酸化物）等からなる透明な複数の第１電極４３が設けられている。第１電極４３はＸ方向にストライプ状に延び、Ｙ方向に配列している。第４基板４２の表面には、ＩＴＯ等からなる透明な第２電極４４が複数の第１電極４３と対向して設けられている。高分子ネットワーク型液晶層４５は、第１電極４３と第２電極４４との間に挟持されている。第１電極４３と第２電極４４は、後述するように、高分子ネットワーク型液晶層４５の内部に電界を発生させ、高分子ネットワーク型液晶層４５の散乱状態と非散乱状態とを切り換える電界発生手段である。
　１つの第１電極４３と第２電極４４とが重なる領域が１つの切り換え領域である。図２の光シャッターパネル４には、Ｘ方向に延びる５つの第１電極４３が設けられており、これにより、Ｘ方向に延びる５つの切り換え領域４０１～４０５が形成されている。１つの切り換え領域には、第１電極４３と、第２電極４４と、これらの間に挟持された高分子ネットワーク型液晶層４５と、が設けられている。
　高分子ネットワーク型液晶層４５は、網目状に形成された高分子４６のネットワークの隙間に誘電異方性が正の液晶４７が分散されたものである。高分子ネットワーク型液晶層４５は、例えば、紫外線硬化型ポリマーを液晶中に約５％混ぜ、紫外線を照射してポリマーを析出させることにより作成される。第３基板４１、第４基板４２、第１電極４３及び第２電極４４の高分子ネットワーク型液晶層４５と接する面には、図示略の配向膜が形成されており、該配向膜によって高分子４６の配向が制御されている。該配向膜によって高分子４６は概ねＹ方向に配向しており、第１電極４３と第２電極４４との間に電界を発生させない電界非印加時において液晶４７を概ねＹ方向に配向させる。第１電極４３と第２電極４４との間に電界を発生させた電界印加時には、液晶４７は、概ねＺ方向に配向する。
　高分子４６と液晶４７の配向方向が一致する電界非印加時には、高分子ネットワーク型液晶層４５の内部を伝播する光に対して高分子４６と液晶４７の屈折率は概ね等しい。そのため、高分子４６と液晶４７との界面で光の散乱は生じない（非点灯状態）。高分子４６と液晶４７の配向方向が異なる電界印加時には、高分子ネットワーク型液晶層４５の内部を伝播する光に対して高分子４６と液晶４７の屈折率は異なる。そのため、高分子４６と液晶４７との界面で光の散乱が生じる（点灯状態）。高分子ネットワーク型液晶層４５は、電界非印加時に散乱が小さく、電界印加時に散乱が大きいリバースモードの高分子ネットワーク型液晶層である。
　第３基板４１及び第４基板４２は、透明基板５２と同等の屈折率を有する。第３基板４１と透明基板５２の互いに対向する主面同士は、直接に、若しくは、これらと同等の屈折率を持つ光学接着剤を介して密着している。散乱が小さい状態（電界非印加時）での高分子ネットワーク型液晶層４５の屈折率は、第３基板４１、第４基板４２及び透明基板５２と同等の屈折率を有する。
　高分子ネットワーク型液晶層４５が非散乱状態（電界非印加時）である場合には、光源５１から透明基板５２の内部に入射した光は、透明基板５２、第３基板４１、高分子ネットワーク型液晶層４５及び第４基板４２を透過し、大部分の光は第４基板４２の表面で全反射する。透明基板５２と光シャッターパネル４は、一体となって導光体６として機能し、導光体６の内部を全反射によって光がＹ方向に伝播する。導光体６の光入射面は、透明基板５２の光入射面５２ａであり、導光体６の光出射面６ａは、第４基板４の第２電極４４が形成された主面とは反対側の主面（ＸＹ平面と平行な面）である。
　高分子ネットワーク型液晶層４５が散乱状態（電界印加時）である場合には、透明基板５２及び第３基板４１を透過し高分子ネットワーク型液晶層４５に入射した光は、高分子ネットワーク型液晶層４５で散乱されて光シャッターパネル４から液晶パネル２側へ向けて出射する。図２は、切り換え領域４０１，４０２，４０３，４０５が非散乱状態（電界非印加時：ＯＦＦ）であり、切り換え領域４０４が散乱状態（電界印加時：ＯＮ）である場合を示している。よって、導光体６の内部を伝播する光は切り換え領域４０４から液晶パネル２（図１参照）に向けて選択的に出射する。
　図３は、液晶表示装置１の電気的構成を示すブロック図である。
　液晶表示装置１は、液晶パネル２と、光源５及び導光体６を含むバックライトユニット３と、映像信号制御回路６０と、階調制御回路６１と、ゲート線駆動回路６２と、データ線駆動回路６３と、光源制御回路６４と、光源駆動回路６５と、光シャッターパネル駆動回路６６と、を備えている。
　液晶パネル２には、複数のゲート線１１と複数のデータ線１２とが格子状に配置されている。ゲート線１１とデータ線１２との各交差部に対応して薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor；ＴＦＴ）１３が設けられている。薄膜トランジスタ１３のゲートはゲート線１１と接続されており、ソースはデータ線１２と接続されており、ドレインは画素電極１４と接続されている。画素電極１４と対向する位置には対向電極１６が設けられている。対向電極１６には、図示略の電源回路によって対向電極電位Ｖｃｏｍが供給される。画素電極１４と対向電極１６との間には、液晶層１５が挟持されている。１つの画素電極１４の配置領域が、表示の最小単位である表示要素である。
　バックライトユニット３には、光学素子５３によって平行化された光が伝播する複数のストライプ状の伝播領域５０１～５０５と、導光体６の内部を伝播する光の点灯状態と非点灯状態とを切り換える複数のストライプ状の切り換え領域４０１～４０５と、が格子状に配置されている。各切り換え領域４０１～４０５には、切り換え制御を行うためのストライプ状の第１電極４３が形成されている。伝播領域５０１～５０５と切り換え領域４０１～４０５とが重なる領域がサブ照明領域Ａである。導光体６には、複数のサブ照明領域ＡがＸ方向とＹ方向に沿ってマトリクス状に配置されている。図３では、光源５１の数と切り換え領域４０１～４０５の数をそれぞれ５つずつとしているが、光源５１と切り換え領域の数はこれに限定されない。
　映像信号制御回路６０は、外部から入力された映像信号に基づいて画像制御信号と光源制御信号とを生成する。
　光源制御信号は、光源５１毎に出射光の光量を指示し、定められたタイミングで出射させる信号である。出射光の光量は、サブ照明領域Ａに対応する液晶パネル２の表示部分の画像の明るさ（外部から入力される映像信号の階調値）に応じて設定される。例えば、暗い画像が表示されている部分では、サブ照明領域Ａから出射する光（当該サブ照明領域Ａに対応した光源５１からの出射光）の光量を小さくし、明るい画像が表示されている部分では、サブ照明領域Ａから出射する光（当該サブ照明領域Ａに対応した光源５１からの出射光）の光量を大きくする。これにより、液晶パネル２の表示領域全体に常に最大光量の光を照射し続ける従来の液晶表示装置に比べて、消費電力を低減でき、コントラストも向上することができる。
　画像制御信号は、液晶パネル２の各表示要素にどのような階調を与えるかを定める信号である。導光体６から出射される光の光量は、サブ照明領域Ａ毎に制御されるため、実際に各表示要素で求められる階調の値は、映像信号から得られた階調信号に対して、各表示要素に出射されるサブ照明領域Ａからの出射光の光量に応じた補正（伸張処理）が加えられたものである。
　例えば、１つのサブ照明領域Ａによって照明される複数の表示要素の数をｎ個とする。ｎ個の表示要素に対して外部から入力される映像信号の階調値がそれぞれＫ１，Ｋ２，Ｋ３，…，Ｋｎであるとすると、サブ照明領域Ａから出射される光の光量は、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，…，Ｋｎのうちの最大の階調値Ｋｍａｘに基づいて制御される。表示可能な最大階調が２５５階調であり、２５５階調のときに光源から出射される光の光量がＩ０であるすると、階調値Ｋｍａｘによって制御される出射光の光量は、例えば、Ｉ０・Ｋｍａｘ／２５５である。階調値Ｋｍａｘが２５５階調よりも小さい場合、出射光の光量はＩ０よりも小さくなる。そのため、ｎ個の表示要素に供給される映像信号の階調値は、表示可能な最大階調（２５５）の範囲内で所定の階調まで伸張される。Ｋｍａｘの階調値を２５５階調まで伸張する場合、Ｋｍの階調は、Ｋｍ・２５５／Ｋｍａｘまで伸張される。
　階調制御回路６１は画像制御信号に基づいて水平駆動信号と垂直駆動信号とを生成する。ゲート線駆動回路６２は水平駆動信号に基づいて１垂直走査期間内に液晶パネル２の複数のゲート線１１をＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓｍの順に順次選択する。データ線駆動回路６３は水平駆動信号に基づいて１水平走査期間内に液晶パネル２の複数のデータ線１２に対してＤ１，Ｄ２，Ｄ３，…，Ｄｎの順に順次階調信号を供給する。これにより、液晶パネル２の表示領域に１フレーム分の画像が表示される。
　光源制御回路６４は光源制御信号に基づいて光源駆動信号と光シャッターパネル駆動信号とを生成する。光源駆動信号は、各光源５１が出射すべき出射光の輝度、点灯時間及び出射タイミングを示す信号である。輝度は、光源を駆動する駆動電流の大きさに依存する。光源から出射される光の光量は、輝度を一定とした場合、パルス幅変調（Pulse Width Modulation；ＰＷＭ）により光源５１の点灯時間を制御することにより、制御される。光シャッターパネル駆動信号は、各切り換え領域４０１～４０５を散乱状態とするタイミングを示す信号である。
　光シャッターパネル駆動回路６６は光シャッターパネル駆動信号に基づいて１垂直走査期間内に光シャッターパネル４の複数の第１電極４３を順次選択し、切り換え領域４０１～４０５を４０１，４０２，４０３，４０４，４０５の順に順次点灯状態とする。光源駆動回路６５は光源駆動信号に基づいて１水平走査期間内に各光源５１から指定された輝度及び点灯時間で光を出射させる。導光体６の伝播領域５０１～５０５には、５０１，５０２，５０３，５０４，５０５の順で順次光が点灯される。これにより、複数のサブ照明領域Ａから、光源駆動回路６５によって制御された光量の光が液晶パネル２に向けて順次出射される。
　なお、光源駆動回路６５は、各光源５１を同一のタイミングで一括して点灯する場合もある。この場合、切り換え領域４０１～４０５に対応する一列分のサブ照明領域が、上段側から順に点灯状態となる。
　図４は、透明基板５２の光入射面５２ａの近傍の構成を示す平面図である。
　光源５１と透明基板５２との間には、光源５１から出射した光をＸ方向において平行化して透明基板５２の内部に入射させる光学素子５３が設けられている。光学素子５３は、例えばフレネルレンズである。光学素子５３は光源５１毎に１つずつ設けられている。図４では、光学素子５３を透明基板５２とは別部材として形成しているが、透明基板５２の端面を光学素子５３の形状に加工し、透明基板５２と光学素子５３とを一体に形成しても良い。光源５１の発光点５１ａから出射した拡散光Ｌ０は、光学素子５３によってその光学軸方向（Ｙ方向）に平行化されてＸ方向の広がりが抑制され、Ｚ方向から見て略Ｙ方向に延びる帯状の光Ｌとして透明基板５２の内部を伝播する。
　図５は、図４に示す構成のＹＺ平面に平行な断面図である。
　光学素子５３のＹＺ平面と平行な断面は矩形である。そのため、光学素子５３はＺ方向における集光作用を持たない。光源５１の発光点５１ａから出射した拡散光Ｌ０は、Ｚ方向において平行化されることなく透明基板５２の光入射面５２ａに到達する。拡散光Ｌ０は、透明基板５２の主面（ＸＹ平面）に対して斜めに傾いた方向に入射する光成分を多く含む。そのため、透明基板５２の内部に入射した光の大部分は、透明基板５２及び光シャッターパネル（図５では、光シャッターパネルの第３基板４１のみを示す）の内部を全反射しながら伝播し、点灯状態の切り換え領域から出射して表示に寄与する。
　図６は、導光体６に設けられた複数のサブ照明領域Ａ１１～Ａ５５の平面図である。
　導光体６には、液晶パネル２（図１参照）に向けて出射する光の光量を独立に制御可能な複数のサブ照明領域Ａ１１～Ａ５５が設けられている。サブ照明領域Ａ１１～Ａ５５は、複数の切り換え領域４０１～４０４と複数の伝播領域５０１～５０５とが格子状に配置されることにより形成されたものである。サブ照明領域Ａ１１～Ａ５５から出射する光の光量は、伝播経路５０１～５０５に沿って光を入射させる光源５１（図１参照）の輝度及び点灯時間によって制御される。
　図７は、光源５１１～５１５と切り換え領域４０１～４０５の制御方法の一例を示す図である。図７（ａ）～図７（ｅ）は、処理の流れを時間順に示すものであり、図７（ａ）～図７（ｅ）の左側部分は、切り換え領域の選択位置を示している。図７（ｆ）は、図７（ａ）～図７（ｅ）の処理によって得られた出射光の光量分布を示す図である。
　まず、図７（ａ）に示すように、時間ｔ０からｔ１までの期間において１行目の切り換え領域４０１が散乱状態に切り換えられる。この切り換えタイミングに合せて、時間ｔ０からｔ１までの期間内に１列目から５列目までの光源から５１１，５１２，５１３，５１４，５１５の順に、あるいは同時に光が出射される。図７（ａ）では、例えば、光源５１１と光源５１２の光量はＩ１、光源５１３の光量はＩ２、光源５１４と光源５１５の光量は０である。
　次に、図７（ｂ）に示すように、時間ｔ１からｔ２までの期間において２行目の切り換え領域４０２が散乱状態に切り換えられる。この切り換えタイミングに合せて、時間ｔ１からｔ２までの期間内に１列目から５列目までの光源から５１１，５１２，５１３，５１４，５１５の順に、あるいは同時に光が出射される。図７（ｂ）では、例えば、光源５１１と光源５１３の光量はＩ１、光源５１２の光量はＩ３、光源５１４と光源５１５の光量は０である。
　次に、図７（ｃ）に示すように、時間ｔ２からｔ３までの期間において３行目の切り換え領域４０３が散乱状態に切り換えられる。この切り換えタイミングに合せて、時間ｔ２からｔ３までの期間内に１列目から５列目までの光源から５１１，５１２，５１３，５１４，５１５の順に、あるいは同時に光が出射される。図７（ｃ）では、例えば、光源５１１と光源５１３と光源５１５の光量はＩ１、光源５１２と光源５１４の光量はＩ３である。
　次に、図７（ｄ）に示すように、時間ｔ３からｔ４までの期間において４行目の切り換え領域４０４が散乱状態に切り換えられる。この切り換えタイミングに合せて、時間ｔ３からｔ４までの期間内に１列目から５列目までの光源から５１１，５１２，５１３，５１４，５１５の順に、あるいは同時に光が出射される。図７（ｄ）では、例えば、光源５１４の光量はＩ１、光源５１５の光量はＩ３、光源５１１と光源５１２と光源５１３の光量は０である。
　次に、図７（ｅ）に示すように、時間ｔ４からｔ５までの期間において５行目の切り換え領域４０５が散乱状態に切り換えられる。この切り換えタイミングに合せて、時間ｔ４からｔ５までの期間内に１列目から５列目までの光源から５１１，５１２，５１３，５１４，５１５の順に、あるいは同時に光が出射される。図７（ｅ）では、例えば、光源５１１、光源５１２、光源５１３、光源５１４及び光源５１５の光量はいずれも０である。
　図７（ｆ）は、時間ｔ１からｔ５までの期間に導光体６から出射された光の光量分布を示す図である。この光量分布は、１フレーム分の画像の明るさ分布に基づいて制御されたものである。図７（ｆ）の光量分布では、導光体６の左上と右下の光量が大きく、導光体６の右上と左下の光量が小さい。よって、表示画像としては、画面の左上と右下が明るく、画面の右上と左下が暗い画像表示を行う場合に適した光量分布となっている。
　各サブ照明領域Ａ１１～Ａ５５から出射する光の光量は、各サブ照明領域に対応する表示画像の明るさに応じて独立に制御される。液晶パネル２の各表示要素に供給する映像信号は、サブ照明領域から出射する光の光量に応じて伸張処理されたものである。液晶表示装置１では、各サブ照明領域Ａ１１～Ａ５５から出射する光の光量を調節する調光制御と、液晶パネル２の各表示要素の映像信号を伸張する伸張制御とを組み合わせたローカルディミング制御により、消費電力が小さく、コントラストの高い画像表示が可能である。液晶表示装置１では、複数の伝播領域５０１～５０５と複数の切り換え領域４０１～４０５とにより得られた複数のサブ照明領域Ａ１１～Ａ５５によって、エリア毎の調光制御を可能としている。そのため、エッジライト方式の薄型のバックライトユニット３を用いながら、ローカルディミング制御による高品質な画像表示が可能である。
（第２実施形態）
　図８は、図５に示した光学素子５３の他の構成例（光学素子７０）を示す模式図である。図８では、光源５１を簡略化して円形の記号で示している。
　図８の光学素子７０は、光源５１の位置を焦点位置とする放物面鏡７１と、放物面鏡７１に入射されない光源５１からの光Ｌ３を平行化する平行化レンズ７２と、Ｙ方向に直進する光の光路を折り曲げ、導光体６の光出射面６ａおいて全反射が生じる角度で出射する光路変換素子７３と、を備えている。
　光学素子７０は、拡散角の大きい光Ｌ１を放物面鏡７１で平行化し、放物面鏡７１に入射しない拡散角の小さい光Ｌ１を平行化レンズ７２で平行化する。これにより、光源５１から出射した光は全てＹ方向に直進する光となる。Ｙ方向に直進する光は光路変換素子７３によって、ＹＺ平面内でＹ方向と交差する方向に向きを変えられ、全反射によって導光体の内部をＹ方向に伝播する。これにより、光源５１の照射する光を有効に利用することができる。
　光路変換素子７３は、例えば、光源５１と対向する面にＶ字状の溝が形成されたフィルム、あるいは、斜面が斜めになっており、プリズムのように入射光の角度を屈折により変化させる光学物質または光学層である。以下、これらを溝として説明する。溝の傾斜面７３ａはＹ方向に対して斜めに傾いている。ＹＺ平面内における傾斜面７３ａと平行な線と、Ｙ軸との成す角度は３０°未満が好ましく、より好ましくは、２２．５°以下が良い。これにより、傾斜面７３ａで屈折した光を導光体６の光出射面６ａにおいて全反射させることができる。傾斜面７３ａは、光路変換素子７３の基材となるフィルムの表面に金型を転写することにより形成することができる。
　図８では、光路変換素子７３は、透明基板５２と別体で設けられているが、透明基板５２の端面を加工して透明基板５２の端面に光路変換素子７３を一体に形成しても良い。光路変換素子７３は、レンズのような屈折光学素子に限らず、回折格子やホログラムなどのような回折光学素子であっても良い。
　図８の光学素子７０では、光路変換素子７３によってＹ方向に直進する光が折り曲げられる。そのため、透明基板５２の内部に入射した光の略全てが光シャッターパネルの内部を全反射しながら伝播し、光シャッターパネルで散乱されて表示に寄与する。図４及び図５に示した光学素子５３では、光路変換素子７３がないので、Ｙ方向に直進する光が存在する。よって、図４及び図５の光学素子５３に比べて図８の光学素子７０を用いた液晶表示装置は、明るい表示が可能となる。図８では、互いに平行な光が光学素子７３ａに垂直に入射する。これらの光は、光学素子７３ａのプリズム角に従って、一定の角度で透明基板５２中を進行する。
（第３実施形態）
　図９は、図５に示した光学素子５３のさらに他の構成例（光学素子７４）を示す模式図である。図９では、光源５１を簡略化して円形の記号で示している。
　図９の光学素子７４は、光源５１から出射した光を拡散させる拡散レンズ７６と、拡散レンズ７６によって拡散された光を光源５１の配列方向において平行化する平行化レンズ７５と、を備えている。
　光学素子７４では、光源５１から出射した光をＸ方向に大きく広げることができる。そのため、図４及び図５に示した光学素子５３を用いる場合に比べて、１つの光源５１によって形成される伝播領域５０１～５０５（図３参照）の幅が大きくなり、透明基板５２の光入射面５２ａに配置する光源５１の個数を少なくすることができる。
　拡散レンズ７６及び平行化レンズ７５のＹＺ平面と平行な断面は矩形である。そのため、光学素子７６はＺ方向における集光作用を持たない。よって、光源５１から出射した拡散光Ｌ０は、Ｚ方向において平行化されることなく透明基板５２の光入射面５２ａに到達する。そして、透明基板５２及び光シャッターパネルの内部を全反射しながら伝播し、光シャッターパネルで散乱されて表示に寄与する。
　なお、図９には図示していないが、平行化レンズ７５及び拡散レンズ７６に加えて、第２実施形態で用いた光路変換素子７３を用いる構成を採用することも可能である。これにより、透明基板５２の内部に入射した光の略全てを表示に寄与させることができる。
（第４実施形態）
　図１０Ａは比較例としての第１実施形態のバックライトユニットの部分断面図である。図１０Ｂは、バックライトユニットの他の構成例を示す部分断面図である。図１０Ａ及び図１０Ｂでは、説明を分かりやすくするために、反射シートと第１光学シート及び第２光学シートの図示を省略している。
　図１０Ａに示すように、第１実施形態のバックライトユニット３では、透明基板５２、第３基板４１、第１電極４３、高分子ネットワーク型液晶層４５、第２電極４４及び第４基板４２によって導光体６が形成されていた。図１０Ｂのバックライトユニット７では、第３基板４１を省略し、透明基板５６の表面に第１電極４３を形成し、透明基板５６と第４基板４２とによって高分子ネットワーク型液晶層４５を挟持している。導光体６は、透明基板５６、第１電極４３、高分子ネットワーク型液晶層４５、第２電極４４及び第４基板４２によって形成されている。
　図１０Ｂのバックライトユニット７では、第３基板４１が省略されているので、図１０Ａに示した第１実施形態のバックライトユニット３に比べて薄型化が可能であるとともに、バックライトユニット７を構成する部品の点数を削減できる。
（第５実施形態）
　図１１は、バックライトユニットの他の構成例を示す部分断面図である。図１１では、説明を分かりやすくするために、反射シートと第２光学シートの図示を省略している。
　図１１のバックライトユニット８は、図１０Ａに示した第１実施形態のバックライトユニット３と比較して、第３基板４１と第４基板４２を省略し、透明基板５７の表面に電界発生手段である第１電極４８及び第２電極４９を形成し、透明基板５７と第２光学シート３２とによって液晶層８０を挟持している。第２光学シートはプリズムシートなので導光体とはならない。よって、導光体６は、透明基板５７、第１電極４８、第２電極４９及び液晶層８０によって形成されている。
　第１電極４８と第２電極４９とは同一透明基板５７上に形成されている。第１電極４８と第２電極４９は、Ｘ方向にストライプ状に形成され、第１電極４８と第２電極４９との間に形成されるＹ方向の横電界によって液晶層８０の配向を制御する。第１電極４８と第２電極４９とに挟まれた領域が切り換え領域４０１～４０５である。切り換え領域には、液晶層８０と、液晶層８０の内部に電界を発生させる第１電極４８及び第２電極４９が設けられている。第1電極４８及び第２電極２９は、例えばＩＴＯ等の透明電極であるが、不透明な電極でも良い。
　第１電極４８と第２電極４９との間に発生する電界の方向はＹ方向であることから、電界印加時に液晶をＺ方向に配向させるためには、液晶の誘電異方性は負でなければならない。すなわち、液晶層８０は、網目状に形成された高分子のネットワークの隙間に誘電異方性が負の液晶が分散されたものである。高分子は概ねＹ方向に配向しており、第１電極４８と第２電極４９との間に電界を発生させない電界非印加時において液晶を概ねＹ方向に配向させる。第１電極４８と第２電極４９との間に電界を発生させた電界印加時においては、液晶は、概ねＺ方向に配向する。
　図１１のバックライトユニット８は、第３基板４１及び第４基板４２が省略されているので、図１０Ａに示した第１実施形態のバックライトユニット３に比べて薄型化が可能であるとともに、バックライトユニット８を構成する部品の点数を削減できる。また、透明基板５７のみに第１電極４８及び第２電極４９を形成し、第２光学シート３２に電極を形成しないので、導光体６の製造プロセスが簡単になる。図１２に変形例を示す。この変形例では、絶縁層８１を介して、第１電極（ストライプ電極）４８と第２電極（ベタ電極）４９の間に横方向の電圧を印加する。また、凹凸部を有する光学シート３２が液晶面に設けられている。この構成によっても、電圧を印加または無印加することにより、光の出射を制御することができる。
（変形形態）
　上記の実施形態では、照明装置の一例としてバックライトユニットを記載した。しかし本発明の照明装置は、液晶パネル２の前面側（表示画像を視認する側）に配置して液晶パネル２を照明するフロントライトユニットにも適用できる。
　図５及び図９の光学素子５３，７４には、図８に示した光路変換素子７３を追加して適用することができる。すなわち、図５及び図９の光学素子５３，７４と透明基板５２の光入射面５２ａとの間に、Ｙ方向に直進する光の光路を折り曲げ、導光体６の光出射面６ａおいて全反射が生じる角度で出射する光路変換素子７３を設けることができる。こうすることで、透明基板５２の内部に入射した光は略全てが光シャッターパネルの内部を全反射しながら伝播し、光シャッターパネルで散乱されて表示に寄与するようになる。以上の説明において、高分子分散型液晶の散乱、非散乱の切り替えにより全反射条件を崩すことができることが重要である。なお、Ｂｌｕｅ　Ｐｈａｓｅ液晶等を用いることもできる。
　図１２は、バックライトユニットの変形例を示す断面図である。図１１に示すバックライトユニット８では、ストライプ状の第１電極４８と第２電極４９との間に電圧を印加したが、図１２に示すバックライトユニット９では、第１電極（ストライプ電極）４８と第２電極（ベタ電極）４９の間に電圧を印加する。絶縁層８１がこれらの電極４８、４９の間に形成されている。液晶層８０は水平配向されており、その対向側の光学シート３２の表面は、光を取り出しやすいようにその表面がプリズム状に形成されている。この液晶層８０の構成はＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型と呼ばれているもので、液晶層８０は第１電極４８に近い部分のみが動くため、光学シート３２の表面が凸凹していても影響が小さいという特徴を有する。第１電極４８と第２電極４９との間に電圧を印加または無印加し、透明基板５７中を進行する光の全反射を制御することにより、光学シート３２を通して光が出射するか否かを制御する。第１電極４８と第２電極４９としては、例えば、ＩＴＯ透明電極を用いることができる。絶縁層８１としては、例えば、ＳｉＮ膜を用いることができる。液晶層８０としては、誘電率異方性が正のものを用いることができる。これより、光学シート３２を直接液晶保持基板とすることができ、より簡便な構成を実現することができる。
　図１３、図１４は、光学シート３２の変形例を示す模式図である。図１３に示す変形例では、光学シート３２が光学層３２－１と３２－２の二層からなる。光学層３２－１は、導光体６と光学的に接着されており、上側にプリズム形状を有する。一方、光学層３２－２は、光学層３２－１と対向するようにプリズム形状を有する。光学層３２－１から出射した光は、光学層３２－２によりその方位を曲げられて、表示面に対して垂直な方位と近い方位に出射する。より具体的には、導光体６が屈折率ｎ１を有する下層と屈折率ｎ２を有する上層とを有し、導光体６の上層上に屈折率ｎ２を有する光学層３２－１が設けられており、この導光体６の上層の屈折率ｎ２を変化させることにより、光学層３２－１から出射する光の全反射条件を制御する。また、図１３の光学層３２－２を省略した変形例も可能である。この場合、導光体６の上層（屈折率ｎ２）を通過した光が光学層３２－１0のプリズムで反射し、図中下方向に光が出射するように光学的に設計する。この場合、導光体６は、実際には上下反対に設置し、光が液晶パネル側に出射するようにして使用することとなる。
　図１４に示す変形例では、光学シート３２が導光体６と光学的に接着されており、上側に広がった形状を有している。その平面形状としては、図１４の左側に示すようなストライプ状であってもよく、また、図１４の右側に示すような円錐状でもよい。その開き角（図中のq）は、３０～６０度に設定するのが好ましく、特に４５度に設定するのが好ましい。図１４に示す変形例においても、図１３に示す変形例と同様に、導光体６が屈折率ｎ１を有する下層と屈折率ｎ２を有する上層とを有し、この導光体６の上層の屈折率ｎ２を変化させることにより、光学層３２から出射する光の全反射条件を制御する。
　図１５は、図８に示す光学素子の変形例を示す模式図である。図１５に示す光学素子は、図８に示す光源５１と光路変換素子７３との間に偏光変換素子８２を設けた点のみが図８に示す光学素子と異なる。偏光変換素子８２としては、３Ｍ社製のＤＢＥＦなどを用いることができる。偏光変換素子８２は、光源からの光をＳ波などに変換する。これにより、透明基板５２中に入射する光の偏光方向が一方向になり、全反射条件を満たすか満たさないかの選択が容易になる。また、出射光の出射方位が揃い、出射光が表示用液晶パネルに対してより垂直に入射することができる。
　本発明は、照明光の光量をエリア毎に制御するエッジライト方式の照明装置の分野、及び、このような照明装置を備えた液晶表示装置の分野に利用することができる。
　１　　液晶表示装置
　２　　液晶パネル
　３、７、８、９　　バックライトユニット（照明装置）
　６　　導光体
　６ａ　　導光体の光出射面
　４３　　第１電極
　４４　　第２電極
　４５　　高分子ネットワーク型液晶層
　４８　　第１電極
　４９　　第２電極
　５１、５１１、５１２、５１３、５１４、５１５　　光源
　５２　　透明基板
　５２ａ　　透明基板の光入射面
　５３　　光学素子
　７０　　光学素子
　７１　　放物面鏡
　７２　　平行化レンズ
　７３　　光路変換素子
　７４　　光学素子
　７５　　平行化レンズ
　７６　　拡散レンズ
　８０　　液晶層
　８１　　絶縁層
　８２　　偏光変換素子
　４０１，４０２，４０３，４０４，４０５　　切り換え領域
　５０１、５０２、５０３、５０４、５０５　　伝播領域

Claims (14)

  1. 　導光体と、
    　前記導光体の端面に沿って配列された複数の光源と、
    　前記光源から出射した光を平行化して前記導光体の内部に入射させる光学素子と、
    　前記導光体において該導光体の内部を伝播する光の伝播方向に沿って設けられ、各々が、前記導光体の内部を伝播する光を導光体の外部に出射させない非点灯状態と、前記導光体の内部を伝播する光を導光体の外部に出射させる点灯状態と、を切り換え可能な複数のストライプ状の切り換え領域と、を備えている照明装置。
  2. 　前記非点灯状態は、前記導光体の内部を伝播する光を散乱しない非散乱状態であり、前記点灯状態は、前記導光体の内部を伝播する光を散乱する散乱状態である請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記切り換え領域は、高分子ネットワーク型液晶層と、前記高分子ネットワーク型液晶層の内部に電界を発生させ、前記高分子ネットワーク型液晶層の散乱状態と非散乱状態とを切り換える電界発生手段と、を備えている請求項２に記載の照明装置。
  4. 　前記高分子ネットワーク型液晶層は、電界非印加時に非散乱状態となり、電界印加時に散乱状態となるリバースモードの高分子ネットワーク型液晶層である請求項３に記載の照明装置。
  5. 　前記電界発生手段は、前記光源の配列方向に沿ってストライプ状に延びる第１電極と、前記複数の第１電極と前記高分子ネットワーク型液晶層を挟んで対向配置された第２電極と、を備えている請求項３又は４に記載の照明装置。
  6. 　前記電界発生手段は、前記光源の配列方向に隣接して配置された一対のストライプ状の電極を備えている請求項３又は４に記載の照明装置。
  7. 　前記光学素子はフレネルレンズである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。
  8. 　前記光学素子は、前記光源の位置を焦点位置とする放物面鏡と、前記放物面鏡に入射されない前記光源からの光を平行化する平行化レンズと、前記導光体の光出射面と平行な方向に直進する光を折り曲げ、前記導光体の光出射面おいて全反射が生じる角度で出射する光路変換素子と、を備えている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。
  9. 　前記光学素子は、前記光源から出射した光を拡散させる拡散レンズと、前記拡散レンズによって拡散された光を前記光源の配列方向において平行化する平行化レンズと、を備えている請求項１ないし６のいずれか1項に記載の照明装置。
  10. 　前記光学素子は、前記導光体の光出射面と平行な方向に直進する光を折り曲げ、前記導光体の光出射面おいて全反射が生じる角度で出射する光路変換素子を備えている請求項７又は９に記載の照明装置。
  11. 　前記光路変換素子は、前記導光体の光入射面を加工して形成されている請求項１０に記載の照明装置。
  12. 　前記光路変換素子は、前記光源と対向する面に溝が形成され、前記溝は、前記光源の配列方向と直交する面で切った断面がＶ字状の傾斜面を有する溝であり、前記断面における前記傾斜面と平行な線と前記光の直進方向との成す角が３０°未満である請求項８、１０、１１のいずれか１項に記載の照明装置。
  13. 　前記光源は、発光ダイオードである請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の照明装置。
  14. 　請求項１ないし１３のいずれか1項に記載の照明装置と、前記照明装置の導光体の光出射面と対向して配置された液晶パネルと、を備えている液晶表示装置。
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