JP4436752B2 - 光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は光源装置およびこの光源装置を用いた液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量等の特長を有するフラットパネルディスプレイとして、液晶テレビ、モニタ、携帯電話などに広く利用されている。液晶表示装置の表示方式は種々提案されているが、最も広く利用されているのは、偏光板を二枚もしくは一枚用いた方式である。また液晶表示装置では、電界により液晶層の旋光性を制御して表示を行うツイステッドネマティックモード（以下、「ＴＮモード」という）、電界により液晶層の複屈折を制御して表示を行う複屈折モード（以下、「ＥＣＢモード」という）、またはＴＮモードとＥＣＢモードとを組み合わせたミックスモードなどが主に使用されている。

しかしながら、これらのモードを利用した液晶表示装置では、総じて光の利用効率が１０％以下と非常に低い。利用効率を大きく減じている主な原因は、偏光板と吸収型カラーフィルタを使用していることである。偏光板を使用した場合、４５％程度の光しか利用できない。また吸収型カラーフィルタを使用した場合、カラーフィルタの濃度によるが、通常３０％程度の光しか利用できない。

そこで、光の利用効率を向上させるために、光の利用効率を著しく下げる偏光板やカラーフィルタを使用しない方式として、さまざまな方式が提案されている。カラーフィルタを使用しない方式としては、ゲストホスト方式、コレステリック液晶を利用した方式、フィールドシークエンシャル方式、色を変換する蛍光体を利用した方式、回折格子やホログラムなどの分光素子を利用する方式が挙げられる。

しかしながら、ゲストホスト方式やコレステリック液晶を利用した方式では、コントラスト比が低くなったり、駆動電圧が高くなったりなどの問題が生じる。フィールドシークエンシャル方式や色を変換する蛍光体を利用した方式では、駆動部位に従来の液晶層を用いる点で有利である。ただし、フィールドシークエンシャル方式は、原理的にカラーブレーキングの問題が生じる点で不利である。また、色を変換する蛍光体を利用した方式は、蛍光体と液晶層の間に偏光板を配置する必要があるので、視差が生じ、表示の見栄えが悪いという問題がある。

回折格子やホログラムなどの分光素子を利用した液晶表示装置は、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の液晶表示装置では、波長に応じて異なる回折角で入射光を回折する単層のホログラムをバックライト入射側に配置して、前記ホログラムによって回折分光された赤、緑、及び、青の波長成分を、対応する色相を表示する画素に入射させるようにしている。
特許第３４０００００号公報

しかし、回折格子やホログラムなどの分光素子は、入射光の入射角によって光学特性が大きく変化する。したがって、特許文献１に開示された液晶表示装置のように、赤、緑、及び、青の波長成分を、対応する色相を表示する画素に効率的に入射させるには、入射光が略平行光である必要がある。しかし、現在一般的に使用されている液晶表示装置用のバックライトでは拡散度が高く、平行光にはほど遠い。そのため、特許文献１に開示された液晶表示装置では、分光素子の特性を有効に利用することができず、赤、緑、及び、青の波長成分を、対応する色相を表示する画素に効率的に入射させることができない。

本発明の目的の１つは、分光素子を使用することなく分光された光を、それぞれに対応する色相を表示する画素へ集光させることである。本発明の他の目的は、カラーフィルタでの光の吸収を最小限に抑え、光利用効率の高い液晶表示装置を実現することである。本発明のさらなる他の目的は、カラーフィルタを使用せずにカラー表示が可能な液晶表示装置を実現することである。

本発明の光源装置は、複数の光源と、前記複数の光源からそれぞれ発せられた複数の色光を被照射物へ出射させる導光体とを備える。前記導光体は、前記複数の色光を略平行光として色光ごとに異なる所定の方向へ反射させる放物面となる反射部を有する。前記複数の光源は、第１色光を発する第１光源と、前記第１色光と異なる第２色光を発する第２光源と、前記第１色光および前記第２色光と異なる第３色光を発する第３光源とから構成されている。前記第１光源は、発光点の中心が前記放物面の焦点と一致するように構成されている。前記第２光源は、発光点の中心が前記放物面の焦点と一致しないように、且つ前記第１光源に隣り合うように設けられている。前記第３光源は、発光点の中心が前記放物面の焦点と一致しないように、且つ前記第２光源と反対側に前記第１光源に隣り合うように設けられている。なお、本明細書において「略平行光」は平行光だけでなく、所定の角度だけ傾いた、平行光に近い光を包含する。

本発明によれば、液晶表示素子などの被照射物に対して、複数の色光を略平行光として色光ごとに異なる所定の方向へ出射させることができる。したがって、ある色相の色光を、対応する色相を表示する画素へ効率的に集光させることができる。

また、前記光源は、第１色光を発する第１光源と、前記第１色光と異なる第２色光を発する第２光源と、前記第１色光および前記第２色光と異なる第３色光を発する第３光源とから構成されているので、前記第１ないし第３光源は、前記反射部によって前記第１ないし第３色光がそれぞれ異なる方向に反射される。したがって、分光素子を特に使用することなく、分光された光を得ることができ、第１ないし第３色光（例えばＲＧＢの光）を、それぞれに対応する色相を表示する画素へ集光させることができる。

本発明の光源装置は直下型バックライトの態様を含む。この局面の光源装置において、前記複数の光源はそれぞれ線光源であっても良い。また、前記反射部は、前記線光源の長手方向に平行な線を法線とする仮想平面により切断された切断面が放物線を描くことが好ましい。

本発明の光源装置はサイド（エッジ）型バックライトの態様をも含む。この局面の光源装置において、前記複数の光源はそれぞれ点光源であっても良い。また、前記導光体は、前記複数の色光を略平行光として出射する第１導光体と、前記第１導光体から出射された前記略平行光を前記被照射物へ出射する第２導光体とを有していても良い。この場合、前記第１導光体は前記反射部を有しており、前記第２導光体は前記反射部から入射された前記略平行光と前記被照射物への出射光とがなす角度を色光ごとに所定の角度に制御する制御部を有することが好ましい。

本発明は液晶表示装置をも提供する。本発明の液晶表示装置は、本発明の光源装置と、複数の画素を有する液晶表示素子と、前記光源装置と前記液晶表示素子との間に介在し、前記光源装置から出射された前記複数の色光を、対応する色相を表示する前記画素へそれぞれ集光させる集光素子とを備える。液晶表示素子は、複数の色相のカラーフィルタを有していても良い。

本発明の液晶表示装置によれば、本発明の光源装置によって、ある色相の色光を、対応する色相を表示する画素へ効率的に集光させることができるので、光利用効率の非常に高い液晶表示装置を実現することができる。

本発明の液晶表示装置において、前記複数の画素のうち少なくとも１つの画素は、外光を反射する反射領域と、前記光源装置からの光を透過させる透過領域とを有していても良い。この場合、前記集光素子は前記色光を前記透過領域へ集光させることが好ましい。これにより、バックライトを用いた、光利用効率の非常に高い透過表示のほか、外光等による反射表示も可能となる。したがって、暗所明所を問わず、良好な表示が可能な液晶表示装置を実現することができる。

なお、本明細書において、表示の最小単位を「画素」と呼ぶ。例えばカラー液晶表示装置においては、異なる複数の色相の画素が１つの「絵素」を構成する。典型的には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３の画素が１つの「絵素」を構成する。

本発明によれば、分光素子を使用することなく分光された光を、それぞれに対応する色相を表示する画素へ集光させることができる。また、本発明の他の局面において、光利用効率の高い液晶表示装置を実現することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されない。なお、同族的な構成要素を総括的に表すために、参照符号の英字を省略して、参照符号の数字のみを表記することがある。例えば、第１および第２導光体１ａ，１ｂを総括的に導光体１と表記することがある。

（実施形態１）
図１は本実施形態の液晶表示装置を模式的に示す斜視図である。本実施形態の液晶表示装置は、面光源装置ＢＬと、カラーフィルタ１３，１４，１５を有する液晶表示素子１０とを備える。まず、面光源装置ＢＬについて説明する。

図２は面光源装置ＢＬを模式的に示す斜視図である。面光源装置ＢＬは、複数の点光源３と、複数の点光源３からそれぞれ発せられた複数の色光を被照射物としての液晶表示素子１０へ出射させる導光体とを備える。より具体的には、面光源装置ＢＬは、それぞれ曲面を有する透明な２つの第１導光体１ａ，１ｂと、それぞれの第１導光体１ａ，１ｂに設けられた３色のＬＥＤ（発光ダイオード）３と、第１導光体１ａ，１ｂから出射された光を外部（液晶表示素子１０側）に出射する平板状の第２導光体４とを有する。３色のＬＥＤ３は、赤色を発光する赤色ＬＥＤ３ａと、緑色を発光する緑色ＬＥＤ３ｂと、青色を発光する青色ＬＥＤ３ｃとから構成されている。第２導光体４の底面（液晶表示素子１０側に対して反対側の面）には、第２導光体４の内部を導光する光を第２導光体４の外部に出射するプリズム５が形成されている。

図３は一方の第１導光体１ａの平面図であり、図３（ａ）は緑色光の光路を、図３（ｂ）は赤色光の光路を、図３（ｃ）は青色光の光路をそれぞれ示している。第１導光体１ａは４つの面２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを有している。面２ｄは、接着材等を用いてＬＥＤ３が固定され、ＬＥＤ３からの発光が入射する光入射部である。光入射部２ｄに対向する面２ａは、ＬＥＤ３から出射された光を反射する光反射部であり、銀やアルミニウム等の金属が蒸着され、あるいはアルミニウム箔等の金属薄膜が接着されて形成されている。面２ｃは、光反射部２ａにより反射された光が第２導光体４へ出射する光出射部である。３つの面２ａ，２ｃ，２ｄは、研磨加工（鏡面加工）などを施すことによって、平坦度を高くすることが好ましい。なお、第１導光体１ａ，１ｂは、透明性の高いアクリル樹脂を使用して、射出成形法によって作製することができる。

光反射部２ａは、平坦度が高い鏡面である場合は、緑色ＬＥＤ３ｂの発光点の中心を焦点とする放物面となる。これにより、図３（ａ）に示すように、緑色ＬＥＤ３ｂからの発光は、光反射部２ａで反射されて、光出射部２ｃの法線方向に平行な平行光として光出射部２ｃから出射する。一方、赤色ＬＥＤ３ａは、発光点の中心が光反射部２ａの放物面の焦点と一致しないよう配置されており、図３（ｂ）に示すように、赤色ＬＥＤ３ａから出射した光は、光反射部２ａによって反射して、光出射部２ｃの法線方向からある角度θａだけ傾いた、平行光に近い光として出射する。同様に、青色ＬＥＤ３ｃも、発光点の中心が光反射部２ａの放物面の焦点と一致しないよう配置されており、図３（ｃ）に示すように、青色ＬＥＤ３ｃから出射した光は、光反射部２ａによって反射して、光出射部２ｃの法線方向からある角度θｃだけ傾いた、平行光に近い光として出射する。

次に、図４を参照しながら、ＬＥＤ３の発光点の中心位置と、光出射部２ｃから出射する光の角度θａおよびθｃとの関係を説明する。図４（ａ）は第１導光体１ａのＸＹ座標系を示す図であり、図４（ｂ）はこの座標系におけるＬＥＤ３の配置と出射光の出射角θとの関係を示すグラフである。第１導光体１ａのＸＹ座標系は、緑色ＬＥＤ３ｂの発光点の中心位置を原点として、光出射部２ｃに平行な方向をＸ軸、面２ｂに平行な方向をＹ軸として、原点から光反射部２ａに近づく方向をそれぞれ正とした。なお、図４（ａ）に示す一方の第１導光体１ａでは紙面の右方向がＸ軸の正方向となるが、他方の第１導光体１ｂでは紙面の左方向がＸ軸の正方向となる。

図４（ａ）に示す第１導光体１ａにおいて、緑色ＬＥＤ３ｂの発光点の中心位置（すなわちＸＹ座標系の原点）からＹ軸と光反射部２ａとの交点までの距離をｆとすると、光反射部２ａの理想的な放物線は、次式で表される。

Ｙ＝ｆ−Ｘ^２ ／４ｆ
図４（ｂ）に示すグラフは、任意の座標に発光点がある場合について、光出射部２ｃから出射する光の角度（平面視において光出射部２ｃの法線に対してなす角度）の平均値をプロットしたものである。なお、図４（ｂ）は、上記の距離ｆが１０ｍｍの場合を示している。

この図４（ｂ）を用いることにより、必要とされる光の出射角に応じて、各色のＬＥＤ３を配置する位置が決定される。本実施形態では、赤色ＬＥＤ３ａをＸ＝−０．４４ｍｍ、Ｙ＝０．４４ｍｍの位置に、青色ＬＥＤ３ｃをＸ＝０．４４ｍｍ、Ｙ＝−０．４４ｍｍの位置にそれぞれ配置することにより、それぞれθａ＝４゜、θｃ＝−４゜傾いた略平行光が出射する。

図２および図３に示すように、２つの第１導光体１ａ，１ｂは、光反射部２ａと光出射部２ｃとが交差する辺を共通するように、第２導光体４の光入射面に並べて配置されている。他方の第１導光体１ｂは一方の第１導光体１ａと同じ構造を有するが、２つの第１導光体１ａ，１ｂからそれぞれ出射された同じ色相の光を平行にするために、他方の第１導光体１ｂでは、赤色ＬＥＤ３ａと青色ＬＥＤ３ｃの位置を入れ替えている。つまり、赤色ＬＥＤ３ａをＸ＝０．４４ｍｍ、Ｙ＝−０．４４ｍｍの位置に、青色ＬＥＤ３ｃをＸ＝−０．４４ｍｍ、Ｙ＝０．４４ｍｍの位置にそれぞれ配置している。

図５は本実施形態の面光源装置ＢＬを光の導光方向に切断した模式的な断面図である。第２導光体４は、第１導光体１から出射した光が入射する光入射部（側面）４ａと、液晶表示素子１０側へ光を出射する光出射部４ｂ（上面）と、第２導光体４の内部に閉じ込められた光を光出射部４ｂへ反射する光反射部（底面）４ｃとを有する。第２導光体４の光反射部４ｃには、第２導光体４の内部を導光する光を第２導光体４の外部に出射するプリズム５が形成されている。プリズム５は、言い換えれば、第１導光体１の光反射部２ａから入射された略平行光と液晶表示素子１０への出射光とがなす角度を色光ごとに所定の角度に制御する制御部である。

光出射部４ｂおよび光反射部４ｃは、研磨加工（鏡面加工）などを施すことによって、光が散乱せず全反射しながら導光できるように加工されている。第２導光体４は、透光性の高いアクリル樹脂を使用し、プリズム５に相当する突出部が切削により形成された金型を用いて、射出成形法によって作製することができる。接着材等を用いて、第１導光体１ａ，１ｂの光出射部２ｃと第２導光体４の光入射部４ａとを接合させて、両部材２ｃ，４ａの間に空気層が介在しないように密着固定することにより、本実施形態の面光源装置ＢＬを作製することができる。

第１導光体１ａ，１ｂの光出射部２ｃから出射した光は、第２導光体４の光入射部４ａに入射し、全反射しながら第２導光体４内部を導光する。光反射部４ｃに形成されたプリズム５に入射した光６は、第２導光体４内を全反射しない角度に反射され、光出射部４ｂから第２導光体４の外へ出射する。

プリズム５は、光入射部４ａに入射した光の進行方向に対して交差する方向（典型的には略直交する方向）に延びている。したがって、光入射部４ａの法線方向と略同じ方向に入射する緑色の色光６ｂは、光出射部４ｂの法線方向と略同じ方向に出射する。一方、赤色の色光６ａおよび青色の色光６ｃは、光入射部４ａの法線方向に対してそれぞれ角度θａおよび角度θｃだけ傾いて第２導光体４内を導光するので、図２に示すように、光出射部４ｂの法線方向に対してそれぞれ角度θａおよび角度θｃだけ傾いて出射する。すなわち、ＬＥＤ３から出射された色光は非常に指向性の高い光６として第２導光体４外へ出射する。この出射光が液晶表示素子１０に入射し、表示光として用いられる。

図６は本実施形態の面光源装置ＢＬによる色光の分光特性を示すグラフである。図６に示すグラフの横軸はプリズム５が延びる方向に平行な方向に対する極角を示す。図６に示すように、青色の色光６ｃのピークは約−４゜に、緑色の色光６ｂのピークは約０゜に、赤色の色光６ａのピークは約４゜にあることから、それぞれ指向性の非常に高い光として分光出射する面光源装置ＢＬを作製できたことが分かる。

なお、図示はしていないが、プリズム５の形成密度を面内で異なるようにしても良い。例えば、光入射部４ａ側ではプリズム５の形成密度を低くして、その反対側へ向かうにしたがって徐々に形成密度を高くしても良い。これにより、表示光の強度を面内で均一化することができる。また、出射光６の出射方向は、光出射部４ｂに対して垂直に近いことが望ましいので、光出射部４ｂ上にプリズムシート等を積層して、出射光６の方向を変えても良い。

次に、液晶表示素子１０について図７を参照しながら説明する。図７は液晶表示素子１０の断面を模式的に示す断面図である。本実施形態の液晶表示素子１０は、液晶の配向モードがＴＮモードであり、マトリクス状に配列された複数の画素を有する。液晶表示素子１０は、素子基板と、カラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板と、両基板間に介在する液晶層２０とを有する。素子基板は、ガラス板や高分子フィルムからなる第１透明基板１２と、第１透明基板１２上に形成された薄膜トランジスタ（不図示）と、薄膜トランジスタに接続され、マトリクス状に配列された透明画素電極１９ａと、透明画素電極１９ａを覆う配向膜（不図示）とを有する。カラーフィルタ基板は、ガラス板や高分子フィルムからなる第２透明基板１１と、第２透明基板１１上に形成された赤，緑，青のカラーフィルタ13,14,15と、各色相のカラーフィルタ間に形成されたブラックマトリクス１６と、カラーフィルタ13,14,15およびブラックマトリクス１６上に形成された透明全面電極１９ｂと、透明全面電極１９ｂを覆う配向膜（不図示）とを有する。

第１透明基板１２の外側面（観察者側の面）には拡散層２２および第１偏光板２１ｂが形成され、第２透明基板１１の外側面（面光源装置に対向する面）には第１偏光板２１ｂの偏光軸に対して略直交する偏光軸を有する第２偏光板２１ａが形成されている。

素子基板およびカラーフィルタ基板はフォトリソグラフィ法や印刷法などにより形成することができる。素子基板とカラーフィルタ基板とを、両電極１９ａ，１９ｂ面が向かい合うように、数μｍの間隔を隔てて貼り合せた後、両基板間に液晶材料を充填して液晶層２０を形成する。さらに、拡散層２２および一対の偏光板２１ａ，２１ｂを貼り合わせることにより、本実施形態の液晶表示素子１０を形成することができる。

赤，緑，青のカラーフィルタ13,14,15は、この順序にて、プリズム５が延びる方向にストライプ状に配列されている。透明画素電極１９ａと、透明全面電極１９ｂと、赤，緑，青（ＲＧＢ）のカラーフィルタ13,14,15とにより各色相の画素が規定される。但し、厳密には、表示すべき状態に応じて電圧が印加される領域のうち、ブラックマトリクス１６の開口部に対応する各色相の領域が画素領域となる。両電極１９ａ，１９ｂ間の印加電圧を変更することによって、画素ごとの液晶分子の配向状態が変化する。これにより、光の透過状態と非透過状態を変化させることができるので、対応する色相の強度を画素ごとに調整することができる。

面光源装置ＢＬと液晶表示素子１０との間、具体的には第２偏光板２１ａの外側面（面光源装置に対向する面）には、集光素子としてのレンズアレイが形成されている。レンズアレイとしては、縦横方向に集光機能を有する椀状のマイクロレンズアレイ、もしくは縦横いずれか一方向のみ集光機能を有する蒲鉾状のレンティキュラーレンズが好適に用いられる。以下、レンズアレイとしてレンティキュラーレンズ１７を用いた場合について説明する。

図８はレンティキュラーレンズ１７の配置を示す平面図である。図１および図８に示すように、ＲＧＢの３列のカラーフィルタ13,14,15毎に、一つのレンティキュラーレンズ１７が配置されている。図９はレンティキュラーレンズ１７の作用を説明するための模式的断面図である。図９（ａ）に示すように、第１透明基板１２の法線方向から入射した緑色の色光６ｂは、緑色のカラーフィルタ１４が配置された画素へ入射する。一方、図９（ｂおよび図９（ｃ）に示すように、第１透明基板１２の法線方向から傾いて入射する赤色の色光６ａおよび青色の色光６ｃは、赤色のカラーフィルタ１３が配置された画素および青色のカラーフィルタ１５が配置された画素へそれぞれ入射する。

ＲＧＢのカラーフィルタ13,14,15は、それぞれの色に対応する光だけ透過させ、他の色は吸収する。したがって、第１透明基板１２の法線方向から入射し、Ｇの画素に入射する光を緑色の色光６ｂに、第１透明基板１２の法線方向から傾いて入射し、Ｒの画素に入射する光を赤色の色光６ａに、第１透明基板１２の法線方向から傾いて入射し、Ｂの画素に入射する光を青色の色光６ｃにそれぞれ設定することによって、カラーフィルタで吸収される光の割合を最小限にとどめることができる。

ＲおよびＢの画素に入射する光の入射角は、画素ピッチと、レンティキュラーレンズ１７から画素までの距離と、レンティキュラーレンズ１７の曲率半径とによって決定される。本実施形態では、画素ピッチを５１μｍとし、レンティキュラーレンズ１７から画素までの距離を１．１ｍｍとし、レンティキュラーレンズ１７の曲率半径を０．３８ｍｍとする。

レンティキュラーレンズ１７は、例えば、長手方向に連続した凹面が形成されたロール状の金型を用いてロール成形することで容易に製造することができる。こうして得られたレンティキュラーレンズ１７を液晶表示素子１０と同じ大きさに切り出した後、レンティキュラーレンズ１７の頂点がＧの画素の光透過領域の中心に一致するように精密に位置合わせして、接着材等を用いて固定する。

こうして得られた液晶表示素子１０を上記の面光源装置ＢＬ上に積層すると、上記面光源装置ＢＬから出射するＲＧＢの光は、液晶表示素子１０のＲＧＢの画素へそれぞれ適切に入射し、ほぼ吸収されることなくＲＧＢのカラーフィルタを透過することができる。

液晶表示装置を斜め方向から見た場合、分光されたＲＧＢの色が完全に混色せず、特定の色が強く見えることがある。しかし、本実施形態の液晶表示装置は拡散層２２を有するので、その影響を緩和することができる。なお、表示画像のボケを防止するために、液晶層２０と拡散層２２の距離は短いほうが好ましい。

（比較例）
レンティキュラーレンズ１７を配置しないことを除いて、実施形態１と同様にして作製した液晶表示素子と、現在一般的に使用され、白色の光を出射するサイド（エッジ）型のバックライト（面光源装置）とを積層して、液晶表示装置を比較例として製造した。実施形態１および比較例について輝度測定を行ったところ、実施形態１では比較例と比べて約２．５倍の輝度向上効果が得られた。その理由は、比較例では面光源装置から出射する白色の光が、液晶表示素子が有する各色相のカラーフィルタを均等に照射するので、カラーフィルタによる吸収が大きいのに対して、実施形態１ではカラーフィルタで吸収される光を最小限にとどめることができたからである。

（実施形態２）
実施形態１ではレンズアレイとしてレンティキュラーレンズ１７を用いた場合について説明したが、レンティキュラーレンズの代わりにマイクロレンズアレイを使用しても良い。図１０は本実施形態のマイクロレンズアレイ１８の配置を示す平面図である。図１０に示すように、ＲＧＢの３画素ごとに一つのマイクロレンズが配置される。マイクロレンズアレイ１８は、例えば切削加工によって金型を作製し、その金型を用いて射出成形することで作製することができる。

マイクロレンズアレイ１８を使用した場合、高解像度の液晶表示装置、透過モード及び反射モードによる表示が可能である半透過型液晶表示装置などについて高い輝度向上効果が得られる。特に、光透過領域の開口率が低い液晶表示装置について、より高い輝度向上効果が得られる。半透過型液晶表示装置において、少なくとも１つの画素は、外光を反射する光反射領域と、面光源装置からの光を透過させる光透過領域とを有する。マイクロレンズアレイ１８は、面光源装置ＢＬから出射された色光を、対応する色相を表示する画素の透過領域へ集光させる。

（実施形態３）
図１１は実施形態３の液晶表示素子１０の断面を模式的に示す断面図である。本実施形態の液晶表示素子１０は、拡散層２２の代わりにプリズムシート２３を有する。なお、実施形態１と同一の構成要素には同一の参照符号を付すことにより、同じ参照符号の構成要素についての説明を省略する。

図１１に示すように、プリズムシート２３は高屈折率の樹脂２３ａと低屈折率の樹脂２３ｂとの積層体からなり、その境界面において光が屈折する作用を有する。このプリズムシート２３の屈折率および傾斜角度を各色相の画素において適切に設計することによって、ＲＧＢに分光された光をそれぞれ正面方向に屈折させ、効果的に混色することができる。

例えば、ＲおよびＢの画素に対応する領域に、高屈折率樹脂としてポリチオウレタン系の樹脂（屈折率１．６）と、低屈折率樹脂としてフッ素系の樹脂（屈折率１．３４）とを用いたプリズム（傾斜角度１６゜）を配置することで、ＲＧＢの光をそれぞれ正面方向に屈折させ、効果的に混色することができる。なお、表示画像のボケを防止するために、液晶層２０とプリズムシート２３の距離は短いほうが好ましい。

（実施形態４）
第１導光体１の形状は、実施形態１のものに限定されず、ＬＥＤ３から発する光が第１導光体１の光出射部から略平行光として出射するならば、他の形状でもよい。図１２は実施形態４の面光源装置ＢＬを模式的に示す斜視図である。図１２に示す第１導光体１ａ，１ｂでは、それぞれの光出射部に３つのＬＥＤ３が形成されている。実施形態１と同様に、第１導光体１ａ，１ｂの光反射部は放物面であり、その焦点に緑色ＬＥＤ３ｂの発光点の中心が位置する。本実施形態によれば、実施形態１に比して、第１導光体１ａ，１ｂを小さくすることができるので、携帯電話や携帯情報端末に要求されている小型化に対応することができる。

（実施形態５）
実施形態１〜４では、本発明の光源装置をサイド（エッジ）型バックライトに適用した場合について説明したが、本発明の光源装置は直下型バックライトにも適用することができる。本実施形態では、直下型の面光源装置ＢＬを有する液晶表示装置について説明する。図１３は本実施形態の液晶表示装置の断面を模式的に示す斜視図である。なお、図１３に示す液晶表示素子１０は上記の実施形態１で説明したものと同様であるので、液晶表示素子１０の説明を省略する。

面光源装置ＢＬは、それぞれ長手方向に延びる複数の線光源２４と、複数の線光源２４からそれぞれ発せられた複数の色光を被照射物としての液晶表示素子１０へ出射させる導光体とを備える。より具体的には、面光源装置ＢＬは、それぞれ曲面を有する透明な複数（図１３では３つ）の導光体２５と、液晶表示素子１０に対向する側の導光体２５の面（以下、上面とも言う。）にそれぞれ設けられた３色の蛍光灯２４とを有する。３色の蛍光管２４は、赤色を発光する赤色蛍光管２４ａと、緑色を発光する緑色蛍光管２４ｂと、青色を発光する青色蛍光管２４ｃとから構成されている。

導光体２５の底部２６は、蛍光管２４から出射された光を反射する光反射部である。導光体２５は、透明性の高いアクリル樹脂を使用して、射出成形法などによって作製することができる。導光体２５の底部に、銀やアルミニウム等の金属を蒸着することにより、あるいはアルミニウム箔等の金属薄膜を接着することにより、光反射部２６が形成される。導光体２５は蒲鉾状の形状を有しており、光反射部２６は蛍光管２４の長手方向に平行な線を法線とする仮想平面により切断された切断面が放物線を描く。

光反射部２６は放物面であり、上記仮想平面により切断された切断面において、緑色蛍光管２４ｂの発光点の中心を焦点とする放物線を描く。言い換えれば、放物面の光反射部２６の焦点と、緑色蛍光管２４ｂの発光点の中心とが一致している。これにより、図１３に示すように、緑色蛍光管２４ｂからの発光は、光反射部２６で反射されて、上面の法線方向に平行な平行光として出射する。一方、赤色蛍光灯２４ａは、発光点の中心が光反射部２６の放物面の焦点と一致しないよう配置されており、図１３に示すように、赤色蛍光灯２４ａから出射した光は、光反射部２６によって反射して、上面の法線方向からある角度だけ傾いた、平行光に近い光として出射する。同様に、青色蛍光灯２４ｃも、発光点の中心が光反射部２６の放物面の焦点と一致しないよう配置されており、図１３に示すように、青色蛍光灯２４ｃから出射した光は、光反射部２６によって反射して、上面の法線方向からある角度だけ傾いた、平行光に近い光として出射する。すなわち、光反射部２６によって、ＲＧＢの光が分光され、分光されたＲＧＢの色光が略平行光として色光ごとに異なる所定の方向へ反射される。

したがって、実施形態１と同様に、ＲＧＢの３列のカラーフィルタ13,14,15毎に配置されたレンティキュラーレンズ１７に対して、第１透明基板１２の法線方向から入射した緑色の色光６ｂは、緑色のカラーフィルタ１４が配置された画素へ入射する。一方、図１３に示すように、第１透明基板１２の法線方向から傾いて入射する赤色の色光６ａおよび青色の色光６ｃは、赤色のカラーフィルタ１３が配置された画素および青色のカラーフィルタ１５が配置された画素へそれぞれ入射する。

すなわち、本実施形態の面光源装置ＢＬ上に、実施形態１と同様の液晶表示素子１０を積層することにより、面光源装置ＢＬから出射するＲＧＢの光は、液晶表示素子１０のＲＧＢの画素へそれぞれ適切に入射し、殆ど吸収されることなくＲＧＢのカラーフィルタを透過することができる。

なお、導光体２５の数はレンティキュラーレンズ１７の数とは無関係であり、使用する蛍光管２４の本数に従って、設置する導光体２５の数を決定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲に限定されない。上記実施形態が例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せに、さらにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、実施形態１〜５では、適切に分光されなかった光を遮断するために、液晶表示素子１０がカラーフィルタ13,14,15を有する。しかし、本発明の面光源装置は、光源から出射された複数の色光を、それぞれに対応する色相を表示する画素へ集光させることができるので、液晶表示素子がカラーフィルタを有していなくても、カラー表示が可能な液晶表示装置を実現することができる。

また、実施形態１〜５ではＧの画素をレンズの中心に配置したが、もちろんこれに限られることはなく、画素の表示色と分光された面光源装置の光の色相が対応するのであれば、ＲＧＢの画素の順番は入れ替わっても良い。また、実施形態１〜５ではＲＧＢの３色の光を発光する光源を用いているが、色相の種類や色相の数はこれに限定されない。例えば、ＲＧＢにシアン、マゼンタ、黄色等の他の色相を加えて、４色または５色以上の色相の光を用いても良い。さらに、実施形態１〜５ではＲＧＢの３色のうち１色の光源が放物面の焦点に位置しているが、いずれの色相の光源も放物面の焦点からずれていても良い。また、実施形態１〜５では、集光素子としてレンズアレイを用いているが、ホログラム回析格子を集光素子として用いても良い。

本発明の面光源装置は、液晶表示装置のバックライトとして利用することができる。また本発明の液晶表示装置は各種の電気機器に利用することができる。例えば、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance ）、パーソナルコンピュータ、薄型テレビ、医療用ディスプレイ、カーナビゲーションシステム、アミューズメント機器などに利用することができる。

実施形態１の液晶表示装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態１の面光源装置ＢＬを模式的に示す斜視図である。 一方の第１導光体１ａの平面図である。 図４（ａ）は第１導光体１ａのＸＹ座標系を示す図であり、図４（ｂ）はこの座標系におけるＬＥＤ３の配置と出射光の出射角θとの関係を示すグラフである。 実施形態１の面光源装置ＢＬを光の導光方向に切断した模式的な断面図である。 実施形態１の面光源装置ＢＬによる色光の分光特性を示すグラフである。 液晶表示素子１０の断面を模式的に示す断面図である。 レンティキュラーレンズ１７の配置を示す平面図である。 レンティキュラーレンズ１７の作用を説明するための模式的断面図である。 実施形態２のマイクロレンズ１８の配置を示す平面図である。 実施形態３の液晶表示素子１０の断面を模式的に示す断面図である。 実施形態４の面光源装置ＢＬを模式的に示す斜視図である。 実施形態５の液晶表示装置の断面を模式的に示す斜視図である。

１ａ，１ｂ 第１導光体
２ａ 光反射部
２ｃ 光出射部
２ｄ 光入射部
３ａ 赤色ＬＥＤ
３ｂ 緑色ＬＥＤ
３ｃ 青色ＬＥＤ
４ 第２導光体
４ａ 光入射部
４ｂ 光出射部
４ｃ 光反射部
５ プリズム
６ａ 色光（赤）
６ｂ 色光（緑）
６ｃ 色光（青）
１０ 液晶表示素子
１１ 第２透明基板
１２ 第１透明基板
１３ カラーフィルタ（赤）
１４ カラーフィルタ（緑）
１５ カラーフィルタ（青）
１６ ブラックマトリクス
１７ レンティキュラーレンズ
１８ マイクロレンズアレイ
１９ａ 透明画素電極
１９ｂ 透明全面電極
２０ 液晶層
２１ａ 第２偏光板
２１ｂ 第１偏光板
２２ 拡散層
２３ プリズムシート
２４ａ 赤色蛍光管
２４ｂ 緑色蛍光管
２４ｃ 青色蛍光管
２５ 導光体
２６ 光反射部（底部）
ＢＬ 面光源装置

Claims (5)

1. 複数の光源と、前記複数の光源からそれぞれ発せられた複数の色光を被照射物へ出射させる導光体とを備える光源装置であって、
   前記導光体は、前記複数の色光を略平行光として色光ごとに異なる所定の方向へ反射させる放物面となる反射部を有し、
   前記複数の光源は、第１色光を発する第１光源と、前記第１色光と異なる第２色光を発する第２光源と、前記第１色光および前記第２色光と異なる第３色光を発する第３光源とから構成され、
   前記第１光源は、発光点の中心が前記放物面の焦点と一致するように構成され、
   前記第２光源は、発光点の中心が前記放物面の焦点と一致しないように、且つ前記第１光源に隣り合うように設けられ、
   前記第３光源は、発光点の中心が前記放物面の焦点と一致しないように、且つ前記第２光源と反対側に前記第１光源に隣り合うように設けられている光源装置。
2. 前記複数の光源はそれぞれ線光源であり、前記反射部は、前記線光源の長手方向に平行な線を法線とする仮想平面により切断された切断面が放物線を描く請求項１に記載の光源装置。
3. 前記複数の光源はそれぞれ点光源であり、前記導光体は、前記複数の色光を略平行光として出射する第１導光体と、前記第１導光体から出射された前記略平行光を前記被照射物へ出射する第２導光体とを有する請求項１に記載の光源装置であって、
   前記第１導光体は前記反射部を有しており、前記第２導光体は前記反射部から入射された前記略平行光と前記被照射物への出射光とがなす角度を色光ごとに所定の角度に制御する制御部を有する光源装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置と、複数の画素を有する液晶表示素子と、前記光源装置と前記液晶表示素子との間に介在し、前記光源装置から出射された前記複数の色光を、対応する色相を表示する前記画素へそれぞれ集光させる集光素子とを備える液晶表示装置。
5. 前記複数の画素のうち少なくとも１つの画素は、外光を反射する反射領域と、前記光源装置からの光を透過させる透過領域とを有し、前記集光素子は前記色光を前記透過領域へ集光させる請求項４に記載の液晶表示装置。

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