JP4274921B2 - 照明装置およびそれを備えた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置およびそれを備えた表示装置に関し、特に液晶表示装置の照明装置として好適に用いられる照明装置および液晶表示装置に関する。

液晶表示装置などの非自発光型の表示装置は、照明装置から出射された光を表示パネルで変調することによって表示を行う。これらの照明装置（特に「平面照明装置」と呼ばれることもある。）は、表示パネルの真下に光源が配置される直下型のものと、表示パネルの真下に設けた導光板の側面に光源を配置するサイドライト方式（またはエッジライト方式）とに大別される。また、サイドライト方式には、以下の３つのタイプ（タイプＩ、ＩII、およびIII）が知られている。

タイプＩ：導光板の光出射面からの出射光が均一になるような密度で配置された拡散部を有する導光板を用いる照明装置。

タイプII：導光板の光出射面とその反対側にプリズム上の溝や微細レンズが形成されている照明装置（例えば非特許文献１）。

タイプIII：光源が導光板の角部に配置された照明装置（例えば、特許文献１および非特許文献２）。

タイプＩの照明装置は、拡散部を利用して光を光出射面から出射させているため、出射光束の広がり角が比較的大きい（指向性が低い）。これに対し、タイプIIおよびタイプIIIの照明装置は、光の反射・屈折を利用しているため、指向性が高いという特徴を有している。

なお、ここで言う「指向性」とは、照明装置から出射される光がどの程度特定の方角に対して方向性を有しているかを示すものである。例えば、後に具体例を示すように、出射光の強度分布（配光分布）における半値幅角で評価され、半値幅角が狭いものほど指向性が高い。

タイプIIのサイドライト方式の照明装置は、光の伝播方向と、伝播方向に直交する方向とにおいて、出射光の指向性が異なる。

図８（ａ）および（ｂ）を参照しながら、照明装置１０の構成および配光特性を説明する。図８（ａ）は照明装置１０を模式的に示す平面図であり、図８（ｂ）は、照明装置１０の配光分布を示すグラフである。

図８（ａ）に模式的に示すように、照明装置１０では、複数のＬＥＤ１２が導光板１４の１つの側面（入射端面）に沿って線状に配置されている。複数のＬＥＤ１２に代えて冷陰極管を用いることも出来るし、導光板１４の両側の側面にＬＥＤまたは冷陰極管を配置してもよい。

ＬＥＤ１２から出射され導光板１４の入射端面から導光板１４内に入射した光は、導光板１４中を第１の方向（図８中の矢印参照）伝播しながら、出射面（紙面に平行な面）から、表示パネルに向けて出射される。線状の光源１２は第２の方向（図中の矢印参照）に沿って配置されており、第１の方向は第２の方向に直交する。一般に導光板１４は、第１の方向（光の伝播方向）を長手方向とする長方形である。

照明装置１０の出射面から出射される光の強度分布（配光分布）は、図８（ｂ）に示すように、方向依存性を有している。図８（ｂ）の横軸は出射面法線と出射光とが成す角度であり、縦軸は出射光強度である。ここでは、取り込み角が±６０度で測定した結果を例示している。

図８（ｂ）に示したように、光の伝播方向に直交する第２方向（図８（ａ）中のＡ−Ａ’線を含み出射面に直交する面内）においては、出射光の指向性（平行度）は低く、光の伝播方向である第１方向（図８中のＢ−Ｂ´線を含み出射面に直交する面内）においては出射光の指向性が高い。

図９にタイプIIIの照明装置２０の構成を模式的に示す。照明装置２０は、導光板２４と導光板２４の角部に設けられた光源２２とを有している。光源２４から入射した光は導光板２４中を放射状に伝播する。すなわち、光源２２から出射された光は、光源２２を中心とする同心円２６の半径方向に伝播する。この導光板２４から出射される光の指向性は、光の伝播方向である半径方向（図９中のＣ−Ｃ’線を含み出射面に直交する面内）において低く、これに直交する方向（同心円の接線方向）において高い。

図８に示した照明装置１０では、複数の光源１２が導光板１４の側面（エッジ部）にライン状に配置されているため、導光板１４内のある任意の点（位置）には、異なる光源１２から光が入射することになる。すなわち、導光板１４内の任意の点には、異なる位置に配置された光源１２から出射された、進行方向が異なる光が入射することになり、入射角の分布が大きくなる。このような光が、導光板１４のプリズムなどによって、その進行方向が変えられて、導光板１４の光出射面から出射するため、光源１２の配列方向、すなわち光の伝播方向に直交する方向（図８中のＡ−Ａ’方向）における指向性が低くなる。これに対して、図９に示した照明装置２０は、１つの光源２２が導光板１４の角部に配置されているだけなので、導光板２４内の任意の点に入射する光の進行方向（すなわち入射角）の分布は狭く、導光板２４内の光の伝播方向（半径方向）に直交する方向（同心円の接線方向）における指向性は高い。但し、照明装置２０では、導光板２４の裏面に形成したプリズム２６によって、光を出射面側に向ける構成としているため、このプリズム２６に対する光の入射角の分布によって、出射光の指向性は、光の伝播方向（図９中のＣ−Ｃ’方向）において広がることになる。

ここで、導光板中における光の「伝播方向」とは、導光板の面内における方向であり、導光板内の任意の点における伝播方向は、その点と光源（または入射端面）とを結ぶ直線距離が最も短くなる方向を指すことにする。例えば、導光板の角部に光源が配置されている場合には、角部を中心とする円の半径方向が伝播方向となる。導光板の側面に沿って複数の光源が配列されている場合（１つの線状の光源が配置されている場合も同じ）は、その側面に直交する方向が伝播方向である。

照明装置から出射される光の指向性は、表示装置の視野角特性に影響する。指向性の高い照明装置を用いた表示装置では、ある特定の方向からは高品位な表示を観察できるのに対し、観察する角度が特定の範囲をはずれると、例えば、輝度が低下するなど、表示品位が低下する。従って、例えば、携帯電話やＰＤＡなど、表示内容を他人に見られたくない用途には、高指向性の照明装置を好適に用いることができるが、表示内容を複数の人間で観察する場合や特定の方向（例えば正面）から表示を観察できない場合には、高指向性の照明装置は好ましくないことになる。

近年、急速に普及している携帯電話やＰＤＡなどの携帯情報端末では、消費電力によって、使用時間が大きく制限を受ける。現在光源として使用されるＬＥＤの消費電力がシステム全体の消費電力のかなり大きな割合を占めているため、光源の消費電力を下げることが強く求められている。

上述の消費電力の問題と視野角特性の問題を解決するために、特許文献２には、必要に応じて、視野角が狭く消費電力の少ないモードに切り替え可能な液晶表示装置が開示されている。特許文献２に開示されている液晶表示装置９０は、図１０に模式的に示すように、照明装置９２と、液晶セル９６と、液晶セル９６を介して互いに対向するように配置された一対の偏光板９５および９７と、観察者側に配置された光学補償シート９８とを有している。光学補償シート９８を着脱可能とすることによってモードが切り替えられる。すなわち、光学補償シート９８を取り外した状態では、高い指向性が得られるため、少ない消費電力である限定された視野角範囲のみ明るさを確保しつつ、広い視野角が必要な時は、光学補償シート９８を取り付けることによって、指向性を低下させている。
特開２００３−３５８２４号公報 特開平７−１０４２７１号公報 K. KALANTAR, IDW'02, pp. 549-552「Viewing Angle Control using Optical Microstructures on Light-Guide Plate for Illumination System of Mobile Transmissive LCD Module」. M. Shinohara, et al.,Optical Society of American Annual Meeting Conference Program, Vol.10, p.189(1998).

しかしながら、上記特許文献２に記載されている液晶表示装置９０は、視野角（指向性）の制御は可能であるものの、以下の問題を有している。

液晶セル９６は一対の基板とこれら基板の間に設けられた液晶層とを有しており、液晶層の光学状態を画素毎に変化させることによって画像が形成される。一方、光の指向性を変えるために設けられる光学補償シート９８は、観察者側の偏光板９７のさらに観察者側に配置される。従って、画像が形成される液晶層と光学補償シート９８との間に、一枚の基板（ガラス基板）と一枚の偏光板９７が存在する。その結果、視差が発生し、表示品位が低下する。

また、光学補償シート９８を使用することによって、正面方向の光を拡散させることになるため、正面方向の輝度が大幅に低下する。

さらに、光学補償シート９８およびそれを着脱するための機構の分だけコストアップになる。また、着脱後の光学補償シート９８をその表面を保護しながら収納または管理する必要が生じる。

上記特許文献２に記載されている構成における光学補償シートの代わりに、電気的に透過状態と散乱状態を制御可能なポリマー分散型液晶層などを用いる方式が提案されているが、この方式でも散乱状態で正面方向の光も拡散させることになるため、正面方向の輝度が低下する。さらに、この方式では、ポリマー分散型液晶層を備える液晶セルを液晶表示パネルの光源側に１枚配置する必要があり、大幅なコストアップとなるだけでなく、ポリマー分散型液晶層の光散乱特性は、通常波長依存性を有しているため、Ｒ、ＧおよびＢの色によって散乱のレベルが異なり、色付きが発生し、表示品位が低下することがある。

本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、正面輝度の低下を従来よりも抑制しつつ、指向性を切り替えること可能な照明装置およびそれを備えた表示装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、複数の光源と、前記複数の光源から出射された光を伝播させ出射面から外部へ出射させる少なくとも１枚の導光板とを備え、前記複数の光源の内の一部の光源を選択的に点灯する第１モードと、前記第１モードにおいて点灯されない光源の内の少なくとも１個を点灯する第２モードとの切替えが可能であり、前記出射面から出射される光の所定の面内における指向性は、前記第１モードの方が前記第２モードよりも高いことを特徴とする。

本発明の他の照明装置は、第１光源と、前記第１光源から出射された光を伝播させ出射面から外部へ出射させる第１導光板とを備える第１照明部と、第２光源と、前記第２光源から出射された光を伝播させ出射面から外部へ出射させる第２導光板とを備える第２照明部とを有し、前記第１照明部は前記第２照明部よりも観察者側に配置されており、前記第１光源を選択的に点灯する第１モードと、前記第２光源を点灯する第２モードとの切替えが可能である。

ある実施形態において、前記第１照明部は、前記第２照明部よりも指向性の高い光を出射することができる。

ある実施形態において、前記第１導光板は角部に設けられた第１入射端面を有し、前記第１光源は前記第１入射端面に向けて光を出射するように配置されている。

ある実施形態において、前記第１導光板は側面に設けられた第１入射端面を有し、前記第１光源は前記第１入射端面に向けて光を出射するように配置されている。

ある実施形態において、前記第１照明部は、前記第１導光板の光出射側に配置されたプリズムシートをさらに有する。

ある実施形態において、前記第２照明部は、前記第２導光板の前記第１照明部側に設けられた拡散シートをさらに有する。

本発明の他の照明装置は、複数の光源と、少なくとも1枚の導光板とを備え、前記少なくとも１枚の導光板は、それぞれの稜線が略同心円状に配置された複数のプリズムを有し、前記複数の光源は、前記少なくとも１つの導光板に対して、前記略同心円の中心付近に配置された第１光源と、前記略同心円の中心からずれた位置に配置された第２光源とを含み、前記第１光源を選択的に点灯する第１モードと、前記少なくとも１つの第２光源の内の少なくとも１つを点灯する第２モードとの切り替えが可能である。

ある実施形態において、前記少なくとも１枚の導光板は、角部に設けられた第１入射端面と、角部に隣接する少なくとも１つの第２入射端面とを有し、前記第１光源は前記第１入射端面に向けて光を出射するように配置されており、前記第２光源は、前記少なくとも１つの第２入射端面に向けて光を出射するように配置されている。

ある実施形態において、前記少なくとも１枚の導光板は側面に設けられた入射端面を有し、前記第１光源および前記第２光源は前記入射端面に向けて光を出射するように配置されている。

ある実施形態において、前記光出射面から出射される光の所定の面内における指向性は、前記第１モードの方が前記第２モードよりも高い。

ある実施形態において、前記少なくとも１枚の導光板は、前記第１光源の光を受ける入射端面を有する第１導光板と、前記第２光源の光を受ける入射端面を有する第２導光板とを含み、前記第１導光板は前記第２導光板の光出射側に設けられている。

本発明の表示装置は、上記のいずれかの照明装置と、前記照明装置の観察者側に配置された表示パネルとを有することを特徴とする。

ある実施形態において、前記第１モードにおける光の指向性は、前記表示パネルの横方向（左右方向）において縦方向（上下方向）よりも高い。

ある実施形態において、前記第１モードにおける光の指向性は、前記表示パネルの縦方向において横方向よりも低い。

本発明よる照明装置は、複数の光源と、少なくとも１枚の導光板とを備え、複数の光源の内の一部選択的に点灯させる第１モードと、第１モードにおいて点灯されない光源の内の少なくとも１個を点灯する第２モードとの切替えることによって指向性を切り替える。従って、本発明の照明装置を用いて液晶表示装置を構成すれば、上記特許文献２に記載されている光学補償シートを利用する方法に比べ、正面輝度の低下が抑制される。また、視差による表示品位の低下など、光学補償シートを設けることに起因する上述の問題が発生することもない。

なお、第２モードは、第１モードで点灯されない光源の内の少なくとも１つを点灯すればよく、第１モードで点灯される光源を点灯しても良い。また、第２モードで点灯される光源を変更（選択）できるようにしても良いし、さらに、第１および第２モードに加えて第３モードを用意するなど、３つ以上のモードを切り替えるようにしても良い。

以下に、図面を参照しながら本発明による実施形態の照明装置およびそれを備えた液晶表示装置を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施形態１）
図１（ａ）は実施形態１の照明装置１００の構成を模式的に示す平面図であり、図１（ｂ）は照明装置１００を備えた液晶表示装置１５０の構成を模式的に示す側面図である。

照明装置１００は、光源１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃと、光源１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃから出射された光を伝播させ、出射面から外部へ出射させる導光板１０２とを備える。この複数の光源１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃは、その一部を選択的に点灯する第１モードと、第１モードにおいて点灯されない光源の内の少なくとも１個を点灯する第２モードとの切替えが可能となっている。導光板１０２に対する光源の相対位置が異なるので、点灯する光源を変える（一部の光源がいずれのモードでも点灯されてもよい。）ことによって、指向性が異なる光が出射されることになる。ここでは、指向性が高いモードを第１モードと呼ぶことにする。

液晶表示装置１５０は、照明装置１００と、照明装置１００の観察者側に、液晶表示パネル１１０を有している。液晶表示パネル１１０は、例えば、照明装置１００側から、下側偏光板１０５、液晶セル１０６、および上側偏光板１０７をこの順に有している。照明装置１００以外の構成は、公知の液晶表示装置と同じであってよいので、ここでは詳細な説明は省略する。液晶表示装置１５０は、例えば携帯電話に好適に用いられ、液晶表示パネル１１０は、例えば、２．４型ＱＶＧＡパネル（２４０×３２０ドット）である。

照明装置１００の導光板１０２は、角部に設けられた第１入射端面１０２ａと、角部に隣接する第２入射端面１０２ｂおよび１０２ｃとを有している。３つの光源の内の光源１０１Ａは、第１入射端面１０２ａに向けて光を出射するように配置されている。他の光源１０１Ｂおよび１０１Ｃは、それぞれ第２入射端面１０２ｂおよび１０２ｃに向けて光を出射するように配置されている。光源１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃとしては、例えば、レフレクターを備えるＬＥＤを好適に用いることができる。

導光板１０２は、例えば、光源１０１Ａから出射され第１入射端面１０２ａから入射し、放射状に伝播した光を出射面から出射させる導光板である。

ここで、図１（ａ）および図２を参照しながら、導光板１０２として好適に用いられる導光板の構成を説明する。図２（ａ）は、図１（ａ）における２Ａ−2Ａ’に沿った断面図であり、光源１０１Ａから出射された光が導光板１０２中を伝播する様子を模式的に示す図である。図２（ｂ）は図２（ａ）の部分拡大図である。

導光板１０２は、角部（第１入射端面１０２ａ）に配置される光源１０１Ａを中心に、同心円状に配置された微小プリズムを有している。微小プリズム１０３の斜面は、図２（ｂ）に模式的に示すように、第１入射端面１０２ａから放射状に伝播する光を出射面側に反射するように配置されており、微小プリズム１０３の稜線（長手方向）は、図１（ａ）に模式的に示すように、光源１０１Ａを中心とする同心円の接線方向に延びるように設けられている。光源１０１Ａから導光板１０２に入射した光は、導光板１０２内を全反射を繰り返しながら伝播しつつ、一部の光は出射面から出射される。導光板１０２の裏面（出射面と反対側の面）から出射した光を導光板１０２に戻すために、図２（ａ）に示すように、反射板１０４を設けても良い。

微小プリズム１０３は、その稜線が光源１０１Ａを中心とする同心円の接線方向に延びるように設けられているので、導光板１０２中を光源１０１Ａから放射状に伝播する光はプリズム１０３にあたっても、伝播方向に直交する方向には偏向しない。したがって、出射面から出射される光は、導光板１０２中の光の伝播方向に直交する面内においては、高い指向性を有することになる。一方、光源１０１Ｂおよび１０１Ｃから出射された光は、導光板１０２内を伝播しながら、その一部の光は微小プリズム１０３で反射されるが、光源１０１Ｂおよび１０１Ｃから出射された光の伝播方向は、微小プリズム１０３の稜線が延びる方向に直交していないので、光の伝播方向に直交する方向において偏向され、指向性が低下することになる。

光源１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃのそれぞれを１つずつ選択的に点灯したときに照明装置１００から出射される光の強度分布を図３に示す。図３は、光源１０１Ａから出射された光の伝播方向（光源１０１Ａを中心とする円の半径方向）に直交する面内における強度分布を示している。

図３から明らかなように、光源１０１Ａを選択的に点灯したときの出射光の角度分布は狭く（半値幅角は±１０°以下）指向性が高く、且つ、出射面法線方向（出射角＝０°）における強度が最も高い。これに対し、光源１０１Ｂまたは光源１０１Ｃを選択的に点灯したときの出射光の角度分布は光源１０１Ａだけを点灯したときよりも広く（半値幅角が約２５°）指向性が低い。また、出射光強度が最大となる方向が出射面法線方向からずれている。

従って、照明装置１００において、光源１０１Ａだけを選択的に点灯すれば、指向性が高い光が出射される（第１モード）。また、このときの出射光強度分布は、出射面法線方向に最大強度を有する。

第１モードにおいては、光源は１つしか点灯していないため、消費電力が少ない。現在２．４型ＱＶＧＡパネル用の照明装置には、３個から４個のＬＥＤが使用されているのと比較すると、消費電力を１／４〜１／３に低減できることになる。また、第１モードにおいて照明装置１００から出射される光は、指向性が高い上に、出射面法線方向に最大強度を有するので、液晶表示装置１５０は第１モードにおいて、視野角特性が狭く、且つ、正面輝度が高い。

従って、例えば、液晶表示装置１５０を携帯電話に装着した場合、１人で表示を観察したい場合に第１モードに設定すれば、周囲から見られにくくしながら、低消費電力で表示を行うことができる。携帯電話はこのような使われ方が多いので、通常は第１モードで表示を行えば、携帯電話の使用可能時間が大幅に延びることになる。もちろん、このことは携帯電話に限らず、ＰＤＡやモバイルＰＣなどについていも同様である。

第２モードにおいては、例えば、光源１０１Ａ〜１０１Ｃの全てを点灯させる。光源１０１Ｂおよび１０１Ｃは、導光板１０２に対して、最適位置（光源１０１Ａが設けられた位置）とは異なる位置に配置されているため、これらの光源から出射された光は導光板１０２のプリズム１０３の稜線に対して傾斜した方向から（直交する方向からずれて）入射するため、光源１０１Ｂおよび１０１Ｃから出射された光は、光源１０１Ａから出射された光と異なる角度で出射される（図３においてピーク位置が異なることに対応する。）だけでなく、指向性が低下する（図３において半値幅角が広いことに対応する。）。

光源１０１Ａ〜１０１Ｃの全てを点灯した場合には、図３における３つの光源の出射光強度分布を足しあわされた強度分布を有する光が出射されることになるので、第２モードにおいては、光源１０１Ｂおよび１０１Ｃからの光により、第１モードより正面輝度をさらに高めながら、指向性を緩く（指向性を低く）できる。第２モードでは、多人数でディスプレイを観察する場合や正面からディスプレイを観察できない場合に有効である。

なお、第２モードでは、光源を３個点灯しているが、従来方式と比べ、消費電力が増えるわけではなく、同じレベルになるだけである。従って、第１モードと第２モードとを用途に応じて切り替えることによって、トータルとして低消費電力化が実現できる。

なお、用途によっては、第２モードにおいて、光源１０１Ｂまたは１０１Ｃの一方だけ、または、光源１０１Ａと光源１０１Ｂまたは１０１Ｃの一方だけを点灯させてもよい。あるいは、第１モードにおいて、光源１０１Ａと光源１０１Ｂまたは１０１Ｃの一方だけを点灯させて、第２モードにおいて、光源１０１Ａから１０１Ｃの全てを点灯させてもよい。

上記の実施形態では、光源１０１Ａに対して、光源１０１Ｂと１０１Ｃを比較的近接させて配置したが、光源１０１Ｂおよび１０１Ｃは、光源１０１Ａから離れた位置に配置してもよく、また、それぞれ入射端面１０２ｂおよび１０２ｃに沿って複数の光源としてもよい。

また、上記の実施形態では、角部に設けた光源と、当該角部に設けられた光源から出射され放射状に伝播する光をこの伝播方向に直交する方向に稜線を有する複数のプリズムで出射面から出射させる導光板とを備えた構成によって、指向性の高い光を出射する第１モードを実現したが、これに限られない。

例えば、図４に示す照明装置１００’も指向性の高い光を出射する第１モードと、指向性の低い第１モードとの切り替えを行うことができる。

照明装置１００’は、光源１０１Ａ’、１０１Ｂ’および１０１Ｃ’と、光源１０１Ａ’、１０１Ｂ’および１０１Ｃ’から出射された光を伝播させ、出射面から外部へ出射させる導光板１０２’とを備える。

導光板１０２’の入射端面１０２ａ’（短辺側の側面）に３つの光源１０１Ａ’、１０１Ｂ’および１０１Ｃ’が配置されている。光源１０１Ａ’は、入射端面１０２ａ’の延びる方向（短辺方向）の中央付近に配置されており、光源１０１Ｂ’および光源１０１Ｃ’は、光源１０１Ａ’を中心にほぼ対称な位置に配置されている。

導光板１０２’は、光源１０１Ａ’を中心とする同心円の接線方向に稜線を有する複数のプリズム１０３’を備えている。すなわち、プリズム１０３’は、光源１０１Ａ’から出射され、導光板１０２’内を放射状に伝播する光の伝播方向に直交する方向に稜線を有する。

この照明装置１００’においても、上述の照明装置１００と同様に、上記同心円の中心付近に配置された光源１０１Ａ’を選択に点灯することによって第１モードを実現し、中心からずれた位置に配置された光源１０１Ｂ’および１０１Ｃ’を点灯することによって第２モードを実現することができる。勿論、第２モードにおいては、光源１０１Ｂ’および１０１Ｃ’の一方だけを点灯しても良いし、光源１０１Ａ’を同時に点灯してもよい。

上述したように、実施形態１の照明装置１００および１００’は、複数の光源の内の一部を選択的に点灯する第１モードと、第１モードにおいて点灯されない光源の内の少なくとも１個を点灯する第２モードとの切替えることによって指向性を切り替えることができるので、上記特許文献２に記載されている光学補償シートを利用する方法に比べ、正面輝度の低下が抑制される。また、光学補償シートを設けることに起因する上述の問題（視差による表示品位の低下、光学補償シートやその着脱機構によるコストアップ）が発生することもない。

（実施形態２）
実施形態１の照明装置は、一枚の導光板が有する複数の入射端面に配置された複数の光源の内から、点灯する光源を選択することによって、出射光の指向性を切り替える構成を有している。これに対し、本実施形態２の照明装置は、複数の導光板と複数の光源との組み合わせによって、出射光の指向性の切り替えを可能とする。

図５から図７を参照しながら実施形態２の照明装置および液晶表示装置の構成および動作を説明する。

図５（ａ）は実施形態２の液晶表示装置２５０の構成を模式的に示す断面図である。図５（ｂ）は液晶表示装置２５０が備える照明装置２００の上層照明部２１０の構成を模式的に示す平面図であり、図５（ｃ）は照明装置２００の下層照明部２２０の構成を模式的に示す平面図である。

図５（ａ）に示すように、液晶表示装置２５０は、図１（ｂ）に示した液晶表示装置１５０における照明装置１００に代えて、照明装置２００を有している。照明装置２００は上層照明部２１０と下層照明部２２０とを有している。観察者側（液晶表示パネル１１０側）に設けられた上層照明部２１０は下層照明部２２０よりも指向性の高い光を出射するように構成されている。また、下層照明部２２０から出射された光は、上層照明部２１０の導光板２０２を透過して、照明装置２００から出射される。

上層照明部２１０は、図５（ｂ）に示すように、導光板２０２と、導光板２０２の角部（第１入射端面）２０２ａに設けられた光源２０１とを有している。導光板２０２および光源２０１は、それぞれ、照明装置１００が有する導光板１０２と光源１０１Ａとに対応する。従って、上述したように、出射光の角度分布は狭く（半値幅角は±１０°以下）指向性が高く、且つ、出射面法線方向（出射角＝０°）における強度が最も高い。

下層照明装置２２０は、図５（ａ）および（ｃ）に示すように、導光板２１２と、導光板２１２の側面（入射端面）に向けて配置された光源２１１Ａ、２１１Ｂおよび２１１Ｃと、導光板２１２の上層照明部２１０側に配置された拡散シート２２２およびプリズムシート２２４を有している。また、導光板２１２の下側には、必要に応じて、反射板２１４が設けられる。

下層照明装置２２０は、指向性の高い光を出射する必要が無く、むしろ、均一に光を出射することが好ましい。従って、図５（ａ）に例示したように、導光板２１２から出射された光を拡散するために、導光板２１２の光出射側に拡散シート２２２を設けることが好ましい。さらに、プリズムシートを設けることによって、拡散シート２２２によって拡散された光の内で、発散角が大きな光をプリズム面で屈折させることによって、正面方向（表示面の法線方向）に向け、正面の輝度を高めることができる。

照明装置２００は、例えば、光源２０１を選択的に点灯させる第１モードと、光源２０１とともに光源２１１Ａ〜２１１Ｃを点灯させる第２モードとの間で切り替えを行う。照明装置２００は、第１モードにおいては、図６に示すように、実施形態１の照明装置１００の第１モードと同様に非常に指向性の高い光を出射する。第２モードにおいては、図６に示すように、指向性の低い光を出射する。なお、図６は照明装置２００から出射される光の強度分布を示すグラフであり、第１モードと第２モードとをそれぞれ最大強度で規格化してある。第２モードでは、光源２０１も点灯されているので、正面輝度は第１モードよりも高い。

このように、実施形態２の照明装置２００は、実施形態１の照明装置１００と同様に、点灯する光源を切り替えることによって、出射光の指向性を切り替えることができる。従って、上記特許文献２に記載されている光学補償シートを利用する方法に比べ、正面輝度の低下が抑制される。また、光学補償シートを設けることに起因する上述の問題（視差による表示品位の低下、光学補償シートやその着脱機構によるコストアップ）が発生することもない。なお、第１モードおよび第２モードにおいて点灯する光源の組み合わせは上記の例に限られず、種々の組み合わせが可能である点、さらに、３つ以上のモードを選択できるように構成することが可能である点も、実施形態１の照明装置１００と同様である。用途によっては、下層照明部２２０だけを選択的に点灯させるモードを用いても良い。

また、照明装置２００の上層照明部２１０に代えて、非特許文献１に開示されている照明装置を好適に用いることができる。例えば、図７（ａ）および（ｂ）に示す上層照明部３１０を用いることもできる。

上層照明部３１０は、導光板３０２と、導光板３０２の側面（入射端面）に沿って複数の配列された光源３０１とを有し、導光板３０２の光出射側にさらにプリズムシート３０４を有している。導光板３０２の出射面から斜めに方向に出射された光は、プリズムシート３０４のプリズム面で全反射され、正面方向に向けられる。この上層照明部３１０は図７（ｂ）中のＢ−Ｂ’線に平行な方向における指向性が高い光を出射する。上層照明装置３１０においては、全反射を繰り返しながら、導光板３０２を伝播する光のうち、光出射側に設けられたレンズ部に入射した光が、導光板３０２から出射されるので、図７に示した照明装置１０と同様に、導光板３０２から出射される光のＢ−Ｂ’方向における指向性は高く、Ａ−Ａ’方向における指向性は低い。

図７に示したような上層照明部３１０を用いて指向性の高い光を出射する構成を採用すると、光源３０１および導光板３０２の配置によって、照明装置の出射光の指向性が高い方向（液晶表示装置の視野角が狭い方向）を用途に応じて容易に変更できる。すなわち、図７に示した構成では、光源３０１が長方形の導光板３０２の短辺に沿って配列されており、この短辺に直交する長辺に平行な方向（Ｂ−Ｂ’方向）における指向性が高い（視野角が狭い）。従って、図７（ｂ）に示した配置に従って液晶表示パネルを配置すると、第１モードにおける光の指向性は、液晶表示パネルの横方向（左右方向）において縦方向（上下方向）よりも高くなる。これに対して、図７に示した配置を９０°回転させて表示パネルを配置すると、第１モードにおける光の指向性は、液晶表示パネルの縦方向において縦方向よりも高くなる。もちろん、導光板の縦横比は、用途に応じて適宜変更され得る。

横方向の指向性を高く設定した場合、縦方向の指向性は低いため、使用者本人は多少角度がずれても問題なく視認できるが、使用者の左右に位置する他人から視認され難い。一方、縦方向の視認性を高く設定すると、横方向の指向性が低く（視野角が広く）なるので、例えば、運転席と助手席から表示画面を観察する車載用の表示装置などに好適に用いることができる。

ここでは、指向性の高い光を出射する上層照射部を１つだけ設けた構成を例示したが、互いに異なる方向における指向性が高い光を出射する２つの上層照射部を設けて、これらを選択的に点灯させることによって、指向性が高い方向を切り替えるようにすることもできる。

また、指向性の高い上層照明部として、例えば、特表平８−５１１１２９号公報に開示されているような、導光板の光出射側にプリズムまたはレンズアレイ上の頂点部を接触させ、その接触部分から光を取り出すタイプのものを使用しても良いし、図４に示した照明装置１００’のような構成で、光源１０１Ａ’のみを配置した照明装置を用いても良い。

また、第１モードと第２モードとの切り替えは、複数の光源を用途に応じて適宜切り替えるだけなので、例えば、光源に電力を供給する経路を切り替える電気的なスイッチによって実現される。

また、上記の実施形態１および２では、光源を導光板の１つの辺に沿って配置した構成を例示したが、対向する一対の辺に沿って光源を配置しても良い。この場合、それぞれの辺に配置された光源からの光が互いに、異なる角度で出射するような構成とし、それぞれを別々に点灯して、指向性を切り替えても良いし、同時に点灯しても良い。

上記の実施形態では、非自発光型の表示装置として、液晶表示装置を例示したが、エレクトロクロミック表示装置や電気泳動型表示装置など、公知の表示装置に適用できる。また、表示装置には、単純マトリクス方式とアクティブマトリクス方式とがあるが、いずれを用いても良い。

本発明によれば、光源を選択的に点灯させることによって、照明装置から出射される光の指向性、および表示装置の視野角依存性を切り替えることができる。指向性の高いモードでは、指向性が高く、且つ、出射面法線方向における強度が最も高い。

例えば、本発明の表示装置を携帯電話などに使用し、１人で観察する時は、指向性の高いモードに設定しておけば、表示の視認性を悪くすることなく、使用時間を大幅に伸ばすことができる。また、仕様用途によっては、周りの第３者から表示を観察されないようにすることができる。

指向性が低いモードで使用する時も、表示装置（又はバックライト）の正面輝度を低下させることなく、指向性を低くできるため、正面方向の視認性は変えることなく、視認できる角度が広がるため、多人数で表示を観察する場合や正面から表示を観察できない場合に有効となる。また、指向性の低いモードでは、消費電力が従来よりも増えるわけではなく、従来方式と同じレベルになるだけである。

使用する場面に応じて、これらのモードの切り替えを行うことによって、有効にディスプレイ視野角（照明装置の指向性）の切り替えが可能となり、全体として、使用時間を延ばすことができる。

なお、本発明の照明装置を用いると消費電力を低減することが可能なので、携帯電話や携帯情報端末などのモバイル用途の表示装置に特に好適に用いられるが、パーソナルコンピュータの表示装置など他の用途の表示装置に適用することもできる。

（ａ）は本発明による実施形態１の照明装置の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）は本発明による実施形態１の液晶表示装置の構成を模式的に示す側面図である。 （ａ）は、図１（ａ）における２Ａ−２Ａ’に沿った断面図であり、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 実施形態１の照明装置の光源１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃのそれぞれを１つずつ選択的に点灯したときに出射される光の強度分布を示すグラフである。 本発明による実施形態１の他の照明装置の構成を模式的に示す平面図である。 （ａ）は本発明による実施形態２の液晶表示装置の構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は本発明による実施形態２の照明装置が備える上層照明部の構成を模式的に示す平面図であり、（ｃ）は本発明による実施形態２の照明装置が備える下層照明部の構成を模式的に示す平面図である。 本発明による実施形態２の照明装置から出射される光の強度分布を示すグラフである。 本発明による実施形態２の照明装置に用いられる他の上層照明部の構成を模式的に示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は従来のサイドライト型照明装置（タイプII）の構成を模式的に示す平面図であり、（ｂ）はその配光分布を示すグラフである。 従来のサイドライト型照明装置（タイプIII）の構成を模式的に示す図である。 従来の液晶表示装置の問題点を説明するための模式図である。

符号の説明

１００、１００’ 照明装置
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ａ’、１０１Ｂ’、１０１Ｃ’ 光源（ＬＥＤ）
１０２、１０２’ 導光板
１０２ａ 第１入射端面
１０２ａ’ 入射端面
１０２ｂ、１０２ｃ 第２入射端面
１０３、１０３’ 微小プリズム
１０４ 反射板
１０５ 下側偏光板
１０６ 液晶セル
１０７ 上側偏光板
１１０ 液晶表示パネル
１５０ 液晶表示装置

Claims (8)

1. 複数の光源と、少なくとも1枚の導光板とを備え、
   前記少なくとも１枚の導光板は、それぞれの稜線が略同心円状に配置された複数のプリズムを有し、
   前記複数の光源は、前記少なくとも１つの導光板に対して、前記略同心円の中心付近に配置された第１光源と、前記略同心円の中心からずれた位置に配置された第２光源とを含み、
   前記第１光源を選択的に点灯する第１モードと、前記少なくとも１つの第２光源の内の少なくとも１つを点灯する第２モードとの切り替えが可能である、照明装置。
2. 前記少なくとも１枚の導光板は、角部に設けられた第１入射端面と、角部に隣接する少なくとも１つの第２入射端面とを有し、
   前記第１光源は前記第１入射端面に向けて光を出射するように配置されており、前記第２光源は、前記少なくとも１つの第２入射端面に向けて光を出射するように配置されている、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記少なくとも１枚の導光板は側面に設けられた入射端面を有し、前記第１光源および前記第２光源は、前記入射端面に向けて光を出射するように配置されている、請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光出射面から出射される光の所定の面内における指向性は、前記第１モードの方が前記第２モードよりも高い、請求項１から３のいずれかに記載の照明装置。
5. 前記少なくとも１枚の導光板は、前記第１光源の光を受ける入射端面を有する第１導光板と、前記第２光源の光を受ける入射端面を有する第２導光板とを含み、
   前記第１導光板は前記第２導光板の光出射側に設けられている、請求項１から４のいずれかに記載の照明装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の照明装置と、
   前記照明装置の観察者側に配置された表示パネルと
   を有する表示装置。
7. 前記第１モードにおける光の指向性は、前記表示パネルの横方向において縦方向よりも高い、請求項６に記載の表示装置。
8. 前記第１モードにおける光の指向性は、前記表示パネルの縦方向において横方向よりも低い、請求項６に記載の表示装置。

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