WO2011067911A1

WO2011067911A1 - 液晶表示装置

Info

Publication number: WO2011067911A1
Application number: PCT/JP2010/006937
Authority: WO
Inventors: 令奈西谷; 笹川　智広; 栄二新倉; 宗晴桑田; 小島　邦子
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2011-06-09
Also published as: CN102640039A; JPWO2011067911A1; TW201202799A; KR20120078745A; KR101318497B1; US20120235891A1; DE112010004660T5

Abstract

　液晶表示装置（１００）は、第１バックライトユニット（１）と第２バックライトユニット（２）を有する。第１バックライトユニット（１）は、第２バックライトユニット（２）から入射した光を透過させるとともに、光源（３Ａ，３Ｂ）から出射された光を狭角配光分布を持つ光に変換して液晶表示パネル（１０）の背面に向けて放射する第１の光学部材（４，５Ｄ）を含む。第２バックライトユニット（２）は、光源（６Ａ，６Ｂ）から出射された光を広角配光分布を持つ光に変換して液晶表示パネル（１０）の背面に向けて放射する第２の光学部材（７）を含む。

Description

液晶表示装置

　本発明は、液晶表示装置に関し、特に、視野角制御機能を有する液晶表示装置に関する。

　一般に、透過型または半透過型の液晶表示装置は、液晶層を有する液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの背面に向けて光を照射する光源ユニット（バックライト）とを備えている。近年、バックライトの出射光の配光分布を制御することにより、表示内容や状況に応じて視野角を変更する視野角制御機能を有する液晶表示装置が提案されている。

　たとえば、特許第４１６４０７７号公報（特許文献１）には、バックライトと液晶表示パネルとの間に配置された視野角制御機構を有する液晶表示装置が開示されている。この液晶表示装置の視野角制御機構は、電源部からの供給電圧に応じて、バックライトの出射光の略全てを透過させる透明状態と、バックライトの出射光を拡散させる不透明拡散状態（白濁状態）とのいずれか一方の状態となる。電源部から電圧が供給されるとき、視野角制御機構は透明状態となって視野角を狭視野角にし、電源部から電圧が供給されないとき、視野角制御機構は不透明拡散状態となって視野角を広視野角にする。

特許第４１６４０７７号公報

　しかしながら、特許文献１に記載された視野角制御機構は、供給電圧に応じて透明状態と不透明拡散状態との一方から他方へ切り替わるために複雑な構成の能動光学素子を必要とする。また、このような能動光学素子は透過率が低く光利用効率の低下を招く。したがって、このような能動光学素子を使用すると、液晶表示装置の構成が複雑になり、消費電力が高く、かつ製造コストが高くなるという問題がある。

　上記に鑑みて本発明の目的は、低消費電力かつ簡易な構成で視野角制御を実現し得る液晶表示装置を提供することである。

　本発明の第１の態様による液晶表示装置は、背面と該背面の反対側の表示面とを有し、前記背面から入射した光を変調して画像光を生成し、前記画像光を前記表示面から出射する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの前記背面に光を照射する第１バックライトユニットと、前記第１バックライトユニットの背面に向けて光を放射する第２バックライトユニットと、前記第１バックライトユニットの発光量を制御する第１の光源駆動制御部と、前記第２バックライトユニットの発光量を制御する第２の光源駆動制御部とを備え、前記第１バックライトユニットは、前記第１の光源駆動制御部によって制御される第１の光源と、前記第２バックライトユニットによって放射された前記光を透過させるとともに、前記第１の光源から出射された光を、前記液晶表示パネルの前記表示面の法線方向を中心とした第１の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する狭角配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルに向けて放射する第１の光学部材と、前記第２バックライトユニットによって放射された前記光を透過させるとともに、前記第１の光学部材から前記液晶表示パネル側とは反対側に放射される光を前記第１の光学部材の方向に内面全反射させる第１の光学シートとを含み、前記第２バックライトユニットは、前記第２の光源駆動制御部によって制御される第２の光源と、前記第２の光源から出射された光を、前記第１の角度範囲よりも広い第２の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する広角配光分布を持つ光に変換して前記第１バックライトユニットの背面に向けて放射する第２の光学部材とを含み、前記第１の光学部材及び第１の光学シートは、前記第２の光学部材から放射された前記光を前記広角配光分布を狭めることなく透過させることを特徴とする。

　本発明の第２の態様による液晶表示装置は、背面と該背面の反対側の表示面とを有し、前記背面から入射した光を変調して画像光を生成し、前記画像光を前記表示面から出射する液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの前記背面に光を照射する第１バックライトユニットと、前記第１バックライトユニットの背面に向けて光を放射する第２バックライトユニットと、前記第１バックライトユニットの発光量を制御する第１の光源駆動制御部と、前記第２バックライトユニットの発光量を制御する第２の光源駆動制御部とを備え、前記第１バックライトユニットは、前記第１の光源駆動制御部によって制御される第１の光源と、前記第２バックライトユニットによって放射された前記光を透過させるとともに、前記第１の光源から出射された光を、前記液晶表示パネルの前記表示面の法線方向を中心とした第１の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する第１の配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルに向けて放射する第１の光学部材とを含み、前記第２バックライトユニットは、前記第２の光源駆動制御部によって制御される第２の光源と、前記第２の光源から出射された光を、前記液晶表示パネルの前記表示面の法線方向を中心とした第２の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する第２の配光分布を持つ光に変換して前記第１バックライトユニットの背面に向けて放射する第２の光学部材とを含み、前記第１の光学部材は、前記第２の光学部材から放射された前記光を、前記液晶表示パネルの前記表示面の法線方向から所定角度傾いた方向を中心とした第３の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する第３の配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルに向けて放射することを特徴とする。

　本発明によれば、複雑な構成の能動光学素子を使用せずに視野角制御を行うことができる低消費電力の液晶表示装置を提供することができる。

本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）の構成を模式的に示す図である。図１の液晶表示装置の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。（ａ），（ｂ）は、実施の形態１に係る第１バックライトユニットの中の導光板の光学構造の一例を概略的に示す図である。図３に示した導光板より放射される放射光の配光分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。（ａ），（ｂ）は、実施の形態１に係る第１バックライトユニットの下向きプリズムシートの光学構造の一例を概略的に示す図である。下向きプリズムシートより放射される照明光の配光分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。（ａ），（ｂ）は、下向きプリズムシートの背面に形成されている微細光学素子の光学的作用を概略的に示す図である。（ａ），（ｂ）は、実施の形態１に係る第１バックライトユニットの中の上向きプリズムシートの光学構造の一例を概略的に示す図である。（ａ），（ｂ）は、上向きプリズムシートの前面に形成されている微細光学素子の光学的作用を概略的に示す図である。（ａ），（ｂ）は、上向きプリズムシートの微細光学素子の配列方向を下向きプリズムシートの微細光学素子の配列方向と一致させたときの上向きプリズムシートの微細光学素子の光学的作用を概略的に示す図である。バックライトユニットより放射される照明光の配光分布の実測結果を示すグラフである。バックライトユニットより放射される照明光の配光分布の他の実測結果を示すグラフである。（ａ），（ｂ），（ｃ）は、照明光の３種類の配光分布を概略的に例示する図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）は、３種類の視野角制御の例を模式的に示す図である。本発明に係る実施の形態２の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）の構成を模式的に示す図である。図１５の液晶表示装置の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）の構成を模式的に示す図である。図１７の液晶表示装置の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。実施の形態３に係る第２バックライトユニットより放射される照明光の配光分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。実施の形態３に係る第２バックライトユニットより放射される照明光の下向きプリズムシート透過後の配光分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。（ａ），（ｂ），（ｃ）は、照明光の３種類の配光分布を概略的に例示する図である。（ａ），（ｂ），（ｃ）は、３種類の視野角制御の一例を模式的に示す図である。本発明に係る実施の形態３の変形例である液晶表示装置（透過型液晶表示装置）の構成を模式的に示す図である。図２３の液晶表示装置の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。

　以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

実施の形態１．
　図１は、本発明に係る実施の形態１の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）１００の構成を模式的に示す図である。図２は、図１の液晶表示装置１００の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。図１に示されるように、液晶表示装置１００は、透過型の液晶表示パネル１０、光学シート９、第１バックライトユニット１、第２バックライトユニット２及び光反射シート８を備えており、これら構成要素１０，９，１，２，８は、Ｚ軸に沿って配列されている。液晶表示パネル１０は、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸ－Ｙ平面と平行な表示面１０ａを有する。なお、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。

　液晶表示装置１００は、さらに、液晶表示パネル１０を駆動するパネル駆動部１０２と、第１バックライトユニット１に含まれる光源３Ａ，３Ｂを駆動する光源駆動部１０３Ａと、第２バックライトユニット２に含まれる光源６Ａ，６Ｂを駆動する光源駆動部１０３Ｂとを有している。パネル駆動部１０２と光源駆動部１０３Ａ，１０３Ｂの動作は、制御部１０１によって制御される。

　制御部１０１は、信号源（図示せず）から供給された映像信号に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号をパネル駆動部１０２及び光源駆動部１０３Ａ，１０３Ｂに供給する。光源駆動部１０３Ａ，１０３Ｂは、それぞれ、制御部１０１からの制御信号に応じて光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂを駆動してこれら光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂから光を出射させる。

　第１バックライトユニット１は、光源３Ａ，３Ｂの出射光を狭角配光分布（液晶表示パネル１０の表示面１０ａの法線方向すなわちＺ軸方向を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１１に変換して液晶表示パネル１０の背面１０ｂに向けて放射する。この照明光１１は、光学シート９を介して液晶表示パネル１０の背面１０ｂに照射される。光学シート９は、細かな照明ムラなどの光学的影響を抑制するものである。一方、第２バックライトユニット２は、光源６Ａ，６Ｂの出射光を広角配光分布（Ｚ軸方向を中心とした比較的広い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１２に変換して液晶表示パネル１０の背面１０ｂに向けて放射する。照明光１２は、第１バックライトユニット１及び光学シート９を透過して液晶表示パネル１０の背面１０ｂに照射される。

　第２バックライトユニット２の直下には光反射シート８が配置されている。第１バックライトユニット１からその背面側に放射された光のうち第２バックライトユニット２を透過した光と、第２バックライトユニット２からその背面側に放射された光とは、光反射シート８で反射され、液晶表示パネル１０の背面１０ｂを照射する照明光として利用される。光反射シート８としては、たとえば、ポリエチレンテレフタラートなどの樹脂を基材として有する光反射シートや、基板の表面に金属を蒸着させた光反射シートを使用することができる。

　液晶表示パネル１０は、Ｚ軸方向に直交するＸ－Ｙ平面に沿って延在する液晶層１０ｃを有する。液晶表示パネル１０の表示面１０ａは矩形状を有しており、図１に示すＸ軸方向及びＹ軸方向は、それぞれ、この表示面１０ａの互いに直交する２辺に沿った方向である。パネル駆動部１０２は、制御部１０１から供給された制御信号に応じて液晶層１０ｃの光透過率を画素単位で変化させる。これにより、液晶表示パネル１０は、第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２の一方または双方から入射した照明光を空間的に変調して画像光を生成し、この画像光を表示面１０ａから出射することができる。光源３Ａ，３Ｂのみが駆動され、光源６Ａ，６Ｂが駆動されない場合には、狭角配光分布の照明光１１が第１バックライトユニット１から放射されるので、液晶表示装置１００の視野角は狭視野角となり、光源６Ａ，６Ｂのみが駆動される場合には、広角配光分布の照明光１２が第２バックライトユニット２から放射されるので、液晶表示装置１００の視野角は広視野角となる。また、制御部１０１は、光源駆動部１０３Ａ，１０３Ｂを個別に制御して、第１バックライトユニット１から放射される照明光１１の強度と、第２バックライトユニット２から放射される照明光１２の強度との割合を調整することができる。

　図１に示されるように、第１バックライトユニット１は、光源３Ａ，３Ｂと、液晶表示パネル１０の表示面１０ａに対して平行に配置された導光板４と、光学シート５Ｄ（以下、下向きプリズムシート５Ｄと呼ぶ。）と、光学シート５Ｖ（以下、上向きプリズムシート５Ｖと呼ぶ。）とを含む。導光板４と下向きプリズムシート５Ｄの組み合わせ（第１の光学部材）により、光源３Ａ，３Ｂから出射された光が狭角配光分布を持つ照明光１１に変換される。導光板４は、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学材料で形成された板状部材であり、その背面４ａ（液晶表示パネル１０側とは反対側の面）は、液晶表示パネル１０側とは反対側に突出する微細光学素子４０，…，４０が表示面１０ａと平行な面に沿って規則的に配列された構造を有する。微細光学素子４０の形状は球面形状の一部をなし、その表面は一定の曲率を有している。

　上向きプリズムシート５Ｖは、第２バックライトユニット２によって出射された広角配光分布を持つ照明光１２を透過させる光学構造を有し、さらに、導光板４の背面４ａから放射された光を反射させて導光板４の方向へ戻す光学構造を有する。導光板４の背面４ａから放射された光は、上向きプリズムシート５Ｖにより反射され、その進行方向を液晶表示パネル１０の方向に変えて、導光板４及び下向きプリズムシート５Ｄを透過することにより狭角配光分布を持つ照明光として利用される。

　光源３Ａ，３Ｂは、導光板４のＹ軸方向の両端面（入射端面）４ｃ，４ｄにそれぞれ対向配置されており、たとえば、複数のレーザ発光素子をＸ軸方向に配列したものである。これら光源３Ａ，３Ｂから発せられた光は、導光板４の入射端面４ｃ，４ｄから各々導光板４に入射し、導光板４の内部を全反射されながら伝播する。その際、導光板４の背面４ａの微細光学素子４０により伝播光の一部が反射され、照明光１１ａとして導光板４の前面（出光面）４ｂから放射される。微細光学素子４０は、導光板４の内部を伝播する光を、Ｚ軸方向から所定角度だけ傾いた方向を中心とする配光分布の光に変換して前面４ｂより放射する。この導光板４から放射された光１１ａは、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０の内部に入射し、この微細光学素子５０の傾斜面で内面全反射された後、前面（出光面）５ｂより照明光１１として放射される。

　図３（ａ），（ｂ）は、導光板４の光学構造の一例を概略的に示す図である。図３（ａ）は、導光板４の背面４ａの構造の一例を概略的に示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した導光板４のＸ軸方向から見た構造の一部を概略的に示す図である。図３（ａ）に示されるように、導光板４の背面４ａには、凸球面形状の微細光学素子４０が二次元的に（Ｘ－Ｙ平面に沿って）配列されている。

　微細光学素子４０の実施例としては、たとえば、その表面の曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さＨｍａｘが約０．００５ｍｍ、屈折率が約１．４９の微細光学素子を採用することができる。また、微細光学素子４０，４０の中心間隔Ｌｐは０．０７７ｍｍとすることができる。なお、導光板４の材質はアクリル樹脂とすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、アクリル樹脂に代えてポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料、あるいはガラス材料を使用してもよい。

　前述の通り、光源３Ａ，３Ｂの出射光は、導光板４の側方端面４ｃ，４ｄから導光板４の内部に入射する。その入射光は、導光板４の内部を伝播しつつ、導光板４の微細光学素子４０と空気層との屈折率差により全反射されて導光板４の前面４ｂから液晶表示パネル１０の方向に放射される。なお、導光板４の背面４ａにおいて図３（ａ），（ｂ）に示した微細光学素子４０，…，４０はほぼ規則的に配列されているが、導光板４の前面４ｂから出射される放射光１１ａの面内輝度分布を均一化するために、微細光学素子４０の密度すなわち単位面積当たりの数を端面４ｃ，４ｄから離れるほど多くし、微細光学素子４０の密度を端面４ｃ，４ｄに近いほど少なくしてもよい。あるいは、微細光学素子４０，…，４０を導光板４の中心に近いほど密にし、当該中心から離れるにつれて段階的に疎となるように形成してもよい。

　図４は、導光板４の前面４ｂより放射される放射光１１ａの配光分布（角度輝度分布）のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。図４のグラフにおいて、横軸は放射光１１ａの放射角度を、縦軸は輝度をそれぞれ表している。図４に示されているように、放射光１１ａの配光分布は、Ｚ軸方向から約±７５度傾いた軸を中心として各々約３０度の分布幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）を有する。すなわち、放射光１１ａの配光分布は、Ｚ軸方向から約＋７５度傾いた軸を中心として約＋６０度～＋９０度の角度範囲と、Ｚ軸方向から約－７５度傾いた軸を中心として約－６０度～－９０度の角度範囲とに半値全幅以上の強度を有する光が局在する分布である。ここで、図１右方の光源３Ｂから出射された光が、微細光学素子４０で内面反射して主に－６０度～－９０度の角度範囲の放射光を形成し、図１左方の光源３Ａから出射された光が、微細光学素子４０で内面反射して主に＋６０度～＋９０度の角度範囲の放射光を形成する。なお、微細光学素子４０の形状を凸球面形状に代えてプリズム形状としても、このような配光分布の放射光を生成することができる。

　後述するように、これら２つの角度範囲に局在する放射光１１ａを生成することにより、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０の内部に入射した放射光１１ａを微細光学素子５０の内面で全反射させることができる。微細光学素子５０の内面で全反射を起こした光は、Ｚ軸方向を中心とした狭い角度範囲に局在して狭角配光分布を持つ照明光１１を形成することとなる。

　次に、下向きプリズムシート５Ｄの光学構造について説明する。図５（ａ），（ｂ）は、下向きプリズムシート５Ｄの光学構造の一例を概略的に示す図である。図５（ａ）は、下向きプリズムシート５Ｄの背面５ａの構造の一例を概略的に示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した下向きプリズムシート５ＤのＸ軸方向から見た構成の一部を概略的に示す図である。図５（ａ）に示されるように、下向きプリズムシート５Ｄの背面５ａ（すなわち導光板４と対向する面）は、複数の微細光学素子５０が表示面１０ａと平行な面に沿ってＹ軸方向に規則的に配列された構造を有している。各微細光学素子５０は、三角プリズム形状の凸状部を形成し、微細光学素子５０の頂角部は液晶表示パネル１０側とは反対側に突出し、その頂角部をなす稜線はＸ軸方向に延在している。微細光学素子５０，５０の間隔は一定である。また、各微細光学素子５０は、Ｚ軸方向から＋Ｙ軸方向および－Ｙ軸方向へそれぞれ傾斜する２つの傾斜面５０ａ，５０ｂを有している。

　導光板４の前面４ｂから射出された放射光１１ａは、下向きプリズムシート５Ｄの背面５ａすなわち微細光学素子５０に入射する。その入射光は、微細光学素子５０の三角プリズムをなす傾斜面５０ａ，５０ｂの一方にて内面全反射することにより、液晶表示パネル１０の法線方向（Ｚ軸方向）に近づくように曲げられるので、中心輝度が高く、分布幅の狭い配光分布を有する照明光１１となる。

　このような微細光学素子５０の実施例としては、たとえば、傾斜面５０ａ，５０ｂより成される頂角（図５（ｂ）の断面の二等辺三角形状の頂角）が６８度、高さＴｍａｘが０．０２２ｍｍ、屈折率が１．４９の微細光学素子を採用することができる。また、微細光学素子５０，…，５０を、Ｙ軸方向の中心間隔Ｗｐが０．０３ｍｍとなるように配列することができる。なお、下向きプリズムシート５Ｄの材質はＰＭＭＡとすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、ポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料や、あるいはガラス材料を使用してもよい。

　図６は、下向きプリズムシート５Ｄの前面５ｂより放射される照明光１１の配光分布のシミュレーションによる計算結果を示すグラフである。図６のグラフにおいて、横軸は照明光１１の放射角度を、縦軸は輝度をそれぞれ表している。なお、図６の配光分布には、第２バックライトユニット２から放射され第１バックライトユニット１を透過した光は含まれていない。図６に明示されるように、照明光１１の配光分布は、Ｚ軸方向を中心とし、放射角度が約３０度の分布幅（半値全幅：ＦＷＨＭ）を有する。すなわち、照明光１１の配光分布は、Ｚ軸方向を中心として－１５度～＋１５度の角度範囲内に半値全幅以上の強度を有する光が局在する狭角配光分布である。

　図６に示した狭角配光分布は、導光板４からの放射光１１ａが図４の配光分布を有することを前提としたものである。図４の配光分布は、（１）ランバート形状の角度強度分布を有する光源３Ａ，３Ｂの使用を前提とし、（２）導光板４からの放射光１１ａが、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０（頂角６８度）の傾斜面５０ａ，５０ｂで内面全反射して下向きプリズムシート５Ｄ内を進行することにより、０度を中心として約３０度の分布幅の角度範囲に局在する配光分布の光に変換される、という条件を満たすように導光板４を設計した結果得たものである。

　図７（ａ），（ｂ）は、微細光学素子５０の光学的作用を概略的に示す図である。図７（ａ）に示されるように、微細光学素子５０は、Ｚ軸方向に対して所定角度以上で傾斜面５０ａに入射した光束ＩＬ（主に、導光板４の微細光学素子４０で内面反射した放射光１１ａ）を、傾斜面５０ｂで内面全反射させる。この結果、出射光束ＯＬの出射角度は、入射光束ＩＬの入射角度よりも小さくなる。一方、図７（ｂ）に示されるように、微細光学素子５０は、Ｚ軸方向に対して所定角度未満で傾斜面５０ａに入射した光束ＩＬ（主に、第２バックライトユニット２内の導光板７の前面７ｂから放射され導光板４を透過した照明光１２）を屈折させて、Ｚ軸方向から大きく傾いた角度方向に放射する。この結果、出射光束ＯＬの出射角度は、入射光束ＩＬの入射角度よりも大きくなる。よって、下向きプリズムシート５Ｄは、背面５ａから、Ｚ軸方向を中心とする比較的広い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する配光分布の光が入射した際に、その配光分布をほとんど狭帯化せずに前面５ｂより出射することができる。したがって、導光板７の前面７ｂから放射された照明光１２が、上向きプリズムシート５Ｖと導光板４と下向きプリズムシート５Ｄを通過しても、狭帯化されない。

　次に、上向きプリズムシート５Ｖの光学構造について説明する。図８（ａ），（ｂ）は、上向きプリズムシート５Ｖの光学構造の一例を概略的に示す図である。図８（ａ）は、上向きプリズムシート５Ｖの表面５ｃの構造の一例を概略的に示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示した上向きプリズムシート５ＶのＹ軸方向から見た構成の一部を概略的に示す図である。図８（ａ）に示されるように、上向きプリズムシート５Ｖの表面５ｃ（導光板４と対向する面）は、複数の微細光学素子５１，…，５１が表示面１０ａと平行な面に沿ってＸ軸方向に規則的に配列された構造を有している。各微細光学素子５１は、三角プリズム形状の凸状部を形成し、微細光学素子５１の頂角部は液晶表示パネル１０側に突出し、その頂角部をなす稜線はＹ軸方向に延在している。微細光学素子５１，５１の間隔は一定である。また、各微細光学素子５１は、Ｚ軸方向から＋Ｘ軸方向および－Ｘ軸方向へそれぞれ傾斜する２つの傾斜面５１ａ，５１ｂを有している。さらに、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１，…，５１の配列方向（Ｘ軸方向）は、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向（Ｙ軸方向）とほぼ直交する。

　このような上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５０の実施例としては、たとえば、傾斜面５１ａ，５１ｂより成される頂角（図８（ｂ）の断面の直角二等辺三角形形状の頂角）が９０度、最大高さＤｍａｘが０．０１５ｍｍ、屈折率が１．４９の微細構造素子を採用することができる。また、微細光学素子５１，…，５１を、Ｘ軸方向の中心間隔Ｇｐが０．０３ｍｍとなるように配列することができる。なお、プリズムシートの材質は、ＰＭＭＡとすることができるが、この材質に限定されるものではない。光透過率が良く、成形加工性に優れた材質であれば、ポリカーボネート樹脂などの他の樹脂材料、あるいはガラス材料を使用してもよい。

　上記上向きプリズムシート５Ｖは、導光板４から微細光学素子５１，…，５１に入射した光（戻り光）を背面５ｅで内面全反射させることにより、戻り光の進行方向を液晶表示パネル１０の方向に変更することができる。導光板４からの戻り光としては、導光板４の背面４ａにおいて全反射条件を満たさずに液晶表示パネル１０側とは反対側の方向に放射される光や、下向きプリズムシート５Ｄから液晶表示パネル１０側とは反対側に放射される光が挙げられる。上向きプリズムシート５Ｖは、このような戻り光を、再度、第１バックライトユニット１の照明光とすることができるので、光の利用効率を向上させることができる。

　上記微細光学素子５１の光学的作用について以下に説明する。図９（ａ），（ｂ）は、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１の光学的作用を概略的に示す図である。上述したように本実施の形態の微細光学素子５１，…，５１の配列方向（Ｘ軸方向）は、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向（Ｙ軸方向）とほぼ直交している。図９（ａ）は、微細光学素子５１，５１，５１を有する上向きプリズムシート５ＶのＸ－Ｚ平面に平行な部分断面を概略的に示す図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の上向きプリズムシート５ＶのＩＸｂ－ＩＸｂ線に沿った部分断面図である。これに対し、図１０（ａ），（ｂ）は、微細光学素子５１，…，５１の配列方向が下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向と平行になるように上向きプリズムシート５Ｖの配置を変更した場合の微細光学素子５１の光学的作用を概略的に示す図である。図１０（ａ）は、上向きプリズムシート５ＶのＹ－Ｚ平面に平行な部分断面を概略的に示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の上向きプリズムシート５ＶのＸｂ－Ｘｂ線に沿った部分断面図である。図９（ａ），（ｂ）及び図１０（ａ），（ｂ）には、導光板４から微細光学素子５１内に戻り光ＲＬが入射したときの光の挙動が示されている。ここで、導光板４からの実際の戻り光のうちＹ－Ｚ平面に沿って伝播する光の挙動が支配的であることから、説明の便宜上、Ｙ－Ｚ平面に平行な面を伝播する戻り光ＲＬのみが簡略的に示されている。

　図９（ａ）に示されるように、各微細光学素子５１は、Ｘ－Ｚ平面においてはＺ軸方向に関して対称な傾き角を有する傾斜面５１ａ，５１ｂの対を有している。図９（ａ），（ｂ）に示されるように、戻り光ＲＬとしての光線は様々な入射角で微細光学素子５１の傾斜面５１ａに入射する。そして、図９（ａ）に示されるように、Ｚ軸方向に沿って入射した光は、傾斜面５１ａで－Ｘ軸方向に屈折される。なお、図示されていないが、微細光学素子５１の傾斜面５１ｂにも戻り光ＲＬが入射し、傾斜面５１ｂで＋Ｘ軸方向に屈折される。それ故、上向きプリズムシート５Ｖ内を進行する屈折光の背面５ｅへの入射角度は大きく、上向きプリズムシート５Ｖと空気層との界面（背面５ｅ）において全反射条件を満たす屈折光が生じやすい。言い換えれば、屈折光の背面５ｅへの入射角度が臨界角以上になりやすい。屈折光のうち背面５ｅで内面全反射した光ＯＬは、図９（ａ），（ｂ）に示されるように液晶表示パネル１０の方向に出射される。特に、導光板４からの戻り光ＲＬの多くは、上向きプリズムシート５Ｖの法線方向（Ｚ軸方向）から大きく傾いた角度をもって上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１に入射するため、上向きプリズムシート５Ｖの背面５ｅにおいて全反射条件が成り立ちやすい。

　図９（ａ）に示されるように、上向きプリズムシート５Ｖは、微細光学素子５０の傾斜面５１ａ，５１ｂの対がＸ軸方向に沿って連続的に配列された光学構造を有している。一方、図９（ｂ）に示されるように微細光学素子５１はＹ軸方向に延在するので、Ｙ－Ｚ平面においては、上向きプリズムシート５Ｖの構造は、Ｚ軸方向に関して対称である。よって、上向きプリズムシート５Ｖ内を進行する屈折光は、背面５ｅで内面全反射されると、Ｘ－Ｚ平面及びＹ－Ｚ平面のいずれの平面においても、上向きプリズムシート５Ｖへの戻り光ＲＬの入射角（Ｚ軸方向に対する入射角）とほぼ等しい角度にて上向きプリズムシート５Ｖから液晶表示パネル１０の方向へ出射される。また、図９（ｂ）に示されるように、戻り光ＲＬのうち上向きプリズムシート５Ｖへの入射角（Ｚ軸方向に対する入射角）の小さい光は背面５ｅで内面全反射せず、入射角の比較的大きな光が背面５ｅで内面全反射されることで出射光ＯＬに変換される。よって、戻り光ＲＬの配光分布の一部が保存されつつ、戻り光ＲＬの一部の進行方向が液晶表示パネル１０の方向へ変更される。出射光ＯＬは、導光板４を透過することにより、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０で内面全反射されて狭角配光分布の照明光１１に変換されるために必要とされる配光分布（たとえば、図４に示したように、Ｚ軸方向から約＋７５度傾いた軸を中心として約＋６０度～＋９０度の角度範囲と、Ｚ軸方向から約－７５度傾いた軸を中心として約－６０度～－９０度の角度範囲とに半値全幅以上の強度を有する光が局在する分布）を持つ光に変換される。

　このようにして上向きプリズムシート５Ｖから液晶表示パネル１０の方向に放射された光は、導光板４を透過し、下向きプリズムシート５Ｄに入射することにより、中心輝度が高く、分布幅の狭い配光分布を有する照明光１１に変換され、液晶表示パネル１０の背面１０ｂを照明する。これにより、第１バックライトユニット１を構成する光源３Ａ，３Ｂから放射される光量に対する、第１バックライトユニット１から放射される狭角配光分布を持つ照明光１１の光量の比率（これを、第１バックライトユニット１の光利用効率と定義する。）を向上させることができる。したがって、表示面１０ａにおける所定輝度を確保するために必要な光源光量を従来と比べて低減させることができ、液晶表示装置１００の消費電力を抑制することができる。

　ところで、微細光学素子５１，…，５１の配列方向が下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向と一致するように上向きプリズムシート５Ｖの配置を変更した場合、図１０（ａ）に示すように、戻り光ＲＬは、微細光学素子５１で屈折され、その屈折光の一部は背面５ｅで内面全反射されて液晶表示パネル１０の方向に出射される。この場合にも、出射光ＯＬは、導光板４を透過することにより、図４に示した配光分布とほぼ同じ配光分布を持つ光に変換されるが、図９（ａ），（ｂ）の場合と比べて、上向きプリズムシート５Ｖから液晶表示パネル１０の方向へ放射される光の光量が減少してしまう。図１０（ａ）に示すように、上向きプリズムシート５Ｖに対して大きな角度（Ｚ軸方向に対する角度）で微細光学素子５１に戻り光ＲＬが入射すると、微細光学素子５１内の光の進行方向は、屈折や反射によって複雑に変化する。図９（ｂ）の場合と比べると、上向きプリズムシート５Ｖの背面５ｅにおける全反射条件が成り立たない光が多くなり、上向きプリズムシート５Ｖの背面５ｅから、液晶表示パネル１０とは反対側に放射される光が多くなる。したがって、上向きプリズムシート５Ｖで内面全反射されて液晶表示パネル１０の方向へ放射される光の光量が減少する。よって、高い消費電力低減効果を得る観点からは、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１，…，５１の配列方向は下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向とほぼ直交することが好ましい。

　本実施の形態の液晶表示装置１００は、第１バックライトユニット１と第２バックライトユニット２とが積層された構成を有し、第１バックライトユニット１は、第２バックライトユニット２と液晶表示パネル１０との間に設けられている。第１バックライトユニット１は、第２バックライトユニット２から放射された広角配光分布の照明光１２を透過させる必要があるため、第１バックライトユニット１においては、戻り光ＲＬを液晶表示パネル１０の方向へ反射させる手段として、光反射シート８のように、光透過率が低く、反射率が高い光反射シートを使用することは好ましくない。第１バックライトユニット１は、この種の光反射シートを使用せず、光透過率の非常に高い上向きプリズムシート５Ｖを有するので、第２バックライトユニットを構成する光源６Ａ，６Ｂから放射される光量に対する、液晶表示装置１００の表示面１０ａから放射される広角配光分布を持つ光の光量の比率（これを、第２バックライトユニット２の光利用効率と定義する。）を低下させることなく、消費電力の増加を抑制することができる。

　光反射シート８は、第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２から伝播した戻り光を、液晶表示パネル１０の方向に反射させて照明光として再利用させるものである。ただし、光反射シート８の表面に入射する光は、第２バックライトユニット２の拡散反射構造７０で拡散された広角配光分布の光であり、また、光反射シート８の表面で液晶表示パネル１０の方向に反射された光は、光反射シート８の表面で反射する際もしくは拡散反射構造７０を透過する際に拡散される。よって、第１バックライトユニット１にその背面側から入射する光においては、狭角配光分布の照明光１１に変換されるために必要とされる角度を有する光の割合が減少してしまう。これに対し、上述したように、上向きプリズムシート５Ｖは、下向きプリズムシート５Ｄへの入射光が微細光学素子５０で内面全反射されて狭角配光分布の照明光１１に変換されるために必要とされる配光分布を持つ光を出射することができる。したがって、上向きプリズムシート５Ｖを使用することにより、導光板４から入射する戻り光ＲＬを、液晶表示パネル１０の表示面１０ａの法線方向を中心とする狭角配光分布を有する光に効率良く変換して、第１バックライトユニット１の光利用効率を向上させることができる。

　図１１及び図１２は、互いに異なる構造のバックライトユニットから放射された光の角度輝度分布（配光分布）を実験により測定した結果を示すグラフである。図１１及び図１２のグラフにおいて、横軸は放射光の放射角度を、縦軸は正規化された輝度をそれぞれ表している。図１１には、本実施の形態の第１バックライトユニット１の実施例（第１実施例）から液晶表示パネル１０の方向に放射された光の配光分布と、微細光学素子５１，…，５１の配列方向が下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向と平行になるように上向きプリズムシート５Ｖの配置を変更して第２実施例のバックライトユニットを構成した場合にこのバックライトユニットから液晶表示パネル１０の方向に放射された光の配光分布とが示されている。また、図１２には、本実施の形態の第１バックライトユニット１内の上向きプリズムシート５Ｖに代えて光反射シート８と同じ構造の光反射シートを配置して第１比較例のバックライトユニットを構成した場合にこのバックライトユニットから液晶表示パネル１０の方向に放射された光の配光分布と、本実施の形態の第１バックライトユニット１内の上向きプリズムシート５Ｖに代えて光吸収シートを配置して第２比較例のバックライトユニットを構成した場合にこのバックライトユニットから液晶表示パネル１０の方向に放射された光の配光分布とが示されている。図１１及び図１２のグラフの輝度は、第１実施例の放射光の配光分布の最大ピーク輝度が１となるように正規化されている。なお、本実験においては、第１実施例、第２実施例、第１比較例及び第２比較例のいずれの場合も、バックライトユニットを構成する光源３Ａ，３Ｂからは等しい光量の光が出力された。

　図１１から明らかなように、第１実施例の場合、第２実施例の場合と比べて、放射光の光量が多く、狭角配光分布の照明光を生成するための光利用効率が高いことが分かる。また、図１１に示されるように、第１実施例及び第２実施例の放射光の配光分布では、０度を中心とする３０度の角度範囲内（－１５度～＋１５度の角度範囲内）に輝度が十分に局在している。これに対し、図１２に示されるように、第１比較例の放射光の配光分布は、－３０度未満の範囲と＋３０度を超える範囲とで約０．４以上の輝度を有しており、狭角配光分布となっていない。さらに、図１２から明らかなように、第２比較例の放射光の配光分布の最大ピーク輝度は約０．５に過ぎない。

　次に、第２バックライトユニット２の構成について説明する。図１に示されるように、第２バックライトユニット２は、第１バックライトユニット１の光源３Ａ，３Ｂと同様に構成された光源６Ａ，６Ｂと、導光板４の背面４ａに略平行となり且つ当該背面４ａに対向するように配置された導光板７とを含む。導光板７は、ＰＭＭＡなどの透明光学材料で形成された板状部材であり、その背面７ａに拡散反射構造７０を有している。光源６Ａ，６Ｂは、導光板７のＹ軸方向の両端面（入射端面）７ｃ，７ｄに対向配置されている。第１バックライトユニット１の場合と同様に、光源６Ａ，６Ｂから発せられた光は、導光板７の入射端面７ｃ，７ｄから導光板７に入射する。その入射光は、導光板７の内部を全反射されながら伝播し、背面７ａの拡散反射構造７０により伝播光の一部が拡散反射されて照明光１２として導光板７の前面７ｂから放射される。拡散反射構造７０は、たとえば拡散反射材を背面７ａに塗布することにより構成することができる。拡散反射構造７０は伝播光を広い角度範囲に拡散するため、第２バックライトユニット２から放射される照明光１２は、広角配光分布を有する照明光として液晶表示パネル１０に向かって放射される。

　上記構成を有する液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１０の背面１０ｂへの照明光の配光分布を、狭角配光分布または広角配光分布にすることができるだけでなく、狭角配光分布と広角配光分布間の中間の配光分布にすることができる。図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、照明光の３種類の配光分布を概略的に例示する図である。第１バックライトユニット１の光源３Ａ，３Ｂが点灯され、第２バックライトユニット２の光源６Ａ，６Ｂが点灯されないとき、液晶表示パネル１０の背面１０ｂは、図１３（ａ）に示すような狭角配光分布Ｄ３を持つ照明光で照明される。そのため、観察者は、液晶表示装置１００の正面方向から明るい画像を視認できるが、斜め方向から表示面１０ａを観察した場合には暗い画像を視認することとなる。このとき、液晶表示装置１００は、観察方向以外の不要な方向に光を放射しないため、光源３Ａ，３Ｂの発光量を少なく抑えることができ、消費電力を低減することができる。

　一方、第２バックライトユニット２の光源６Ａ，６Ｂが点灯され、第１バックライトユニット１の光源３Ａ，３Ｂが点灯されないとき、液晶表示パネル１０の背面は、図１３（ｂ）に示すような広角配光分布Ｄ４を持つ照明光１２で照明される。そのため、観察者は、広い角度方向から明るい画像を視認することができる。全ての角度方向に対して十分な明るさを確保するためには、光源６Ａ，６Ｂには大きな発光量が必要となり、消費電力も増加する。

　そこで、実施の形態１の液晶表示装置１００では、制御部１０１が、観察方向に応じて、第１バックライトユニット１の光源３Ａ，３Ｂの発光量と第２バックライトユニット２の光源６Ａ，６Ｂの発光量とを制御する。たとえば、図１３（ｃ）に示すように、制御部１０１は、第１バックライトユニット１の照明光１２及び第２バックライトユニット２の照明光１１を発生させて、照明光１２の配光分布Ｄ３ａと照明光１１の配光分布Ｄ４ａとを重ね合わせることにより、中間状態の配光分布Ｄ５を形成する。この結果、観察方向に応じた最適な配光分布Ｄ５が得られる。これにより、観察方向に応じた視野角が得られ、不要な方向に放射される光を最小限に抑えることができる。よって、広い観察方向から明るい画像が視認できるように広角配光分布Ｄ４の照明光を放射する場合（図１３（ｂ））と比較して、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂの全体の発光量を低減できるため、大きな消費電力削減効果を得ることができる。

　図１４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、３種類の視野角制御の例を模式的に示す図である。図１４（ａ）～（ｃ）の例では、視野角制御は、観察者の位置との関係に基づいて行われる。図１４（ａ）に示すように、観察者が液晶表示パネル１０に対して正面方向に位置する場合には、制御部１０１は、第１バックライトユニット１の発光量を第２バックライトユニット２の発光量に対して相対的に大きく設定することにより、第１バックライトユニット１による配光分布Ｄ３ａａと第２バックライトユニット２による配光分布Ｄ４ａａとを重ね合わせて狭角配光分布Ｄ５ａａを生成する（狭視野角表示モード）。これに対し、図１４（ｂ）に示すように、観察者の位置が左右に広がると、その広がりに応じて、制御部１０１は、第１バックライトユニット１の発光量に対する第２バックライトユニット２の発光量の割合を大きく設定することにより、第１バックライトユニット１による配光分布Ｄ３ａｂと第２バックライトユニット２による配光分布Ｄ４ａｂとを重ね合わせて広角配光分布Ｄ５ａｂを生成することができる（第１の広視野角表示モード）。図１４（ｃ）に示すように、観察者の位置がさらに左右に広がると、その広がりに応じて、制御部１０１は、第１バックライトユニット１の発光量に対する第２バックライトユニット２の発光量の割合をさらに大きく設定することにより、第１バックライトユニット１による配光分布Ｄ３ａｃと第２バックライトユニット２による配光分布Ｄ４ａｃとを重ね合わせて広角配光分布Ｄ５ａｃを生成することができる（第２の広視野角表示モード）。このように、制御部１０１は、観察者の位置が左右に広がるにつれて、その広がりに応じて、第１バックライトユニット１の発光量に対する第２バックライトユニット２の発光量の割合を大きく設定するので、きめ細かな視野角制御を行うことができる。また、より高い消費電力低減効果が得られる。

　液晶表示装置１００の表示面１０ａが明る過ぎると観察者がまぶしく感じるなどの理由から、必要以上の明るさは不要である。そのため、図１３（ａ）～（ｃ）及び図１４（ａ）～（ｃ）に示すように、制御部１０１は、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂの発光量を制御して液晶表示パネル１０の背面１０ｂへの照明光の配光分布を調整する際に、液晶表示パネル１０の正面方向の明るさ（輝度）が常に一定の値Ｌを保つように制御することができる。

　第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２においては、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂは同一の発光方式の光源であることが望ましい。その理由は、第１バックライトユニット１の発光量と第２バックライトユニット２の発光量との割合を変えて視野角を変更したとき、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂの発光特性（発光スペクトルなど）の差が発光色変化などを引き起こす可能性を回避することができるからである。第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２で同一の発光方式の光源が用いられることで、このような可能性を回避し、視野角変更時に良好な画質を維持することができる。同一の発光方式の光源としては、たとえば、同一構造の発光体、発光波長域などの発光特性が同一の発光体、異なる発光特性を持つ複数の発光体の組み合わせが同一の発光体モジュール、あるいは、同一の駆動方式で駆動される発光体が挙げられる。

　上記のような視野角可変機能を有する液晶表示装置１００においては、観察者の視線方向が画面法線方向から大きく傾く場合、たとえば、大型の液晶表示装置の画面中央部と向かい合う位置に立つ観察者が液晶表示装置との距離を十分にとらず画面周辺部を観る場合には、狭視野角表示をした際に十分な輝度が得られず画像を認識しづらくなる可能性がある。このような問題に対しては、たとえば、バックライトユニット１と液晶表示パネル１０との間に、フレネル構造を表面に有する光学シートなどの、画面周辺部の光の進行方向を画面中央部に向けるような構造を設けることにより、当該問題を回避することが可能となる。

　なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したように微細光学素子４０は、凸球面形状を有するが、これに限定されるものではない。下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０で内面全反射を生じさせて狭角配光分布の照明光１１を生成させる放射光１１ａを発する構造を有するのであれば、微細光学素子４０に代わる構造を採用してもよい。

　以上に説明したように実施の形態１の液晶表示装置１００は、特許文献１に記載されるような複雑かつ高価な能動光学素子を使用せずに、第１バックライトユニット１の発光量と第２バックライトユニット２の発光量との割合を調整することで視野角制御を行うことができる。よって、液晶表示装置１００は、表示面１０ａから不要な方向に放射される光量を最小限に抑えるので、消費電力の低減に有効な視野角制御機能を実現することができる。また、実施の形態１の液晶表示装置１００の構成は、簡易かつ安価な構成からなり、小型から大型までその画面サイズによらず有効な構成である。また、液晶表示装置１００は、第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２の発光量や発光方向を正確且つ容易に制御できるので、表示画像の色変化などを発生させることなく、きめ細かく最適な視野角に変更することができる。

　また、第１バックライトユニット１の導光板４と下向きプリズムシート５Ｄとにより、能動光学素子を使用せずに狭角配光分布を持つ照明光１１を生成できる。上述の通り、下向きプリズムシート５Ｄの背面５ａに形成された微細光学素子５０は、導光板４の前面４ｂから入射した放射光１１ａを傾斜面５０ａ，５０ｂで内面全反射させることにより、狭角配光分布を持つ照明光１１を生成することができる。

　また、第１バックライトユニット１は、上向きプリズムシート５Ｖを有するので、本実施の形態のようなバックライト積層型の液晶表示装置１００においても、第２バックライトユニット２からの放射光を損失することなく、第１バックライトユニット１の光利用効率を向上させることができる。上述の通り、第１バックライトユニット１の導光板４からその背面方向に放射される戻り光ＲＬは、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１で屈折された後に背面５ｅで液晶表示パネル１０の方向に全反射されるので、第１バックライトユニット１の照明光１１となることができる。

　さらに、第２バックライトユニット２から放射された照明光１２は、背面側に突出する微細光学素子５０の傾斜面５０ａ，５０ｂによりその配光分布が狭帯化されることなく、液晶表示パネル１０の背面を照明することができる。狭視野角を実現する構成として、広角配光分布を持つ照明光を放射する面状光源と、この照明光を集光して狭角配光分布の照明光に変換する光学構造（たとえば、その面状光源と対向しない側の面を出光面とする光学構造）との組み合わせを採用することができるが、この構成では、面状光源の出射光が狭角配光分布の光に変換されてしまうので、第２バックライトユニット２から放射された広角配光分布の照明光までもその配光分布が狭角化されてしまう。このため、図１３（ａ）～（ｃ）に示したように狭角配光分布の照明光と広角配光分布の照明光とを重ね合わせて所望の配光分布を得るということができない。本実施の形態の微細光学素子５０は、第２バックライトユニット２からの照明光１２を集光せず、その広角配光分布を狭帯化しない。このため、本実施の形態の構成は、２層以上の複数層のバックライトユニットを積層して構成される液晶表示装置に適用された場合でも、きめ細かな視野角制御を行うことができる。

　本実施の形態では、図１に示したように、導光板４の側方に光源３Ａ，３Ｂが設けられ、導光板７の側方に光源６Ａ，６Ｂが設けられているので、２層以上の複数層のバックライトユニットを積層して液晶表示装置を構成する場合であっても、Ｚ軸方向の厚みが小さい薄型構成を実現できる。よって、視野角制御機能を有する薄型液晶表示装置を実現することができる。

　また、実施の形態１では、制御部１０１は、表示面１０ａの正面方向の輝度を所定の指示値Ｌに保ちながら、複数の第１バックライトユニット１及び第２バックライトユニット２の発光量を個別に制御するので、必要以上の明るさをもたらすことなく、観察方向に応じた最適な照明光の配光分布を得ることができる。さらに、不要な方向に放射される光を最小限に抑えて、消費電力を大幅に低減することができる。

　なお、液晶表示パネル１０の背面への照明光の配光分布を制御するためには、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂの発光量を自在に制御可能であることが好ましい。かかる観点から、光源３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂは、レーザ光源あるいは発光ダイオードのように発光量の制御が容易な固体光源を使用することが望ましい。これにより、より最適な視野角制御を行うことができる。

　また、第１バックライトユニット１から放射される照明光１１が狭角配光分布を有するためには、上述した通り、導光板４から放射される照明光１１ａが、画面法線方向（Ｚ軸方向）から大きく傾いた角度範囲に局在する配光分布を有している必要がある。導光板４内を伝播する光の指向性が高い方が、導光板４から放射される光の射出角度の制御が容易であり、かつ配光分布の狭帯化（特定の角度範囲に所定強度以上の光が局在すること）が可能となるため好ましい。そのため、光源３Ａ，３Ｂとして指向性の高いレーザ光源を使用することが好ましい。これにより、きめ細かく最適な視野角制御を実現できるとともに、より大きな消費電力低減効果が得られる。

　本実施の形態では、第１バックライトユニット１は、導光板４のＹ軸方向の両端面を光入射面とし、これら両端面と対向する光源３ａ，３ｂを有するが、この構成に限定されるものではない。第１バックライトユニット１は、導光板４の両端面のうち一方の端面のみを光入射面とし、この端面に対向する光源のみを有するように構成されてもよい。この場合は、導光板４の背面４ａに設けられる微細光学素子４０の配置間隔や仕様を適宜変更することにより、導光板４から放射される光の面内輝度分布を均一化することが好ましい。同様に、第２バックライトユニット２も、導光板７の両端面のうち一方の端面のみを光入射面とし、この端面に対向する光源のみを有するように構成されてよい。

実施の形態２．
　図１５は、本発明に係る実施の形態２の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）２００の構成を模式的に示す図である。図１６は、図１５の液晶表示装置２００の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。図１５及び図１６の液晶表示装置２００の構成要素のうち、図１の構成要素と同一符号を付された構成要素は同一機能を有するものとして、その詳細な説明を省略する。

　図１５及び図１６に示されるように、液晶表示装置２００は、透過型の液晶表示パネル１０、光学シート９、第１バックライトユニット１６及び第２バックライトユニット１７を備えており、これら構成要素１０，９，１６，１７は、Ｚ軸に沿って配列されている。液晶表示パネル１０は、実施の形態１と同様に、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸ－Ｙ平面と平行な表示面１０ａを有する。なお、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。液晶表示装置２００は、さらに、液晶表示パネル１０を駆動するパネル駆動部２０２と、第１バックライトユニット１６に含まれる光源３Ｃを駆動する光源駆動部２０３Ａと、第２バックライトユニット１７に含まれる光源１９，…，１９を駆動する光源駆動部２０３Ｂとを有している。パネル駆動部２０２と光源駆動部２０３Ａ，２０３Ｂの動作は、制御部２０１によって制御される。

　制御部２０１は、信号源（図示せず）から供給された映像信号（図示せず）に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号をパネル駆動部２０２及び光源駆動部２０３Ａ，２０３Ｂに供給する。光源駆動部２０３Ａ，２０３Ｂは、制御部２０１からの制御信号に応じてそれぞれ光源３Ｃと光源１９を駆動して光源３Ｃと光源１９とから光を出射させる。

　第１バックライトユニット１６は、光源３Ｃの出射光を狭角配光分布（液晶表示パネル１０の表示面１０ａの法線方向すなわちＺ軸方向を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１３に変換して液晶表示パネル１０の背面に向けて放射する。この照明光１３は、光学シート９を介して液晶表示パネル１０の背面に照射される。一方、第２バックライトユニット１７は、光源１９，…，１９の出射光を広角配光分布（Ｚ軸方向を中心とした比較的広い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１４に変換して第１バックライトユニット１６に向けて放射する。照明光１４は、第１バックライトユニット１６を透過し、光学シート９を介して液晶表示パネル１０の背面に照射される。

　図１５及び図１６に示されるように、第１バックライトユニット１６は、光源３Ｃと、液晶表示パネル１０の表示面１０ａに対して平行に配置された導光板４Ｒと、下向きプリズムシート５Ｄと、上向きプリズムシート５Ｖとを含む。第１バックライトユニット１６の構成は、実施の形態１の第１バックライトユニット１の導光板４を導光板４Ｒに置き換えることで得られるものである。導光板４Ｒはアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学材料で形成された板状部材で構成されている。導光板４Ｒの背面４ｅ（液晶表示パネル１０側とは反対側の面）は、微細光学素子４０Ｒ，…，４０Ｒが表示面１０ａと平行な面に沿って配列された構造を有する。各微細光学素子４０Ｒの形状は球面形状の一部をなし、その表面は一定の曲率を有している。

　光源３Ｃは、導光板４ＲのＹ軸方向の一端面（入射端面）４ｇに対向配置されており、たとえば、複数の発光ダイオード素子をＸ軸方向に配列することで構成される。光源３Ｃから発せられた光は、導光板４Ｒの入射端面４ｇから導光板４Ｒに入射し、導光板４Ｒの内部を全反射されながら伝播する。その際、導光板４Ｒの背面４ｅの微細光学素子４０Ｒにより伝播光の一部が反射され、照明光１３ａとして導光板４Ｒの前面４ｆから放射される。微細光学素子４０Ｒは、導光板４Ｒの内部を伝播する光を、Ｚ軸方向から所定角度だけ傾いた方向を中心とする配光分布の光に変換して前面４ｆより放射する。この導光板４Ｒから放射された光１３ａは、下向きプリズムシート５Ｄに入射した後、図１５及び図１６の微細光学素子５０で内面全反射された後、前面（出光面）５ｂより照明光１３として放射される。

　微細光学素子４０Ｒの形状は、上記実施の形態１の微細光学素子４０の形状と同じにすることができる。これら微細光学素子４０Ｒ，…，４０Ｒを有する導光板４Ｒの材質も、実施の形態１の導光板４の材質と同じにすることが可能である。よって、微細光学素子４０Ｒの実施例としては、たとえば、その表面の曲率が約０．１５ｍｍ、最大高さが約０．００５ｍｍ、屈折率が約１．４９の微細光学素子を採用することができる。

　微細光学素子４０Ｒ，４０Ｒの中心間隔は、光源３Ｃの出射光が入射する入射端面４ｇからの距離が大きくなるほど小さく、入射端面４ｇからの距離が小さくなるほど大きくなるように設定される。前述の通り、光源３Ｃの出射光は、導光板４Ｒの側方の入射端面４ｇから導光板４Ｒの内部に入射する。その入射光は、導光板４Ｒの内部を伝播しつつ、導光板４Ｒの微細光学素子４０Ｒと空気層との屈折率差により全反射されて導光板４Ｒの前面４ｆから液晶表示パネル１０の方向に放射される。ここで、微細光学素子４０Ｒは、光源３Ｃに近い入射端面４ｇに近いほど疎となり（すなわち、微細光学素子４０Ｒの単位面積当たりの数すなわち密度が入射端面４ｇに近いほど小さくなり）、光源３Ｃから離れるほど密となる（すなわち、微細光学素子４０Ｒの密度が入射端面４ｇから離れるほど大きくなる）ように形成されている。その理由は、放射光１３ａの面内輝度分布を均一化するためである。入射端面４ｇに近いほど光強度が大きいので、微細光学素子４０Ｒの密度を低くして伝播光のうち微細光学素子４０Ｒで内面全反射する光の割合を少なくし、入射端面４ｇから離れるほど光の強度が弱くなるので、微細光学素子４０Ｒの密度を高くして伝播光のうち微細光学素子４０Ｒで内面全反射する光の割合を大きくすることができる。これにより、放射光１３ａの面内輝度分布を均一化することが可能となる。

　上記実施の形態１の場合と同様に、導光板４Ｒの背面４ｅにおいて全反射条件を満たさずに放射される光や、下向きプリズムシート５Ｄから液晶表示パネル１０側とは反対側に放射される光が上向きプリズムシート５Ｖの前面５ｃに入射する。上向きプリズムシート５Ｖは、導光板４Ｒから微細光学素子５１，…，５１の内部に入射した光（戻り光）を背面５ｅで内面全反射させることにより、戻り光の進行方向を液晶表示パネル１０の方向に変更することができる。このように背面５ｅで内面全反射された光は、液晶表示パネル１０の方向へ放射され、導光板４Ｒを透過することにより、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０で内面全反射されて狭角配光分布の照明光１３に変換されるために必要とされる配光分布を持つ光に変換される。これにより、第１バックライトユニット１６を構成する光源３Ｃから放射される光量に対する、第１バックライトユニット１６から放射される狭角配光分布を持つ照明光１３の光量の比率（これを、第１バックライトユニット１６の光利用効率と定義する。）を向上させることができる。したがって、表示面１０ａにおける所定輝度を確保するために必要な光源光量を従来と比べて低減させることができ、液晶表示装置２００の消費電力を抑制することができる。

　次に、第２バックライトユニット１７の構成について説明する。図１５及び図１６に示されるように、第２バックライトユニット１７は、筐体２１と、この筐体２１内に配置された発光ダイオードなどの光源１９，…，１９とを含む。これら光源１９，…，１９は、液晶表示パネル１０の直下に位置するようにＸ－Ｙ平面に沿って規則的に配列されている。筐体２１のＹ軸方向の側壁内面と底板部内面はともに拡散反射面である。筐体２１の前面（液晶表示パネル１０側の面）には、光源１９，…，１９から発せられた光を拡散透過する拡散透過板２２が設けられている。この拡散透過板２２は、照明光１４の面内均一性を確保するために拡散度の高い材料からなる。このように第２バックライトユニット１７は、光源直下型バックライトとして構成されている。

　上記第２バックライトユニット１７は、広角配光分布の照明光１４を放射するとともに大きな発光量が求められるバックライトユニットとして効果的である。たとえば、液晶表示装置２００を大画面化した場合でも、光源直下型の第２バックライトユニット１７を使用することで十分な明るさを確保することができる。

　光源直下型の第２バックライトユニット１７を用いる場合、光源１９，…，１９として、発光面積が小さく指向性の高いレーザ光源を用いると、照明光１４の配光分布を均一化するための複雑な構造が必要となる。そこで、実施の形態２では、第２バックライトユニット１７の光源として、レーザ光源と同様な高い発光制御性を有し、面発光であるために照明光１４の配光分布の均一化が容易な発光ダイオードを用いることが望ましい。これにより、第２バックライトユニット１７の構造が簡単となり、さらなるコスト低減を実現することができる。

　また、第１バックライトユニット１６の光源３Ｃと、第２バックライトユニット１７の光源１９，…，１９とは、同一の発光方式の光源であることが望ましい。その理由は、第１バックライトユニット１６の発光量と第２バックライトユニット１７の発光量との割合を変えて視野角を変更したとき、光源３Ｃ，１９の発光特性（発光スペクトルなど）の差が発光色変化などを引き起こす可能性を回避することができるからである。

　上記のような視野角可変機能を有する液晶表示装置２００においては、観察者の視線方向が画面法線方向から大きく傾く場合、たとえば、大型の液晶表示装置の画面中央部と向かい合う位置に立つ観察者が液晶表示装置との距離を十分にとらず画面周辺部を観る場合には、狭視野角表示をした際に十分な輝度が得られず画像を認識しづらくなる可能性がある。このような問題に対しては、たとえば、バックライトユニット１６と液晶表示パネル１０との間に、フレネル構造を表面に有する光学シートなどの、画面周辺部の光の進行方向を画面中央部に向けるような構造を設けることにより、当該問題を回避することが可能となる。

　以上に説明したように実施の形態２の液晶表示装置２００は、実施の形態１の液晶表示装置１００と同様に、複雑かつ高価な能動光学素子を使用せずに、第１バックライトユニット１６の発光量と第２バックライトユニット１７の発光量との割合を調整することで視野角制御を行うことができる。液晶表示装置２００は、表示面１０ａから不要な方向に放射される光量を最小限に抑えるので、これにより消費電力の低減に有効な視野角制御機能を実現することができる。また、実施の形態２の液晶表示装置２００の構造は、簡易かつ安価な構成からなり、小型から大型までその画面サイズによらず有効な構成である。

　また、実施の形態１の液晶表示装置１００と同様に、第１バックライトユニット１６が上向きプリズムシート５Ｖを有している。第１バックライトユニット１６において導光板４Ｒからその背面方向に放射される戻り光は、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学構造５１の存在によりその背面５ｅにおいて内面全反射され、狭角配光分布を持つ照明光１３となる。このため、戻り光を第１バックライトユニット１６の放射光として利用することができる。したがって、実施の形態２のようなバックライト積層型の液晶表示装置においても、第２バックライトユニット１７からの放射光１４を損失することなく、第１バックライトユニット１６の光利用効率を向上させることができる。

　さらに、液晶表示装置２００では、広角配光分布の照明光１４を放射する第２バックライトユニット１７が光源直下型のバックライトとして構成されているので、視野角制御機能を有する液晶表示装置２００の大画面化と低消費電力化とを低コストで実現することができる。

実施の形態３．
　図１７は、本発明に係る実施の形態３の液晶表示装置（透過型液晶表示装置）３００の構成を模式的に示す図である。図１８は、図１７の液晶表示装置３００の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。実施の形態３の液晶表示装置３００の構成は、第２バックライトユニットの構成が異なる点を除いて、実施の形態２の液晶表示装置２００の構成とほぼ同じである。以下、実施の形態３に特有の構成について詳細に説明する。図１７及び図１８の液晶表示装置３００の構成要素のうち、図１，２，１５，１６の構成要素と同一符号を付された構成要素は同一機能を有するものとして、その詳細な説明を省略する。

　図１７及び図１８に示されるように、液晶表示装置３００は、透過型の液晶表示パネル１０、光学シート９、第１バックライトユニット１６及び第２バックライトユニット１８を備えており、これら構成要素１０，９，１６，１８は、Ｚ軸に沿って配列されている。液晶表示パネル１０は、上記実施の形態１，２の場合と同様に、Ｚ軸に直交するＸ軸及びＹ軸を含むＸ－Ｙ平面と平行な表示面１０ａを有する。なお、Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。液晶表示装置３００は、さらに、液晶表示パネル１０を駆動するパネル駆動部３０２と、第１バックライトユニット１６に含まれる光源３Ｃを駆動する光源駆動部３０３Ａと、第２バックライトユニット１８に含まれる光源６０，…，６０を駆動する光源駆動部３０３Ｂとを有している。パネル駆動部３０２と光源駆動部３０３Ａ，３０３Ｂの動作は、制御部３０１によって制御される。

　制御部３０１は、信号源（図示せず）から供給された映像信号（図示せず）に画像処理を施して制御信号を生成し、これら制御信号をパネル駆動部３０２及び光源駆動部３０３Ａ，３０３Ｂに供給する。光源駆動部３０３Ａ，３０３Ｂは、制御部３０１からの制御信号に応じてそれぞれ光源３Ｃと光源６０を駆動して光源３Ｃと光源６０とから光を出射させる。

　第１バックライトユニット１６は、光源３Ｃの出射光を狭角配光分布（液晶表示パネル１０の表示面１０ａの法線方向すなわちＺ軸方向を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１３に変換して液晶表示パネル１０の背面に向けて放射する。この照明光１３は、光学シート９を介して液晶表示パネル１０の背面に照射される。一方、第２バックライトユニット１８は、光源６０，…，６０から放射される比較的狭角配光分布（Ｚ軸方向を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布）を持つ照明光１５を第１バックライトユニット１６の背面に向けて放射する。照明光１５は、第１バックライトユニット１６を透過することにより、Ｚ軸方向から大きく傾いた角度を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する分布を持つ照明光１５ａとなり、光学シート９を介して液晶表示パネル１０の背面に照射される。

　図１７及び図１８に示されるように、第１バックライトユニット１６は、実施の形態２の場合と同様に、光源３Ｃと、液晶表示パネル１０の表示面１０ａに対して平行に配置された導光板４Ｒと、下向きプリズムシート５Ｄと、上向きプリズムシート５Ｖとを含む。導光板４Ｒはアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）などの透明光学材料で形成された板状部材で構成されている。導光板４Ｒの背面４ｅ（液晶表示パネル１０側とは反対側の面）は、微細光学素子４０Ｒ，…，４０Ｒが表示面１０ａと平行な面に沿って配列された構造を有する。各微細光学素子４０Ｒの形状は球面形状の一部をなし、その表面は一定の曲率を有している。

　上記実施の形態１，２の場合と同様に、導光板４Ｒの背面４ｅにおいて全反射条件を満たさずに放射される光や、下向きプリズムシート５Ｄから液晶表示パネル１０側とは反対側に放射される光が上向きプリズムシート５Ｖの前面５ｃに入射する。上向きプリズムシート５Ｖは、導光板４Ｒから微細光学素子５１，…，５１の内部に入射した光（戻り光）を背面５ｅで内面全反射させることにより、戻り光の進行方向を液晶表示パネル１０の方向に変更することができる。このように背面５ｅで内面全反射された光は、液晶表示パネル１０の方向へ放射され、導光板４Ｒを透過することにより、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０で内面全反射されて狭角配光分布の照明光１３に変換されるために必要とされる配光分布を持つ光に変換される。これにより、第１バックライトユニット１６を構成する光源３Ｃから放射される光量に対する、第１バックライトユニット１６から放射される狭角配光分布を持つ照明光１３の光量の比率（すなわち、第１バックライトユニット１６の光利用効率）を向上させることができる。したがって、表示面１０ａにおける所定輝度を確保するために必要な光源光量を従来と比べて低減させることができ、液晶表示装置３００の消費電力を抑制することができる。

　次に、第２バックライトユニット１８の構成について説明する。図１７及び図１８に示されるように、第２バックライトユニット１８は、筐体６１と、この筐体６１内に配置された発光ダイオードなどの光源６０，…，６０とを含む。これら光源６０，…，６０は、液晶表示パネル１０の直下に位置するようにＸ－Ｙ平面に沿って規則的に配列されている。光源６０は、配光分布の狭い光を放射する。光源６０としては、たとえば、ランバート形状の角度強度分布を有する光を放射するＬＥＤ光源を採用すればよい。光源６０の出射端面には、レンズ６０Ｌが設けられている。これにより、角度強度分布の狭い光を生成することができる。実施の形態３の光源６０及びレンズ６０Ｌは、半値全角（ピーク強度の５０％での広がり角度）が約４８度のほぼガウシャン形状の配光分布を有する光を、当該光源６０の光軸方向と液晶表示パネル１０の法線方向とが互いに平行になるように放射する。筐体６１のＹ軸方向の側壁内面と底板部内面はともに正反射面である。筐体６１の前面（液晶表示パネル１０側の面）には、光源６０，…，６０から発せられた光を拡散透過する拡散透過板６２が設けられている。この拡散透過板６２は、照明光１５の面内均一性を確保するために設けられている。拡散透過板６２としては、第２バックライトユニット１８から放射される照明光１５の配光分布が広がりすぎないように拡散度が低いものが採用される。このように第２バックライトユニット１８は、光源直下型バックライトとして構成されている。

　上記第２バックライトユニット１８から放射される狭角配光分布の照明光１５は、第１バックライトユニット１６に含まれる上向きプリズムシート５Ｖ、導光板４Ｒ、下向きプリズムシート５Ｄの順に透過する。図７（ａ）に示されるように、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０は、その法線方向（Ｚ軸方向）に対し所定角度以上で傾斜面５０ａに入射する光束ＩＬを傾斜面５０ｂで内面全反射させて、Ｚ軸方向、あるいはＺ軸方向からの傾き角度が小さい方向に放射する。一方、図７（ｂ）に示されるように、微細光学素子５０は、Ｚ軸方向に対して所定角度未満で傾斜面５０ａに入射した光束ＩＬを屈折させて、Ｚ軸方向から大きく傾いた角度方向に放射する。第２バックライトユニット１８から放射される光１５は、Ｚ軸方向を中心として狭角配光分布を有している。この光１５は、下向きプリズムシート５Ｄを透過することにより、図７（ｂ）に示した光束ＯＬのようにＺ軸方向から大きく傾いた角度方向に向かって放射される。

　上記第２バックライトユニット１８から放射される照明光１５の、下向きプリズムシート５Ｄ透過前及び透過後における配光分布変化の例を図１９及び図２０に示す。図１９は、第２バックライトユニット１８から放射される照明光１５の配光分布を示す図である。図２０は、照明光１５が下向きプリズムシート５Ｄを透過した後に得られる照明光１５ａの配光分布を示す図である。図１９及び図２０中、横軸は、液晶表示パネル１０の法線（Ｚ軸方向）に対する傾き角度を、縦軸は、輝度をそれぞれ示している。図１９に示すように半値全角が約５０度のほぼガウシャン形状の配光分布を有する照明光１５は、下向きプリズムシート５Ｄを透過することにより、図２０に示すようなＺ軸方向から約±４０度に輝度ピークを有しＺ軸方向には強度を有さない配光分布を有する光１５ａに変換される。

　上記したように、第１バックライトユニット１６のみを点灯させることにより、図６に示すようなＺ軸方向を中心とする狭角配光分布の照明光が得られる。一方、第２バックライトユニット１８のみを点灯させることにより、図２０に示すようなＺ軸方向から任意の角度シフトした角度で輝度ピークを有する配光分布を持つ照明光１５ａを得ることが可能となる。

　上記構成を有する液晶表示装置３００は、液晶表示パネル１０の背面１０ｂへの照明光の配光分布を切り換えることを可能にし、ディスプレイと観察者との位置関係に応じてディスプレイの全面１０ａから放射される照明光の輝度ピークの位置を最適化することができる。図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、照明光の３種類の配光分布を概略的に例示する図である。第１バックライトユニット１６の光源３Ｃが点灯され、第２バックライトユニット１８の光源６０，…，６０が点灯されないとき、液晶表示パネル１０の背面１０ｂは、図２１（ａ）に示すような狭角配光分布Ｄ１３を持つ照明光１３で照明される。そのため、観察者は、液晶表示装置３００の正面方向から明るい画像を視認できるが、斜め方向から表示面１０ａを観察した場合には暗い画像を視認することとなる。このとき、液晶表示装置３００は、観察方向以外の不要な方向に光を放射しないため、光源３Ｃの発光量を少なく抑えることができ、消費電力を低減することができる。

　一方、第２バックライトユニット１８の光源６０，…，６０が点灯され、第１バックライトユニット１６の光源３Ｃが点灯されないとき、液晶表示パネル１０の背面は、図２１（ｂ）に示すようなある任意の角度に輝度ピークを有する配光分布Ｄ６を持つ照明光１５ａで照明される。そのため、観察者はある任意の角度からは明るい画像を視認することができ、その他の方向から表示面１０ａを観察した場合には暗い画像を視認することとなる。このとき、液晶表示装置３００は、観察方向以外の不要な方向に光を放射しないため、光源６０の発光量を少なく抑えることができ、消費電力を低減することができる。

　また、実施の形態３の液晶表示装置３００では、第１バックライトユニット１６と第２バックライトユニット１８の両方が点灯することにより、観察者が複数の方向から明るい画像を視認できるが、それ以外の方向から表示面１０ａを観察した場合には暗い画像を視認することとなる（たとえば、図２１（ｃ））。これにより、不要な方向に放射される光を最小限に抑えることができ、全方向から明るい画像が視認できるような広角に亘って連続的に光が存在する広角配光分布の照明光を放射する場合と比較して、全体の発光量を低減できるため、消費電力低減効果を得ることができる。

　図２２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、３種類の視野角制御の例を模式的に示す図である。図２２（ａ）～（ｃ）の例では、視野角制御は、観察者の位置との関係に基づいて行われる。図２２（ａ）に示すように、液晶表示パネル１０に対して正面方向にのみ観察者が位置する場合には、制御部３０１は、第１バックライトユニット１６を発光させることにより正面位置においてのみ視認可能な配光分布Ｄ１３を生成する（正面表示モード）。これに対し、図２２（ｂ）に示すように、液晶表示パネル１０の正面方向に対して任意の角度傾いた方向にのみ観察者が位置する場合には、制御部３０１は、第２バックライトユニット１８を発光させることにより、正面方向に対して側方からのみ視認可能な配光分布Ｄ６を生成する（側方表示モード）。また、図２２（ｃ）に示すように、正面方向及び側方に観察者が位置する場合には、制御部３０１は、第１バックライトユニット１６及び第２バックライトユニット１８を共に発光させることにより、正面方向及び側方に位置する観察者が視認可能な配光分布Ｄ７を生成する（正面・側方表示モード）。このように、制御部３０１は、観察者の位置に応じて、第１バックライトユニット１６及び第２バックライトユニット１８の最適な発光量を設定するので、無駄な照明が無くなり、高い消費電力低減効果が得られる。

　上記のように、実施の形態３の液晶表示装置３００は、観察者の位置に対してバックライトの照明方法を最適なものに切り換えることが可能なため、無駄な照明を無くし、高い消費電力低減効果が得られる。特に、実施の形態３の視野角制御機能は、たとえば、車載用のディスプレイやゲーム機用のディスプレイなどにおいて、液晶表示面１０ａと観察者との位置関係がある程度固定される場合に、より有効な機能である。

　実施の形態３では、側方表示モードのときの輝度ピーク位置の方向を液晶表示パネル１０の法線方向から±４０度傾いた方向としたが、本発明はこれに限るものではない。第２バックライトユニット１８から放射される光の配光分布を変更し、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の形状を変更することにより、輝度ピークを所望の角度方向に設定することが可能である。

　また、実施の形態３では、正面表示モードおよび側方表示モード各々において、配光分布幅を狭帯域化し、必要な方向についてのみ視認性を高くし、必要のない方向についての視認性を低くしているが、本発明はこれに限るものではない。それぞれの配光分布幅を広げることにより、必要な方向のみでなく、その周囲の方向についての視認性も向上させることが可能である。正面表示モードにおける配光分布に関しては、光源３Ｃの配光分布を変更し、導光板４Ｒの裏面に形成されている微細光学素子４０Ｒの形状を変更することにより、配光分布幅を広げることが可能である。また、側方表示モードに関しては、第２バックライトユニット１８から放射される照明光１５の配光分布を変更し、下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の形状を変更することにより、配光分布幅を広げることが可能である。この場合、第１バックライトユニット１６と第２バックライトユニット１８とを両方点灯した際に、制御部３０１は、第１バックライトユニット１６及び第２バックライトユニット１８のうちの一方の放射光が、他方の放射光に与える影響を考慮して、第１バックライトユニット１６及び第２バックライトユニット１８の発光量を個別に制御し、輝度を調整することも可能である。ただし、液晶表示面１０ａと観察者との位置関係が固定され、視認可能な角度範囲が狭くてよい用途の場合には、各表示モードの配光分布幅を狭帯域化することにより、高い消費電力低減効果を得ることができる。

　また、実施の形態３においては、第１バックライトユニット１６と第２バックライトユニット１８との間に、上向きプリズムシート５Ｖが、そのプリズム稜線方向が下向きプリズムシート５Ｄのプリズム稜線方向とほぼ直交するように配置されているため、第１バックライトユニット１６からその背面方向（液晶表示パネル１０側とは反対側の方向）に放射された光が上向きプリズムシート５Ｄにより全反射される。そして、Ｙ－Ｚ平面における光の進行方向が保存されたまま再度第１バックライトユニット１６の光として利用される。したがって、第１バックライトユニット１６の光利用効率を向上することが可能となり、さらなる消費電力低減効果が得られる。

　また、実施の形態３においては、第２バックライトユニット１８の筐体６１の側壁内面及び底板部内面を正反射面とした。これは、第２バックライトユニット１８からその背面方向（液晶表示パネル１０とは反対側の方向）に向けて放射される光の進行方向をほぼ保存したまま、その光を再び液晶表示パネル１０に向かう光に変換し、Ｚ軸方向を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する第２バックライトユニット１８の光として利用するためである。これにより、第２バックライトユニット１８の光利用効率を向上することが可能となり、さらなる消費電力低減効果が得られる。

　実施の形態３では、第２バックライトユニット１８は、光源６０，…，６０として狭角配光分布を有する光を放射する発光ダイオードを有している。これら光源６０，…，６０は、液晶表示パネル１０の直下に位置するようにＸ－Ｙ平面に沿って規則的に配列されている。このため、第２バックライトユニット１８は光源直下型のバックライトとして構成されているが、本発明はこれに限るものではない。たとえば、導光板（図示せず）の側端面から光を入射するいわゆるサイドライト方式を採用し、その導光板の光出射面に微細光学素子を設ける構成を採用することができる。この場合、光源（図示せず）からその導光板に入射した光を、Ｚ軸方向を中心とした比較的狭い角度範囲内に所定強度以上の光が局在する配光分布の光として第１バックライトユニット１６の背面に向けて放射する構成を実現することができる。

　第１バックライトユニット１６の光源３Ｃと、第２バックライトユニット１８の光源６０，…，６０とは、同一の発光方式の光源であることが望ましい。その理由は、第１バックライトユニット１６の発光量と第２バックライトユニット１８の発光量との割合を変えて視野角を変更したとき、光源３Ｃ，６０の発光特性（発光スペクトルなど）の差が発光色変化などを引き起こす可能性を回避することができるからである。

　以上に説明したように、実施の形態３の液晶表示装置３００は、複雑かつ高価な能動光学素子を使用せずに、第１バックライトユニット１６の発光量と第２バックライトユニット１８の発光量との割合を調整することで視野角制御を行うことができる。液晶表示装置３００は、表示面１０ａから不要な方向に放射される光量を最小限に抑えるので、これにより消費電力の低減に有効な視野角制御機能を実現することができる。また、液晶表示装置３００の構成は、簡易かつ安価な構成からなり、小型から大型までその画面サイズによらず有効な構成である。

　また、実施の形態１，２の液晶表示装置１００，２００と同様に、第１バックライトユニット１６が上向きプリズムシート５Ｖを有している。第１バックライトユニット１６において導光板４Ｒからその背面方向に放射される戻り光は、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学構造５１の存在によりその背面５ｅにおいて内面全反射され、狭角配光分布を持つ照明光１３となる。このため、当該戻り光を、第１バックライトユニット１６の放射光として利用することができる。したがって、実施の形態３のバックライト積層型の液晶表示装置３００においても、第２バックライトユニット１８からの放射光１４を損失することなく、第１バックライトユニット１６の光利用効率を向上させることができる。

　なお、実施の形態３の液晶表示装置３００は、第１バックライトユニット１６の光利用効率を向上させるために、上向きプリズムシート５Ｖを備えているが、これに限定されるものではない。図２３及び図２４に示すように、上向きプリズムシート５Ｖを備えていない形態の液晶表示装置３００Ｍもあり得る。図２３は、実施の形態３の変形例である液晶表示装置（透過型液晶表示装置）３００Ｍの構成を模式的に示す図であり、図２４は、図２３の液晶表示装置の構成の一部をＹ軸方向から見た構成を模式的に示す図である。図２３及び図２４に示す構成であっても、第１バックライトユニット１６から配光分布Ｄ１３を有する照明光１３を得て、第２バックライトユニット１８から配光分布Ｄ６を有する照明光１５ａを得ることは可能である。これらの照明光１３及び１５ａの発光量を制御することにより、消費電力を低減することが可能な視野角可変の液晶表示装置３００Ｍを実現することができる。

実施の形態１，２，３の変形例．
　以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示したように微細光学素子５０の形状は、三角プリズム形状であるが、これに限定されるものではない。上述したように、微細光学素子５０の形状は、導光板４との組み合わせにより決定されるものである。導光板４の前面４ｂから放射され下向きプリズムシート５Ｄに入射する光の主光線が、微細光学素子５０で内面全反射して狭角配光分布の照明光１１に変換されるのであれば、三角プリズム形状の以外の形状を適用することができる。

　また、たとえば、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示したように、上向きプリズムシート５Ｖは凸状の三角プリズム形状からなる微細光学素子５１を有するが、これに限定されるものではない。下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０が傾斜部を有する平面（図中のＹ－Ｚ平面）において構造を持たず、それと直交する平面（図中のＺ－Ｘ平面）において構造を持つ他の微細光学素子を有する光学シートあるいは板状部材を使用してもよい。ただし、上記第２バックライトユニット２，１７，１８から放射される光は、このような光学シートあるいは板状部材を透過する必要があるために、図中のＺ－Ｘ平面において光学的に影響を受けることを考慮した構造を当該光学シートあるいは板状部材に形成する必要がある。実施の形態１，２，３の上向きプリズムシート５Ｖは、視野角制御方向に垂直な方向において、第２バックライトユニットの光を集光する構造を有する。これにより広視野角が不要な方向の配光分布を狭めて、輝度向上あるいは消費電力低減効果を得ることが可能となる。

　上記実施の形態１，２の液晶表示装置１００，２００は、上向きプリズムシート５Ｖを有するが、上向きプリズムシート５Ｖを有していない形態もあり得る。また、上記したように実施の形態１，２，３の第１バックライトユニット１，１６は、上向きプリズムシート５Ｖの微細光学素子５１，…，５１の配列方向が下向きプリズムシート５Ｄの微細光学素子５０，…，５０の配列方向とほぼ直交するという好適な構成を有するが、本発明はこれに限定されるものではない。微細光学素子５１，…，５１の配列方向と微細光学素子５０，…，５０の配列方向とのなす角度が９０度からある程度ずれている場合でも、上向きプリズムシート５Ｖを有していない形態と比べると、第１バックライトユニット１，１６の光利用効率を向上させることができる。

　上記したように、実施の形態１，２，３の液晶表示装置１００，２００，３００は、画面サイズによらずに、きめ細やかな視野角制御を行うことができる。これにより、観察者の人数や観察位置により最適な視野角を選択することができ、無駄のない照明により消費電力低減効果を得ることができる。さらに、液晶表示装置１００，２００，３００は、通常時には広視野角表示で観察者やその周囲からの視認性を良くし、その他の時には広視野角表示を狭視野角表示に切り換えることにより周囲から表示部を見ることができないようなプライベートモードを作り出す機能を実現することもできる。

　１００，２００，３００　液晶表示装置、　１，１６　第１バックライトユニット、　２，１７，１８　第２バックライトユニット、　３Ａ，３Ｂ，６Ａ，６Ｂ，３Ｃ，１９，６０　光源、　６０Ｌ　レンズ，　４，４Ｒ　導光板、　４０，４０Ｒ，５０，５１　微細光学素子、　５Ｄ　下向きプリズムシート、　５Ｖ　上向きプリズムシート、　７　導光板、　７０　拡散反射構造、　８　光反射シート、　９　光学シート、　１０　液晶表示パネル、　２１，６１　筐体、　２２，６２　拡散透過板（拡散透過構造）。

Claims

　背面と該背面の反対側の表示面とを有し、前記背面から入射した光を変調して画像光を生成し、前記画像光を前記表示面から出射する液晶表示パネルと、
　前記液晶表示パネルの前記背面に光を照射する第１バックライトユニットと、
　前記第１バックライトユニットの背面に向けて光を放射する第２バックライトユニットと、
　前記第１バックライトユニットの発光量を制御する第１の光源駆動制御部と、
　前記第２バックライトユニットの発光量を制御する第２の光源駆動制御部と
を備え、
　前記第１バックライトユニットは、
　前記第１の光源駆動制御部によって制御される第１の光源と、
　前記第２バックライトユニットによって放射された前記光を透過させるとともに、前記第１の光源から出射された光を、前記液晶表示パネルの前記表示面の法線方向を中心とした第１の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する狭角配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルに向けて放射する第１の光学部材と、
　前記第２バックライトユニットによって放射された前記光を透過させるとともに、前記第１の光学部材から前記液晶表示パネル側とは反対側に放射される光を前記第１の光学部材の方向に内面全反射させる第１の光学シートとを含み、
　前記第２バックライトユニットは、
　前記第２の光源駆動制御部によって制御される第２の光源と、
　前記第２の光源から出射された光を、前記第１の角度範囲よりも広い第２の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する広角配光分布を持つ光に変換して前記第１バックライトユニットの背面に向けて放射する第２の光学部材とを含み、
　前記第１の光学部材及び第１の光学シートは、前記第２の光学部材から放射された前記光を前記広角配光分布を狭めることなく透過させる、
ことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１に記載の液晶表示装置であって、
　前記第１の光学部材は、
　前記第１の光源から出射された光を、前記液晶表示パネル側とは反対側に有する背面で内面反射させて前記液晶表示パネルに向けて放射する導光板と、
　前記導光板から前記液晶表示パネルに向けて放射された光を前記狭角配光分布を持つ光に変換する第２の光学シートと
を含むことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項２に記載の液晶表示装置であって、
　前記第２の光学シートの背面は、複数の第１の微細光学素子が前記表示面の法線方向に垂直な面に沿って規則的に配列された構造を有し、
　前記第１の微細光学素子の各々は、前記表示面の法線方向から傾斜する傾斜面を有しており、
　前記第２の光学シートは、前記導光板から前記表示面の法線方向に対して所定角度以上で入射した光を前記第１の微細光学素子の傾斜面で内面全反射させて前記狭角配光分布を持つ光に変換することを特徴とする液晶表示装置。
　背面と該背面の反対側の表示面とを有し、前記背面から入射した光を変調して画像光を生成し、前記画像光を前記表示面から出射する液晶表示パネルと、
　前記液晶表示パネルの前記背面に光を照射する第１バックライトユニットと、
　前記第１バックライトユニットの背面に向けて光を放射する第２バックライトユニットと、
　前記第１バックライトユニットの発光量を制御する第１の光源駆動制御部と、
　前記第２バックライトユニットの発光量を制御する第２の光源駆動制御部と
を備え、
　前記第１バックライトユニットは、
　前記第１の光源駆動制御部によって制御される第１の光源と、
　前記第２バックライトユニットによって放射された前記光を透過させるとともに、前記第１の光源から出射された光を、前記液晶表示パネルの前記表示面の法線方向を中心とした第１の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する第１の配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルに向けて放射する第１の光学部材とを含み、
　前記第２バックライトユニットは、
　前記第２の光源駆動制御部によって制御される第２の光源と、
　前記第２の光源から出射された光を、前記液晶表示パネルの前記表示面の法線方向を中心とした第２の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する第２の配光分布を持つ光に変換して前記第１バックライトユニットの背面に向けて放射する第２の光学部材とを含み、
　前記第１の光学部材は、前記第２の光学部材から放射された前記光を、前記液晶表示パネルの前記表示面の法線方向から所定角度傾いた方向を中心とした第３の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する第３の配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルに向けて放射する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項４に記載の液晶表示装置であって、前記第１バックライトユニットは、前記第２バックライトユニットによって放射された前記光を透過させるとともに、前記第１の光学部材から前記液晶表示パネル側とは反対側に放射される光を前記第１の光学部材の方向に内面全反射させる第１の光学シートをさらに含むことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項４または５に記載の液晶表示装置であって、
　前記第１の光学部材は、
　前記第１の光源から出射された光を、前記液晶表示パネル側とは反対側に有する背面で内面反射させて前記液晶表示パネルに向けて放射する導光板と、
　前記導光板から前記液晶表示パネルに向けて放射された光を前記第１の配光分布を持つ光に変換する第２の光学シートと
を含むことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項６に記載の液晶表示装置であって、
　前記第２の光学シートの背面は、複数の第１の微細光学素子が前記表示面の法線方向に垂直な面に沿って規則的に配列された構造を有し、
　前記第１の微細光学素子の各々は、前記表示面の法線方向から傾斜する傾斜面を有しており、
　前記第２の光学シートは、当該第２の光学シートの背面から前記表示面の法線方向に対して所定角度以上の角度で入射した光を、前記第１の微細光学素子により前記表示面の法線方向を中心とする所定の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルに向けて放射し、当該第２の光学シートの背面から前記表示面の法線方向に対して所定角度未満の角度で入射した光を、前記第１の微細光学素子により前記表示面の法線方向に対して所定角度傾いた方向を中心とする所定の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する配光分布を持つ光に変換して前記液晶表示パネルに向けて放射する
ことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項３または７に記載の液晶表示装置であって、前記第１の微細光学素子は、前記液晶表示パネル側とは反対側に突出し且つ前記表示面に平行な稜線を有する三角プリズム形状の凸状部からなることを特徴とする液晶表示装置。
　請求項２，３及び請求項６から８のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、
　前記導光板の背面は、前記液晶表示パネル側とは反対側に突出する複数の第２の微細光学素子が前記表示面に平行な面に沿って形成された構造を有し、
　前記導光板は、前記第１の光源から入射した光を前記第２の微細光学素子で内面全反射させることにより、前記表示面の法線方向に対して所定の角度範囲内に所定強度以上の光が局在する配光分布を持つ光を生成して前記液晶表示パネルの背面に向けて放射することを特徴とする液晶表示装置。
　請求項９に記載の液晶表示装置であって、
　前記導光板は、前記第１の光源から出射された光が前記表示面に平行な方向から入射する入射端面を有しており、
　前記第２の微細光学素子の単位面積当たりの数は、前記入射端面から離れるほど多くなる、ことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項９または１０に記載の液晶表示装置であって、前記第２の微細光学素子の表面は曲率を有することを特徴とする液晶表示装置。
　請求項９から１１のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、前記導光板から放射される当該光の配光分布の前記所定の角度範囲は、前記表示面の法線方向に対して＋６０度から＋９０度及び－６０度から－９０度の範囲であることを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１から３及び請求項５のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、
　前記第１の光学シートの前記液晶表示パネル側にある表面は、前記液晶表示パネルの方向に突出する複数の第３の微細光学素子が前記第１の微細光学素子の配列方向とは異なる方向に規則的に配列される構造を有し、
　前記第３の微細光学素子の各々は、前記表示面の法線方向から傾斜する傾斜面を有しており、
　前記第３の微細光学素子の傾斜面は、前記第１の光学部材から入射した光を前記第１の光学シートの背面の方向に屈折させ、
　前記第１の光学シートの背面は、前記第３の微細光学素子の傾斜面で屈折された光を前記導光板の方向に全反射させる、
ことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１３に記載の液晶表示装置であって、前記第３の微細光学素子は、前記表示面に平行な稜線を有する三角プリズム形状の凸状部からなることを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、前記第２の光学部材の背面は、前記第２の光源から出射された光を拡散反射させて前記広角配光分布を持つ光を生成する拡散反射構造を有することを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、
　前記第２の光源は、前記液晶表示パネルの方向に光を放射して前記第２の光学部材の背面に光を照射する光源であり、
　前記第２の光学部材は、前記第２の光源から入射する光を拡散透過させて前記広角配光分布を持つ光を生成する拡散透過構造を有することを特徴とする液晶表示装置。
　請求項４から７のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、
　前記第２の光源は、前記液晶表示パネルの方向に光を放射し、
　前記第２の光学部材は、前記第２の光源から入射する光を、前記第２の配光分布を持つ当該光に変換する
ことを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１から１７のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、前記第１の光源駆動制御部及び前記第２の光源駆動制御部は、前記表示面における法線方向の輝度が一定となるように前記第１の光源及び前記第２の光源を制御することを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１から１８のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、前記第１の光源及び前記第２の光源が発光ダイオードであることを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１から１９のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、前記第１の光源及び前記第２の光源がレーザ光源であることを特徴とする液晶表示装置。
　請求項１から２０のうちのいずれか１項に記載の液晶表示装置であって、前記第１の光源と前記第２の光源とは、同一の発光方式の光源からなることを特徴とする液晶表示装置。