表示装置及び表示装置用バックライト
【課題】光利用効率が高い表示装置及び表示装置用バックライトを提供する。
【解決手段】表示装置は、導光体７１と、光源７３と、波長選択透過層２０と、光制御層５０と、を備える。導光体７１は、第１主面７１ａと、第１主面とは反対側の第２主面７１ｂと、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面７１ｃと、を有する。前記光源は、前記側面から前記導光体の内部へ光を入射させる。前記波長選択透過層は、前記第２主面の上に設けられ、可視光のうち第１波長帯の光を透過させ前記第１波長帯を除く波長帯の光を反射させる第１領域２０ａと、可視光のうち前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光を透過させ前記第２波長帯を除く波長帯の光を反射させる第２領域２０ｂと、を有する。前記光制御層は、前記波長選択透過層の上に設けられ、通過する光の強度を変化させる。前記第１主面は、前記第１主面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の凹部７４ｄを有する。
【解決手段】表示装置は、導光体７１と、光源７３と、波長選択透過層２０と、光制御層５０と、を備える。導光体７１は、第１主面７１ａと、第１主面とは反対側の第２主面７１ｂと、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面７１ｃと、を有する。前記光源は、前記側面から前記導光体の内部へ光を入射させる。前記波長選択透過層は、前記第２主面の上に設けられ、可視光のうち第１波長帯の光を透過させ前記第１波長帯を除く波長帯の光を反射させる第１領域２０ａと、可視光のうち前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光を透過させ前記第２波長帯を除く波長帯の光を反射させる第２領域２０ｂと、を有する。前記光制御層は、前記波長選択透過層の上に設けられ、通過する光の強度を変化させる。前記第１主面は、前記第１主面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の凹部７４ｄを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表示装置及び表示装置用バックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばノート型パーソナルコンピュータやスマートフォンなどの携帯機器では、電源として電池が使用される場合がある。そのため、低消費電力化を図ることが望まれる。
また、このような携帯機器の表示装置として、例えば２枚の基板の間に液晶層を設けた液晶表示装置が使用される場合がある。液晶表示装置では、複数の画素のそれぞれに青、緑及び赤のカラーフィルタを設けることでカラー表示が行われる。カラーフィルタとして、特定の波長の光を吸収するカラーフィルタを用い、高い色再現性を得ようとすると、カラーフィルタによる光の吸収により、光の利用効率が低下し、表示が暗くなる。
このような表示装置において、色が綺麗で、表示が明るく、コントラストが良好なカラー表示を低消費電力で実現するために、光の利用効率を高めることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７２４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、光利用効率が高い表示装置及び表示装置用バックライトを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施態様によれば、導光体と、光源と、波長選択透過層と、光制御層と、を備えた表示装置が提供される。前記導光体は、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面と、を有する。前記光源は、前記側面から前記導光体の内部へ光を入射させる。前記波長選択透過層は、前記第２主面の上に設けられ、可視光のうち第１波長帯の光を透過させ前記第１波長帯を除く波長帯の光を反射させる第１領域と、可視光のうち前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光を透過させ前記第２波長帯を除く波長帯の光を反射させる第２領域と、を有する。前記光制御層は、前記波長選択透過層の上に設けられ、通過する光の強度を変化させる。前記第１主面は、前記第１主面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の凹部を有する。前記第１主面の面積に対する、前記複数の凹部のそれぞれを前記第１主面に投影した合計の面積の比率は、８％〜２５％である。前記複数の凹部は、前記第１主面に均一に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る表示装置の導光体を例示する模式的平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
【図４】参考例に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
【図５】導光体から出射する光の指向角分布を例示するグラフ図である。
【図６】第１の実施形態に係る表示装置の特性の実験結果を例示するグラフ図である。
【図７】本実験において使用した表示装置を例示する模式的断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る表示装置の他の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
【図９】第１の実施形態に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
【図１０】参考例に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
【図１１】第１の実施形態に係る表示装置のさらに他の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
【図１２】第１の実施形態に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第１の実施形態に係る表示装置のさらに他の特性のシミュレーション結果および実験結果を例示するグラフ図である。
【図１４】導光体のモデルおよび実験に用いた導光体を例示する模式的断面図である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、第１の実施形態に係る他の表示装置の導光体を例示する模式図である。
【図１６】図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、第１の実施形態に係るさらに他の表示装置の導光体を例示する模式図である。
【図１７】第２の実施形態に係る表示装置用バックライトの構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、本実施形態に係る表示装置の例として、液晶を用いる液晶表示装置について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２は、第１の実施形態に係る表示装置の導光体を例示する模式的平面図である。
なお、図２は、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときの模式的平面図である。
【０００９】
図１に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０は、照明ユニット（表示装置用バックライト）７０と、第１基板１１と、波長選択透過層２０と、光制御層５０と、波長選択吸収層４０と、第２基板１２と、を備える。
【００１０】
照明ユニット７０は、導光体７１と、反射膜７２と、光源７３と、を有する。導光体７１は、第１主面７１ａと、第１主面７１ａとは反対側の第２主面７１ｂと、第１側面７１ｃと、第１側面７１ｃとは反対側の第２側面７１ｄと、を有する。第１主面７１ａは、第２主面７１ｂと平行している。第１主面７１ａは、波長選択透過層２０や光制御層５０などが設けられた側とは反対側に形成された面である。第２主面７１ｂは、波長選択透過層２０や光制御層５０などが設けられた側に形成された面である。
【００１１】
図１および図２に表したように、導光体７１の第１主面７１ａには、構造体７４が形成されている。構造体７４は、例えば、光の進行方向を変える機能を有する。構造体７４は、例えば、光を反射させて、光の進行方向を変える。図２に表したように、構造体７４は、光源７３が配置された第１側面７１ｃと略平行に延在している。構造体７４としては、例えば、溝などの凹凸形状を有する構造体が用いられる。図１に表した表示装置１１０では、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する凹部７４ｄが構造体７４として用いられている。
反射膜７２は、導光体７１の第１主面７１ａおよび第２側面７１ｄに設けられている。図１に表した表示装置１１０では、反射膜７２と、導光体７１の第１主面７１ａおよび第２側面７１ｄと、の間には間隙が設けられているが、反射膜７２と、導光体７１の第１主面７１ａおよび第２側面７１ｄと、は接していてもよい。
【００１２】
つまり、図１に表したように、導光体７１の第１主面７１ａは、第１主面７１ａに対して傾斜した第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する複数の凹部７４ｄと、複数の凹部７４ｄが設けられていない平坦部７１ｅと、を有する。凹部７４ｄは、第１主面７１ａの第１側面７１ｃと接する辺と略平行に延在している。また、図１に表した表示装置１１０のように、第１主面７１ａと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成された場合には、凹部７４ｄは、第１主面７１ａのテーパ部７５と接する辺あるいは第１側面７１ｃのテーパ部７５と接する辺と略平行に延在している。
【００１３】
第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、光源７３が配置された第１側面７１ｃと非垂直である。すなわち、第１側面７１ｃは、ＹＺ面に平行であり、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、ＹＺ面に対して傾斜している。言い換えれば、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときに（Ｚ軸方向にみたときに）、第１傾斜面７４ａの法線および第２傾斜面７４ｂの法線は、第１側面７１ｃの法線と平行している。つまり、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、第１側面７１ｃと略平行な辺を有する。
【００１４】
図１に表した導光体７１においては、第１主面７１ａと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成されている。また、第２主面７１ｂと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成されている。本願明細書では、テーパ部７５と、第１主面７１ａまたは第２主面７１ｂと、の成す角を傾斜角度θＴとする。テーパ部７５の傾斜角度θＴは、例えば約１０°程度である。また、本願明細書では、図１に表した模式的断面おいて、第１主面７１ａまたは第２主面７１ｂに平行な方向のテーパ部７５の長さをＬＴとする。テーパ部７５の長さＬＴは、例えば約４ミリメートル（ｍｍ）〜５ｍｍ程度である。テーパ部７５については、後に詳述する。
【００１５】
光源７３は、光を生成する。光源７３には、例えば半導体発光素子（例えばＬＥＤ）が用いられる。光源７３は、導光体７１の第１側面７１ｃに配置されている。
反射膜７２は、導光体７１の第１主面７１ａおよび導光体７１の第２側面７１ｄに付設されている。つまり、導光体７１は、第１主面７１ａに付設された反射膜７２と、第１基板１１と、の間に配置されている。
【００１６】
光源７３で生成された光は、第１側面７１ｃから導光体７１の内部に入射する。導光体７１の内部に入射した光は、導光体７１と空気との界面において例えば全反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。あるいは、導光体７１の内部に入射した光は、反射膜７２において反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。なお、第２側面７１ｄに付設された反射膜７２において反射した光が所望の範囲内の指向角分布を有するように、第２側面７１ｄは、第１主面７１ａに対して垂直ではなく傾斜していてもよい（図１７参照）。
【００１７】
構造体７４は、導光体７１の内部を伝搬する光の進行方向を変え、光を効率良く波長選択透過層２０に入射させる。このとき、前述したように、図１に表した表示装置１１０では、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する凹部７４ｄが構造体７４として用いられている。すなわち、図１に表したように、凹部７４ｄは、いわゆるＶ字型の溝の形状を有する。凹部７４ｄは、第１主面７１ａにおいて開口している。言い換えれば、凹部７４ｄは、複数の平坦部７１ｅが設けられていない部分に設けられている。構造体７４の面積率は、例えば約８〜２５％程度であることが好ましい。構造体７４の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。構造体７４は、第１主面７１ａの全体に亘って均一に設けられている。そのため、構造体７４の面積率は、第１主面７１ａの光源７３に近い部分においても光源７３から遠い部分においても均一である。 つまり、構造体７４の面積率は、第１主面７１ａの全体に亘って均一である。
【００１８】
ここで、本願明細書において、「構造体の面積率」とは、第１主面７１ａの面積に対する、複数の凹部７４ｄのそれぞれを第１主面７１ａに投影した合計の面積の比率あるいは割合をいうものとする。なお、凹部７４ｄを第１主面７１ａに投影した面積とは、導光体７１をＺ軸方向にみたときに表される凹部７４ｄの矩形の面積をいい、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂの面積の和をいうわけではない（図２参照）。つまり、図１および図２に表した導光体７１では、凹部７４ｄを第１主面７１ａに投影した面積とは、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを第１主面７１ａに投影した面積ということもできる。
【００１９】
これによれば、導光体７１から波長選択透過層２０に向かって出射する光の量（取り出し光量）をより高めることができる。つまり、光の利用効率を高めることができる。
なお、構造体７４の形状や作用などについては、後に詳述する。
【００２０】
このようにして、照明ユニット７０は、波長選択透過層２０から波長選択吸収層４０に向かう方向に沿って、波長選択透過層２０に照明光７０Ｌを入射させる。あるいは、照明ユニット７０の光源７３から出射した光が第１基板１１の内部を伝搬し、伝搬した光が導光体７１へ進行して反射膜７２により反射された後、波長選択透過層２０に入射してもよい。
【００２１】
第１基板１１および第２基板１２は、光透過性を有する。第１基板１１および第２基板１２としては、例えば、ガラスまたは樹脂などが用いられる。第１基板１１は、第１主面１１ａと、第１主面１１ａとは反対側の第２主面１１ｂと、を有する。
【００２２】
波長選択透過層２０は、第１基板１１の第１主面１１ａの上に設けられている。
ここで、第１主面１１ａに対して垂直な方向をＺ軸方向（第１方向）とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの軸をＸ軸方向（第２方向）とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な軸をＹ軸方向とする。
本願明細書において、上に設けられている状態は、接して上に配置される状態に加え、間に別の要素が挿入されて上に配置される状態を含む。
【００２３】
波長選択透過層２０は、複数の領域を有する。図１に表した表示装置１１０では、波長選択透過層２０は、第１領域２０ａと、第２領域２０ｂと、第３領域２０ｃと、を有する。Ｘ−Ｙ平面内においては、複数の第１領域２０ａと、複数の第２領域２０ｂと、複数の第３領域２０ｃと、が設けられている。
【００２４】
第１領域２０ａは、第１の色（例えば赤色）の干渉フィルタとなる。第２領域２０ｂは、第２の色（例えば緑色）の干渉フィルタとなる。第３領域２０ｃは、第３の色（例えば青色）の干渉フィルタとなる。すなわち、図１に表した表示装置１１０では、３色光の選択透過領域が設けられている。
【００２５】
但し、実施形態は、これだけに限定されるわけではない。例えば、第３領域２０ｃが設けられず、２色の領域が設けられてもよい。また、さらに第４領域を設け、４色の領域が設けられてもよい。このように、実施形態において、色の種類は任意である。波長選択透過層２０の構成の例については、後に詳述する。
【００２６】
第１領域２０ａの上には、第１スイッチング素子３２ａが設けられている。第２領域２０ｂの上には、第２スイッチング素子３２ｂが設けられている。第３領域２０ｃの上には、第３スイッチング素子３２ｃが設けられている。第１スイッチング素子３２ａ、第２スイッチング素子３２ｂ、および第３スイッチング素子３２ｃとしては、例えば、トランジスタ（例えば薄膜トランジスタ）が用いられる。
【００２７】
光制御層５０は、波長選択透過層２０と波長選択吸収層４０との間に設けられている。光制御層５０の光学特性は可変である。光制御層５０として、例えば、液晶層が用いられる。
【００２８】
図１に表した表示装置１１０では、第１基板１１の第１主面１１ａに対向して第２基板１２が設けられている。第２基板１２は、第１主面１２ａと、第１主面１２ａと対向する第２主面１２ｂと、を有する。第２基板１２の第１主面１２ａは、第１基板１１の第１主面１１ａと対向している。波長選択吸収層４０は、第２基板１２の第１主面１２ａに設けられている。
【００２９】
波長選択吸収層４０は、第１吸収層４０ａと、第２吸収層４０ｂと、第３吸収層４０ｃと、を有する。第１吸収層４０ａは、Ｚ軸方向にみたときに第１領域２０ａと重なる部分を有する。第２吸収層４０ｂは、Ｚ軸方向にみたときに第２領域２０ｂと重なる部分を有する。第２吸収層４０ｂの吸収スペクトルは、第１吸収層４０ａの吸収スペクトルとは異なる。第３吸収層４０ｃは、Ｚ軸方向にみたときに第３領域２０ｃと重なる部分を有する。第３吸収層４０ｃの吸収スペクトルは、第１吸収層４０ａの吸収スペクトルおよび第２吸収層４０ｂの吸収スペクトルとはそれぞれ異なる。
【００３０】
第１吸収層４０ａは、第１の色（例えば赤色）の吸収フィルタであり、第２吸収層４０ｂは、第２の色（例えば緑色）の吸収フィルタであり、第３吸収層４０ｃは、第３の色（例えば青色）の吸収フィルタである。
【００３１】
例えば、スイッチング素子を介して、光制御層５０に電圧（例えば電界）が印加される。印加された電圧（例えば電界）に応じて、光制御層５０の光学特性が変化し、それぞれの画素の透過率が変化し表示が行われる。
【００３２】
光制御層５０として、液晶層が用いられる場合は、印加された電圧（例えば電界）に応じて、液晶層の液晶の配列が変化する。配列の変化に応じて液晶層の光学特性（複屈折率、旋光性、散乱性、回折性及び吸収性などの少なくともいずれかを含む）が変化する。
【００３３】
例えば、第１基板１１の第２主面１１ｂには、図示しない第１偏光層が設けられている。また、第２基板１２の第２主面１２ｂには、図示しない第２偏光層が設けられている。つまり、第１偏光層と第２偏光層との間に、第１基板１１と、波長選択透過層２０と、光制御層５０と、波長選択吸収層４０と、第２基板１２と、が配置されている。これにより、光制御層５０（液晶層）における光学特性の変化が、光透過率の変化に変換され、表示が行われる。
【００３４】
図３は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
図４は、参考例に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
図５は、導光体から出射する光の指向角分布を例示するグラフ図である。
なお、図５の縦軸は、最大値で規格化した光度Ｌｕであり、図５の横軸は、導光体から出射した光の指向角Ｄａである。また、図５に表したグラフ図は、波長選択透過層２０に入射する前の光の光度Ｌｕおよび指向角Ｄａを表している。言い換えれば、図５に表したグラフ図は、照明ユニット７０から出射した直後の光の光度Ｌｕおよび指向角Ｄａを表している。
【００３５】
まず、波長選択透過層２０の例について説明する。
波長選択透過層２０は、特定の波長の光を透過し、その波長以外の波長の光を反射する。波長選択透過層２０は、例えば、ファブリペロー型の干渉フィルタである。
【００３６】
すなわち、波長選択透過層２０は、一対の反射層と一対の反射層との間に設けられたスペーサ層を有し、例えば絶縁層により形成されている。波長選択透過層２０は、異なる屈折率を有する複数の誘電体膜が積層された構造を有する。波長選択透過層２０において積層された誘電体膜は、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。
【００３７】
第１領域２０ａの内部では、積層された各膜の界面において入射光の一部が反射する。そして、各膜の界面において反射した光（波）と透過した光（波）の重ね合わせにより強めあう位相条件を満たす波長の光が第１領域２０ａを透過し、それ以外の波長の光が反射する。言い換えれば、第１領域２０ａの厚さに応じた波長の光が第１領域２０ａを透過し、それ以外の波長の光が反射する。この作用は、第２領域２０ｂおよび第３領域２０ｃについても同様である。
【００３８】
光が波長選択透過層２０を通過する際の光路長（光学的距離）は、波長選択透過層２０に入射する光の角度（入射角）が零の場合よりも零よりも大きい場合の方が長い。言い換えれば、光が波長選択透過層２０を通過する際の光学的距離は、光が波長選択透過層２０に対して垂直に入射する場合よりも斜めに入射する場合の方が長い。このとき、強めあう位相条件を満たす波長は、光が波長選択透過層２０に対して垂直に入射する場合よりも斜めに入射する場合の方が短い。波長選択透過層２０を透過する光の波長は、波長選択透過層２０に入射する光の入射角に依存する。
【００３９】
このように、表示装置において干渉型のカラーフィルタを用いると、その透過波長帯は、光の入射角に応じて変化する。例えば、斜め入射光に対する透過波長帯は、正面から入射する光に対する透過波長帯よりも短波長側（青色側）にシフトする。
【００４０】
例えば、赤色の光が波長選択透過層２０に対して斜めに入射すると、波長選択透過層２０を透過した光の少なくとも一部は、赤色よりも短い波長を有するオレンジ色などの光となる。あるいは、例えば、緑色の光が波長選択透過層２０に対して斜めに入射すると、波長選択透過層２０を透過した光の少なくとも一部は、緑色よりも短い波長を有する青緑色などの光となる。そして、波長選択透過層２０を透過した光のうちで波長選択透過層２０に入射した光の波長よりも短い波長を有する光は、波長選択透過層２０の上に設けられた波長選択吸収層４０により吸収される。つまり、光の損失が発生する。そのため、高い光利用効率を実現するためには、照明ユニット７０あるいは導光体７１から出射する光の角度をより小さくすることが望ましい。
あるいは、波長選択吸収層４０が設けられていない表示装置においては、波長選択透過層２０を透過する光の色が設計値からずれてしまう。そのため、波長選択透過層２０を透過する光について所望の色を得るためには、照明ユニット７０あるいは導光体７１から出射する光の角度より小さくすることが望ましい。
なお、照明ユニット７０あるいは導光体７１から出射する光の角度は、波長選択透過層２０に入射する光の角度、すなわち波長選択透過層２０への入射角と等しい。
【００４１】
ここで、図４に表したように、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１に形成された構造体７４の数は、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に形成された構造体７４の数よりも多い。これにより、導光体７１から出射する光の取り出し光量を高めることができる。しかしながら、導光体７１に形成された構造体７４が多いと、導光体７１から出射する光の角度が大きくなる。これについて、図４を参照しつつ説明する。
【００４２】
図１および図２に関して前述したように、導光体７１の内部に入射した光は、導光体７１と空気との界面において例えば全反射しながら、あるいは反射膜７２において反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。そして、構造体７４に当たった光の進行方向が変わり、その光は、照明光７０Ｌとして波長選択透過層２０に入射する。
【００４３】
照明光７０Ｌのうちで第１波長帯λａを含む第１光Ｌａは、波長選択透過層２０のうちの例えば第３領域２０ｃを通過する。第１光Ｌａは、光制御層５０を通過し、さらに第３吸収層４０ｃを通過し、外部に出射する。なお、光制御層５０の状態によって、外部に出射する光の強度は変化する。
【００４４】
一方、照明光７０Ｌのうちの第１波長帯λａ以外の光（例えば第２波長帯λｂを含む第２光Ｌｂ）は、波長選択透過層２０のうちの例えば第３領域２０ｃで反射し、照明ユニット７０に戻る。ここで、波長選択透過層２０が有する複数の層のうちの少なくともいずれかの層の主面は、導光体７１の第１主面７１ａと平行している。波長選択透過層２０が有する複数の層のうちの少なくともいずれかの層とは、例えば図示しない反射層などである。これにより、照明光７０Ｌのうちの第１波長帯λａ以外の光は、例えば第３領域２０ｃで反射し、より確実に照明ユニット７０に戻ることができる。照明ユニット７０に戻った光は、導光体７１内を通過し、再び波長選択透過層２０に入射する。
【００４５】
前述したように、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１に形成された構造体７４の数は、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に形成された構造体７４の数よりも多い。そのため、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たる頻度は、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たる頻度よりも高い。
【００４６】
図４に表したように、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たると、構造体７４に進行方向を変えられるので、導光体７１から出射する光の角度は、第２光Ｌｂが構造体７４に当たらなかった場合よりも大きくなる場合がある。そうすると、このような光は、再び波長選択透過層２０へ入射し波長選択透過層２０を透過したとしても波長選択吸収層４０により吸収される。従って、高い光利用効率を実現できない場合がある。このように、構造体７４は、導光体７１から出射する光の取り出し光量を高めることができる一方で、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが導光体７１から出射する光の角度を大きくする。
【００４７】
また、参考例として、照明ユニット７０がプリズムシートなどの光学シートを有する場合がある。プリズムシートは、導光体７１から出射する光の角度を小さくすることができる。しかしながら、構造体７４の場合と同様に、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂがプリズムシートに当たると、導光体７１から出射する光の角度は、第２光Ｌｂがプリズムシートに当たらなかった場合よりも大きくなる。
【００４８】
そのため、光が波長選択透過層２０に対して斜めに入射してより短い波長を有する光となり、波長選択吸収層４０に吸収されることを抑制するためには、プリズムシートなどの光学シートを使用することなく波長選択透過層２０に対して垂直に光を入射させる構造体７４を導光体７１が有することが望ましい。さらに、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った光が構造体７４に当たり、導光体７１から出射する光全体の角度分布を大きく乱さない程度に、導光体７１に形成される構造体７４の数が抑えられることが望ましい。
【００４９】
これに対して、図３に表したように、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に形成された構造体７４の数は、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１に形成された構造体７４の数よりも少ない。具体的には、構造体７４の面積率は、例えば約８〜２５％程度である。構造体７４の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。また、実施形態に係る表示装置１１０の照明ユニット７０は、プリズムシートなどの光学シートを有していない。例えば、照明ユニット７０と第１基板１１との間には空気層が形成されている。あるいは、例えば、照明ユニット７０と第１基板１１とが接している。
【００５０】
参考例に係る表示装置１２０に関して前述したように、照明光７０Ｌのうちで第１波長帯λａを含む第１光Ｌａは、波長選択透過層２０のうちの例えば第３領域２０ｃを通過する。第１光Ｌａは、光制御層５０を通過し、さらに第３吸収層４０ｃを通過し、外部に出射する。なお、光制御層５０の状態によって、外部に出射する光の強度は変化する。
【００５１】
一方、照明光７０Ｌのうちの第１波長帯λａ以外の光（例えば第２波長帯λｂを含む第２光Ｌｂ）は、波長選択透過層２０のうちの第３領域２０ｃで反射し、照明ユニット７０に戻る。前述したように、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に形成された構造体７４の数は、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１に形成された構造体７４の数よりも少ない。そのため、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たる頻度は、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たる頻度よりも低い。すなわち、構造体７４に当たることよって第２光Ｌｂの進行方向が変化し、波長選択透過層２０への入射角が大きくなる可能性が低い。
【００５２】
図３に表したように、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが反射膜７２で反射すると、波長選択透過層２０に入射する。そして、第２光Ｌｂは、波長選択透過層２０のうちの例えば第２領域２０ｂを通過する。第２光Ｌｂは、光制御層５０を通過し、さらに第２吸収層４０ｂを通過し、外部に出射する。なお、光制御層５０の状態によって、外部に出射する光の強度は変化する。
【００５３】
このように、実施形態にかかる表示装置１１０においては、波長選択透過層２０が透過する特定の波長領域を透過しなかった光は、照明ユニット７０に戻り、構造体７４に当たる頻度が低減された状態で反射膜７２で反射され再利用される。このため、高い光利用効率が得られる。これにより、色が綺麗で、表示が明るく、コントラストが良好な表示が得られる。また、消費電力を低減できる。
【００５４】
ここで、構造体７４の例について説明する。
図１および図２に関して前述したように、実施形態にかかる表示装置１１０の凹部７４ｄは、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを含み、Ｖ字型の溝の形状を有する。例えば、構造体７４を長手方向（延在方向）にみたときの断面は、頂角θｃが約９６°の二等辺三角形の形状を有する。つまり、平坦部７１ｅと第１傾斜面７４ａとの角度（以下、「第１傾斜面７４ａの傾斜角度」とも称する）θａおよび平坦部７１ｅと第２傾斜面７４ｂとの角度（以下、「第２傾斜面７４ｂの傾斜角度」とも称する）θｂは、約４２°である。本発明者の検討の結果、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂが約４０°〜５０°程度である場合には、導光体７１から出射する光の角度がより小さくなることが分かった。これについては、後に詳述する。
【００５５】
なお、溝（凹部７４ｄ）の形状は、左右対称なＶ字型であることに限定されるわけではない。つまり、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａは、第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂと同一であることに限定されるわけではない。例えば、導光体７１の第１側面７１ｃから進行してくる光の指向角分布、および第２側面７１ｄから反射してくる光の指向角分布に基づいて、導光体７１から出射する光の角度が最小となるように第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂを個別に適宜設定してもよい。導光体７１から出射する光の角度は、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂと、溝に入射してくる光の指向角分布と、によって決定される。
【００５６】
次に、テーパ部７５の例について説明する。
図１および図２に関して前述したように、導光体７１にはテーパ部７５が形成されている。テーパ部７５は、導光体７１の内部を進行する光の指向角分布を導光体７１の厚さ方向（Ｚ軸方向）においてより小さくすることができる。
【００５７】
例えば、導光体７１と空気との界面における光の屈折を考慮すると、導光体７１の内部を進行する光の指向角は、最大で約４２°程度となる。そのため、テーパ部７５の傾斜角度θＴ（図１参照）は、例えば約１０°程度であることが好ましい。また、テーパ部７５の長さＬＴ（図１参照）は、例えば約４ｍｍ〜５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００５８】
テーパ部７５の傾斜角度θＴが１０°である場合には、導光体７１の内部を進行する光の、テーパ部７５での全反射により、光がテーパ部７５を出射する角度が、テーパ部７５がない場合の入射角と比較して１０°小さくなる。そのため、光源７３から導光体７１に入射した全ての光が少なくとも１回はテーパ部７５において全反射するようにテーパ部７５の長さＬＴを設定すると、導光体７１の厚さ方向の指向角分布を約２２°以下に抑えることができる。
【００５９】
このように、導光体７１の厚さ方向の指向角分布を約２２°以下に抑えられた光が構造体７４に照射されると、Ｖ字型の溝の形状を有する凹部７４ｄの第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂが約４０°〜５０°程度である場合には、図５に表したように、導光体７１から出射する光うちの７０％以上の光について、指向角分布を４０°以下に抑えることができる。
【００６０】
次に、第１の実施形態に係る表示装置の特性の例について説明する。すなわち、第１の実施形態に係る表示装置の特性のシミュレーション結果や実験結果の例について説明する。
【００６１】
図６は、第１の実施形態に係る表示装置の特性の実験結果を例示するグラフ図である。 図７は、本実験において使用した表示装置を例示する模式的断面図である。
なお、図６の縦軸は、最大値で規格化した光度Ｌｕである。図６の横軸は、導光体から出射した光の指向角Ｄａである。
【００６２】
図７に表したように、本実験において使用した表示装置１３０は、照明ユニット７０と、波長選択透過層２０と、を備える。本実験において使用した表示装置１３０は、波長選択吸収層４０を備えていない。そして、本実験では、構造体７４の面積率Ｒａｓが５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％の場合のそれぞれにおいて、照明ユニット７０から出射し波長選択透過層２０を通過した光の光度Ｌｕおよび指向角Ｄａを実測した。波長選択吸収層４０は設けられていないため、光度Ｌｕおよび指向角Ｄａを実測した光は、波長選択吸収層４０を通過していない。
【００６３】
本実験の結果は、図６に表した如くである。これによれば、照明ユニット７０（導光体７１）から出射した光の指向角分布は、構造体７４の面積率Ｒａｓが高いほど広いことが分かる。そして、構造体７４の面積率Ｒａｓが１５％以下の場合において、導光体７１から出射した光の指向角分布を比較的狭い範囲に抑えることができることが分かる。一方で、構造体７４の面積率Ｒａｓが２５％以下の場合には、導光体７１から出射した光の指向角分布は、比較的広がっていることが分かる。
【００６４】
図８は、第１の実施形態に係る表示装置の他の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
図９は、第１の実施形態に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
図１０は、参考例に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
なお、図８の縦軸は、取り出し光量Ｌｑである。図８の横軸は、構造体の面積率Ｒａｓである。
【００６５】
図９に表したように、第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルは、照明ユニット７０と、波長選択透過層２０と、を備える。第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルは、波長選択吸収層４０を備えていない。
【００６６】
第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂには、実験のために低反射率コート７６が塗布されている。低反射率コート７６の反射率は、８５％である。つまり、低反射率コート７６は、入射した光のうちの８５％の光を反射し、残りの１５％の光を吸収する。低反射率コート７６としては、例えばメタルコートなどが用いられる。
【００６７】
反射膜７２の反射率は、９９％である。
構造体７４のピッチＰｓは、導光体７１の全体において略一定である。ここで、構造体７４のピッチＰｓとは、隣り合うＶ字型の溝の頂点同士の間の距離をいうものとする。
【００６８】
図１０に表したように、参考例に係る表示装置１５０のモデルは、照明ユニット７０を備える。参考例に係る表示装置１５０のモデルは、波長選択透過層２０および波長選択吸収層４０を備えていない。そのため、参考例に係る表示装置１５０のモデルでは、光が波長選択透過層２０の特定の領域で反射されることはない。また、光が照明ユニット７０に戻り再利用されることはない。さらに、図９に表した第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルのようには、低反射率コート７６は、塗布されていない。
第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルと同様に、反射膜７２の反射率は、９９％である。また、構造体７４のピッチＰｓは、導光体７１の全体において略一定である。構造体７４のピッチＰｓは、例えば約７０マイクロメートル（μｍ）〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００６９】
本シミュレーションでは、図９および図１０に表したモデルのそれぞれにおいて、構造体の面積率Ｒａｓに対する取り出し光量Ｌｑを計算した。本シミュレーションの結果は、図８に表した如くである。これによれば、参考例に係る表示装置１５０のモデルでは、光が照明ユニット７０に戻り再利用されることはないため、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが高くなるにつれて増加している。そして、このような表示装置に波長選択吸収層４０が設けられた場合には、特定の波長帯以外の光は、波長選択吸収層４０により吸収される。つまり、光の損失が発生する。
【００７０】
一方、第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルにおいて、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが約１３％程度までは増加している。これは、構造体７４により光取り出し効率が高められるためである。また、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが約１５％程度よりも高くなるにつれて減少している。
【００７１】
前述したように、低反射率コート７６の反射率は、８５％である。光が低反射率コート７６と当たる回数が多いほど、光が低反射率コート７６に吸収される。また、面積率Ｒａｓが高いほど、波長選択透過層２０で反射し照明ユニット７０に戻った光が構造体７４に当たる回数が多くなる。すなわち、取り出し光量Ｌｑが減少することは、光が構造体７４に当たる回数が多いことを意味する。そして、光が構造体７４に当たる回数が多いほど、波長選択透過層２０への入射角が大きくなる確率が高くなることを意味する。このような理由により、本シミュレーションのように、反射率が比較的低い低反射率コート７６を第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂに塗布し、構造体７４の面積率Ｒａｓを高くしていくと、構造体７４の面積率Ｒａｓがある値よりも高くなったときに取り出し光量Ｌｑが減少していくと考えられる。そのときの構造体７４の面積率Ｒａｓが、約１５％程度であると考えられる。以上のように、面積率Ｒａｓが約１３％程度よりも高くなるほど、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った光が構造体７４に当たる頻度が増加し、導光体７１から出射する光の角度を大きくする構造体７４の作用力が、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑを高める構造体７４の作用力よりも大きくなると言える。
【００７２】
図１１は、第１の実施形態に係る表示装置のさらに他の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
図１２は、第１の実施形態に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
なお、図１１の縦軸は、取り出し光量Ｌｑである。図１１の横軸は、構造体の面積率Ｒａｓである。
【００７３】
図１２に表したように、第１の実施形態に係る表示装置１６０のモデルは、照明ユニット７０と、波長選択透過層２０と、を備える。第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルは、波長選択吸収層４０を備えていない。
【００７４】
構造体７４を長手方向にみたときの断面は、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂが４５°の二等辺三角形の形状を有する。第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂには、低反射率コート７６が塗布されている。低反射率コート７６の反射率は、８５％である。つまり、低反射率コート７６は、入射した光のうちの８５％の光を反射し、残りの１５％の光を吸収する。低反射率コート７６としては、例えばメタルコートなどが用いられる。
【００７５】
反射膜７２の反射率は、９９％である。
構造体７４のピッチＰｓは、導光体７１の全体において略一定である。構造体７４のピッチＰｓは、例えば約７０μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。
ここで、構造体７４の深さＤｓとは、導光体７１の第１主面７１ａと、Ｖ字型の溝の頂点と、の間の距離をいうものとする。
【００７６】
本シミュレーションでは、構造体７４の深さＤｓを１０μｍおよび５０μｍに設定した場合のそれぞれにおいて、構造体の面積率Ｒａｓに対する取り出し光量Ｌｑを計算した。本シミュレーションの結果は、図１１に表した如くである。これによれば、構造体７４の深さＤｓが１０μｍおよび５０μｍである場合において、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが約１５％程度までは増加している。一方、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが約１５％程度よりも高くなるにつれて減少している。これは、図８〜図１０に関して前述した理由と同様であると考えられる。
【００７７】
また、構造体７４の面積率Ｒａｓが例えば約８〜２５％程度である場合には、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑをより多い量に維持することができることが分かる。言い換えれば、構造体７４の面積率Ｒａｓが約８％よりも低い場合、あるいは構造体７４の面積率Ｒａｓが約２５％よりも高い場合には、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑをより多い量に維持することは困難である。これにより、構造体７４の面積率Ｒａｓは、例えば約８〜２５％程度であることが好ましい。また、構造体７４の深さＤｓは、例えば約５μｍ〜７μｍ程度であることが好ましい。
【００７８】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第１の実施形態に係る表示装置のさらに他の特性のシミュレーション結果および実験結果を例示するグラフ図である。
図１４は、導光体のモデルおよび実験に用いた導光体を例示する模式的断面図である。
なお、図１３の縦軸は、指向性値Ｖｄである。図１３の横軸は、傾斜角度θａ（θｂ）である。また、図１３（ａ）は、シミュレーション結果を例示するグラフ図である。図１３（ｂ）は、実験結果を例示するグラフ図である。
【００７９】
図１４に表したように、本シミュレーションのモデルの導光体７１および本実験の試料の導光体７１に形成された凹部７４ｄは、Ｖ字型の溝の形状を有する。第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａは、第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂと同一である。つまり、構造体７４を長手方向にみたときの断面は、二等辺三角形の形状を有する。
【００８０】
本シミュレーションでは、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａ（第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂ）に対する導光体７１から出射した光の指向性値を計算および実測した。
ここで、本願明細書において「指向性値」とは、導光体７１から出射した全ての光の光量うちで導光体７１から出射する光の角度が３０°以下の光の光量が占める割合をいうものとする。したがって、指向性値がより高い場合には、導光体７１から出射した光の指向角分布がより狭い範囲に抑えられていることを意味する。
【００８１】
本シミュレーションの結果は、図１３（ａ）に表した如くである。また、本実験の結果は、図１３（ｂ）に表した如くである。これらによれば、導光体７１から出射した光の指向性値Ｖｄは、傾斜角度θａ（θｂ）が約４０°〜５０°程度であるときに比較的高く維持されていることが分かる。つまり、傾斜角度θａ（θｂ）が約４０°〜５０°程度であるときに、導光体７１から出射した光の指向角分布がより狭い範囲に抑えられている。これにより、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂは、例えば約４０°〜５０°程度であることが好ましい。
【００８２】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、第１の実施形態に係る他の表示装置の導光体を例示する模式図である。
なお、図１５（ａ）は、図１５（ｂ）に表したＡ−Ａ切断面における模式的断面図である。図１５（ｂ）は、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときの模式的平面図である。
【００８３】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）に表した凹部７７ｄは、四角錐の溝の形状を有する。図１５（ａ）に表したように、導光体７１の第１主面７１ａは、第１主面７１ａに対して傾斜した第１傾斜面７７ａおよび第２傾斜面７７ｂを有する複数の凹部７７ｄと、複数の凹部７７ｄが設けられていない平坦部７１ｅと、を有する。第１傾斜面７７ａおよび第２傾斜面７７ｂは、光源７３が配置された第１側面７１ｃと非垂直である。
【００８４】
例えば、構造体７７を長手方向にみたときの断面は、頂角θｃが約９６°の二等辺三角形の形状を有する。つまり、第１傾斜面７７ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７７ｂの傾斜角度θｂは、約４２°である。構造体７７の面積率は、例えば約８〜２５％程度である。構造体７７の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。構造体７７は、導光体７１の第１主面７１ａの全体に亘って均一に設けられている。そのため、構造体７７の面積率は、第１主面７１ａの全体に亘って均一である。
【００８５】
構造体７７は、導光体７１の内部を伝搬する光の進行方向を変え、光を小さな入射角で波長選択透過層２０に入射させる。そのため、図３〜図５に関して前述したように、波長選択透過層２０の特定の領域を透過しなかった光は、照明ユニット７０に戻り、構造体７７に当たる頻度が低減された状態で反射膜７２で反射され再利用される。このため、高い光利用効率が得られる。これにより、色が綺麗で、表示が明るく、コントラストが良好な表示が得られる。また、消費電力を低減できる。
【００８６】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、第１の実施形態に係るさらに他の表示装置の導光体を例示する模式図である。
なお、図１６（ａ）は、図１６（ｂ）に表したＢ−Ｂ切断面における模式的断面図である。図１６（ｂ）は、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときの模式的平面図である。
【００８７】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）に表した凹部７８ｄは、いわゆるＶ字型の溝の形状を有する。構造体７８は、光源７３が配置された第１側面７１ｃと略平行に延在している。図１６（ｂ）に表したように、構造体７８は、図１および図２に関して前述した構造体７４のようには導光体７１の一方の側面からその側面に対向する他方の側面までは延在せず、導光体７１の一方の側面から導光体７１の略中央部まで延在している。つまり、複数の構造体７８が構造体７８の長手方向（延在方向）に沿って略直線状に設けられている。図１６（ｂ）に表した導光体７１では、構造体７８の長手方向に沿って略直線状に設けられた構造体７８の数は、２であるが、これだけに限定されず３以上であってもよい。
【００８８】
図１６（ａ）に表したように、導光体７１の第１主面７１ａは、第１主面７１ａに対して傾斜した第１傾斜面７８ａおよび第２傾斜面７８ｂを有する複数の凹部７８ｄと、複数の凹部７８ｄが設けられていない平坦部７１ｅと、を有する。第１傾斜面７８ａおよび第２傾斜面７８ｂは、光源７３が配置された第１側面７１ｃと非垂直である。構造体７８の面積率は、例えば約８〜２５％程度である。構造体７８の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。構造体７８は、導光体７１の第１主面７１ａの全体に亘って均一に設けられている。そのため、構造体７８の面積率は、第１主面７１ａの全体に亘って均一である。
【００８９】
構造体７８は、導光体７１の内部を伝搬する光の進行方向を変え、光を小さな入射角で波長選択透過層２０に入射させる。このとき、構造体７８の面積率は、例えば約８〜２５％程度である。そのため、図１５に関して前述した効果と同様の効果が得られる。
【００９０】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る表示装置用バックライトについて、図面を参照しつつ説明する。
図１７は、第２の実施形態に係る表示装置用バックライトの構成を例示する模式的断面図である。
【００９１】
図１７に表したように、本実施形態に係る照明ユニット（表示装置用バックライト）７０は、導光体７１と、反射膜７２と、光源７３と、を有する。反射膜７２および光源７３については、図１および図２に関して前述した反射膜７２および光源７３とそれぞれ同様である。
【００９２】
導光体７１は、第１主面７１ａと、第１主面７１ａとは反対側の第２主面７１ｂと、第１側面７１ｃと、第１側面７１ｃとは反対側の第２側面７１ｄと、を有する。第１主面７１ａは、第２主面７１ｂと平行している。導光体７１の第１主面７１ａには、構造体７４が形成されている。構造体７４は、例えば、光の進行方向を変える機能を有する。構造体７４は、例えば、光を反射させて、光の進行方向を変える。構造体７４は、光源７３が配置された第１側面７１ｃと略平行に延在している（図２参照）。構造体７４としては、例えば、溝などの凹凸形状を有する構造体が用いられる。図１７に表した照明ユニット７０では、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する凹部７４ｄが構造体７４として用いられている。
【００９３】
つまり、図１７に表したように、導光体７１の第１主面７１ａは、第１主面７１ａに対して傾斜した第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する複数の凹部７４ｄと、複数の凹部７４ｄが設けられていない平坦部７１ｅと、を有する。
【００９４】
具体的には、凹部７４ｄは、いわゆるＶ字型の溝の形状を有する。構造体７４の面積率は、例えば約８〜２５％程度であることが好ましい。構造体７４の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。構造体７４は、導光体７１の第１主面７１ａの全体に亘って均一に設けられている。そのため、構造体７４の面積率は、第１主面７１ａの全体に亘って均一である。
【００９５】
第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、光源７３が配置された第１側面７１ｃと非垂直である。言い換えれば、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときに、第１傾斜面７４ａの法線および第２傾斜面７４ｂの法線は、第１側面７１ｃの法線と平行している。つまり、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、第１側面７１ｃと略平行な辺を有する。
【００９６】
光源７３で生成された光は、第１側面７１ｃから導光体７１の内部に入射する。導光体７１の内部に入射した光は、導光体７１と空気との界面において例えば全反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。あるいは、導光体７１の内部に入射した光は、反射膜７２において反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。
【００９７】
構造体７４は、導光体７１の内部を伝搬する光の進行方向を変え、光を導光体７１の外部へ出射させる。このとき、構造体７４の面積率が例えば約８〜２５％程度である場合において、実施形態に係る照明ユニット７０が干渉型のカラーフィルタを有する表示装置のバックライトとして使用されたときには、導光体７１から出射する光の取り出し光量をより高めることができる。つまり、光の利用効率を高めることができる。
【００９８】
例えば、構造体７４を長手方向にみたときの断面は、頂角θｃが約９６°の二等辺三角形の形状を有していてもよい。つまり、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂは、約４２°であってもよい。この場合には、導光体７１から出射する光の角度をより小さくすることができる。
【００９９】
また、図１７に表した導光体７１においては、第１主面７１ａと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成されている。また、第２主面７１ｂと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成されている。テーパ部７５の傾斜角度θＴは、例えば約１０°程度である。テーパ部７５の長さＬＴは、例えば約３ｍｍ〜４ｍｍ程度である。
【０１００】
テーパ部７５の傾斜角度θＴが１０°である場合には、導光体７１の内部を進行する光がテーパ部７５において１回の全反射をすると、導光体７１の厚さ方向の指向角は、全反射をする前の進行方向から２０°だけ逆方向になる。そのため、光源７３から導光体７１に入射した全ての光が少なくとも１回はテーパ部７５において全反射するようにテーパ部７５の長さＬＴを設定すると、導光体７１の厚さ方向の指向角分布を約２０°以下に抑えることができる。
【０１０１】
このように、導光体７１の厚さ方向の指向角分布を約２０°以下に抑えられた光が構造体７４に照射されると、Ｖ字型の溝の形状を有する凹部７４ｄの第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂが約４０°〜５０°程度である場合には、導光体７１から出射する光うちの７０％以上の光について、指向角分布を４０°以下に抑えることができる。
【０１０２】
また、図１７に表したように、導光体７１の第２側面７１ｄは、第１主面７１ａに対して垂直ではなく傾斜している。第１主面７１ａの延長線に対する第２側面７１ｄの傾斜角度θ１は、例えば約８０°程度である。この場合には、導光体７１の内部を水平方向（第１主面７１ａに平行方向）に進行する光が第２側面７１ｄに配置された反射膜７２において１回の反射をすると、導光体７１の厚さ方向の指向角は、全反射をする前の進行方向から２０°だけ逆方向になる（θ２＝２０°）。そして、導光体７１と空気との界面において例えば全反射し構造体７４により進行方向を変えられた光は、照明光７０Ｌとして導光体７１から外部へ出射する。
なお、導光体７１の第２側面７１ｄは、第１主面７１ａに対して垂直であってもよい（図１参照）。
【０１０３】
上記では、光制御層５０として液晶を用いる例について説明したが、実施形態において、光制御層５０の構成は任意である。光制御層５０として、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いたメカニカルなシャッタなどを用いることもできる。
【０１０４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置に含まれる第１基板、第２基板、波長選択透過層、スイッチング素子、光制御層、波長選択吸収層、及び照明ユニットなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１０５】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１０６】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置及び表示装置用バックライトを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置及び表示装置用バックライトも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１０７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１０８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０９】
１１ 第１基板、 １１ａ 第１主面、 １１ｂ 第２主面、 １２ 第２基板、 １２ａ 第１主面、 １２ｂ 第２主面、 ２０ 波長選択透過層、 ２０ａ 第１領域、 ２０ｂ 第２領域、 ２０ｃ 第３領域、 ３２ａ 第１スイッチング素子、 ３２ｂ 第２スイッチング素子、 ３２ｃ 第３スイッチング素子、 ４０ 波長選択吸収層、 ４０ａ 第１吸収層、 ４０ｂ 第２吸収層、 ４０ｃ 第３吸収層、 ５０ 光制御層、 ７０ 照明ユニット、 ７０Ｌ 照明光、 ７１ 導光体、 ７１ａ 第１主面、 ７１ｂ 第２主面、 ７１ｃ 第１側面、 ７１ｄ 第２側面、 ７１ｅ 平坦部、 ７２ 反射膜、 ７３ 光源、 ７４ 構造体、 ７４ａ 第１傾斜面、 ７４ｂ 第２傾斜面、 ７４ｄ 凹部、 ７５ テーパ部、 ７６ 低反射率コート、 ７７ 構造体、 ７７ａ 第１傾斜面、 ７７ｂ 第２傾斜面、 ７７ｄ 凹部、 ７８ 構造体、 ７８ａ 第１傾斜面、 ７８ｂ 第２傾斜面、７８ｄ 凹部、 １１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０ 表示装置
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表示装置及び表示装置用バックライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばノート型パーソナルコンピュータやスマートフォンなどの携帯機器では、電源として電池が使用される場合がある。そのため、低消費電力化を図ることが望まれる。
また、このような携帯機器の表示装置として、例えば２枚の基板の間に液晶層を設けた液晶表示装置が使用される場合がある。液晶表示装置では、複数の画素のそれぞれに青、緑及び赤のカラーフィルタを設けることでカラー表示が行われる。カラーフィルタとして、特定の波長の光を吸収するカラーフィルタを用い、高い色再現性を得ようとすると、カラーフィルタによる光の吸収により、光の利用効率が低下し、表示が暗くなる。
このような表示装置において、色が綺麗で、表示が明るく、コントラストが良好なカラー表示を低消費電力で実現するために、光の利用効率を高めることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−７２４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、光利用効率が高い表示装置及び表示装置用バックライトを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施態様によれば、導光体と、光源と、波長選択透過層と、光制御層と、を備えた表示装置が提供される。前記導光体は、第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面と、を有する。前記光源は、前記側面から前記導光体の内部へ光を入射させる。前記波長選択透過層は、前記第２主面の上に設けられ、可視光のうち第１波長帯の光を透過させ前記第１波長帯を除く波長帯の光を反射させる第１領域と、可視光のうち前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光を透過させ前記第２波長帯を除く波長帯の光を反射させる第２領域と、を有する。前記光制御層は、前記波長選択透過層の上に設けられ、通過する光の強度を変化させる。前記第１主面は、前記第１主面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の凹部を有する。前記第１主面の面積に対する、前記複数の凹部のそれぞれを前記第１主面に投影した合計の面積の比率は、８％〜２５％である。前記複数の凹部は、前記第１主面に均一に設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る表示装置の導光体を例示する模式的平面図である。
【図３】第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
【図４】参考例に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
【図５】導光体から出射する光の指向角分布を例示するグラフ図である。
【図６】第１の実施形態に係る表示装置の特性の実験結果を例示するグラフ図である。
【図７】本実験において使用した表示装置を例示する模式的断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る表示装置の他の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
【図９】第１の実施形態に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
【図１０】参考例に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
【図１１】第１の実施形態に係る表示装置のさらに他の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
【図１２】第１の実施形態に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
【図１３】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第１の実施形態に係る表示装置のさらに他の特性のシミュレーション結果および実験結果を例示するグラフ図である。
【図１４】導光体のモデルおよび実験に用いた導光体を例示する模式的断面図である。
【図１５】図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、第１の実施形態に係る他の表示装置の導光体を例示する模式図である。
【図１６】図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、第１の実施形態に係るさらに他の表示装置の導光体を例示する模式図である。
【図１７】第２の実施形態に係る表示装置用バックライトの構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、本実施形態に係る表示装置の例として、液晶を用いる液晶表示装置について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図２は、第１の実施形態に係る表示装置の導光体を例示する模式的平面図である。
なお、図２は、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときの模式的平面図である。
【０００９】
図１に表したように、本実施形態に係る表示装置１１０は、照明ユニット（表示装置用バックライト）７０と、第１基板１１と、波長選択透過層２０と、光制御層５０と、波長選択吸収層４０と、第２基板１２と、を備える。
【００１０】
照明ユニット７０は、導光体７１と、反射膜７２と、光源７３と、を有する。導光体７１は、第１主面７１ａと、第１主面７１ａとは反対側の第２主面７１ｂと、第１側面７１ｃと、第１側面７１ｃとは反対側の第２側面７１ｄと、を有する。第１主面７１ａは、第２主面７１ｂと平行している。第１主面７１ａは、波長選択透過層２０や光制御層５０などが設けられた側とは反対側に形成された面である。第２主面７１ｂは、波長選択透過層２０や光制御層５０などが設けられた側に形成された面である。
【００１１】
図１および図２に表したように、導光体７１の第１主面７１ａには、構造体７４が形成されている。構造体７４は、例えば、光の進行方向を変える機能を有する。構造体７４は、例えば、光を反射させて、光の進行方向を変える。図２に表したように、構造体７４は、光源７３が配置された第１側面７１ｃと略平行に延在している。構造体７４としては、例えば、溝などの凹凸形状を有する構造体が用いられる。図１に表した表示装置１１０では、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する凹部７４ｄが構造体７４として用いられている。
反射膜７２は、導光体７１の第１主面７１ａおよび第２側面７１ｄに設けられている。図１に表した表示装置１１０では、反射膜７２と、導光体７１の第１主面７１ａおよび第２側面７１ｄと、の間には間隙が設けられているが、反射膜７２と、導光体７１の第１主面７１ａおよび第２側面７１ｄと、は接していてもよい。
【００１２】
つまり、図１に表したように、導光体７１の第１主面７１ａは、第１主面７１ａに対して傾斜した第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する複数の凹部７４ｄと、複数の凹部７４ｄが設けられていない平坦部７１ｅと、を有する。凹部７４ｄは、第１主面７１ａの第１側面７１ｃと接する辺と略平行に延在している。また、図１に表した表示装置１１０のように、第１主面７１ａと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成された場合には、凹部７４ｄは、第１主面７１ａのテーパ部７５と接する辺あるいは第１側面７１ｃのテーパ部７５と接する辺と略平行に延在している。
【００１３】
第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、光源７３が配置された第１側面７１ｃと非垂直である。すなわち、第１側面７１ｃは、ＹＺ面に平行であり、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、ＹＺ面に対して傾斜している。言い換えれば、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときに（Ｚ軸方向にみたときに）、第１傾斜面７４ａの法線および第２傾斜面７４ｂの法線は、第１側面７１ｃの法線と平行している。つまり、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、第１側面７１ｃと略平行な辺を有する。
【００１４】
図１に表した導光体７１においては、第１主面７１ａと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成されている。また、第２主面７１ｂと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成されている。本願明細書では、テーパ部７５と、第１主面７１ａまたは第２主面７１ｂと、の成す角を傾斜角度θＴとする。テーパ部７５の傾斜角度θＴは、例えば約１０°程度である。また、本願明細書では、図１に表した模式的断面おいて、第１主面７１ａまたは第２主面７１ｂに平行な方向のテーパ部７５の長さをＬＴとする。テーパ部７５の長さＬＴは、例えば約４ミリメートル（ｍｍ）〜５ｍｍ程度である。テーパ部７５については、後に詳述する。
【００１５】
光源７３は、光を生成する。光源７３には、例えば半導体発光素子（例えばＬＥＤ）が用いられる。光源７３は、導光体７１の第１側面７１ｃに配置されている。
反射膜７２は、導光体７１の第１主面７１ａおよび導光体７１の第２側面７１ｄに付設されている。つまり、導光体７１は、第１主面７１ａに付設された反射膜７２と、第１基板１１と、の間に配置されている。
【００１６】
光源７３で生成された光は、第１側面７１ｃから導光体７１の内部に入射する。導光体７１の内部に入射した光は、導光体７１と空気との界面において例えば全反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。あるいは、導光体７１の内部に入射した光は、反射膜７２において反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。なお、第２側面７１ｄに付設された反射膜７２において反射した光が所望の範囲内の指向角分布を有するように、第２側面７１ｄは、第１主面７１ａに対して垂直ではなく傾斜していてもよい（図１７参照）。
【００１７】
構造体７４は、導光体７１の内部を伝搬する光の進行方向を変え、光を効率良く波長選択透過層２０に入射させる。このとき、前述したように、図１に表した表示装置１１０では、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する凹部７４ｄが構造体７４として用いられている。すなわち、図１に表したように、凹部７４ｄは、いわゆるＶ字型の溝の形状を有する。凹部７４ｄは、第１主面７１ａにおいて開口している。言い換えれば、凹部７４ｄは、複数の平坦部７１ｅが設けられていない部分に設けられている。構造体７４の面積率は、例えば約８〜２５％程度であることが好ましい。構造体７４の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。構造体７４は、第１主面７１ａの全体に亘って均一に設けられている。そのため、構造体７４の面積率は、第１主面７１ａの光源７３に近い部分においても光源７３から遠い部分においても均一である。 つまり、構造体７４の面積率は、第１主面７１ａの全体に亘って均一である。
【００１８】
ここで、本願明細書において、「構造体の面積率」とは、第１主面７１ａの面積に対する、複数の凹部７４ｄのそれぞれを第１主面７１ａに投影した合計の面積の比率あるいは割合をいうものとする。なお、凹部７４ｄを第１主面７１ａに投影した面積とは、導光体７１をＺ軸方向にみたときに表される凹部７４ｄの矩形の面積をいい、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂの面積の和をいうわけではない（図２参照）。つまり、図１および図２に表した導光体７１では、凹部７４ｄを第１主面７１ａに投影した面積とは、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを第１主面７１ａに投影した面積ということもできる。
【００１９】
これによれば、導光体７１から波長選択透過層２０に向かって出射する光の量（取り出し光量）をより高めることができる。つまり、光の利用効率を高めることができる。
なお、構造体７４の形状や作用などについては、後に詳述する。
【００２０】
このようにして、照明ユニット７０は、波長選択透過層２０から波長選択吸収層４０に向かう方向に沿って、波長選択透過層２０に照明光７０Ｌを入射させる。あるいは、照明ユニット７０の光源７３から出射した光が第１基板１１の内部を伝搬し、伝搬した光が導光体７１へ進行して反射膜７２により反射された後、波長選択透過層２０に入射してもよい。
【００２１】
第１基板１１および第２基板１２は、光透過性を有する。第１基板１１および第２基板１２としては、例えば、ガラスまたは樹脂などが用いられる。第１基板１１は、第１主面１１ａと、第１主面１１ａとは反対側の第２主面１１ｂと、を有する。
【００２２】
波長選択透過層２０は、第１基板１１の第１主面１１ａの上に設けられている。
ここで、第１主面１１ａに対して垂直な方向をＺ軸方向（第１方向）とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの軸をＸ軸方向（第２方向）とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な軸をＹ軸方向とする。
本願明細書において、上に設けられている状態は、接して上に配置される状態に加え、間に別の要素が挿入されて上に配置される状態を含む。
【００２３】
波長選択透過層２０は、複数の領域を有する。図１に表した表示装置１１０では、波長選択透過層２０は、第１領域２０ａと、第２領域２０ｂと、第３領域２０ｃと、を有する。Ｘ−Ｙ平面内においては、複数の第１領域２０ａと、複数の第２領域２０ｂと、複数の第３領域２０ｃと、が設けられている。
【００２４】
第１領域２０ａは、第１の色（例えば赤色）の干渉フィルタとなる。第２領域２０ｂは、第２の色（例えば緑色）の干渉フィルタとなる。第３領域２０ｃは、第３の色（例えば青色）の干渉フィルタとなる。すなわち、図１に表した表示装置１１０では、３色光の選択透過領域が設けられている。
【００２５】
但し、実施形態は、これだけに限定されるわけではない。例えば、第３領域２０ｃが設けられず、２色の領域が設けられてもよい。また、さらに第４領域を設け、４色の領域が設けられてもよい。このように、実施形態において、色の種類は任意である。波長選択透過層２０の構成の例については、後に詳述する。
【００２６】
第１領域２０ａの上には、第１スイッチング素子３２ａが設けられている。第２領域２０ｂの上には、第２スイッチング素子３２ｂが設けられている。第３領域２０ｃの上には、第３スイッチング素子３２ｃが設けられている。第１スイッチング素子３２ａ、第２スイッチング素子３２ｂ、および第３スイッチング素子３２ｃとしては、例えば、トランジスタ（例えば薄膜トランジスタ）が用いられる。
【００２７】
光制御層５０は、波長選択透過層２０と波長選択吸収層４０との間に設けられている。光制御層５０の光学特性は可変である。光制御層５０として、例えば、液晶層が用いられる。
【００２８】
図１に表した表示装置１１０では、第１基板１１の第１主面１１ａに対向して第２基板１２が設けられている。第２基板１２は、第１主面１２ａと、第１主面１２ａと対向する第２主面１２ｂと、を有する。第２基板１２の第１主面１２ａは、第１基板１１の第１主面１１ａと対向している。波長選択吸収層４０は、第２基板１２の第１主面１２ａに設けられている。
【００２９】
波長選択吸収層４０は、第１吸収層４０ａと、第２吸収層４０ｂと、第３吸収層４０ｃと、を有する。第１吸収層４０ａは、Ｚ軸方向にみたときに第１領域２０ａと重なる部分を有する。第２吸収層４０ｂは、Ｚ軸方向にみたときに第２領域２０ｂと重なる部分を有する。第２吸収層４０ｂの吸収スペクトルは、第１吸収層４０ａの吸収スペクトルとは異なる。第３吸収層４０ｃは、Ｚ軸方向にみたときに第３領域２０ｃと重なる部分を有する。第３吸収層４０ｃの吸収スペクトルは、第１吸収層４０ａの吸収スペクトルおよび第２吸収層４０ｂの吸収スペクトルとはそれぞれ異なる。
【００３０】
第１吸収層４０ａは、第１の色（例えば赤色）の吸収フィルタであり、第２吸収層４０ｂは、第２の色（例えば緑色）の吸収フィルタであり、第３吸収層４０ｃは、第３の色（例えば青色）の吸収フィルタである。
【００３１】
例えば、スイッチング素子を介して、光制御層５０に電圧（例えば電界）が印加される。印加された電圧（例えば電界）に応じて、光制御層５０の光学特性が変化し、それぞれの画素の透過率が変化し表示が行われる。
【００３２】
光制御層５０として、液晶層が用いられる場合は、印加された電圧（例えば電界）に応じて、液晶層の液晶の配列が変化する。配列の変化に応じて液晶層の光学特性（複屈折率、旋光性、散乱性、回折性及び吸収性などの少なくともいずれかを含む）が変化する。
【００３３】
例えば、第１基板１１の第２主面１１ｂには、図示しない第１偏光層が設けられている。また、第２基板１２の第２主面１２ｂには、図示しない第２偏光層が設けられている。つまり、第１偏光層と第２偏光層との間に、第１基板１１と、波長選択透過層２０と、光制御層５０と、波長選択吸収層４０と、第２基板１２と、が配置されている。これにより、光制御層５０（液晶層）における光学特性の変化が、光透過率の変化に変換され、表示が行われる。
【００３４】
図３は、第１の実施形態に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
図４は、参考例に係る表示装置の動作を例示する模式的断面図である。
図５は、導光体から出射する光の指向角分布を例示するグラフ図である。
なお、図５の縦軸は、最大値で規格化した光度Ｌｕであり、図５の横軸は、導光体から出射した光の指向角Ｄａである。また、図５に表したグラフ図は、波長選択透過層２０に入射する前の光の光度Ｌｕおよび指向角Ｄａを表している。言い換えれば、図５に表したグラフ図は、照明ユニット７０から出射した直後の光の光度Ｌｕおよび指向角Ｄａを表している。
【００３５】
まず、波長選択透過層２０の例について説明する。
波長選択透過層２０は、特定の波長の光を透過し、その波長以外の波長の光を反射する。波長選択透過層２０は、例えば、ファブリペロー型の干渉フィルタである。
【００３６】
すなわち、波長選択透過層２０は、一対の反射層と一対の反射層との間に設けられたスペーサ層を有し、例えば絶縁層により形成されている。波長選択透過層２０は、異なる屈折率を有する複数の誘電体膜が積層された構造を有する。波長選択透過層２０において積層された誘電体膜は、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。
【００３７】
第１領域２０ａの内部では、積層された各膜の界面において入射光の一部が反射する。そして、各膜の界面において反射した光（波）と透過した光（波）の重ね合わせにより強めあう位相条件を満たす波長の光が第１領域２０ａを透過し、それ以外の波長の光が反射する。言い換えれば、第１領域２０ａの厚さに応じた波長の光が第１領域２０ａを透過し、それ以外の波長の光が反射する。この作用は、第２領域２０ｂおよび第３領域２０ｃについても同様である。
【００３８】
光が波長選択透過層２０を通過する際の光路長（光学的距離）は、波長選択透過層２０に入射する光の角度（入射角）が零の場合よりも零よりも大きい場合の方が長い。言い換えれば、光が波長選択透過層２０を通過する際の光学的距離は、光が波長選択透過層２０に対して垂直に入射する場合よりも斜めに入射する場合の方が長い。このとき、強めあう位相条件を満たす波長は、光が波長選択透過層２０に対して垂直に入射する場合よりも斜めに入射する場合の方が短い。波長選択透過層２０を透過する光の波長は、波長選択透過層２０に入射する光の入射角に依存する。
【００３９】
このように、表示装置において干渉型のカラーフィルタを用いると、その透過波長帯は、光の入射角に応じて変化する。例えば、斜め入射光に対する透過波長帯は、正面から入射する光に対する透過波長帯よりも短波長側（青色側）にシフトする。
【００４０】
例えば、赤色の光が波長選択透過層２０に対して斜めに入射すると、波長選択透過層２０を透過した光の少なくとも一部は、赤色よりも短い波長を有するオレンジ色などの光となる。あるいは、例えば、緑色の光が波長選択透過層２０に対して斜めに入射すると、波長選択透過層２０を透過した光の少なくとも一部は、緑色よりも短い波長を有する青緑色などの光となる。そして、波長選択透過層２０を透過した光のうちで波長選択透過層２０に入射した光の波長よりも短い波長を有する光は、波長選択透過層２０の上に設けられた波長選択吸収層４０により吸収される。つまり、光の損失が発生する。そのため、高い光利用効率を実現するためには、照明ユニット７０あるいは導光体７１から出射する光の角度をより小さくすることが望ましい。
あるいは、波長選択吸収層４０が設けられていない表示装置においては、波長選択透過層２０を透過する光の色が設計値からずれてしまう。そのため、波長選択透過層２０を透過する光について所望の色を得るためには、照明ユニット７０あるいは導光体７１から出射する光の角度より小さくすることが望ましい。
なお、照明ユニット７０あるいは導光体７１から出射する光の角度は、波長選択透過層２０に入射する光の角度、すなわち波長選択透過層２０への入射角と等しい。
【００４１】
ここで、図４に表したように、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１に形成された構造体７４の数は、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に形成された構造体７４の数よりも多い。これにより、導光体７１から出射する光の取り出し光量を高めることができる。しかしながら、導光体７１に形成された構造体７４が多いと、導光体７１から出射する光の角度が大きくなる。これについて、図４を参照しつつ説明する。
【００４２】
図１および図２に関して前述したように、導光体７１の内部に入射した光は、導光体７１と空気との界面において例えば全反射しながら、あるいは反射膜７２において反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。そして、構造体７４に当たった光の進行方向が変わり、その光は、照明光７０Ｌとして波長選択透過層２０に入射する。
【００４３】
照明光７０Ｌのうちで第１波長帯λａを含む第１光Ｌａは、波長選択透過層２０のうちの例えば第３領域２０ｃを通過する。第１光Ｌａは、光制御層５０を通過し、さらに第３吸収層４０ｃを通過し、外部に出射する。なお、光制御層５０の状態によって、外部に出射する光の強度は変化する。
【００４４】
一方、照明光７０Ｌのうちの第１波長帯λａ以外の光（例えば第２波長帯λｂを含む第２光Ｌｂ）は、波長選択透過層２０のうちの例えば第３領域２０ｃで反射し、照明ユニット７０に戻る。ここで、波長選択透過層２０が有する複数の層のうちの少なくともいずれかの層の主面は、導光体７１の第１主面７１ａと平行している。波長選択透過層２０が有する複数の層のうちの少なくともいずれかの層とは、例えば図示しない反射層などである。これにより、照明光７０Ｌのうちの第１波長帯λａ以外の光は、例えば第３領域２０ｃで反射し、より確実に照明ユニット７０に戻ることができる。照明ユニット７０に戻った光は、導光体７１内を通過し、再び波長選択透過層２０に入射する。
【００４５】
前述したように、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１に形成された構造体７４の数は、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に形成された構造体７４の数よりも多い。そのため、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たる頻度は、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たる頻度よりも高い。
【００４６】
図４に表したように、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たると、構造体７４に進行方向を変えられるので、導光体７１から出射する光の角度は、第２光Ｌｂが構造体７４に当たらなかった場合よりも大きくなる場合がある。そうすると、このような光は、再び波長選択透過層２０へ入射し波長選択透過層２０を透過したとしても波長選択吸収層４０により吸収される。従って、高い光利用効率を実現できない場合がある。このように、構造体７４は、導光体７１から出射する光の取り出し光量を高めることができる一方で、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが導光体７１から出射する光の角度を大きくする。
【００４７】
また、参考例として、照明ユニット７０がプリズムシートなどの光学シートを有する場合がある。プリズムシートは、導光体７１から出射する光の角度を小さくすることができる。しかしながら、構造体７４の場合と同様に、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂがプリズムシートに当たると、導光体７１から出射する光の角度は、第２光Ｌｂがプリズムシートに当たらなかった場合よりも大きくなる。
【００４８】
そのため、光が波長選択透過層２０に対して斜めに入射してより短い波長を有する光となり、波長選択吸収層４０に吸収されることを抑制するためには、プリズムシートなどの光学シートを使用することなく波長選択透過層２０に対して垂直に光を入射させる構造体７４を導光体７１が有することが望ましい。さらに、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った光が構造体７４に当たり、導光体７１から出射する光全体の角度分布を大きく乱さない程度に、導光体７１に形成される構造体７４の数が抑えられることが望ましい。
【００４９】
これに対して、図３に表したように、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に形成された構造体７４の数は、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１に形成された構造体７４の数よりも少ない。具体的には、構造体７４の面積率は、例えば約８〜２５％程度である。構造体７４の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。また、実施形態に係る表示装置１１０の照明ユニット７０は、プリズムシートなどの光学シートを有していない。例えば、照明ユニット７０と第１基板１１との間には空気層が形成されている。あるいは、例えば、照明ユニット７０と第１基板１１とが接している。
【００５０】
参考例に係る表示装置１２０に関して前述したように、照明光７０Ｌのうちで第１波長帯λａを含む第１光Ｌａは、波長選択透過層２０のうちの例えば第３領域２０ｃを通過する。第１光Ｌａは、光制御層５０を通過し、さらに第３吸収層４０ｃを通過し、外部に出射する。なお、光制御層５０の状態によって、外部に出射する光の強度は変化する。
【００５１】
一方、照明光７０Ｌのうちの第１波長帯λａ以外の光（例えば第２波長帯λｂを含む第２光Ｌｂ）は、波長選択透過層２０のうちの第３領域２０ｃで反射し、照明ユニット７０に戻る。前述したように、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に形成された構造体７４の数は、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１に形成された構造体７４の数よりも少ない。そのため、実施形態に係る表示装置１１０の導光体７１に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たる頻度は、参考例に係る表示装置１２０の導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが構造体７４に当たる頻度よりも低い。すなわち、構造体７４に当たることよって第２光Ｌｂの進行方向が変化し、波長選択透過層２０への入射角が大きくなる可能性が低い。
【００５２】
図３に表したように、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った第２光Ｌｂが反射膜７２で反射すると、波長選択透過層２０に入射する。そして、第２光Ｌｂは、波長選択透過層２０のうちの例えば第２領域２０ｂを通過する。第２光Ｌｂは、光制御層５０を通過し、さらに第２吸収層４０ｂを通過し、外部に出射する。なお、光制御層５０の状態によって、外部に出射する光の強度は変化する。
【００５３】
このように、実施形態にかかる表示装置１１０においては、波長選択透過層２０が透過する特定の波長領域を透過しなかった光は、照明ユニット７０に戻り、構造体７４に当たる頻度が低減された状態で反射膜７２で反射され再利用される。このため、高い光利用効率が得られる。これにより、色が綺麗で、表示が明るく、コントラストが良好な表示が得られる。また、消費電力を低減できる。
【００５４】
ここで、構造体７４の例について説明する。
図１および図２に関して前述したように、実施形態にかかる表示装置１１０の凹部７４ｄは、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを含み、Ｖ字型の溝の形状を有する。例えば、構造体７４を長手方向（延在方向）にみたときの断面は、頂角θｃが約９６°の二等辺三角形の形状を有する。つまり、平坦部７１ｅと第１傾斜面７４ａとの角度（以下、「第１傾斜面７４ａの傾斜角度」とも称する）θａおよび平坦部７１ｅと第２傾斜面７４ｂとの角度（以下、「第２傾斜面７４ｂの傾斜角度」とも称する）θｂは、約４２°である。本発明者の検討の結果、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂが約４０°〜５０°程度である場合には、導光体７１から出射する光の角度がより小さくなることが分かった。これについては、後に詳述する。
【００５５】
なお、溝（凹部７４ｄ）の形状は、左右対称なＶ字型であることに限定されるわけではない。つまり、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａは、第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂと同一であることに限定されるわけではない。例えば、導光体７１の第１側面７１ｃから進行してくる光の指向角分布、および第２側面７１ｄから反射してくる光の指向角分布に基づいて、導光体７１から出射する光の角度が最小となるように第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂを個別に適宜設定してもよい。導光体７１から出射する光の角度は、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂと、溝に入射してくる光の指向角分布と、によって決定される。
【００５６】
次に、テーパ部７５の例について説明する。
図１および図２に関して前述したように、導光体７１にはテーパ部７５が形成されている。テーパ部７５は、導光体７１の内部を進行する光の指向角分布を導光体７１の厚さ方向（Ｚ軸方向）においてより小さくすることができる。
【００５７】
例えば、導光体７１と空気との界面における光の屈折を考慮すると、導光体７１の内部を進行する光の指向角は、最大で約４２°程度となる。そのため、テーパ部７５の傾斜角度θＴ（図１参照）は、例えば約１０°程度であることが好ましい。また、テーパ部７５の長さＬＴ（図１参照）は、例えば約４ｍｍ〜５ｍｍ程度であることが好ましい。
【００５８】
テーパ部７５の傾斜角度θＴが１０°である場合には、導光体７１の内部を進行する光の、テーパ部７５での全反射により、光がテーパ部７５を出射する角度が、テーパ部７５がない場合の入射角と比較して１０°小さくなる。そのため、光源７３から導光体７１に入射した全ての光が少なくとも１回はテーパ部７５において全反射するようにテーパ部７５の長さＬＴを設定すると、導光体７１の厚さ方向の指向角分布を約２２°以下に抑えることができる。
【００５９】
このように、導光体７１の厚さ方向の指向角分布を約２２°以下に抑えられた光が構造体７４に照射されると、Ｖ字型の溝の形状を有する凹部７４ｄの第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂが約４０°〜５０°程度である場合には、図５に表したように、導光体７１から出射する光うちの７０％以上の光について、指向角分布を４０°以下に抑えることができる。
【００６０】
次に、第１の実施形態に係る表示装置の特性の例について説明する。すなわち、第１の実施形態に係る表示装置の特性のシミュレーション結果や実験結果の例について説明する。
【００６１】
図６は、第１の実施形態に係る表示装置の特性の実験結果を例示するグラフ図である。 図７は、本実験において使用した表示装置を例示する模式的断面図である。
なお、図６の縦軸は、最大値で規格化した光度Ｌｕである。図６の横軸は、導光体から出射した光の指向角Ｄａである。
【００６２】
図７に表したように、本実験において使用した表示装置１３０は、照明ユニット７０と、波長選択透過層２０と、を備える。本実験において使用した表示装置１３０は、波長選択吸収層４０を備えていない。そして、本実験では、構造体７４の面積率Ｒａｓが５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％の場合のそれぞれにおいて、照明ユニット７０から出射し波長選択透過層２０を通過した光の光度Ｌｕおよび指向角Ｄａを実測した。波長選択吸収層４０は設けられていないため、光度Ｌｕおよび指向角Ｄａを実測した光は、波長選択吸収層４０を通過していない。
【００６３】
本実験の結果は、図６に表した如くである。これによれば、照明ユニット７０（導光体７１）から出射した光の指向角分布は、構造体７４の面積率Ｒａｓが高いほど広いことが分かる。そして、構造体７４の面積率Ｒａｓが１５％以下の場合において、導光体７１から出射した光の指向角分布を比較的狭い範囲に抑えることができることが分かる。一方で、構造体７４の面積率Ｒａｓが２５％以下の場合には、導光体７１から出射した光の指向角分布は、比較的広がっていることが分かる。
【００６４】
図８は、第１の実施形態に係る表示装置の他の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
図９は、第１の実施形態に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
図１０は、参考例に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
なお、図８の縦軸は、取り出し光量Ｌｑである。図８の横軸は、構造体の面積率Ｒａｓである。
【００６５】
図９に表したように、第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルは、照明ユニット７０と、波長選択透過層２０と、を備える。第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルは、波長選択吸収層４０を備えていない。
【００６６】
第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂには、実験のために低反射率コート７６が塗布されている。低反射率コート７６の反射率は、８５％である。つまり、低反射率コート７６は、入射した光のうちの８５％の光を反射し、残りの１５％の光を吸収する。低反射率コート７６としては、例えばメタルコートなどが用いられる。
【００６７】
反射膜７２の反射率は、９９％である。
構造体７４のピッチＰｓは、導光体７１の全体において略一定である。ここで、構造体７４のピッチＰｓとは、隣り合うＶ字型の溝の頂点同士の間の距離をいうものとする。
【００６８】
図１０に表したように、参考例に係る表示装置１５０のモデルは、照明ユニット７０を備える。参考例に係る表示装置１５０のモデルは、波長選択透過層２０および波長選択吸収層４０を備えていない。そのため、参考例に係る表示装置１５０のモデルでは、光が波長選択透過層２０の特定の領域で反射されることはない。また、光が照明ユニット７０に戻り再利用されることはない。さらに、図９に表した第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルのようには、低反射率コート７６は、塗布されていない。
第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルと同様に、反射膜７２の反射率は、９９％である。また、構造体７４のピッチＰｓは、導光体７１の全体において略一定である。構造体７４のピッチＰｓは、例えば約７０マイクロメートル（μｍ）〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００６９】
本シミュレーションでは、図９および図１０に表したモデルのそれぞれにおいて、構造体の面積率Ｒａｓに対する取り出し光量Ｌｑを計算した。本シミュレーションの結果は、図８に表した如くである。これによれば、参考例に係る表示装置１５０のモデルでは、光が照明ユニット７０に戻り再利用されることはないため、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが高くなるにつれて増加している。そして、このような表示装置に波長選択吸収層４０が設けられた場合には、特定の波長帯以外の光は、波長選択吸収層４０により吸収される。つまり、光の損失が発生する。
【００７０】
一方、第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルにおいて、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが約１３％程度までは増加している。これは、構造体７４により光取り出し効率が高められるためである。また、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが約１５％程度よりも高くなるにつれて減少している。
【００７１】
前述したように、低反射率コート７６の反射率は、８５％である。光が低反射率コート７６と当たる回数が多いほど、光が低反射率コート７６に吸収される。また、面積率Ｒａｓが高いほど、波長選択透過層２０で反射し照明ユニット７０に戻った光が構造体７４に当たる回数が多くなる。すなわち、取り出し光量Ｌｑが減少することは、光が構造体７４に当たる回数が多いことを意味する。そして、光が構造体７４に当たる回数が多いほど、波長選択透過層２０への入射角が大きくなる確率が高くなることを意味する。このような理由により、本シミュレーションのように、反射率が比較的低い低反射率コート７６を第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂに塗布し、構造体７４の面積率Ｒａｓを高くしていくと、構造体７４の面積率Ｒａｓがある値よりも高くなったときに取り出し光量Ｌｑが減少していくと考えられる。そのときの構造体７４の面積率Ｒａｓが、約１５％程度であると考えられる。以上のように、面積率Ｒａｓが約１３％程度よりも高くなるほど、波長選択透過層２０で反射され導光体７１の内部に戻った光が構造体７４に当たる頻度が増加し、導光体７１から出射する光の角度を大きくする構造体７４の作用力が、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑを高める構造体７４の作用力よりも大きくなると言える。
【００７２】
図１１は、第１の実施形態に係る表示装置のさらに他の特性のシミュレーション結果を例示するグラフ図である。
図１２は、第１の実施形態に係る表示装置のモデルを例示する模式的断面図である。
なお、図１１の縦軸は、取り出し光量Ｌｑである。図１１の横軸は、構造体の面積率Ｒａｓである。
【００７３】
図１２に表したように、第１の実施形態に係る表示装置１６０のモデルは、照明ユニット７０と、波長選択透過層２０と、を備える。第１の実施形態に係る表示装置１４０のモデルは、波長選択吸収層４０を備えていない。
【００７４】
構造体７４を長手方向にみたときの断面は、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂが４５°の二等辺三角形の形状を有する。第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂには、低反射率コート７６が塗布されている。低反射率コート７６の反射率は、８５％である。つまり、低反射率コート７６は、入射した光のうちの８５％の光を反射し、残りの１５％の光を吸収する。低反射率コート７６としては、例えばメタルコートなどが用いられる。
【００７５】
反射膜７２の反射率は、９９％である。
構造体７４のピッチＰｓは、導光体７１の全体において略一定である。構造体７４のピッチＰｓは、例えば約７０μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。
ここで、構造体７４の深さＤｓとは、導光体７１の第１主面７１ａと、Ｖ字型の溝の頂点と、の間の距離をいうものとする。
【００７６】
本シミュレーションでは、構造体７４の深さＤｓを１０μｍおよび５０μｍに設定した場合のそれぞれにおいて、構造体の面積率Ｒａｓに対する取り出し光量Ｌｑを計算した。本シミュレーションの結果は、図１１に表した如くである。これによれば、構造体７４の深さＤｓが１０μｍおよび５０μｍである場合において、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが約１５％程度までは増加している。一方、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑは、構造体７４の面積率Ｒａｓが約１５％程度よりも高くなるにつれて減少している。これは、図８〜図１０に関して前述した理由と同様であると考えられる。
【００７７】
また、構造体７４の面積率Ｒａｓが例えば約８〜２５％程度である場合には、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑをより多い量に維持することができることが分かる。言い換えれば、構造体７４の面積率Ｒａｓが約８％よりも低い場合、あるいは構造体７４の面積率Ｒａｓが約２５％よりも高い場合には、導光体７１から出射する光の取り出し光量Ｌｑをより多い量に維持することは困難である。これにより、構造体７４の面積率Ｒａｓは、例えば約８〜２５％程度であることが好ましい。また、構造体７４の深さＤｓは、例えば約５μｍ〜７μｍ程度であることが好ましい。
【００７８】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、第１の実施形態に係る表示装置のさらに他の特性のシミュレーション結果および実験結果を例示するグラフ図である。
図１４は、導光体のモデルおよび実験に用いた導光体を例示する模式的断面図である。
なお、図１３の縦軸は、指向性値Ｖｄである。図１３の横軸は、傾斜角度θａ（θｂ）である。また、図１３（ａ）は、シミュレーション結果を例示するグラフ図である。図１３（ｂ）は、実験結果を例示するグラフ図である。
【００７９】
図１４に表したように、本シミュレーションのモデルの導光体７１および本実験の試料の導光体７１に形成された凹部７４ｄは、Ｖ字型の溝の形状を有する。第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａは、第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂと同一である。つまり、構造体７４を長手方向にみたときの断面は、二等辺三角形の形状を有する。
【００８０】
本シミュレーションでは、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａ（第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂ）に対する導光体７１から出射した光の指向性値を計算および実測した。
ここで、本願明細書において「指向性値」とは、導光体７１から出射した全ての光の光量うちで導光体７１から出射する光の角度が３０°以下の光の光量が占める割合をいうものとする。したがって、指向性値がより高い場合には、導光体７１から出射した光の指向角分布がより狭い範囲に抑えられていることを意味する。
【００８１】
本シミュレーションの結果は、図１３（ａ）に表した如くである。また、本実験の結果は、図１３（ｂ）に表した如くである。これらによれば、導光体７１から出射した光の指向性値Ｖｄは、傾斜角度θａ（θｂ）が約４０°〜５０°程度であるときに比較的高く維持されていることが分かる。つまり、傾斜角度θａ（θｂ）が約４０°〜５０°程度であるときに、導光体７１から出射した光の指向角分布がより狭い範囲に抑えられている。これにより、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂは、例えば約４０°〜５０°程度であることが好ましい。
【００８２】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、第１の実施形態に係る他の表示装置の導光体を例示する模式図である。
なお、図１５（ａ）は、図１５（ｂ）に表したＡ−Ａ切断面における模式的断面図である。図１５（ｂ）は、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときの模式的平面図である。
【００８３】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）に表した凹部７７ｄは、四角錐の溝の形状を有する。図１５（ａ）に表したように、導光体７１の第１主面７１ａは、第１主面７１ａに対して傾斜した第１傾斜面７７ａおよび第２傾斜面７７ｂを有する複数の凹部７７ｄと、複数の凹部７７ｄが設けられていない平坦部７１ｅと、を有する。第１傾斜面７７ａおよび第２傾斜面７７ｂは、光源７３が配置された第１側面７１ｃと非垂直である。
【００８４】
例えば、構造体７７を長手方向にみたときの断面は、頂角θｃが約９６°の二等辺三角形の形状を有する。つまり、第１傾斜面７７ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７７ｂの傾斜角度θｂは、約４２°である。構造体７７の面積率は、例えば約８〜２５％程度である。構造体７７の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。構造体７７は、導光体７１の第１主面７１ａの全体に亘って均一に設けられている。そのため、構造体７７の面積率は、第１主面７１ａの全体に亘って均一である。
【００８５】
構造体７７は、導光体７１の内部を伝搬する光の進行方向を変え、光を小さな入射角で波長選択透過層２０に入射させる。そのため、図３〜図５に関して前述したように、波長選択透過層２０の特定の領域を透過しなかった光は、照明ユニット７０に戻り、構造体７７に当たる頻度が低減された状態で反射膜７２で反射され再利用される。このため、高い光利用効率が得られる。これにより、色が綺麗で、表示が明るく、コントラストが良好な表示が得られる。また、消費電力を低減できる。
【００８６】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）は、第１の実施形態に係るさらに他の表示装置の導光体を例示する模式図である。
なお、図１６（ａ）は、図１６（ｂ）に表したＢ−Ｂ切断面における模式的断面図である。図１６（ｂ）は、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときの模式的平面図である。
【００８７】
図１６（ａ）および図１６（ｂ）に表した凹部７８ｄは、いわゆるＶ字型の溝の形状を有する。構造体７８は、光源７３が配置された第１側面７１ｃと略平行に延在している。図１６（ｂ）に表したように、構造体７８は、図１および図２に関して前述した構造体７４のようには導光体７１の一方の側面からその側面に対向する他方の側面までは延在せず、導光体７１の一方の側面から導光体７１の略中央部まで延在している。つまり、複数の構造体７８が構造体７８の長手方向（延在方向）に沿って略直線状に設けられている。図１６（ｂ）に表した導光体７１では、構造体７８の長手方向に沿って略直線状に設けられた構造体７８の数は、２であるが、これだけに限定されず３以上であってもよい。
【００８８】
図１６（ａ）に表したように、導光体７１の第１主面７１ａは、第１主面７１ａに対して傾斜した第１傾斜面７８ａおよび第２傾斜面７８ｂを有する複数の凹部７８ｄと、複数の凹部７８ｄが設けられていない平坦部７１ｅと、を有する。第１傾斜面７８ａおよび第２傾斜面７８ｂは、光源７３が配置された第１側面７１ｃと非垂直である。構造体７８の面積率は、例えば約８〜２５％程度である。構造体７８の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。構造体７８は、導光体７１の第１主面７１ａの全体に亘って均一に設けられている。そのため、構造体７８の面積率は、第１主面７１ａの全体に亘って均一である。
【００８９】
構造体７８は、導光体７１の内部を伝搬する光の進行方向を変え、光を小さな入射角で波長選択透過層２０に入射させる。このとき、構造体７８の面積率は、例えば約８〜２５％程度である。そのため、図１５に関して前述した効果と同様の効果が得られる。
【００９０】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る表示装置用バックライトについて、図面を参照しつつ説明する。
図１７は、第２の実施形態に係る表示装置用バックライトの構成を例示する模式的断面図である。
【００９１】
図１７に表したように、本実施形態に係る照明ユニット（表示装置用バックライト）７０は、導光体７１と、反射膜７２と、光源７３と、を有する。反射膜７２および光源７３については、図１および図２に関して前述した反射膜７２および光源７３とそれぞれ同様である。
【００９２】
導光体７１は、第１主面７１ａと、第１主面７１ａとは反対側の第２主面７１ｂと、第１側面７１ｃと、第１側面７１ｃとは反対側の第２側面７１ｄと、を有する。第１主面７１ａは、第２主面７１ｂと平行している。導光体７１の第１主面７１ａには、構造体７４が形成されている。構造体７４は、例えば、光の進行方向を変える機能を有する。構造体７４は、例えば、光を反射させて、光の進行方向を変える。構造体７４は、光源７３が配置された第１側面７１ｃと略平行に延在している（図２参照）。構造体７４としては、例えば、溝などの凹凸形状を有する構造体が用いられる。図１７に表した照明ユニット７０では、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する凹部７４ｄが構造体７４として用いられている。
【００９３】
つまり、図１７に表したように、導光体７１の第１主面７１ａは、第１主面７１ａに対して傾斜した第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂを有する複数の凹部７４ｄと、複数の凹部７４ｄが設けられていない平坦部７１ｅと、を有する。
【００９４】
具体的には、凹部７４ｄは、いわゆるＶ字型の溝の形状を有する。構造体７４の面積率は、例えば約８〜２５％程度であることが好ましい。構造体７４の面積率は、例えば約１５％程度であることがより好ましい。構造体７４は、導光体７１の第１主面７１ａの全体に亘って均一に設けられている。そのため、構造体７４の面積率は、第１主面７１ａの全体に亘って均一である。
【００９５】
第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、光源７３が配置された第１側面７１ｃと非垂直である。言い換えれば、導光体７１の第１主面７１ａを垂直にみたときに、第１傾斜面７４ａの法線および第２傾斜面７４ｂの法線は、第１側面７１ｃの法線と平行している。つまり、第１傾斜面７４ａおよび第２傾斜面７４ｂは、第１側面７１ｃと略平行な辺を有する。
【００９６】
光源７３で生成された光は、第１側面７１ｃから導光体７１の内部に入射する。導光体７１の内部に入射した光は、導光体７１と空気との界面において例えば全反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。あるいは、導光体７１の内部に入射した光は、反射膜７２において反射しながら導光体７１の内部を伝搬する。
【００９７】
構造体７４は、導光体７１の内部を伝搬する光の進行方向を変え、光を導光体７１の外部へ出射させる。このとき、構造体７４の面積率が例えば約８〜２５％程度である場合において、実施形態に係る照明ユニット７０が干渉型のカラーフィルタを有する表示装置のバックライトとして使用されたときには、導光体７１から出射する光の取り出し光量をより高めることができる。つまり、光の利用効率を高めることができる。
【００９８】
例えば、構造体７４を長手方向にみたときの断面は、頂角θｃが約９６°の二等辺三角形の形状を有していてもよい。つまり、第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂは、約４２°であってもよい。この場合には、導光体７１から出射する光の角度をより小さくすることができる。
【００９９】
また、図１７に表した導光体７１においては、第１主面７１ａと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成されている。また、第２主面７１ｂと第１側面７１ｃとに対して傾斜したテーパ部７５が形成されている。テーパ部７５の傾斜角度θＴは、例えば約１０°程度である。テーパ部７５の長さＬＴは、例えば約３ｍｍ〜４ｍｍ程度である。
【０１００】
テーパ部７５の傾斜角度θＴが１０°である場合には、導光体７１の内部を進行する光がテーパ部７５において１回の全反射をすると、導光体７１の厚さ方向の指向角は、全反射をする前の進行方向から２０°だけ逆方向になる。そのため、光源７３から導光体７１に入射した全ての光が少なくとも１回はテーパ部７５において全反射するようにテーパ部７５の長さＬＴを設定すると、導光体７１の厚さ方向の指向角分布を約２０°以下に抑えることができる。
【０１０１】
このように、導光体７１の厚さ方向の指向角分布を約２０°以下に抑えられた光が構造体７４に照射されると、Ｖ字型の溝の形状を有する凹部７４ｄの第１傾斜面７４ａの傾斜角度θａおよび第２傾斜面７４ｂの傾斜角度θｂが約４０°〜５０°程度である場合には、導光体７１から出射する光うちの７０％以上の光について、指向角分布を４０°以下に抑えることができる。
【０１０２】
また、図１７に表したように、導光体７１の第２側面７１ｄは、第１主面７１ａに対して垂直ではなく傾斜している。第１主面７１ａの延長線に対する第２側面７１ｄの傾斜角度θ１は、例えば約８０°程度である。この場合には、導光体７１の内部を水平方向（第１主面７１ａに平行方向）に進行する光が第２側面７１ｄに配置された反射膜７２において１回の反射をすると、導光体７１の厚さ方向の指向角は、全反射をする前の進行方向から２０°だけ逆方向になる（θ２＝２０°）。そして、導光体７１と空気との界面において例えば全反射し構造体７４により進行方向を変えられた光は、照明光７０Ｌとして導光体７１から外部へ出射する。
なお、導光体７１の第２側面７１ｄは、第１主面７１ａに対して垂直であってもよい（図１参照）。
【０１０３】
上記では、光制御層５０として液晶を用いる例について説明したが、実施形態において、光制御層５０の構成は任意である。光制御層５０として、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いたメカニカルなシャッタなどを用いることもできる。
【０１０４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、表示装置に含まれる第１基板、第２基板、波長選択透過層、スイッチング素子、光制御層、波長選択吸収層、及び照明ユニットなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１０５】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１０６】
その他、本発明の実施の形態として上述した表示装置及び表示装置用バックライトを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置及び表示装置用バックライトも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１０７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１０８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０９】
１１ 第１基板、 １１ａ 第１主面、 １１ｂ 第２主面、 １２ 第２基板、 １２ａ 第１主面、 １２ｂ 第２主面、 ２０ 波長選択透過層、 ２０ａ 第１領域、 ２０ｂ 第２領域、 ２０ｃ 第３領域、 ３２ａ 第１スイッチング素子、 ３２ｂ 第２スイッチング素子、 ３２ｃ 第３スイッチング素子、 ４０ 波長選択吸収層、 ４０ａ 第１吸収層、 ４０ｂ 第２吸収層、 ４０ｃ 第３吸収層、 ５０ 光制御層、 ７０ 照明ユニット、 ７０Ｌ 照明光、 ７１ 導光体、 ７１ａ 第１主面、 ７１ｂ 第２主面、 ７１ｃ 第１側面、 ７１ｄ 第２側面、 ７１ｅ 平坦部、 ７２ 反射膜、 ７３ 光源、 ７４ 構造体、 ７４ａ 第１傾斜面、 ７４ｂ 第２傾斜面、 ７４ｄ 凹部、 ７５ テーパ部、 ７６ 低反射率コート、 ７７ 構造体、 ７７ａ 第１傾斜面、 ７７ｂ 第２傾斜面、 ７７ｄ 凹部、 ７８ 構造体、 ７８ａ 第１傾斜面、 ７８ｂ 第２傾斜面、７８ｄ 凹部、 １１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０ 表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面と、を有する導光体と、
前記側面から前記導光体の内部へ光を入射させる光源と、
前記第２主面の上に設けられ、可視光のうち第１波長帯の光を透過させ前記第１波長帯を除く波長帯の光を反射させる第１領域と、可視光のうち前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光を透過させ前記第２波長帯を除く波長帯の光を反射させる第２領域と、を有する波長選択透過層と、
前記波長選択透過層の上に設けられ、通過する光の強度を変化させる光制御層と、
を備え、
前記第１主面は、前記第１主面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の凹部を有し、
前記第１主面の面積に対する、前記複数の凹部のそれぞれを前記第１主面に投影した合計の面積の比率は、８％〜２５％であり、
前記複数の凹部は、前記第１主面に均一に設けられている表示装置。
【請求項２】
前記傾斜面は、前記側面と非垂直に設けられ、前記側面と平行な辺を有する請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記波長選択透過層は、異なる屈折率を有する複数の誘電体膜が積層された構造を有し、
前記複数の誘電体膜の少なくともいずれかの主面は、前記導光体の前記第１主面と平行している請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１主面に対する前記傾斜面の角度は、４０°〜５０°である請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
前記凹部は、Ｖ字型の溝の形状を有する請求項１〜４のいずれか１つの記載の表示装置。
【請求項６】
前記凹部は、四角錐の溝の形状を有する請求項１〜４のいずれか１つの記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１主面に対して垂直な方向に沿ってみたときに、前記第１領域と重なる部分を有する第１吸収層と、
前記第１主面に対して垂直な方向に沿ってみたときに、前記第２領域と重なる部分を有し前記第１吸収層の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを有する第２吸収層と、
を含み前記光制御層の上に設けられた波長選択吸収層をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項８】
第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とに接続された側面と、を有する導光体と、
前記側面から前記導光体の内部へ光を入射させる光源と、
を備え、
前記第１主面は、前記第１主面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の凹部を有し、
前記第１主面の面積に対する、前記複数の凹部のそれぞれを前記第１主面に投影した合計の面積の比率は、８％〜２５％であり、
前記複数の凹部は、前記第１主面に均一に設けられている表示装置用バックライト。
【請求項１】
第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを接続する側面と、を有する導光体と、
前記側面から前記導光体の内部へ光を入射させる光源と、
前記第２主面の上に設けられ、可視光のうち第１波長帯の光を透過させ前記第１波長帯を除く波長帯の光を反射させる第１領域と、可視光のうち前記第１波長帯とは異なる第２波長帯の光を透過させ前記第２波長帯を除く波長帯の光を反射させる第２領域と、を有する波長選択透過層と、
前記波長選択透過層の上に設けられ、通過する光の強度を変化させる光制御層と、
を備え、
前記第１主面は、前記第１主面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の凹部を有し、
前記第１主面の面積に対する、前記複数の凹部のそれぞれを前記第１主面に投影した合計の面積の比率は、８％〜２５％であり、
前記複数の凹部は、前記第１主面に均一に設けられている表示装置。
【請求項２】
前記傾斜面は、前記側面と非垂直に設けられ、前記側面と平行な辺を有する請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
前記波長選択透過層は、異なる屈折率を有する複数の誘電体膜が積層された構造を有し、
前記複数の誘電体膜の少なくともいずれかの主面は、前記導光体の前記第１主面と平行している請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記第１主面に対する前記傾斜面の角度は、４０°〜５０°である請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項５】
前記凹部は、Ｖ字型の溝の形状を有する請求項１〜４のいずれか１つの記載の表示装置。
【請求項６】
前記凹部は、四角錐の溝の形状を有する請求項１〜４のいずれか１つの記載の表示装置。
【請求項７】
前記第１主面に対して垂直な方向に沿ってみたときに、前記第１領域と重なる部分を有する第１吸収層と、
前記第１主面に対して垂直な方向に沿ってみたときに、前記第２領域と重なる部分を有し前記第１吸収層の吸収スペクトルとは異なる吸収スペクトルを有する第２吸収層と、
を含み前記光制御層の上に設けられた波長選択吸収層をさらに備えた請求項１〜６のいずれか１つに記載の表示装置。
【請求項８】
第１主面と、前記第１主面とは反対側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とに接続された側面と、を有する導光体と、
前記側面から前記導光体の内部へ光を入射させる光源と、
を備え、
前記第１主面は、前記第１主面に対して傾斜した傾斜面を有する複数の凹部を有し、
前記第１主面の面積に対する、前記複数の凹部のそれぞれを前記第１主面に投影した合計の面積の比率は、８％〜２５％であり、
前記複数の凹部は、前記第１主面に均一に設けられている表示装置用バックライト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
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【図１４】
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【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−６４９３６（Ｐ２０１３−６４９３６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４５２８（Ｐ２０１１−２０４５２８）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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