JP2001042328A

JP2001042328A - 照明装置及びそれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP2001042328A
Application number: JP11216344A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hiyama; 郁夫檜山; Makoto Tsumura; 津村　　誠; Masaya Adachi; 昌哉足立
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 1999-07-30
Publication date: 2001-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】照明装置の導光体への入射部にコリメート化手
段を設けて、導光体への入射効率が高くコリメート性の
高い照明装置を得ることにある。その照明装置を用いて
高輝度な液晶表示装置を得ること、更には、液晶表示素
子に光を広げるスクリーンを配置して広視野角な液晶表
示装置を得る。【解決手段】導光体と、少なくとも導光体の一辺に導光
体への入射光の平行度を高めるコリメート手段と、コリ
メート手段に近接配置された、周囲に反射板を有する光
源と、からなる導光手段を複数配置し、導光体が出射光
を帯状に出射させる凹凸面を有し、導光体上に偏光変換
器を配置する。コリメート手段の光学軸を傾けて配置
し、コリメート手段が前記光源及び導光体側では広く、
中央部で狭い。更に、コリメート化手段の光源側の広が
っている側面が光反射板で覆われている。照明装置を用
いた高輝度，広視野角の液晶表示装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶テレビ，コン
ピュータ用液晶ディスプレイ等に用いられる、光の状態
を変調して画像表示を行う液晶表示素子の背面に設ける
照明装置、特に、効率良くコリメート性を高めた照明装
置、及びそれを用いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置、特にカラー液晶表
示装置の技術進歩は、目覚ましく、ＣＲＴに劣らぬ表示
品質のディスプレイが数多く見られるようになった。更
に、ノートパソコンが普及し、照明装置であるバックラ
イトなしでは、ディスプレイとしての態をなさず、バッ
クライトは直視型カラー液晶表示装置における必須デバ
イスである。

【０００３】カラー液晶表示装置は、大別してＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス駆
動によるＴＮ（ツイストネマチック）液晶表示装置とマ
ルチプレックス駆動のＳＴＮ（スーパーツイステッドネ
マチック）液晶表示装置との２方式がある。いずれも液
晶層をガラス基板で保持した素子の両側に偏光板を配置
し、直線偏光の偏光状態を変調して表示を行うものであ
る。最近では、コレステリックの特性反射を用いた表示
方式，散乱と透過を制御する方式，吸収と透過を制御す
る方式等様々な方式が提案されている。これらのバック
ライトに要求される輝度レベルはその用途によって様々
であるが、特にカラーノートパソコンでは要求輝度だけ
でなく薄型，軽量，低消費電力は至上命題である。更に
は、コンピュータの大画面ディスプレイとしての、液晶
表示装置に対する期待は高く、明るさ向上はもちろんの
こと、広視野角表示ができるように出射特性の広いこと
が要求されている。更には、液晶ＴＶとしては、大画
面，広視野角，高輝度化と液晶ディスプレイに対する期
待は高いものがある。

【０００４】そこで、ＴＦＴを用いて広視野角液晶を実
現するためにＭＶＡ（マルチドメイン垂直配向ネマチッ
ク液晶）モード，ＩＰＳ（横電界）モード等の様々な方
式が提案，実現されている。しかしながら、ＭＶＡ，Ｉ
ＰＳモードは、従来のＴＮ，ＳＴＮモードと比較すると
飛躍的に視野角が拡大したが、視野角依存の色変化，コ
ントラスト比の低下等の問題が存在する。

【０００５】また、視野角依存性のない広視野角技術と
してコリメート光源と液晶表示素子上に配置したスクリ
ーンによる広視野角技術がPCT／US94／07369，特表平9
− 500981号，特表平9−505412号，特表平8−511129
号，特表平9−507920 号，特表平10−500528号等に開示
されている。また、これとは異なるスクリーン技術，コ
リメート化技術について、それぞれUSP2378252，PCT／U
S97／07374（特開平6−202107号，特開平6−324217号）
に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記コ
リメート化技術は、光の利用効率が低い課題がある。ま
た、最近利用されている反射型偏光板（USP5486949，US
P5122906，SID92 DigestP427，特開平7−36032号，SID9
5 Digest P735)を適用した偏光変換技術による光利用効
率向上には効率向上の割合が小さく適さない。また、光
路変換素子としてプリズムシート（例えば３Ｍ製のＢＥ
Ｆ）を適用し正面への指向性を向上した構成が開示され
ているが、コリメート性が低い。

【０００７】特に、本発明は、液晶ディスプレイの高輝
度化、及び広視野角化を実現するための、高効率のコリ
メート性の高い照明装置及びそれを用いた液晶表示装置
に関するものである。光利用効率が高く，コリメート性
の高い照明装置の実現により、高輝度液晶表示装置，広
視野角液晶表示装置，複数枚の液晶表示装置を並べて隙
間なく画像を形成するマルチ液晶表示装置への応用展開
を図るものである。

【０００８】そこで、本発明の主の目的は、照明装置の
導光体への入射部にコリメート化手段を設けて、導光体
への入射効率が高くコリメート性の高い照明装置を得る
こと及び、その照明装置を用いて高輝度な液晶表示装置
を得ることにある。更には、液晶表示素子に光を広げる
スクリーンを配置して広視野角な液晶表示装置を得るこ
とにある。更には、コリメート性の高い照明装置を有す
る液晶表示装置を複数配置し、表示面側に結像手段，拡
大手段及びスクリーンを配置して、液晶表示間の隙間を
なくした大画面の液晶表示装置を得ることにある。本発
明の他の目的は、後述の実施例の説明から明らかになろ
う。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では以下の手段を用いる。

【００１０】光利用効率，コリメート性が高い照明装置
を実現するために、本発明の手段は、導光体と、少なく
とも前記導光体の一辺に前記導光体への入射光の平行度
を高めるコリメート手段と、前記コリメート手段に近接
配置された、周囲に反射板を有する光源と、からなる導
光手段を複数配置したことを特徴とする照明装置であ
る。好ましくは、前記導光手段の前記導光体の出射面か
ら均一にコリメート光を出射させるために、前記導光体
の光出射面の裏面に傾斜面を有する凹凸面又は段差で構
成された反斜面を備え、前記反斜面は少なくとも傾斜部
が鏡面化されて、前記導光体の裏面に直接若しくは空気
層を介して反射板を配置する。又は、前記導光体の出射
面に傾斜溝を有する。更に好ましくは、光源からの無偏
光若しくは非偏光を、偏光に変換して均一に出射させる
ために、前記導光体が出射光を帯状に出射させる凹凸面
を有し、前記導光体上に偏光変換器を配置する。

【００１１】更には、照明装置の厚みを薄くするため
に、前記導光手段の出射面に対して、前記コリメート手
段の光学軸を傾けて配置する。ここで、コリメート手段
の光学軸とは、コリメート手段からの出射光強度のピー
ク方向と定義する。

【００１２】更に、光源からの出射光を効率良くコリメ
ート手段に入射させるために、前記光源が円柱状の光源
であり、少なくとも前記光源の長軸方向には前記コリメ
ート手段が前記光源及び前記導光体側では広く、中央部
で狭くなっている。更に、前記光源がＬＥＤ等のように
点状の光源である時には、前記光源を前記コリメート手
段毎に配置し、前記コリメート手段を光源側では狭く、
前記導光体側では広くする。更に、光源からの出射光を
効率良くコリメート手段に入射させるために、前記コリ
メート化手段の前記光源側の広がっている側面が光反射
板で覆われている。

【００１３】更に、前記コリメート手段と前記導光体間
に偏光変換器を配置し、光源からの無偏光若しくは非偏
光を、偏光に変換して、光利用効率を向上する。

【００１４】更に、偏光状態，散乱／透過、あるいは吸
収／透過を制御して画像表示を行う液晶表示素子と前記
液晶表示素子の背面に上記照明装置とを配置すること
で、高輝度の液晶表示装置を実現することができる。更
には、液晶表示素子の表示面側に出射光を広げるスクリ
ーンを配置することで、高輝度，広視野角の液晶表示装
置を実現できる。ここで、液晶表示素子として、照明装
置からの光出射角度範囲内の入射角において、十分なコ
ントラスト比が得られる表示モードであれば、視野角に
よるコントラスト比変化，階調反転，色変化のない広視
野角な表示を得ることができる。

【００１５】更には、上記コリメート性の高い照明装置
を用いた液晶表示装置を複数配置し、その表示面側にマ
イクロレンズアレイ等で形成された結像手段，フレネル
レンズ等で形成された拡大手段及び好ましくは外光を吸
収し、出射光を広げる作用を持つビーズスクリーン等の
スクリーンを配置することで、シームレスな広視野角の
大画面液晶表示装置を実現できる。例えば、ビーズスク
リーンは、USP2378252に開示されるような外光を効率良
く吸収し、液晶表示素子からの出射光を効率良く透過す
るものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について図面を用
いて詳細に説明する。

【００１７】（実施例１）本発明は光利用効率及びコリ
メート性が共に高い照明装置であり、図１に示す実施例
で代表される。本実施例は、透明なアクリル樹脂からな
る導光体２０の側面に、コリメート手段としてコリメー
タ１１が配置された導光手段１０の端部に、光源４０と
して導光体２０の長さに対応した発光長を有する冷陰極
蛍光ランプとそれをカバーし光をコリメータ１１に入射
させるための反射板４１を配置し、導光体２０の出射側
には偏光変換器３０を配置する。光源４０としては、管
径が２.２mmで、長さが約２９２.５mm（図１図面奥行き
方向）を使用した。反射板４１としては、冷陰極蛍光ラ
ンプを包み込むような円筒形或いは楕円筒形の反射板４
１を、導光体２０としては、屈折率１.４９で大きさ
は、２９２.５mm×21.5mm×１２.４mm（光源４０側，反
対側は１.０mm）を使用した。導光体２０の裏面は、コ
リメータ１１からの出射光を偏光変換器３０のピッチに
合わせて帯状に出射させるために裏面形状を形成し、反
斜面には反射板を形成した。本実施例では、この導光手
段１０を１０個配置して照明装置とした。導光手段１１
の数は限定されるものではなく、照明装置の厚さ，ラン
プの数により任意に変えることができる。

【００１８】また、本実施例で使用した導光手段１０の
１ブロックを図２に示す。図２に示すように、コリメー
タ１１の光学軸１１０Ａを導光体２０の出射面に対する
角度１１０ＡＡを３０°とした。角度１１０ＡＡを３０
°とすることで、導光体２０の裏面をフラットな反斜面
とすることができる。光学軸１１０Ａが３０°に限定さ
れるものではなく、角度１１０ＡＡが変わった時には、
それに合わせて導光体２０の裏面形状を変えることで対
応できる。しかしながら、角度１１０ＡＡが９０°では
照明装置全体の厚さが厚くなる。また、角度１１０ＡＡ
を３０°より大きく、又は小さくすると、導光体２０の
裏面の形状が複雑になる。

【００１９】コリメータ１１を出射面側から見ると、図
３のように光源４０側，導光体２０側を広げた構造とし
た。ここで、本実施例では、コリメータ１１は、導光体
２０と同一の透明アクリル樹脂からなり、導光体２０と
一体で成形したが、別々に成形し光学的に結合しても良
い。図３ではコリメータ１１の記載は４個のみである
が、実際には光源４０の長さに対応しており、図２の幅
１４ＷＡを７.４mm として４０個並べた。また、導光体
２０及びコリメータ１１は各面光学的に鏡面処理を施し
ている。また、コリメータ１１の側面の一部には、反射
板１２が配置されている。

【００２０】このコリメータ１１を上部から見ると、図
３に示すように、光源４０に対して入射部１１ＷＣを
７.４mm、中央部１１ＷＢを２.８mm、出射部１１ＷＡを
７.４mmとした。また、この時、入射側の傾き角１１Ｂ
Ｕ，１１ＢＤを約２１度、出射側の傾き角１１ＡＵ，１
１ＡＤを５.１度とした。好ましくは、傾き角１１Ｂ
Ｕ，１１ＢＤは４５°以下であれば、それぞれ等しい必
要はない。また、好ましくは、１１ＡＵ，１１ＡＤは、
１５度以下であれば、それぞれ等しい必要はない。逆に
１１ＡＵ，１１ＡＤを変えることにより指向性の方向を
変えることができる。但し、それぞれの傾き角は、中央
部が狭い構成であればこれに限定されるものではない。

【００２１】このコリメータの断面図は、図４に示すよ
うに、出射側の傾き角１１ＣＵ，１１ＣＤを５.０度と
した。

【００２２】上記構成とすることより、図２に示すよう
に光源４０からの出射光は、コリメータ１１の側面で全
反射されコリメート化された光１００となって導光体２
０へ入射する。これによりコリメート性を高めることが
できる。また、コリメータ１１からの出射光１０１，１
０２，１０３は、光学軸１１０Ａに対して約±８°以内
にコリメート化することができた。コリメータ化された
光は、導光体２０の裏面に直接、又は、出射面で全反射
されて後、導光体２０の裏面で反射され、偏光変換器３
０へ入射する。偏光分離器３１へ入射した光は、Ｐ偏
光，Ｓ偏光に分離され、位相差板３２でどれぞれ同一の
直線偏光１１０，１１１に変換される。ここで、偏光分
離器３１として、３Ｍ製の反射型偏光板であるＤＢＥＦ
を４５°の面に貼り付けて、Ｐ偏光が反射し、Ｓ偏光が
透過するように配置した。今回使用したＤＢＥＦの斜め
入射により色変化を防止するための偏光軸を規定した
が、４５入射用に合わせることを行えば、この偏光軸に
限定される物ではない。本実施例では、照明装置から偏
光を出射させるために、図１，図２に示すように導光体
２０上に偏光変換器３０を配置した。ここで、偏光分離
面としては、SID92 Digest p427やUSP5486949，USP5122
906 に記載される誘電体多層膜による反射偏光板、Asia
Display 95 Digest p735 に記載されるコレステリック
の特性反射を利用した反射偏光板を使用することもでき
る。また、プロジェクタに使用する蒸着膜で形成された
偏光分離器を使用することもできる。この偏光変換器３
０を用いることで、偏光の光利用効率を、偏光変換器３
０を用いない時と比較して1.7倍程度向上することがで
きた。

【００２３】また、断面図は図３に示す構成で、コリメ
ータ１１の入射側１１ＷＣと出射側１１ＷＡが同一であ
るために、ランプからの出射光のコリメータ１１へ入ら
ない成分がない（但し、ランプに戻る成分は存在する）
ために、コリメータ１１への入射効率を向上させること
ができる。コリメータ１１を除いて反射板４１と光源４
０を直接導光体２０に配置した場合、光源４０の光束に
対して導光体２０への入射効率は約８０％であったが、
本実施例では、導光体２０へ入射効率は約６０％を得る
ことができた。本実施例で、コリメータ１１の１１ＷＢ
から光源４０側を排除して１１ＷＢの隙間に反射板を配
置した場合の導光体への入射効率は約４０％であり、ラ
ンプ入射側を広げることで入射効率が飛躍的に向上でき
た。コリメータ１１の入射側（１１ＷＢから光源４０
側）がない場合は、コリメータ１１へ入射光はすべて全
反射して導光体２０内へ導入されるが、本実施例の場
合、入射側を広げると全反射しない入射角が存在するた
めに反斜板１２を配置した。

【００２４】また、図２に示すように、側面から見たコ
リメータ１１の断面図を台形状にしたが、光源４０の直
径がコリメータ１１入射部に対して大きい時には、図３
に示す上部図のように側面も入射側を広げることで入射
効率を上げることができる。本実施例で得たコリメート
性は、出射光の半値幅（ピーク輝度に対して輝度が１／
２になる角度範囲）で見ると、図３の図面奥行き方向，
図面水平方向は、それぞれ、約±１２.５°，約±１２.
０°を得ることができた。コリメート性が高く、光利用
効率の高い照明装置を得ることができた。

【００２５】本実施例では、光源４０を１０本配置した
構成であるが、これに限定されるものではなく、明る
さ，消費電力，厚さを考慮して設定することができる。
また、出射光のコリメート性はコリメータ１１の傾斜角
１１ＡＵ,１１ＡＤ,１１ＣＵ，１１ＣＤ及び幅１１Ｗ
Ａ，１１ＷＢ，１１ＷＣを変えることで調整可能であ
る。（実施例２）本実施例は、光源４０として円柱状の冷陰
極蛍光ランプや熱陰極蛍光ランプの代替として、図５に
示すように例えば光源４０としてのＬＥＤを多数配列
し、各ＬＥＤ毎にコリメータ１１を配置する。本実施例
と、実施例１の相違は、光源として点状光源であるＬＥ
Ｄの使用と、偏光変換器３０をコリメータ１１と導光体
２０の間に配置した点である。図５は、図３に対応する
図面であり、導光体の出射面側から見た断面図である。
この構成においては、ＬＥＤ光源４０がコリメータ１１
の入射側幅１１ＷＢに対して小さいために図３に示すよ
うに光源側を広げる必要がない。ここで、コリメータ１
１は、実施例１と同様、１１ＷＢを２.８mm、１１ＷＡ
を７.４mm 、１１ＡＵ，１１ＡＤを５°とした。この
時、ＬＥＤ等は点光源に近いためコリメート性を高める
ことができるばかり、コリメータ１１及び導光体への入
射効率を飛躍的に向上できる。

【００２６】また、コリメータ１１の出射側に偏光変換
器３０として、偏光分離面を有し、無偏光１１５のう
ち、Ｓ偏光１１５Ａをそのまま透過し、Ｐ偏光１１５Ｂ
を反射して、偏光分離面で再び反射１１５Ｃされ、出射
側に１／２波長板として働く位相差板又は旋光子３２Ａ
を配置してＳ偏光１１５Ｄにすることで、すべての無偏
光を効率良く直線偏光に変換できる。本実施例に適用し
た偏光変換器は実施例１と同様のものを使用した。

【００２７】コリメータ１１を除いて反射板４１と光源
４０を直接導光体２０に配置した場合、略同等の入射効
率は約８０％を得ることができた。

【００２８】本実施例で得たコリメート性は、出射光の
半値幅（ピーク輝度に対して輝度が１／２になる角度範
囲）で見ると、図１の図面奥行き方向，図面水平方向
は、それぞれ、約±１２.０°，約±１２.０°を得るこ
とができた。コリメート性が高く、光利用効率の高い照
明装置を得ることができた。

【００２９】（実施例３）本実施例と、実施例１との相
違は、偏光変換器３０をコリメータ１１と導光体２０の
間に配置した点である。図６は、図３，図５に対応する
図面であり、導光体の出射面側から見た断面図である。
このコリメータ１１を上部から見ると、図６に示すよう
に、光源４０に対して入射部１１ＷＣを７.４mm 、中央
部１１ＷＢを２.８mm、出射部１１ＷＡを７.４mmとし
た。また、この時、入射側の傾き角１１ＢＵ，１１ＢＤ
を約２１度、出射側の傾き角１１ＡＵ，１１ＡＤを５.
１度とした。好ましくは、傾き角１１ＢＵ，１１ＢＤ
は４５°以下であれば、それぞれ等しい必要はない。ま
た、好ましくは、１１ＡＵ，１１ＡＤは、１５度以下で
あれば、それぞれ等しい必要はない。逆に１１ＡＵ，１
１ＡＤを変えることにより指向性の方向を変えることが
できる。但し、それぞれの傾き角は、中央部が狭い構成
であればこれに限定されるものではない。

【００３０】また、断面図は図６に示す構成で、コリメ
ータ１１の入射側１１ＷＣと出射側１１ＷＡが同一であ
るために、ランプからの出射光のコリメータ１１へ入ら
ない成分がない（但し、ランプに戻る成分は存在する）
ために、コリメータ１１への入射効率を向上させること
ができる。コリメータ１１を除いて反射板４１と光源４
０を直接導光体２０に配置した場合、光源４０の光束に
対して導光体２０への入射効率は約８０％であったが、
本実施例では、導光体２０へ入射効率は約６０％を得る
ことができた。本実施例で、コリメータ１１の１１ＷＢ
から光源４０側を排除して１１ＷＢの隙間に反射板を配
置した場合の導光体への入射効率は約４０％であり、ラ
ンプ入射側を広げることで入射効率が飛躍的に向上でき
た。コリメータ１１の入射側（１１ＷＢから光源４０
側）がない場合は、コリメータ１１へ入射光はすべて全
反射して導光体２０内へ導入されるが、本実施例の場
合、入射側を広げると全反射しない入射角が存在するた
めに反斜板１２を配置した。

【００３１】また、実施例２と同様に、コリメータ１１
の出射側に偏光分離器３１Ａ及び位相差板３２Ａからな
る偏光変換器３０を配置し、すべての無偏光を効率良く
直線偏光に変換できる。本実施例に適用した偏光変換器
は実施例１と同様のものを使用した。

【００３２】本実施例で得たコリメート性は、出射光の
半値幅（ピーク輝度に対して輝度が１／２になる角度範
囲）で見ると、図１の図面奥行き方向，図面水平方向
は、それぞれ、約±１２.５°，約±１２.０°を得るこ
とができた。コリメート性が高く、光利用効率の高い照
明装置を得ることができた。

【００３３】（実施例４）本実施例を表す断面図を図１
３，図１４に示す。本実施例と、実施例１との相違は、
偏光変換器３０を削除した点と、導光体２０の裏面をフ
ラットな鏡面として、出射面を図１４に示すように三角
溝構造にした点である。図１３は、実施例１と同様に本
実施例の導光手段１０(図１４)を複数配置したものであ
る。本実施例では、実施例１と同様にコリメータ１１の
光学軸１１０Ａの為す角１１０ＡＡを３０°とした。こ
の時、溝傾斜角１４０Ａを６０°の２等辺三角形とし、
ピッチを１００μｍとし、図面右側傾斜部に反射板１４
０Ｂを形成した。ここで、導光手段１０からの出射光を
出射面に対して垂直に出射させるために、溝傾斜角１４
０Ａは、コリメータ１１の光学軸１１０Ａの角度１１０
ＡＡと９０°の和を２で割った値の角度が好ましい。

【００３４】これにより、コリメータ１１からのコリメ
ート光１４０は、三角溝を透過し、反対側の三角溝の反
斜面１４０Ｂで反射され出射光１４１となる。

【００３５】本実施例で得たコリメート性は、出射光の
半値幅（ピーク輝度に対して輝度が１／２になる角度範
囲）で見ると、図１３の図面奥行き方向，図面水平方向
は、それぞれ、約±１２.５°，約±１２.０°を得るこ
とができた。コリメート性が高く、光利用効率の高い照
明装置を得ることができた。

【００３６】（実施例５）本実施例を表す断面図を図１
３，図１５に示す。本実施例と、実施例１との相違は、
偏光変換器３０を削除した点と、導光体２０の裏面をフ
ラットな鏡面として、出射面を図１５に示すように溝構
造にした点である。図１３は、実施例１と同様に本実施
例の導光手段１０（図１５）を複数配置したもである。
本実施例では、実施例１と同様にコリメータ１１の光学
軸１１０Ａの為す角１１０ＡＡを３０°とした。この
時、溝傾斜角１４０Ｃを６０°，ピッチを２００μｍと
した。ここで、溝傾斜角１４０Ｃは、コリメータ１１の
光学軸１１０Ａの角度１１０ＡＡと９０°の和を２で割
った値の角度が好ましい。

【００３７】これにより、コリメータ１１からのコリメ
ート光１４０は、溝の傾斜面で全反射され出射光１４１
となる。従って、全反射を使用するために溝傾斜面での
反射率は、実施例４より高くすることができる。

【００３８】本実施例で得たコリメート性は、出射光の
半値幅（ピーク輝度に対して輝度が１／２になる角度範
囲）で見ると、図１３の図面奥行き方向，図面水平方向
は、それぞれ、約±１２．５°，約±１２.０°を得る
ことができた。コリメート性が高く，光利用効率の高い
照明装置を得ることができた。

【００３９】（実施例６）本実施例を表す断面図を図
１，図１６に示す。本実施例と、実施例１との相違は、
偏光変換器３０の分割数が異なる点である。実施例１に
おていは、偏光分離器の分割数が８であるが、本実施例
では分割数を４にした。

【００４０】本実施例で得たコリメート性は、出射光の
半値幅（ピーク輝度に対して輝度が１／２になる角度範
囲）で見ると、図１の図面奥行き方向，図面水平方向
は、それぞれ、約±１２.５°，約±１２.０°を得るこ
とができた。コリメート性が高く、光利用効率の高い照
明装置を得ることができた。

【００４１】本実施例の光利用効率は、実施例１と比較
して、偏光変換器３０との合せが容易になる点も含めて
５％以上向上した。本実施例では、偏光変換器３０の分
割数４であるが、偶数であれば限定されない。

【００４２】（実施例７）本実施例を表す断面図を図
１，図１７に示す。本実施例と、実施例１との相違は、
導光体２０の裏面形状により帯状光源を出射させるか、
導光体出射面により帯状光源を出射させるかの点であ
る。

【００４３】本実施例で得たコリメート性は、出射光の
半値幅（ピーク輝度に対して輝度が１／２になる角度範
囲）で見ると、図１の図面奥行き方向，図面水平方向
は、それぞれ、約±１２.５°，約±１２.０°を得るこ
とができた。コリメート性が高く、光利用効率の高い照
明装置を得ることができた。

【００４４】本実施例に図１５の導光体２０を使用する
こともできる。また、偏光変換器３０の分割数も偶数で
あれば限定されない。

【００４５】（実施例８）本実施例は、実施例１から実
施例７で代表される照明装置を適用した液晶表示装置で
ある。本実施例では、実施例１を適用したもので説明す
るが、実施例２から７を使用することもできる。図７に
示すように液晶表示素子６０を上記実施例の照明装置上
に配置する。液晶表示素子６０は、両側に偏光板６０
Ａ，６４Ｂを配置した透明基板６１Ａ，６１Ｂ間に液晶
６３とカラーフィルタ６２を配置した構成である。図面
ではＴＦＴ等のスイッチング素子，配向膜，透明電極は
省略している。本実施例では、液晶６３として９０°ツ
イストのネマチック液晶を用い、偏光板６０Ａ，６４Ｂ
をノーマリーホワイト表示になるようにそれぞれの偏光
軸を直交させて配置した。但し、液晶表示モードは限定
されない。

【００４６】また、導光手段１０からの出射光１２０の
偏光方向と、偏光板６４Ｂの偏光透過軸を一致させる。
また、照明装置からの出射光１２１は、コリメート性の
高い光であり、正面輝度の高い液晶表示装置が実現でき
る。また、コリメート化された出射光を広げるために、
拡散板７０を配置することもできる。この時、拡散板７
０は、偏光変換器３０からの出射光の偏光を高く保つた
めに、偏光が維持されることが好ましい。

【００４７】（実施例９）本実施例は、実施例１から実
施例７で代表される照明装置を適用した液晶表示装置で
ある。本実施例では、実施例１を適用したもので説明す
るが、実施例２から７を使用することもできる。本実施
例では、図８に示すように、実施例８の液晶表示素子６
０上にスクリーン８０を配置する。また、拡散板７０を
除くことと、スクリーン８０を配置する以外の構成は実
施例８と同一である。

【００４８】スクリーン８０として、図９から図１１に
示すスクリーンを使用した。スクリーン８０は、球の形
状を有する屈折率１.７のビーズ８０Ａ及び黒色吸収体
80Ｂからなる。配置は、図１１に示すように最密構造に
なるように配置し、出射側から見ると８０Ｃで示される
わずかな開口部を有し、その他の領域は８０Ｂの黒色吸
収体からなる。図９に示すようにこのスクリーン８０へ
の入射光１２２は、ビーズ８０Ａへの入射角及び屈折率
により、開口部８０Ｃへ集光され、スクリーン８０から
広がって出射１２２Ａされる。一方、スクリーン８０へ
の斜め入射光１２３は、黒色吸収体８０Ｂにより吸収１
２３Ａされ出射されない。従って、画像の解像度を低下
させる斜め入射光は吸収できる。また、ディスプレイ
は、オフィス環境等の外光が存在する環境で使用される
が、本スクリーン８０は、図１０，図１１に示すよう
に、表示面側から見た時はほとんどが吸収体８０Ｂで覆
われているために外光１２４はほとんどが吸収され、開
口部８０Ｃのスクリーンによる反射光１２４Ａがわずか
に反射されるのみである。従って、外光の存在する環境
下においても表示の黒輝度が上昇しコントラスト比を低
下させることがない。本実施例では、球状ビーズを配列
したスクリーンを使用したが、半球のマイクロレンズア
レイとしても良い。更には、例えば、一方向にのみ出射
特性を拡大したい時には、ストライプ状のロッドレンズ
アレイを配置してもよい。好ましくは、本実施例のよう
に、吸収体を配置して、不要光を吸収させることが好ま
しい。

【００４９】その結果、本実施例の表示装置は解像度も
高く，視野角性能が従来の液晶表示素子にはない全く階
調間の反転がなく、色変化，コントラスト比変化の視野
角依存性がほとんどない表示を得ることができた。

【００５０】（実施例１０）本実施例は、実施例１から
実施例７の照明装置及び、実施例８から実施例９の技術
を適用した液晶表示装置である。本実施例は、複数枚の
液晶表示素子６０を結像系であるマイクロレンズアレイ
５０，拡大系であるフレネルレンズ５１により、スクリ
ーン８０に拡大投射することで、薄型でつなぎ目のない
大画面液晶表示装置を実現するものである。結像，拡大
により隙間なく画像を合成する技術は例えば、特許公報
2810572 に開示される技術を適用することができる。本
実施例では、実施例１から実施例９に詳細に記述した技
術により、光利用効率が高く，広視野角な大画面液晶表
示装置が実現できる。本実施例の表示装置は解像度も高
く，視野角性能が従来の液晶表示素子にはない全く階調
間の反転がなく、色変化，コントラスト比変化の視野角
依存性がほとんどない表示を得ることができた。（実施例１１）本実施例は、実施例１から実施例７で代
表される照明装置を適用した液晶表示装置である。本実
施例では、実施例１を適用したもので説明するが、実施
例２から７を使用することもできる。図１８に示すよう
に液晶表示素子６０を上記実施例の照明装置上に配置す
る。液晶表示素子６０は、両側に偏光板６０Ａ，６４Ｂ
を配置した透明基板６１Ａ，６１Ｂ間に液晶６３を配置
した構成である。更に、光源４０として、波長３９０ｎ
ｍの冷陰極蛍光管を使用した。画素毎に蛍光体６５を偏
光板上に配置した。図面ではＴＦＴ等のスイッチング素
子，配向膜，透明電極は省略している。本実施例では、
液晶６３として９０°ツイストのネマチック液晶を用
い、偏光板６０Ａ，６４Ｂをノーマリーホワイト表示に
なるようにそれぞれの偏光軸を直交させて配置した。但
し、液晶表示モードは限定されない。

【００５１】また、導光手段１０からの出射光１５０の
偏光方向と、偏光板６４Ｂの偏光透過軸を一致させる。
また、照明装置からの出射光１５０は、コリメート性の
高い光であり、正面輝度の高い液晶表示装置が実現でき
る。また、コリメート化された出射光は液晶表示素子で
変調を受け、偏光板６０Ａの上部の蛍光体６５に入射す
る。蛍光体に近紫外若しくは、紫外線が入射すること
で、それぞれＲＧＢに対応した光が発光し、広視野角な
表示を得ることができる。また、透明基板６１Ａの厚さ
のために、解像度が低下するため、蛍光体６５間にＢＭ
を配置することが好ましい。更には、蛍光体の発光の後
方発光分を表示に利用するために、蛍光体６５と偏光板
６０Ａ間に光源光１５０の内、蛍光体６５の励起光を透
過して、発光１５１を反射する反射板を配置することが
好ましい。更には、蛍光体６５は、外光を散乱するため
に、好ましくは、外光を吸収し、発光を透過するフィル
タを蛍光体６５上に配置する。

【００５２】本実施例に使用する光源の波長は、限定さ
れる物ではないが、蛍光体の発光効率，各部材（透明基
板，偏光板，導光体等）の透過率を考えると、３６０ｎ
ｍ以上４５０ｎｍ以下が好ましい。

【００５３】

【発明の効果】本発明は、照明装置の導光体への入射部
にコリメート化手段を設けて、それを傾けることで、薄
型で光利用効率効率，コリメート性の高い照明装置を得
ることができる。また、その照明装置を用いて高輝度な
液晶表示装置を得ることができる。更には、液晶表示素
子上に光を広げるスクリーンを配置して広視野角な液晶
表示装置を得ることにある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図３】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図４】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図６】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図であ
る。

【図７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図
である。

【図８】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面図
である。

【図９】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーンの
一実施例を示す断面図である。

【図１０】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーン
の一実施例を示す断面図である。

【図１１】本発明の液晶表示装置に適用するスクリーン
の一実施例を示す断面図である。

【図１２】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【図１３】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図１４】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図１５】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図１６】本発明の照明装置の一実施例を示す断面図で
ある。

【図１７】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【図１８】本発明の液晶表示装置の一実施例を示す断面
図である。

【符号の説明】

１０…導光手段、１１…コリメート手段(コリメータ)、
１１ＡＵ，１１ＡＤ，１１ＢＵ，１１ＢＤ，１１ＣＵ，
１１ＣＤ…コリメータの広がり角、１１ＷＡ，１１Ｗ
Ｂ，１１ＷＣ…コリメータの幅、１２，４１…反射板、
２０…導光体、３０，３０Ａ…偏光変換器、３１，３１
Ａ…偏光分離器、３２，３２Ａ…位相差板、４０…光
源、５０…マイクロレンズアレイ、５１…フレネルレン
ズ、６０…液晶表示素子、６０Ａ，６４Ｂ…偏光板、６
１Ａ，６１Ｂ…透明基板、６２…カラーフィルタ、６３
…液晶、６５…蛍光体、７０…拡散板、８０…スクリー
ン、８０Ａ…ビーズ、８０Ｂ…吸収体、８０Ｃ…開口
部、１００…コリメート光、１０１〜１０３…コリメー
タからのコリメート光、１１０，１１１，１１５Ａ〜１
１５Ｄ，１４２…偏光、１１０Ａ…コリメータの光学
軸、１１０ＡＡ…光学軸の傾き、１１５…コリメータか
らの出射光、１２１…照明装置からの出射光、１２１
Ａ，１２２Ａ…スクリーンからの出射光、１２２…スク
リーンへの入射光、１２３…スクリーンへの斜め入射
光、１２３Ａ…吸収体により吸収される光、１２４…外
光、１２４Ａ…スクリーンによる反射光、１３０…拡大
光、１４０…コリメート光、１４０Ａ，１４０Ｃ…溝傾
斜角、１４０Ｂ…反斜面、１４１…出射光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足立昌哉茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内Ｆターム(参考） 2H038 AA54 2H091 FA14Z FA23Z FA26X FA32X FA34X FA41Z FA43X FA50X FD06 FD07 LA16 LA19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導光体と、少なくとも該導光体の一辺に該
導光体への入射光の平行度を高めるコリメート手段と、
該コリメート手段に近接配置され、周囲に反射板を有す
る光源と、を有する導光手段を複数配置した照明装置。
【請求項２】前記導光体の光出射面の裏面に傾斜面を有
する凹凸面又は段差で構成された反斜面を備え、前記反
斜面は少なくとも傾斜部が鏡面化されて、前記導光体の
裏面に直接若しくは空気層を介して反射板を配置した請
求項１の照明装置。
【請求項３】前記導光体の光出射面に傾斜面を有する溝
を形成し、傾斜部が鏡面化されている請求項１の照明装
置。
【請求項４】前記導光体が出射光を帯状に出射させる機
能を有し、前記導光体上に偏光変換器を配置した請求項
１の照明装置。
【請求項５】前記導光体の光出射面の裏面に傾斜面を有
する凹凸面又は段差で構成された反斜面を備え、前記反
斜面は少なくとも傾斜部が鏡面化されて、前記導光体の
裏面に直接若しくは空気層を介して反射板と、前記導光
体が出射光を帯状に出射させる前記反斜面を有し、前記
導光体上に偏光変換器を配置した請求項１の照明装置。
【請求項６】前記導光体の光出射面に傾斜面を有する溝
を形成し、傾斜部が鏡面化され、前記傾斜面が出射光を
帯状に出射させる反斜面で、前記導光体上に偏光変換器
を配置した請求項１の照明装置。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、前記導
光手段の出射面に対して、コリメート手段の光学軸が傾
いていることを特徴とする照明装置。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかにおいて、前記光
源が円柱状の光源であり、少なくとも前記光源の長軸方
向には前記コリメート手段が前記光源及び前記導光体側
では広く、中央部で狭くなっていることを特徴とする照
明装置。
【請求項９】請求項１〜７のいずれかにおいて、前記光
源が円柱状の光源であり、少なくとも前記光源の長軸方
向には前記コリメート手段が前記光源及び前記導光体側
では広く、中央部で狭くなっていて、前記コリメート化
手段の前記光源側の広がっている側面が光反射板で覆わ
れていることを特徴とする照明装置。
【請求項１０】請求項１〜７のいずれかにおいて、前記
光源が点状の光源であり、少なくとも前記光源は前記コ
リメート手段毎に配置され、前記コリメート手段が少な
くとも前記導光体側では広くなっていることを特徴とす
る照明装置。
【請求項１１】請求項１，２又は７において、前記コリ
メート手段と前記導光体間に偏光変換器を配置し、前記
光源が円柱状の光源であり、少なくとも前記光源の長軸
方向にはコリメート手段が前記光源及び前記導光体側で
は広く、中央部で狭くなっていることを特徴とする照明
装置。
【請求項１２】請求項１，２又は７において、前記コリ
メート手段と前記導光体間に偏光変換器を配置し、前記
光源が点状の光源であり、少なくとも前記光源は前記コ
リメート手段毎に配置され、前記コリメート手段が少な
くとも前記導光体側では広くなっていることを特徴とす
る照明装置。
【請求項１３】偏光状態，散乱／透過、あるいは吸収／
透過を制御して画像表示を行う液晶表示素子と、該液晶
表示素子の背面に導光体と、少なくとも該導光体への入
射光の平行度を高めるコリメート手段と、該コリメート
手段に近接配置され、周囲に反射板を有する導光手段を
複数配置した照明装置を備えた液晶表示装置。
【請求項１４】前記液晶表示素子の表示面側に出射光を
広げるスクリーンを配置した請求項１３の液晶表示装
置。
【請求項１５】前記液晶表示素子の表示面側に出射光を
広げる、外光及び斜め入射光を吸収する機能を有するス
クリーンを配置した請求項１３の液晶表示装置。
【請求項１６】前記液晶表示装置の表示面側に結像手
段，拡大手段及びスクリーンを配置した請求項１３の液
晶表示装置。
【請求項１７】前記光源が少なくとも波長が４５０ｎｍ
以下の光源で前記液晶表示素子の表示面側に前記光源に
より蛍光する蛍光体を配置した請求項１３の液晶表示装
置。