JP2003084283A - Illuminating device and liquid crystal display device - Google Patents

Illuminating device and liquid crystal display device

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JP2003084283A
JP2003084283A JP2002234709A JP2002234709A JP2003084283A JP 2003084283 A JP2003084283 A JP 2003084283A JP 2002234709 A JP2002234709 A JP 2002234709A JP 2002234709 A JP2002234709 A JP 2002234709A JP 2003084283 A JP2003084283 A JP 2003084283A
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JP
Japan
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light
liquid crystal
crystal display
polarization
light guide
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Pending
Application number
JP2002234709A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomonori Korishima
友紀 郡島
Hiroshi Hasebe
浩士 長谷部
Yoshiharu Oi
好晴 大井
Masao Ozeki
正雄 尾関
Hiroaki Ito
宏明 伊藤
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illuminating device suitable for a direct-view type liquid crystal display element wherein light intensity of a specific direction is intensified while maintaining wide light distribution. SOLUTION: The illuminating device consists of: a planar light guide body 3; a light source 1 disposed so that light is made incident from a side part of the planar light guide body 3; a polarized light separating plane 8 provided on the light emitting side of the planar light guide body 3 and transmitting the p-polarized light component and reflecting at least a portion of the s- polarized light component with respect to a light beam in the direction in the vicinity of prescribed incident direction; and a light reflecting plane 4 provided to be nearly parallel to the light emitting plane on the side opposite to the light emitting plane of the planer light guide body. The principal polarization axis direction of a light beam emitted from the illuminating device and the polarization axis direction of a polarizing plate 9 on the light incident side of the direct-view type liquid crystal display element 12 are made to nearly coincident with each other to dispose the illuminating device in the rear of the liquid crystal display element 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】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、直視型液晶表
示装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct view type liquid crystal display device used for a liquid crystal television, a liquid crystal display for a computer and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶表示素子、特にカラー表示素
子を用いた直視型液晶表示装置の技術進歩は目ざまし
く、CRTに劣らぬ表示品位のディスプレイが数多く見
られるようになった。白黒表示においては、数年前まで
平面照明装置であるバックライトを用いない反射型液晶
表示素子が主流であった。しかし、現在は白黒表示にお
いてもほとんどバックライトを用いる透過型液晶表示素
子におきかわっている。カラー表示液晶ディスプレイで
は、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液晶表示装置において必須
のデバイスとなっている。
2. Description of the Related Art In recent years, the technical progress of a direct-viewing type liquid crystal display device using a liquid crystal display element, particularly a color display element, has been remarkable, and many displays of display quality not inferior to CRT have come to be seen. In black and white display, until a few years ago, a reflection type liquid crystal display device that does not use a backlight, which is a flat lighting device, has been the mainstream. However, nowadays, even in black and white display, it is almost replaced by a transmissive liquid crystal display device using a backlight. A color display liquid crystal display does not serve as a display without a backlight, and the backlight is an essential device in a direct-view liquid crystal display device.

【0003】近年、使用されるようになってきたいわゆ
るノートパソコンは、携帯性が重要であり、そのためバ
ッテリー駆動が前提になっている。しかし、現状ではバ
ッテリーを充電せずに駆動できる時間は、数時間であ
り、一日の作業を継続して行える程度には至っていな
い。連続使用時間の延長は、その意味で極めて重要であ
る。特に、照明装置は電力消費量の多いデバイスであ
り、照明装置の低消費電力化は非常に意義が大きい。
In recent years, so-called notebook personal computers, which have come into use, are important in portability, and are therefore battery driven. However, at present, the time that can be driven without charging the battery is several hours, which is not enough to continue the work of the day. Extending the continuous use time is extremely important in that sense. In particular, the lighting device is a device that consumes a large amount of power, and reducing the power consumption of the lighting device is extremely significant.

【0004】ところで、ノートパソコンに用いられてい
る液晶表示素子は、視野角に応じた特定のコントラスト
比分布を示している。スーパーツイステッドネマチック
素子の場合の代表的な例を図5に示す。図5は、表示画
面のコントラスト比中心を通る水平方向の線上でコント
ラスト比変化を示した図である。これから、液晶表示素
子の視野角は垂直方向から実質的に40°〜50°程度
広がっているとともに、中心付近には特にコントラスト
比が高い領域があることがわかる。
By the way, the liquid crystal display element used in the notebook personal computer shows a specific contrast ratio distribution according to the viewing angle. A typical example of a super twisted nematic element is shown in FIG. FIG. 5 is a diagram showing changes in the contrast ratio on a horizontal line passing through the center of the contrast ratio on the display screen. From this, it can be seen that the viewing angle of the liquid crystal display element spreads substantially 40 ° to 50 ° from the vertical direction, and there is a region with a particularly high contrast ratio near the center.

【0005】実際には、ノートパソコンは作業者から見
た画面のコントラスト比が最も高くなるように、角度調
整されて使用されることが多い。したがって、最大コン
トラスト比を生じる視方向(多くは垂直方向か、ややそ
こからずれた方向にある)に照明の最大輝度が来るよう
にすれば、照明効率を実質的に向上することになる。
In practice, the notebook computer is often used with its angle adjusted so that the contrast ratio of the screen seen by the operator is the highest. Therefore, if the maximum luminance of the illumination is set in the viewing direction (most of which is in the vertical direction or in a direction slightly deviated from the vertical direction) that produces the maximum contrast ratio, the illumination efficiency is substantially improved.

【0006】一方、ノートパソコンに用いられている液
晶表示素子の視野角は実質的に40°〜50°程度以上
に広がっており、さらに広視角化のための検討もなされ
ている。したがって、ある程度斜めからでも表示を見る
ことができるように、照明装置の配向分布を調整するこ
とも重要である。
On the other hand, the viewing angle of a liquid crystal display element used in a notebook computer has substantially expanded to about 40 ° to 50 ° or more, and further studies for widening the viewing angle have been made. Therefore, it is also important to adjust the orientation distribution of the lighting device so that the display can be viewed from a certain angle.

【0007】このように、照明装置の輝度分布をこのコ
ントラスト比分布に適合させることは実質的な輝度向上
の手段として意義が大きい。
As described above, adapting the brightness distribution of the illuminating device to this contrast ratio distribution is significant as a means for substantially improving brightness.

【0008】ところで、カラー液晶表示装置は、大別し
てTFTを用いたアクティブマトリクス駆動によるTN
液晶表示装置とマルチプレックス駆動のSTN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
保持した素子の光入射側および光出射側に偏光板が装着
された構成となっていて、直線偏光入射光の偏光状態を
変調して液晶表示方式を行うものである。
By the way, the color liquid crystal display device is roughly classified into TN by active matrix driving using TFTs.
There are two methods, a liquid crystal display device and a multiplex drive STN liquid crystal display device. Both have a structure in which polarizing plates are attached to the light incident side and the light emitting side of an element in which a liquid crystal layer is held by a glass substrate, and a liquid crystal display system is performed by modulating the polarization state of linearly polarized incident light. is there.

【0009】しかし、従来の液晶表示素子入射光の偏光
方向は、通常不揃いでランダム偏光であるため、表示素
子の入射側に装着された偏光板により入射光のうち半分
以上が吸収されてしまい、半分以上は、照明光として実
質的に寄与していない。
However, since the polarization direction of the incident light of the conventional liquid crystal display element is usually irregular and randomly polarized, more than half of the incident light is absorbed by the polarizing plate mounted on the incident side of the display element, More than half do not contribute substantially as illumination light.

【0010】偏光板に吸収されてしまう光を再利用した
構造として、投射型液晶表示素子において、光源ランプ
と液晶表示装置との間に無偏光光をお互いに直交する偏
光光に分離する偏光分離器を介在させ、一方の光は偏光
分離器を直接出射させ、他方の光は光源ランプに集束さ
せて再び光源光として使用することが、提案されている
(特開平4−184429号)。
In the projection type liquid crystal display element, a polarization separation for separating unpolarized light into polarized light orthogonal to each other is provided between the light source lamp and the liquid crystal display device as a structure in which light absorbed by the polarizing plate is reused. It has been proposed that one light is directly emitted from the polarization separator and the other light is focused on the light source lamp and used again as the light source light by interposing a light source (see Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-18429).

【0011】しかし、この方法は、プロジェクター(投
射型)を前提としたものであり、光源と偏光分離器との
間に十分距離があることが必要である。また、光がかな
り平行光化されている場合にのみ、有効に投射型液晶表
示素子用の照明として機能するものである。したがっ
て、薄型化が必須条件となっており、照明装置の輝度分
布を液晶表示のコントラスト比分布に適合させるべき直
視型表示素子用の照明として採用することは不適当であ
る。
However, this method is premised on a projector (projection type), and it is necessary that there is a sufficient distance between the light source and the polarization separator. Further, the light effectively functions as the illumination for the projection type liquid crystal display element only when the light is collimated. Therefore, thinning has become an essential condition, and it is inappropriate to employ it as illumination for a direct-view display device, which should match the brightness distribution of the lighting device with the contrast ratio distribution of the liquid crystal display.

【0012】また、表示面に垂直方向に光を集光する手
段として、照明光源と表示素子との間に、プリズムアレ
イを介在させることも提案されている。しかし、これは
照明光を特定範囲に絞ることにより表示面に垂直な方向
の輝度を向上するものであるため、照明光の配光分布が
狭くなってしまう。また、これによっても、表示面に垂
直な方向の輝度は十分でない。したがって、直視型液晶
表示素子に適した照度分布は得られない。
It has also been proposed to interpose a prism array between the illumination light source and the display element as means for condensing light in the direction perpendicular to the display surface. However, this is to improve the luminance in the direction perpendicular to the display surface by narrowing the illumination light to a specific range, so that the light distribution of the illumination light becomes narrow. Even with this, the luminance in the direction perpendicular to the display surface is not sufficient. Therefore, the illuminance distribution suitable for the direct-view type liquid crystal display element cannot be obtained.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、一定の偏光方
向を持つ偏光光のみが直視型の液晶表示素子の照度向上
に寄与することに注目し、そのままでは、液晶表示素子
の照度向上に寄与しない偏光光のうち、特定の方向の光
を選択的に偏光変換する。こうして、照度向上に寄与し
得る偏光方向を持つ偏光光について、広い配光分布を保
ったままで特定方向に光強度を大きくすることができる
ようになり、照度分布は直視型液晶表示素子に適したも
のとなる。
The present invention focuses on the fact that only polarized light having a certain polarization direction contributes to the improvement of the illuminance of a direct-viewing type liquid crystal display element, and as it is, it improves the illuminance of the liquid crystal display element. Of polarized light that does not contribute, light in a specific direction is selectively polarized. In this way, it becomes possible to increase the light intensity in a specific direction while maintaining a wide light distribution for polarized light having a polarization direction that can contribute to improvement in illuminance, and the illuminance distribution is suitable for a direct-view liquid crystal display element. Will be things.

【0014】すなわち、本発明は、面状導光体と、面状
導光体の側部から光が入射されるように配置された光源
と、前記面状導光体の光出射面側に設けられて、所定の
入射方向近傍の光線についてp偏光成分を透過し、s偏
光成分の少なくとも1部を反射する偏光分離面と、面状
導光体の光出射面と反対の側に前記光出射面と略平行に
設けられた光反射面とからなる、ことを特徴とする直視
型表示素子用照明装置を提供する。
That is, according to the present invention, a planar light guide, a light source arranged so that light is incident from a side portion of the planar light guide, and a light exit surface side of the planar light guide are provided. A polarization splitting surface that is provided to transmit a p-polarized component and reflects at least a part of the s-polarized component of a light beam in the vicinity of a predetermined incident direction is provided on the side opposite to the light exit surface of the planar light guide. Provided is a lighting device for a direct-view display element, which comprises an emission surface and a light reflection surface provided substantially parallel to the emission surface.

【0015】また、偏光分離面が相対的に屈折率の大き
な透光性媒質と相対的に屈折率の小さな透光性媒質とを
交互に積層してなる多層構造体からなることを特徴とす
る前記の直視型表示素子用照明装置を提供する。
Further, the polarization splitting surface is composed of a multi-layer structure in which a translucent medium having a relatively large refractive index and a translucent medium having a relatively small refractive index are alternately laminated. An illumination device for the direct-view display device is provided.

【0016】あるいは、偏光分離面が透明支持体に可視
光波長と同等以下の厚みを有する誘電体薄膜を少なくと
も一層以上設けたものからなることを特徴とする前記の
直視型表示素子用照明装置を提供する。
Alternatively, the illumination device for a direct-view type display device is characterized in that the polarization splitting surface comprises a transparent support provided with at least one dielectric thin film having a thickness equal to or less than a visible light wavelength. provide.

【0017】あるいは、偏光分離面が屈折率の異なる複
数種類の透明ポリマー層が積層されたものからなること
を特徴とする前記の直視型表示素子用照明装置を提供す
る。
Alternatively, there is provided the illumination device for a direct-view type display device, wherein the polarization splitting surface is formed by laminating a plurality of types of transparent polymer layers having different refractive indexes.

【0018】また、照明装置を出射した光線の主偏光軸
方向と液晶表示素子における光入射側の偏光板の偏光軸
方向とが略一致するようにして、前記の照明装置を直視
型液晶表示素子の背面に配置したことを特徴とする液晶
表示装置を提供する。
In addition, the main polarization axis direction of the light beam emitted from the illuminating device and the polarization axis direction of the polarizing plate on the light incident side of the liquid crystal display element are substantially aligned with each other, and the illuminating device is directly viewed. A liquid crystal display device is provided on the back surface of the liquid crystal display device.

【0019】特に、偏光分離面と液晶表示素子との間
に、配光方位のうち光強度が極大になる光線の方向を、
液晶表示素子の表示面に略垂直な方向に偏向させる光偏
向手段を有することを特徴とする前記の液晶表示装置を
提供する。
In particular, between the polarization splitting surface and the liquid crystal display element, the direction of the light ray having the maximum light intensity in the light distribution direction is
The above liquid crystal display device is provided with a light deflecting means for deflecting the liquid crystal display element in a direction substantially perpendicular to the display surface.

【0020】また、第1の偏光成分とそれと垂直な偏光
方向を有する第2の偏光成分とを含む拡散光を発生する
面状の光発生手段と、前記光発生手段から発生した光の
光路内に配置され、最大輝度となる配光方位近傍の光線
について選択的に、第1の偏光成分は光出射し、第2の
偏光成分の少なくとも1部を第1の偏光成分に偏光変換
して光出射する偏光変換手段と、を有する直視型表示素
子用照明装置を提供する。
Further, a planar light generating means for generating diffused light containing a first polarized component and a second polarized component having a polarization direction perpendicular to the first polarized component, and an optical path of light generated from the light generating means The first polarized light component is selectively emitted with respect to a light beam in the vicinity of the light distribution direction having the maximum brightness, and at least a part of the second polarized light component is polarized and converted into the first polarized light component. Provided is a lighting device for a direct-view type display device, which has a polarization converting unit for emitting light.

【0021】平面照明装置を作るには種々の方式がある
が、大別して2種に分類される。一般的にもっとも多い
方式は内部照光方式あるいは直下型といわれる方式で、
光源が照光面の内側にある方式である。一方、エッジラ
イト型といわれる方式は光源が照光面の外に配置され、
照光面である透明なアクリル樹脂板などからなる導光体
の一辺もしくは二辺に蛍光ランプ(多くは冷陰極放電
管)等のたとえば略線状発光体を密着させ、反射体から
なるランプカバーを設けて導光体内に光を導入する方式
である。
There are various methods for producing a flat lighting device, but they are roughly classified into two types. Generally, the most common method is the internal illumination method or the method directly under,
In this method, the light source is inside the illuminated surface. On the other hand, in the method called edge light type, the light source is placed outside the illuminated surface,
For example, a linear lamp such as a fluorescent lamp (often a cold cathode discharge tube) is attached to one or two sides of a light guide made of a transparent acrylic resin plate, which is the illuminated surface, and a lamp cover made of a reflector is attached. This is a system in which light is introduced into the light guide body.

【0022】本発明における光発生手段は、面状導光体
と面状導光体の側部から光が入射されるように配置され
た光源とからなるエッジライト型とすることが好まし
い。エッジライト型の照明装置はコンパクトで、液晶表
示装置の携帯性を高める観点でもっとも望ましいからで
ある。
The light generating means in the present invention is preferably an edge light type comprising a planar light guide and a light source arranged so that light is incident from the side of the planar light guide. This is because the edge light type illumination device is compact and most desirable from the viewpoint of enhancing the portability of the liquid crystal display device.

【0023】また、その際、前記面状導光体の光出射面
側に設けられて所定の入射方向近傍の光線についてp偏
光成分(第1の偏光成分)を透過し、s偏光成分(第2
の偏光成分)の少なくとも1部を反射する偏光分離面
と、面状導光体の光出射面と反対の側に前記光出射面と
略平行に設けられた光反射面とからなる偏光変換手段を
備えることが好ましい。このような構成で光反射面を用
いると、偏光分離された光が再利用できるだけでなく、
反射の際に偏光方向が変化するため、上記の偏光分離面
と協働して偏光変換手段として作用する。以下、偏光分
離面を備えた素子を、偏光分離器ということにする。た
だし、これは偏光分離器を面状導光体などとは別個の素
子として必要とする意味ではない。面状導光体に偏光分
離機能を併せ持たせてもよい。
At this time, the p-polarization component (first polarization component) of the light beam provided on the light exit surface side of the planar light guide and near the predetermined incident direction is transmitted, and the s-polarization component (first polarization component) is transmitted. Two
Polarization component) that reflects at least a part of the polarized light component) and a light reflection surface provided on the side of the planar light guide opposite to the light emission surface and substantially parallel to the light emission surface. Is preferably provided. When the light reflecting surface is used in such a configuration, not only can the polarized and separated light be reused,
Since the polarization direction changes during reflection, it functions as a polarization conversion means in cooperation with the above-mentioned polarization separation surface. Hereinafter, an element having a polarization splitting surface will be referred to as a polarization splitter. However, this does not mean that the polarization separator is required as an element separate from the planar light guide and the like. The planar light guide may also have a polarization separation function.

【0024】このような構成では、偏光分離器への入射
角が特定角度近傍の光については、偏光分離器を透過し
たp偏光成分は偏光板を透過した後液晶表示素子へ入射
し、s偏光成分は面状導光体内へと反射される。この引
き戻されたs偏光成分は面状導光体の表面で反射る際、
位相変化が生じ、p偏光成分が生成され、前記偏光分離
器を透過しうるようになる。したがって、偏光分離器で
反射されたs偏光成分も面状導光体表面で反射すること
によってp偏光成分に変換される成分が生じ、液晶表示
素子へと透過する成分に寄与する。その結果、特定の視
方向について、照度の高い平面状の照明装置が得られ
る。
With such a configuration, for light whose incident angle on the polarization separator is near a specific angle, the p-polarized component that has passed through the polarization separator passes through the polarizing plate and then enters the liquid crystal display element, and the s-polarized light is transmitted. The components are reflected into the planar light guide. The reflected s-polarized component is reflected on the surface of the planar light guide,
A phase change occurs that produces a p-polarized component that can be transmitted through the polarization separator. Therefore, the s-polarized component reflected by the polarization separator also reflects on the surface of the planar light guide to generate a component converted into a p-polarized component, which contributes to the component transmitted to the liquid crystal display element. As a result, a planar illumination device with high illuminance can be obtained in a specific viewing direction.

【0025】この照明装置を液晶表示素子のバックライ
トとして用いるためには、液晶表示素子の光入射側に設
けられた偏光板は、偏光分離器から出射されたp偏光成
分に対して透過率最大となるように配置されることが好
ましい。すなわち平面状照明装置における面状導光体内
を出射した光線の平均的偏光軸方位と液晶表示素子にお
ける光入射側の偏光板の偏光軸が略一致するように配置
されることが好ましい。
In order to use this illuminating device as a backlight of a liquid crystal display element, a polarizing plate provided on the light incident side of the liquid crystal display element has a maximum transmittance for the p-polarized light component emitted from the polarization separator. Is preferably arranged so that That is, it is preferable that the average polarization axis direction of the light beam emitted from the planar light guide in the planar illumination device and the polarization axis of the polarizing plate on the light incident side of the liquid crystal display element are substantially aligned with each other.

【0026】本発明の偏光分離器としては、相対的に屈
折率の大きな透光性媒質と相対的に屈折率の小さな透光
性媒質とを交互に積層してなる多層構造体や、面状透光
性支持体の少なくとも片方の面に、好ましくは1000
nm以下の厚みを有する誘電体膜が少なくとも一層以上
成膜されているもの、もしくは屈折率の異なる複数種類
の透明ポリマー層が積層されたものを用いることができ
る。相対的に屈折率の大きな透光性媒質と相対的に屈折
率の小さな透光性媒質とを交互に積層してなる多層構造
体からなる偏光分離器について、以下に説明する。
The polarization separator of the present invention may be a multi-layer structure or a planar structure in which a translucent medium having a relatively large refractive index and a translucent medium having a relatively small refractive index are alternately laminated. At least one surface of the translucent support, preferably 1000
It is possible to use one in which at least one dielectric film having a thickness of nm or less is formed, or one in which a plurality of types of transparent polymer layers having different refractive indexes are laminated. A polarization separator including a multi-layer structure in which a translucent medium having a relatively large refractive index and a translucent medium having a relatively small refractive index are alternately laminated will be described below.

【0027】この多層構造体は、斜入射光に対してその
透過率および反射率が斜入射光の偏光に依存する性質を
有する。これにより、非光吸収型の偏光素子として用い
ることができる。一般に、屈折率n0 の光学材料と屈折
率n1 の光学材料との界面において、n0 からn1 へと
入射する光の入射角θ01が tanθ01=n1 /n0 のとき、反射光にp偏光成分はなく、s偏光光となり、
透過光は残りのs偏光成分とp偏光成分からなることが
知られている。このとき、入射角θ01をブリュースター
角θB という。ゆえに、屈折率n0 ,n1 の光学材料層
を交互に積層した場合、ブリュースター角近傍の入射角
光に対してp偏光成分は透過するがs偏光成分は複数の
界面で反射されて透過光成分はほとんどなくなってしま
う。したがって、上記の多層構造体からの出射光は偏光
性を有することになる。
This multilayer structure has a property that the transmittance and the reflectance of obliquely incident light depend on the polarization of the obliquely incident light. Thereby, it can be used as a non-light-absorption type polarization element. In general, when the incident angle θ 01 of light incident from n 0 to n 1 is tan θ 01 = n 1 / n 0 at an interface between an optical material having a refractive index n 0 and an optical material having a refractive index n 1 , reflection is performed. There is no p-polarized component in the light, it becomes s-polarized light,
It is known that the transmitted light is composed of the remaining s-polarized component and p-polarized component. At this time, the incident angle θ 01 is referred to as the Brewster angle θ B. Therefore, when the optical material layers having the refractive indices n 0 and n 1 are alternately laminated, the p-polarized component is transmitted with respect to the incident angle light in the vicinity of the Brewster angle, but the s-polarized component is reflected by a plurality of interfaces and transmitted. The light component is almost gone. Therefore, the light emitted from the above-mentioned multilayer structure has a polarization property.

【0028】多層構造体は、少なくとも2層以上の屈折
率の異なる透光性材料からなるものであれば何でもよい
が、界面における反射率の偏光依存性は一般に屈折率差
が大きいほど強く発現するため、屈折率差の大きな組み
合わせが好ましい。たとえば、空気(n≒1. 0)と透
明樹脂、たとえばアクリル、ポリカーボネート、ポリウ
レタン、ポリスチレン等のようなプラスチック(n≒
1. 5)との組み合わせがある。上記の組み合わせは、
安価に大面積の多層構造体が得やすいといった点でも好
ましい。
The multilayer structure may be made of at least two or more light-transmitting materials having different refractive indexes, but the polarization dependence of the reflectance at the interface generally becomes stronger as the refractive index difference increases. Therefore, a combination having a large difference in refractive index is preferable. For example, air (n≈1.0) and transparent resin such as acrylic, polycarbonate, polyurethane, polystyrene and other plastics (n≈1.0)
There is a combination with 1.5). The above combination is
It is also preferable in that a large-area multilayer structure can be easily obtained at low cost.

【0029】多層構造体の各層の厚みに基本的に制限は
ない。また、場所によって不均質な構成でもよく、均質
なプラスチック中に偏平な気泡層が層状に分散されたよ
うな構成でもかまわない。多層構成体中の各層が略平行
に配置されればよい。
There is basically no limitation on the thickness of each layer of the multilayer structure. Further, it may have a non-homogeneous structure depending on the place, or may have a structure in which flat bubble layers are dispersed in a layer in a homogeneous plastic. It suffices that the layers in the multilayer structure are arranged substantially in parallel.

【0030】材質として、透明誘電体多層膜を用いるこ
ともできる。誘電体多層膜を多層構造体として用いる場
合は、多層構造体の各層界面反射光が互いに干渉し合わ
ないような、光波長オーダに比べ10倍程度以上の層の
厚さとして、白色光源に対して波長依存性のすくない偏
光特性を得るようにすることができる。一方、各層の厚
さが厚すぎると多層構造体全体の厚さが厚くなり軽量・
薄形に適合しなくなる。したがって、本目的には3μm
から100μm程度の層厚が適切である。また、膜厚を
不規則にすれば、光干渉に起因した色付きを軽減するこ
とができる。したがって、各層の厚さを不揃にすること
が好ましい場合もある。
A transparent dielectric multilayer film may be used as the material. When the dielectric multilayer film is used as a multi-layer structure, the layer thickness is about 10 times or more compared to the light wavelength order so that the reflected light from each layer interface of the multi-layer structure does not interfere with each other. It is possible to obtain a polarization characteristic with less wavelength dependence. On the other hand, if the thickness of each layer is too thick, the overall thickness of the multi-layer structure becomes thicker and lighter.
It will not fit the thin shape. Therefore, for this purpose 3 μm
A layer thickness of about 1 to 100 μm is suitable. Further, if the film thickness is irregular, coloring due to optical interference can be reduced. Therefore, it may be preferable to make the thicknesses of the layers uneven.

【0031】均質なプラスチック中に偏平な気泡層が層
状にに分散されたような構成の場合では、偏平な気泡層
の厚さが3μmから100μm程度であればよい。他の
構成として、厚さが3μmから100μm程度の透明な
薄板を、直径が数十μm程度のビーズやグラスファイバ
ー等のギャップ制御材を散布した上に積層した多層構造
体もある。この場合、均質なプラスチック中に偏平な気
泡層が層状に分散されたような構成に比べて、屈折率の
異なる界面における入射角が偏平な気泡層のように場所
によって異なるといったことがないため、消光比の高い
偏光作用が得やすい。
In the case of a structure in which flat bubble layers are dispersed in a layer in a homogeneous plastic, the thickness of the flat bubble layers may be about 3 μm to 100 μm. As another configuration, there is also a multilayer structure in which a transparent thin plate having a thickness of about 3 μm to 100 μm is sprinkled with a gap control material such as beads or glass fibers having a diameter of about several tens μm, and laminated. In this case, as compared with a configuration in which a flat bubble layer is dispersed in a layer in a homogeneous plastic, an incident angle at an interface having different refractive indexes does not vary depending on a place like a flat bubble layer. It is easy to obtain a polarization effect with a high extinction ratio.

【0032】ブリュースター角条件における屈折率n0
の光学材料と屈折率n1 の光学材料との界面のs偏光光
の反射率Rs は、数1のようになる。
Refractive index n 0 under the Brewster angle condition
The reflectance R s of the s-polarized light at the interface between the optical material of ( 1) and the optical material of refractive index n 1 is as shown in Formula 1.

【0033】[0033]

【数1】 [Equation 1]

【0034】屈折率差の大きいほど反射率Rs は大き
い。したがって、層間の多重反射を考慮しない近似(本
件の場合充分当てはまる近似)において、多層構造体へ
の入射光の内p偏光成分が100%透過されかつs偏光
成分がx%透過されるために必要な層数Nは、数2で求
められる。
The larger the difference in refractive index, the larger the reflectance R s . Therefore, it is necessary for 100% of the p-polarized light component and x% of the s-polarized light component of the incident light to the multilayer structure to be transmitted in the approximation not considering the multiple reflection between layers (an approximation that is sufficiently applicable in this case). The number N of layers is calculated by Equation 2.

【0035】[0035]

【数2】 [Equation 2]

【0036】したがって、空気(n1 ≒1. 0)とプラ
スチック(n0 ≒1. 5)との組み合わせで多層構造体
が構成されている場合、ブリュースター角θB =56.
3°、Rs =14. 8%となり、s偏光成分透過率が2
%以下となるために必要な層数は12層であることがわ
かる。
Therefore, in the case where the multilayer structure is constituted by the combination of air (n 1 ≈1.0) and plastic (n 0 ≈1.5), the Brewster angle θ B = 56.
3 °, R s = 14.8%, and the transmittance of the s-polarized component is 2
It can be seen that the number of layers required to be less than or equal to 12 is 12.

【0037】すなわち、均質なプラスチック中に偏平な
気泡層が層状に分散されたような構成の場合は、偏平な
気泡層が深さ方向に6個以上形成されていれば、ブリュ
ースター角近傍の入射光に対して、s偏光成分透過率は
2%以下となり、他の98%以上の光は反射される。一
方、p偏光成分は光量ロスなく100%に近い透過率が
得られる。
That is, in the case of a structure in which flat bubble layers are dispersed in a layer in a homogeneous plastic, if six or more flat bubble layers are formed in the depth direction, the flat bubble layer near the Brewster angle is obtained. With respect to the incident light, the s-polarized component transmittance is 2% or less, and the other 98% or more light is reflected. On the other hand, with the p-polarized component, a transmittance close to 100% can be obtained without loss of light amount.

【0038】多層構造体の偏光機能は、上記説明のよう
に、入射角がブリュースター角のとき、最も有効に作用
する。したがって、光源と面状導光体とからなる平面照
明装置において多層構造体を配置する場合、光源と面状
導光体および光反射手段などのさらに付加された光学素
子によって、多層構造体への入射光の入射角がブリュー
スター角近傍の成分が多くなるような構成とすることが
実質的な輝度向上のためには好ましい。
As described above, the polarization function of the multilayer structure works most effectively when the incident angle is the Brewster's angle. Therefore, when arranging the multilayer structure in the flat lighting device including the light source and the planar light guide, the additional optical elements such as the light source, the planar light guide, and the light reflecting means are provided to the multilayer structure. In order to substantially improve the brightness, it is preferable that the incident angle of the incident light has a large component near the Brewster angle.

【0039】一方、光干渉を利用した誘電体膜を用いた
偏光分離器が偏光分離機能を発現する理由は以下のよう
に考えられる。この偏光分離器も、斜入射光に対してそ
の透過率および反射率が斜入射光の偏光に依存する性質
を有し、非光吸収型の偏光素子として用いることができ
る。
On the other hand, the reason why the polarization separator using the dielectric film utilizing optical interference exhibits the polarization separation function is considered as follows. This polarization separator also has a property that its transmittance and reflectance with respect to obliquely incident light depend on the polarization of obliquely incident light, and can be used as a non-light-absorption type polarization element.

【0040】屈折率n0 の光学材料と屈折率n2 の光学
材料の間に、屈折率n1 の可視光オーダの膜厚の光学材
料があるとき、光は干渉する。n0 からn1 へと入射す
る光の入射角をθ0 、出射角をθ1 とする。n1 からn
2 へと入射する入射角をθ1、出射角をθ2 とする。光
学材料n1 、膜厚d1 での干渉の効果を考慮した反射複
素振幅は、数3のようになる。
When there is an optical material with a film thickness of the order of visible light having a refractive index n 1 between the optical material having a refractive index n 0 and the optical material having a refractive index n 2 , light interferes. The incident angle of light entering from n 0 to n 1 is θ 0 , and the outgoing angle is θ 1 . n 1 to n
The incident angle of incidence on 2 is θ 1 , and the outgoing angle is θ 2 . The reflection complex amplitude in consideration of the effect of interference in the optical material n 1 and the film thickness d 1 is as shown in Formula 3.

【0041】[0041]

【数3】 [Equation 3]

【0042】ここでρa 、ρb は各々屈折率n0 とn
1 、n1 とn2 の界面で生じるフレネル反射の振幅反射
率を示す。
Here, ρ a and ρ b are the refractive indices n 0 and n, respectively.
1 shows the amplitude reflectance of Fresnel reflection occurring at the interface between 1 , 1 and n 2 .

【0043】反射強度は、ρ* をρの複素共役として、
数4のようになる。
The reflection intensity is expressed by ρ * as a complex conjugate of ρ.
It becomes like number 4.

【0044】[0044]

【数4】 [Equation 4]

【0045】p偏光成分は、数5のようになる。The p-polarized light component is as shown in equation 5.

【0046】[0046]

【数5】 [Equation 5]

【0047】s偏光成分は、数6のようになる。The s-polarized light component is as shown in Equation 6.

【0048】[0048]

【数6】 [Equation 6]

【0049】屈折率n0 、n2 と、屈折率n1 と膜厚d
1 がある条件を満たすと、ある入射角度θ0 のとき、p
偏光成分の透過光強度とs偏光成分の透過光強度の比
は、干渉がない場合と比べて大きくなることが知られ
る。上述の計算式は、干渉膜が一層のときのものである
が、干渉膜が多層のときでも同様に考えればよい。
Refractive indices n 0 and n 2 , refractive index n 1 and film thickness d
When 1 satisfies a certain condition, p is p at a certain incident angle θ 0.
It is known that the ratio of the transmitted light intensity of the polarized component and the transmitted light intensity of the s-polarized component is larger than that in the case where there is no interference. The above-described calculation formula is for the case where the interference film is a single layer, but the same consideration may be applied when the interference film is a multilayer.

【0050】以上によって、面状透光性支持体の少なく
とも片方の面に、1000nm以下の厚みを有する誘電
体膜が少なくとも一層以上成膜されている偏光分離器か
らの出射光は、高い偏光性を持つ光を出射することにな
る。ここで1000nm以下とは、主に可視光波長オー
ダ以下ということであり、好ましくは800nm以下程
度である。
As described above, the light emitted from the polarization separator in which at least one dielectric film having a thickness of 1000 nm or less is formed on at least one surface of the planar light-transmitting support has a high polarization property. Will be emitted. Here, 1000 nm or less mainly means that the wavelength is in the visible light wavelength order or less, preferably about 800 nm or less.

【0051】偏光分離器の可視光波長オーダの膜厚を有
する誘電体膜は光干渉を利用するために、一般に層数が
増加すると特定の波長の偏光度を向上させることができ
る反面、波長依存性が大きくなる。用いるバックライト
光源のスペクトルが狭帯波長光の場合は、光のバックラ
イト波長域に対して偏光度が高くなる多層膜構成とする
ことができる。しかし、あまり多層の膜とすると生産性
に難が生じるおそれがあるため、好ましくは、5〜15
層程度である。一方カラー表示用に白色のバックライト
を用いる場合は、偏光度の波長依存性を低く抑えるた
め、5層以下、特に単層の干渉膜を用いることが好まし
い。高い偏光度は得られないが、可視域全域でフラット
な偏光度を得るとともに、膜厚制御の容易さからTiO
2 またはZrO2 の単層膜を形成することが好ましい。
Since the dielectric film having a film thickness on the order of the visible light wavelength of the polarization separator utilizes optical interference, generally, when the number of layers increases, the degree of polarization of a specific wavelength can be improved, but the wavelength dependence The nature becomes large. When the spectrum of the backlight light source to be used is narrow band wavelength light, it is possible to use a multilayer film structure in which the degree of polarization is high in the backlight wavelength range of light. However, if a multi-layer film is used too much, productivity may be impaired.
It is about a layer. On the other hand, when a white backlight is used for color display, it is preferable to use an interference film of 5 layers or less, particularly a single layer in order to suppress the wavelength dependence of the polarization degree. Although a high degree of polarization cannot be obtained, it is possible to obtain a flat degree of polarization in the entire visible range and to easily control the film thickness.
It is preferable to form a monolayer film of 2 or ZrO 2 .

【0052】偏光分離器に用いられる面状透光性支持体
の材質は、ガラスやアクリル、ポリカーボネート、ポリ
ウレタン、ポリスチレン等のプラスチックがある。軽い
材質であること、表面が滑らかであることが望ましい。
The material of the planar light-transmitting support used in the polarization separator is glass, plastic such as acrylic, polycarbonate, polyurethane, polystyrene or the like. It is desirable that the material is light and the surface is smooth.

【0053】誘電体膜の材質としては、TiO2 、Zr
2 、ZnS、Y23 、SiO2、MgF2 、Na3
AlF6 、Ta25 などが考えられる。これらの誘電
対膜の屈折率は、通常1.4〜2.5程度であり、適当
な屈折率を持つ誘電体を選んで、成膜すればよい。ま
た、成膜は蒸着、スパッタなど通常用いられる方法でな
されればよい。
The material of the dielectric film is TiO 2 , Zr.
O 2 , ZnS, Y 2 O 3 , SiO 2 , MgF 2 , Na 3
AlF 6 , Ta 2 O 5 and the like are considered. The refractive index of these dielectric films is usually about 1.4 to 2.5, and a dielectric having an appropriate refractive index may be selected and formed. The film formation may be performed by a commonly used method such as vapor deposition or sputtering.

【0054】さらに、本発明の偏光分離面としては、屈
折率の異なる複数種類の透明ポリマー層が積層されたも
のからなるようにすることができる。この場合も、前述
の多層構造体もしくは誘電体薄膜の場合と同じように、
非光吸収性の偏光分離器として作用する。
Further, the polarized light separating surface of the present invention may be formed by laminating a plurality of types of transparent polymer layers having different refractive indexes. Also in this case, as in the case of the above-mentioned multilayer structure or dielectric thin film,
It acts as a non-light-absorbing polarization separator.

【0055】偏光分離器は、バックライト光の波長域に
対して偏光度が高くなる多層膜構成とすることができ
る。あまり多層の膜とすると生産性に難が生じるおそれ
があるため、好ましくは30層以上、さらに好ましくは
100〜400層程度とする。屈折率の異なる透明性ポ
リマーの材質はいわゆる多層ラミネート成型に適したも
のが好ましい。また、その屈折率の差は大きいほど好ま
しい。
The polarization separator may have a multi-layer structure in which the degree of polarization is high with respect to the wavelength range of the backlight light. If the film is made of too many layers, productivity may be impaired. Therefore, the number of layers is preferably 30 or more, and more preferably about 100 to 400. The material of the transparent polymer having a different refractive index is preferably suitable for so-called multilayer laminate molding. Further, the larger the difference in the refractive index, the more preferable.

【0056】透明ポリマーの材質はアクリル、ポリカー
ネート、ポリウレタン、ポリスチレン、トリアセチルセ
ルロース、ポリメチルペンテン、ポリエーテルスルホン
等のプラスチックから最低2種以上が選択されることが
好ましい。また、効率をよくするためにはその屈折率の
差は0.03以上であることが好ましい。
The material of the transparent polymer is preferably at least two kinds selected from plastics such as acrylic, polycarbonate, polyurethane, polystyrene, triacetyl cellulose, polymethylpentene and polyether sulfone. Further, in order to improve efficiency, the difference in the refractive index is preferably 0.03 or more.

【0057】その選択にあたっては偏光分離器の製造法
を考慮しなければならない。多層ラミネート品の製造法
としてはキャスト法、多層押し出し法などがあるが、3
0層以上の多層膜が経済的に成形できる多層押し出し法
を採用することが好ましい。
The manufacturing method of the polarization separator must be taken into consideration in the selection. As a method for manufacturing a multilayer laminate product, there are a casting method, a multilayer extrusion method, etc.
It is preferable to employ a multilayer extrusion method that allows economical formation of a multilayer film of 0 or more layers.

【0058】その製造方法は米国特許明細書第3773
882号、米国特許明細書第3883606号に述べら
れている。光の干渉作用の少ない十分な厚みの偏光分離
器は、その全体の厚みが大きくなる。したがって、光の
干渉性を利用するため、屈折率の異なるポリマーの少な
くともその一方の光学的厚みが0.05μm以上0.4
5μm以下であることが好ましい。また、その厚みは、
両方のポリマーに対してほぼ等しいよりも大きく異なっ
ていたほうが各層の厚み変動によるいわゆる真珠光沢色
が発現しにくいので好ましい。また、表面にシリコーン
などのハードコート層を設けてもよい。
Its manufacturing method is described in US Pat. No. 3773.
882, U.S. Pat. No. 3,883,606. The polarization separator having a sufficient thickness with a small light interference effect has a large total thickness. Therefore, in order to utilize the coherence of light, the optical thickness of at least one of the polymers having different refractive indexes is 0.05 μm or more and 0.4 or more.
It is preferably 5 μm or less. Also, its thickness is
It is preferable that the difference between the two polymers is substantially equal to that of both polymers, because a so-called pearlescent color due to the thickness variation of each layer is less likely to appear. A hard coat layer such as silicone may be provided on the surface.

【0059】光の干渉性を利用した偏光分離器の概念的
断面図を図4に示す。第1のポリマー層21と第2のポ
リマー層22とが交互に積層されており、このうち少な
くとも第2のポリマー層22は光の干渉を起こす程度に
薄い。
FIG. 4 shows a conceptual sectional view of a polarization separator utilizing the coherence of light. The first polymer layer 21 and the second polymer layer 22 are alternately laminated, and at least the second polymer layer 22 is thin enough to cause light interference.

【0060】製造法を考慮した好ましいポリマーの好ま
しい組み合せの例はアクリルとポリカーボネート、アク
リルとポリスチレン、ポリメチルペンテンとポリカーボ
ネートなどが挙げられる。
Examples of preferable combinations of preferable polymers in consideration of the production method include acrylic and polycarbonate, acrylic and polystyrene, and polymethylpentene and polycarbonate.

【0061】本発明の液晶表示装置をその代表的な構成
図である図1を用いて以下に詳述する。
The liquid crystal display device of the present invention will be described in detail below with reference to FIG.

【0062】照光面である透明な導光体3(アクリル樹
脂板)の一辺に導光体側面の長さに対応した長さを有す
る蛍光ランプ1(冷陰極放電管)を密着させ、内面に反
射体を設けたランプカバー2を設けてランプ出射光を導
光体3内に導入する。
A fluorescent lamp 1 (cold-cathode discharge tube) having a length corresponding to the length of the side surface of the light guide is closely attached to one side of the transparent light guide 3 (acrylic resin plate) which is an illuminating surface, and is attached to the inner surface. The lamp cover 2 provided with the reflector is provided to introduce the light emitted from the lamp into the light guide 3.

【0063】前述のように、照明装置を直視型液晶表示
素子に用いる場合、照明光の配光特性が極めて重要であ
る。導光体3中を伝搬する光の指向性(角度分布)は、
蛍光ランプの配光特性、反射体の集光特性、導光板の伝
搬特性等によって決まる。そして、導光体の伝搬特性に
おいては、前述のように、導光体端部より入射した光を
導光体内部に送る機能と、送られた光を所定の方向に出
射する機能が重要である。
As described above, when the illuminating device is used for the direct-view type liquid crystal display element, the light distribution characteristic of the illumination light is extremely important. The directivity (angle distribution) of light propagating in the light guide 3 is
It is determined by the light distribution characteristics of the fluorescent lamp, the condensing characteristics of the reflector, the propagation characteristics of the light guide plate, and the like. In the propagation characteristics of the light guide, as described above, the function of sending the light incident from the end of the light guide to the inside of the light guide and the function of emitting the sent light in a predetermined direction are important. is there.

【0064】導光体端部より入射した光を導光体内部に
送る機能は導光体に使用する材料およびその界面反射特
性に応じて決まる。つまり、導光体3の液晶表示素子1
2側においては導光体3の屈折率によって定まる全反射
角θc 以上の入射角の光が全反射されて導光体3内を伝
搬し、全反射角θc 以下の入射角の光が導光体3の表面
で屈折し液晶表示素子12側に出射される。たとえば、
空気(n≒1. 0)と透明樹脂(たとえば、n≒1.
5)の界面における全反射角θc は、数7のようにな
り、入射角が42.2°以下の入射光が導光体3の照光
面より出射することができる。
The function of sending the light incident from the end of the light guide to the inside of the light guide is determined according to the material used for the light guide and its interface reflection characteristics. That is, the liquid crystal display element 1 of the light guide 3
On the second side, light with an incident angle of a total reflection angle θ c or more determined by the refractive index of the light guide 3 is totally reflected and propagates in the light guide 3, and light with an incident angle of a total reflection angle θ c or less is generated. The light is refracted on the surface of the light guide 3 and is emitted to the liquid crystal display element 12 side. For example,
Air (n≈1.0) and transparent resin (for example, n≈1.0).
The total reflection angle θ c at the interface of 5) is as shown in Expression 7, and incident light with an incident angle of 42.2 ° or less can be emitted from the illuminated surface of the light guide 3.

【0065】[0065]

【数7】 [Equation 7]

【0066】導光体に用いる好ましい透明樹脂として
は、たとえばアクリル、ポリカーボネート、ポリウレタ
ン、ポリスチレン、シリコーン等がある。
Preferred transparent resins used for the light guide include acrylic, polycarbonate, polyurethane, polystyrene and silicone.

【0067】導光体の液晶表示素子と反対の面において
は、アルミニウム反射面等の反射面5を形成しておけば
反射光は導光体内を導光される。なお、反射面5は導光
体3の液晶表示素子12側面での出射光を増大させるた
めに拡散反射面としてもよい。
If a reflecting surface 5 such as an aluminum reflecting surface is formed on the surface of the light guide opposite to the liquid crystal display element, the reflected light is guided through the light guide. The reflection surface 5 may be a diffuse reflection surface in order to increase the light emitted from the side surface of the liquid crystal display element 12 of the light guide 3.

【0068】一方、導光体3への光の入射角が全反射角
θc 以上の場合が大半であると導光体から出射される光
がわずかとなってしまうため、全反射条件を回避し導光
板3の液晶表示素子12側に出射させる機能が必要とな
る。その手段として、導光体3の表面に白色の光拡散材
を形成する方法や導光体表面にレンチキュラーあるいは
プリズムのフレネル形状(マイクロレンズアレイ、プリ
ズムアレイ等)を形成する方法などがある。
On the other hand, if the incident angle of light on the light guide 3 is more than the total reflection angle θ c in most cases, the amount of light emitted from the light guide will be small, so the total reflection condition is avoided. However, it is necessary to have a function of emitting light to the liquid crystal display element 12 side of the light guide plate 3. As means therefor, there are a method of forming a white light diffusing material on the surface of the light guide 3 and a method of forming a lenticular or prism Fresnel shape (microlens array, prism array, etc.) on the surface of the light guide.

【0069】この場合のフレネル形状は、導光体の液晶
表示素子12側の面に形成されていても、反対側に形成
されていてもよい。またフレネル形状をしたフイルム状
の板を導光体の面に載せてもよい。載せるときは、フイ
ルムと導光体の間に空気層が存在しないようにすること
が必要である。このために、貼りあわせた後に脱気した
り、屈折率がフイルムと同等の接着剤を用いて貼り付け
ることが好ましい。またフイルムの屈折率は導光体とほ
ぼ同じであることが望ましい。
In this case, the Fresnel shape may be formed on the surface of the light guide on the liquid crystal display element 12 side or on the opposite side. A Fresnel-shaped film-shaped plate may be placed on the surface of the light guide. When mounting, it is necessary that there is no air layer between the film and the light guide. For this reason, it is preferable to perform degassing after the bonding, or to bond using an adhesive having a refractive index equivalent to that of the film. Further, it is desirable that the refractive index of the film is almost the same as that of the light guide.

【0070】本発明で用いる偏光分離器は、特定の範囲
の入射角(ブリュースター角)の光に対して、強い偏光
分離機能を発現する。したがって、照度向上のために
は、偏光分離器へ入射する光の角度が、偏光分離器のブ
リュースター角で極大を持ち、かつほぼその角度に光量
が集中していることが望ましい。よって導光体から出射
する光の角度を制御することが重要となる。
The polarization separator used in the present invention exhibits a strong polarization separation function for light having an incident angle (Brewster angle) within a specific range. Therefore, in order to improve the illuminance, it is desirable that the angle of light incident on the polarization separator has a maximum at the Brewster angle of the polarization separator, and that the light amount is concentrated substantially at that angle. Therefore, it is important to control the angle of the light emitted from the light guide.

【0071】出射角度を制御するためには、前述の白色
の光拡散材の分布、導光体表面形成されたレンチキュラ
ーあるいはプリズムのフレネル形状(マイクロレンズア
レイ、プリズムアレイ等)の調節、等が行える。たとえ
ば導光体と同じ成分で作られたプリズムアレイ13のフ
イルムを導光体の表面に載せることにより導光体から出
た光の強度最大はほぼ+40°〜+80°と−40°〜
−80°のかたよった範囲に集中する。
In order to control the emission angle, the distribution of the white light diffusing material, the Fresnel shape (microlens array, prism array, etc.) of the lenticular or prism formed on the light guide surface can be adjusted. . For example, when the film of the prism array 13 made of the same component as the light guide is placed on the surface of the light guide, the maximum intensity of the light emitted from the light guide is approximately + 40 ° to + 80 ° and −40 °.
Concentrate on a curved range of -80 °.

【0072】具体的には、偏光分離器6として、前述の
ように偏平な気泡層が層状に分散されたような多層構造
体を形成した場合、数1からアクリル樹脂と気泡層との
界面でのブリュースター角θB は33. 7°となる。し
たがって、アクリル樹脂側からの多層構造体への入射光
が33. 7°近傍になるように蛍光ランプの配光特性・
反射体の集光特性・導光板の伝搬特性等を最適化するこ
とにより、p偏光成分のみが液晶表示素子12側に出射
される。一方、s偏光成分は全反射されたのと同様に導
光体3中を伝搬することになる。なお、この偏光分離器
6による偏光特性は入射光がブリュースター角条件から
少々ずれても充分発現する効果であり、この場合入射角
20°から全反射角近傍である入射角40°の光線に対
しても、s,p偏光成分の消光比が若干劣化するが、偏
光分離作用は顕著である。
Specifically, when a multi-layer structure in which flat bubble layers are dispersed in layers as described above is formed as the polarization separator 6, from the equation 1, the interface between the acrylic resin and the bubble layer is calculated. Has a Brewster angle θ B of 33.7 °. Therefore, the light distribution characteristics of the fluorescent lamp should be set so that the incident light from the acrylic resin side to the multilayer structure is close to 33.7 °.
Only the p-polarized light component is emitted to the liquid crystal display element 12 side by optimizing the condensing characteristics of the reflector and the propagation characteristics of the light guide plate. On the other hand, the s-polarized component propagates in the light guide 3 as if it was totally reflected. The polarization characteristic of the polarization separator 6 has an effect that the incident light is sufficiently expressed even if the incident light deviates slightly from the Brewster angle condition. In this case, a light beam having an incident angle of 40 ° near the incident angle of 20 ° is obtained. On the other hand, although the extinction ratio of the s and p polarized components is slightly deteriorated, the polarized light separating action is remarkable.

【0073】偏光分離器を出射した光の指向性は、液晶
表示素子の観測者の視野角すなわち液晶表示素子面の垂
直方向に分布しているとは限らない。むしろ、図1のよ
うな構成で、偏光分離器にブリュースター角近傍の入射
角で入射した光の出射方向は、かたよった視野角域の範
囲に集中することが普通である。たとえば、導光体中を
伝搬する光の光軸を含む面内で、液晶表示素子面の垂直
方向に対して−40゜〜−70°および40°〜70°
の範囲に集中し、観測者の視野角域に到達する光はわず
かとなる。したがって、これでは、明るい表示とはいえ
なくなる。
The directivity of the light emitted from the polarization separator is not necessarily distributed in the viewing angle of the observer of the liquid crystal display element, that is, in the direction perpendicular to the surface of the liquid crystal display element. Rather, in the configuration as shown in FIG. 1, the outgoing direction of the light incident on the polarization separator at an incident angle near the Brewster's angle is usually concentrated in the splayed viewing angle range. For example, in a plane including the optical axis of light propagating in the light guide, −40 ° to −70 ° and 40 ° to 70 ° with respect to the vertical direction of the liquid crystal display element surface.
Only a small amount of light concentrates in the range of and reaches the viewing angle range of the observer. Therefore, this cannot be said to be a bright display.

【0074】たとえば、図1において、アクリル樹脂側
からの多層構造体への入射光が33. 7°の場合、多層
構造体出射角はsin-1((sin33. 7°)/n)
=56. 3°となる。このように、片寄った視野角域
(±40°〜±70°)に配光分布を有する平面照明装
置の配光分布を照光面の垂直方向に変換するために、偏
光分離器の光出射側に、さらに光偏向器を設けることが
有効である。光偏向器としては、表面にレンチキュラー
形状あるいはフレネル形状を有するマイクロレンズアレ
イやプリズムアレイ等を用いることができる。
For example, in FIG. 1, when the incident light from the acrylic resin side to the multilayer structure is 33.7 °, the exit angle of the multilayer structure is sin -1 ((sin 33.7 °) / n).
= 56.3 °. As described above, in order to convert the light distribution of the flat lighting device having the light distribution in the deviated viewing angle range (± 40 ° to ± 70 °) into the vertical direction of the illumination surface, the light exit side of the polarization splitter is included. In addition, it is effective to further provide an optical deflector. As the optical deflector, a microlens array or prism array having a lenticular shape or a Fresnel shape on the surface can be used.

【0075】図1には偏光分離器6が積層された導光体
3と液晶表示素子12の光入射側の偏光板9との間にフ
レネル形状を表面に有するプリズムアレイ7を導光体3
中を伝搬する光の進行方向にプリズム面を並列に配置し
た場合が示されている。すなわち、プリズムアレイ7は
柱状プリズムであり、面状導光体3内を出射する光線の
平均的光軸を含む面での断面は三角形状となる。プリズ
ムアレイ7はその形状および配置(プリズム頂角を光入
射側にするか光出射側にするか)に応じて、プリズムの
入射面と出射面で屈折が生じるのみの場合と全反射が起
こる場合とがあり、出射光の配向分布方位を制御でき
る。最終的に必要とする配光分布方位と偏光分離器出射
光の配光分布方位とから最適な形状、配置が決定されれ
ばよい。
In FIG. 1, a prism array 7 having a Fresnel shape on the surface is provided between the light guide body 3 in which the polarization separator 6 is laminated and the light incident side polarization plate 9 of the liquid crystal display element 12.
The case where the prism surfaces are arranged in parallel in the traveling direction of the light propagating inside is shown. That is, the prism array 7 is a columnar prism, and the cross section of the surface including the average optical axis of the light rays emitted in the planar light guide 3 is triangular. Depending on the shape and arrangement of the prism array 7 (whether the prism apex angle is on the light incident side or the light emitting side), only the refraction occurs on the incident surface and the exit surface of the prism and the case where total reflection occurs. Therefore, it is possible to control the orientation distribution direction of the emitted light. The optimum shape and arrangement may be determined from the finally required light distribution distribution direction and the light distribution distribution direction of the light emitted from the polarization separator.

【0076】たとえば、断面形状が頂角おおよそ60°
の2等辺三角形のプリズムアレイ7を用い、頂角が偏光
分離器面に面するように配置する。こうすると、偏光分
離器から60°近傍の出射角で透過してきた光はプリズ
ム側面から入射し他の側面で全反射した後、プリズム底
面から液晶表示素子側に垂直入射方向に対応して出射さ
れる。したがって、偏光分離器から60°近傍の出射角
で放出される光の配光方位を液晶表示素子面に垂直方向
の配光方位に変換することができる。
For example, the cross-sectional shape has an apex angle of about 60 °.
The prism array 7 having an isosceles triangle is used and is arranged so that the apex angle faces the plane of the polarization separator. Thus, the light transmitted from the polarization separator at an emission angle of about 60 ° is incident from the side surface of the prism and is totally reflected on the other side surface, and then is emitted from the bottom surface of the prism to the liquid crystal display element side in the vertical incident direction. It Therefore, the light distribution azimuth of the light emitted from the polarization separator at an exit angle of about 60 ° can be converted into the light distribution azimuth perpendicular to the liquid crystal display element surface.

【0077】このようにして、液晶表示素子を垂直配光
方位で照光する直線偏光平面照明装置が得られる。導光
体中を伝搬する光の指向性が高いと、結果的に平面照明
装置から出射される光の配光方位分布が垂直方向に集中
し、明るい表示に対応した視野角の範囲が狭くなりすぎ
る場合がある。このようなときには、液晶表示素子と上
述のプリズムアレイ等の偏向手段との間に、指向性を劣
化させる拡散板8等の光学素子を配置することができ
る。
In this way, a linearly polarized plane illumination device for illuminating the liquid crystal display element in the vertical light distribution direction can be obtained. If the directivity of the light propagating in the light guide is high, the light distribution azimuth distribution of the light emitted from the flat lighting device will be concentrated in the vertical direction, and the range of the viewing angle corresponding to bright display will be narrowed. It may be too much. In such a case, an optical element such as a diffuser plate 8 which deteriorates directivity can be arranged between the liquid crystal display element and the deflecting means such as the prism array described above.

【0078】また、導光体内を伝搬する光の指向性を劣
化させるために、導光体の液晶表示素子と反対側面に形
成された反射面5を拡散面としてもよい。また、偏光分
離器自体をその構造体界面で光散乱も生じるように微細
な凹凸構造を有するものとしてもよい。前述のように均
質なプラスチック中に偏平な気泡層が層状に分散された
ような構成の偏光分離器の場合では、気泡層の界面形状
はランダムであり微細な凹凸構造が生じやすいため、光
拡散効果も同時に発現しやすい。
Further, in order to deteriorate the directivity of the light propagating in the light guide, the reflecting surface 5 formed on the side of the light guide opposite to the liquid crystal display element may be a diffusing surface. Further, the polarization separator itself may have a fine concavo-convex structure so that light scattering may occur at the interface of the structure. As described above, in the case of a polarization separator having a structure in which flat bubble layers are dispersed in a layer in a homogeneous plastic, the interface shape of the bubble layers is random and a fine uneven structure is likely to occur, so light diffusion The effect is easily exhibited at the same time.

【0079】図1では多層構造体を導光体の表面に形成
した場合について示したが、必ずしも導光体表面に形成
する必要はなく、導光体の内部に位置してもよい。
Although FIG. 1 shows the case where the multi-layer structure is formed on the surface of the light guide, it does not necessarily have to be formed on the surface of the light guide and may be located inside the light guide.

【0080】本発明において直線偏光光を効率良く平面
照明装置から得るためには、多層構造体において反射さ
れ導光体内に引き戻されたs偏光光を、導光体内を伝搬
中に効率よくp偏光成分を含む光に変換し再利用するこ
とが重要である。s偏光光をp偏光成分を含む光に変換
する方法は種々存在するが、以下に代表例を記す。
In the present invention, in order to efficiently obtain the linearly polarized light from the planar illuminating device, the s-polarized light reflected by the multilayer structure and pulled back into the light guide is efficiently p-polarized while propagating in the light guide. It is important to convert it into light containing components and reuse it. Although there are various methods for converting s-polarized light into light containing a p-polarized component, representative examples will be described below.

【0081】一般に、金属面に直線偏光光が斜入射し反
射された場合、直線偏光光は金属の光学物性定数(屈折
率n、吸収係数k)に応じて楕円偏光光となることが知
られている。すなわち、s偏光光が入射しても反射光に
はp偏光成分が生成される。したがって、本発明におい
て導光体3の液晶表示素子12と反対側の面に形成され
た反射面5がアルミニウム等の金属である場合、この反
射面で反射されるたびにs偏光光の一部がp偏光光に変
換される。
It is generally known that when linearly polarized light is obliquely incident on a metal surface and reflected, the linearly polarized light becomes elliptically polarized light according to the optical physical constants (refractive index n, absorption coefficient k) of the metal. ing. That is, even if the s-polarized light is incident, the p-polarized component is generated in the reflected light. Therefore, in the present invention, when the reflecting surface 5 formed on the surface of the light guide 3 on the side opposite to the liquid crystal display element 12 is a metal such as aluminum, a part of the s-polarized light is reflected every time the reflecting surface 5 is reflected. Are converted into p-polarized light.

【0082】別な方法として、透光性高分子材料からな
る位相差板を用いる方法がある。たとえば、適当な膜厚
を有するこの位相差板4を導光体3の反射面5と偏光分
離器6との間に配置することにより、偏光分離器により
反射されたs偏光光は楕円偏光になりその一部をp偏光
光に変換することができる。図1は、この位相差板4を
導光体3に設けた反射面5上に密着させて効率よく偏光
変換を行う構成例を示す。また、位相差板4は偏光分離
器6と導光板3との間に配置されていてもよい。
Another method is to use a retardation plate made of a translucent polymer material. For example, by disposing this retardation plate 4 having an appropriate film thickness between the reflection surface 5 of the light guide 3 and the polarization separator 6, the s-polarized light reflected by the polarization separator becomes elliptically polarized light. It is possible to convert a part of it into p-polarized light. FIG. 1 shows a configuration example in which the retardation plate 4 is brought into close contact with the reflection surface 5 provided on the light guide 3 to efficiently perform polarization conversion. Further, the retardation plate 4 may be arranged between the polarization separator 6 and the light guide plate 3.

【0083】図2には、偏光分離器として、面状透光性
支持体の片方の面に誘電体膜を一層成膜した偏光分離器
を用い、導光体の全反射条件を回避して液晶表示素子側
に光を出射させるためのプリズムアレイ13を用いた例
である。6aは面状透光性支持体、6bは誘電体膜であ
る。他の構成はほぼ図1と同じであるので、図2には図
1と同じ部品には同じ番号を付して、説明を省略する。
In FIG. 2, as the polarization separator, a polarization separator in which one layer of a dielectric film is formed on one surface of the planar light-transmitting support is used to avoid the total reflection condition of the light guide. This is an example using a prism array 13 for emitting light to the liquid crystal display element side. Reference numeral 6a is a planar translucent support, and 6b is a dielectric film. Since other configurations are almost the same as those in FIG. 1, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals in FIG. 2, and the description thereof will be omitted.

【0084】先に述べたように、偏光分離器を導光体と
は別の構成としてもよいが、一つの構成としてもよい。
たとえば導光体の表面に誘電体干渉膜等の偏光分離層を
形成する。導光体と導光体の外部と誘電体干渉膜のそれ
ぞれの界面が偏光分離器と同様な効果を示す。導光体を
出射する光の出射光量を多くしたり均一化するために、
導光体の構造をプリズムアレイ状等にした場合は、プリ
ズムアレイ形状の表面に誘電体干渉膜を形成すればよ
い。
As described above, the polarization separator may have a structure different from that of the light guide, but may have a single structure.
For example, a polarization separation layer such as a dielectric interference film is formed on the surface of the light guide. The interfaces between the light guide, the outside of the light guide, and the dielectric interference film exhibit the same effect as that of the polarization separator. In order to increase or equalize the amount of light emitted from the light guide,
When the structure of the light guide is a prism array or the like, a dielectric interference film may be formed on the surface of the prism array.

【0085】このような例を示したのが図3である。導
光体3の表面にプリズムアレイ形状を形成し、さらに誘
電体膜6cを形成している。導光体と、誘電体膜との界
面で偏光分離機能が発現する。他の構成はほぼ図1と同
じであるので、図3には図1と同じ部品には同じ番号を
付して、説明を省略する。
FIG. 3 shows such an example. A prism array shape is formed on the surface of the light guide 3, and a dielectric film 6c is further formed. A polarized light separating function is exhibited at the interface between the light guide and the dielectric film. Since other configurations are almost the same as those in FIG. 1, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals in FIG. 3, and the description thereof will be omitted.

【0086】[0086]

【実施例】[実施例1〜3]図1を参照しながら、本発
明の実施例について説明する。照光面である透明なアク
リル樹脂板導光体3の一辺に蛍光ランプ1(冷陰極放電
管)を密着させ、反射体からなるランプカバー2を設け
て導光体内に光を導入しするエッジライト型バックライ
トにおいて多層構造体からなる偏光分離器6を組み合わ
せた。
EXAMPLES [Examples 1 to 3] Examples of the present invention will be described with reference to FIG. An edge light in which a fluorescent lamp 1 (cold-cathode discharge tube) is closely attached to one side of a transparent acrylic resin plate light guide 3 which is an illuminated surface, and a lamp cover 2 made of a reflector is provided to introduce light into the light guide. The polarization separator 6 composed of a multilayer structure was combined in the mold backlight.

【0087】蛍光ランプ1としては、10インチ液晶表
示面の側面長(152mm)に対応した長さを有し管径
の細い10Wと16Wの冷陰極放電管を使用した。ま
た、ランプカバー2としては、冷陰極放電管をを包み込
むような円筒形あるいは楕円筒形の反射鏡を、導光体3
としては、アクリル樹脂製の透光性導光板(n=1. 4
9)で大きさは160mm×220mm×5mmのもの
を用いた。
As the fluorescent lamp 1, cold cathode discharge tubes of 10 W and 16 W having a length corresponding to the side length (152 mm) of the 10-inch liquid crystal display surface and having a small tube diameter were used. Further, as the lamp cover 2, a cylindrical or elliptic cylinder-shaped reflecting mirror that surrounds the cold cathode discharge tube is used.
Is a translucent light guide plate made of acrylic resin (n = 1.4
In 9), the size used was 160 mm × 220 mm × 5 mm.

【0088】さらに、導光体3の裏面および蛍光ランプ
設置面に対向する導光体側面に位相差板4を設け、その
上にAl金属反射膜からなる反射面を形成した。偏光分
離器6の多層構造体としては、均質な透明プラスチック
板(n≒1. 5)中に、その厚さ方向の高さが10μm
程度で半径数mm程度の偏平な気泡層が約5層位層状に
分散された構成を採用して、導光体3の光出射面側に装
着した。
Further, the retardation plate 4 was provided on the side surface of the light guide facing the back surface of the light guide 3 and the fluorescent lamp installation surface, and the reflection surface made of an Al metal reflection film was formed thereon. The multilayer structure of the polarization separator 6 has a height in the thickness direction of 10 μm in a homogeneous transparent plastic plate (n≈1.5).
A structure in which flat bubble layers having a radius of about several mm are dispersed in a layered form of about 5 layers is mounted on the light emitting surface side of the light guide 3.

【0089】また、プリズムアレイ7として、断面形状
が頂角58゜の2等辺三角形のプリズムアレイを用い、
頂角が偏光分離器6に面するように配置した。プリズム
アレイ板の厚さは2mmでプリズムアレイのピッチは約
1mmとした。さらに、プリズムアレイ7の光出射面側
には、拡散板8を、視野角を広げるために用いた。
As the prism array 7, an isosceles triangular prism array having a vertical cross section of 58 ° is used.
The apex angle was arranged so as to face the polarization separator 6. The thickness of the prism array plate was 2 mm and the pitch of the prism array was about 1 mm. Further, a diffusion plate 8 was used on the light emitting surface side of the prism array 7 to widen the viewing angle.

【0090】液晶セル11としては、TFT駆動のTN
液晶であって、VGA対応画素数を有するRGBカラー
TFT駆動TN液晶表示セルを用いた。
The liquid crystal cell 11 is a TFT driven TN.
As the liquid crystal, an RGB color TFT drive TN liquid crystal display cell having a VGA compatible pixel number was used.

【0091】入射側偏光板9としては、通常の光吸収型
有機偏光板を用いた。10:1程度の要求コントラスト
比であれば、上記偏光板を用いず、上記多層構造体のみ
でよい場合もある。しかし、この場合は偏光の消光比が
低い(10:1程度、たとえば、光吸収型有機偏光板で
あれば1000:1程度になる)ため、100:1以上
のコントラスト比が要求されるTFT駆動液晶TVでは
入射側偏光板が必要になる。このとき、光吸収型有機偏
光板の偏光軸は多層構造体から出射するp偏光光に対し
て最大透過率となるよう、偏光分離器6の出射光の偏光
軸と偏光板9の偏光軸とを一致させた。
As the incident side polarizing plate 9, a usual light absorbing type organic polarizing plate was used. If the required contrast ratio is about 10: 1, the polarizing plate may not be used, and only the multilayer structure may be sufficient. However, in this case, since the extinction ratio of polarized light is low (about 10: 1, for example, about 1000: 1 for a light-absorption type organic polarizing plate), a TFT drive requiring a contrast ratio of 100: 1 or more is required. A liquid crystal TV requires an incident side polarization plate. At this time, the polarization axis of the light-absorbing organic polarizing plate is set so that the p-polarized light emitted from the multilayer structure has the maximum transmittance and the polarization axis of the emitted light of the polarization separator 6 and the polarization axis of the polarizing plate 9 are the same. Matched.

【0092】出射側偏光板10も同様に光吸収型有機偏
光板を用いた。偏光軸の向きは表示モード(ノーマリホ
ワイト、ノーマリブラック)によって適宜選ばれるが、
本実施例では、ノーマリホワイト表示とし、入射側面の
偏光板9の偏光軸に対して90゜偏光軸が回転した方向
に出射側面の偏光板10の偏光軸をとった。
A light-absorption type organic polarizing plate was similarly used for the emitting side polarizing plate 10. The direction of the polarization axis is appropriately selected depending on the display mode (normally white, normally black),
In this embodiment, normally white display is performed, and the polarization axis of the polarizing plate 10 on the exit side is set in the direction in which the polarization axis is rotated by 90 ° with respect to the polarization axis of the polarizing plate 9 on the entrance side.

【0093】光源、導光体の特性を種々に変えて、ラン
プ消費電力と垂直方向視野の明るさを調整して実施例1
〜3を行った。これと従来例の比較を表1に示す。
The characteristics of the light source and the light guide are changed variously to adjust the power consumption of the lamp and the brightness of the vertical visual field.
~ 3 was done. Table 1 shows a comparison between this and the conventional example.

【0094】[0094]

【表1】 [Table 1]

【0095】実施例1では従来例に比べて輝度が1. 5
倍に向上したばかりでなく、視野角範囲もせばまってい
ない。実施例2では明るさ、視野角とも従来例とほぼ同
じにしているが、ランプ消費電力が2/3に低減し、バ
ッテリー駆動時間が延長した。実施例3ではランプの消
費電力と、垂直方向明るさを従来例と同じにしたが、視
野角が広がった。
In Example 1, the brightness is 1.5 as compared with the conventional example.
Not only has it doubled, but the viewing angle range has not been limited. In Example 2, the brightness and the viewing angle were almost the same as those of the conventional example, but the lamp power consumption was reduced to 2/3 and the battery drive time was extended. In Example 3, the power consumption of the lamp and the vertical brightness were the same as those of the conventional example, but the viewing angle was widened.

【0096】このように、使用する液晶表示素子のコン
トラスト比曲線に応じたさまざまな配光分布を得ること
ができる。特に、垂直方向視野の明るさを選択的に明る
くすることが可能になっている。
As described above, various light distributions can be obtained according to the contrast ratio curve of the liquid crystal display element used. In particular, it is possible to selectively increase the brightness of the vertical visual field.

【0097】[実施例4〜6]図2を参照しながら、本
発明の別の実施例について説明する。照光面である透明
なアクリル樹脂板導光体3の一辺に蛍光ランプ1(冷陰
極放電管)を密着させ、反射体からなるランプカバー2
を設けて導光体内に光を導入するエッジライト型バック
ライトを用いた。
[Embodiments 4 to 6] Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A fluorescent lamp 1 (cold cathode discharge tube) is closely attached to one side of a transparent acrylic resin plate light guide 3 which is an illumination surface, and a lamp cover 2 made of a reflector
An edge light type backlight was used in which light was introduced into the light guide body.

【0098】蛍光ランプ1としては、汎用のノートパソ
コンの側面長(120mm)に対応した長さを有し管径
(3mm)の2Wと4Wの冷陰極放電管を使用した。ま
た、ランプカバー2としては、冷陰極放電管を包み込む
ような円筒形あるいは楕円筒形の反射鏡を、導光体3と
しては、アクリル樹脂製の透光性導光板(n=1. 4
9)で大きさは128mm×225mm×2.8mmの
ものを用いた。
As the fluorescent lamp 1, 2 W and 4 W cold cathode discharge tubes having a tube diameter (3 mm) and a length corresponding to the side length (120 mm) of a general-purpose notebook computer were used. Further, the lamp cover 2 is a cylindrical or elliptic cylinder-shaped reflecting mirror that encloses a cold cathode discharge tube, and the light guide 3 is a translucent light guide plate made of acrylic resin (n = 1.4).
In 9), a size of 128 mm × 225 mm × 2.8 mm was used.

【0099】さらに、導光体3の裏面および蛍光ランプ
設置面に対向する導光体側面に位相差板4を設け、その
上にアルミニウム金属反射膜からなる反射面を形成し
た。位相差板は1/4波長板とした。
Further, the retardation plate 4 was provided on the side surface of the light guide facing the back surface of the light guide 3 and the fluorescent lamp installation surface, and the reflection surface made of an aluminum metal reflection film was formed thereon. The retardation plate was a quarter-wave plate.

【0100】プリズムアレイ13として断面形状が頂角
160°の2等辺三角形のプリズムアレイを用い、頂角
が偏光分離器6に面するように配置した。プリズムアレ
イ板の厚さは2mmでプリズムアレイのピッチは約1m
mとした。プリズムアレイ13と導光体3は同じ材質の
アクリル樹脂を用いた。またプリズムアレイ13と導光
体3の間には屈折率がアクリル樹脂と同じ1.49の光
学接着剤を用いた。
As the prism array 13, an isosceles triangular prism array having an apex angle of 160 ° was used, and the prism array was arranged so that the apex angle faces the polarization separator 6. The prism array plate is 2 mm thick and the prism array pitch is about 1 m.
m. The prism array 13 and the light guide 3 are made of the same acrylic resin. An optical adhesive having a refractive index of 1.49, which is the same as that of acrylic resin, was used between the prism array 13 and the light guide 3.

【0101】偏光分離器6としては、均質なガラス基板
(n=1. 52)6bの表面に、酸化チタニア(TiO
2 :n=2.35)膜6aを一層成膜し、導光体3の光
出射面側に装着した。この偏光分離器の分離角は72°
となった。
As the polarization separator 6, titania oxide (TiO 2) was formed on the surface of a homogeneous glass substrate (n = 1.52) 6 b.
2 : n = 2.35) A further film 6a was formed and mounted on the light emitting surface side of the light guide 3. The separation angle of this polarization separator is 72 °
Became.

【0102】また、プリズムアレイ7として断面形状が
頂角60°の2等辺三角形のプリズムアレイを用い、頂
角が偏光分離器6に面するように配置した。プリズムア
レイ板の厚さは2mmでプリズムアレイのピッチは約1
mmとした。さらに、プリズムアレイ7の光出射面側に
は、拡散板8を、視野角を広げるために用いた。
As the prism array 7, an isosceles triangular prism array having an apex angle of 60 ° is used, and the apex angle is arranged so as to face the polarization separator 6. The thickness of the prism array plate is 2 mm and the pitch of the prism array is about 1
mm. Further, a diffusion plate 8 was used on the light emitting surface side of the prism array 7 to widen the viewing angle.

【0103】液晶表示素子12は、複屈折を有するフイ
ルムが積層されたモノクロ表示のSTN液晶表示セルを
用いた。ツイスト角は240°である。
As the liquid crystal display element 12, a monochrome display STN liquid crystal display cell in which films having birefringence are laminated is used. The twist angle is 240 °.

【0104】入射側偏光板9としては、通常の光吸収型
有機偏光板を用いた。このとき、光吸収型有機偏光板の
偏光軸は偏光分離器から出射するp偏光光に対して最大
透過率となるよう、偏光分離器6の出射光の偏光軸と偏
光板9の偏光軸とを一致させた。
As the incident side polarization plate 9, a usual light absorption type organic polarization plate was used. At this time, the polarization axis of the light-absorbing organic polarizing plate and the polarization axis of the polarizing plate 9 are set so that the p-polarized light emitted from the polarization separator has maximum transmittance. Matched.

【0105】出射側偏光板10も同様に光吸収型有機偏
光板を用いた。偏光軸の向きは適宜選ばれるが、本実施
例では、入射偏光板9の偏光軸に対して85°偏光軸が
回転した方向に出射側面の偏光板10の偏光軸をとっ
た。
A light-absorption type organic polarizing plate was similarly used for the emitting side polarizing plate 10. Although the orientation of the polarization axis is appropriately selected, in this embodiment, the polarization axis of the polarizing plate 10 on the exit side surface is set in the direction in which the polarization axis is rotated by 85 ° with respect to the polarization axis of the incident polarizing plate 9.

【0106】光源、導光体の特性を種々に変えて、ラン
プ消費電力と垂直方向視野の明るさを調整して実施例4
〜6を行った。これと偏光分離器のない従来例との比較
を表2に示す。
The characteristics of the light source and the light guide are variously changed to adjust the power consumption of the lamp and the brightness of the vertical visual field.
~ 6 was done. Table 2 shows a comparison between this and a conventional example having no polarization separator.

【0107】[0107]

【表2】 [Table 2]

【0108】実施例4では従来例に比べて輝度が1. 5
倍に向上したばかりでなく、視野角範囲はせばまってい
ない。実施例5では明るさ、視野角とも従来例とほぼ同
じにしたが、ランプ消費電力が2/3に低減し、バッテ
リー駆動時間が延長した。実施例6ではランプの消費電
力と、垂直方向明るさを従来例と同じにしたが、視野角
が広がっている。
In Example 4, the brightness is 1.5 compared with the conventional example.
Not only is it doubled, but the viewing angle range is not tight. In Example 5, the brightness and the viewing angle were almost the same as the conventional example, but the lamp power consumption was reduced to 2/3 and the battery drive time was extended. In Example 6, the power consumption of the lamp and the brightness in the vertical direction were the same as those in the conventional example, but the viewing angle was widened.

【0109】このように、やはり、使用する液晶表示素
子のコントラスト比曲線に応じたさまざまな配光分布を
得ることができる。特に、垂直方向視野の明るさを選択
的に明るくすることが可能になっている。
As described above, it is possible to obtain various light distributions according to the contrast ratio curve of the liquid crystal display element used. In particular, it is possible to selectively increase the brightness of the vertical visual field.

【0110】[実施例7]図3を参照しながら説明す
る。導光体3の表面形状をプリズムアレイ状にした。そ
の表面にZrO2 とSiO2 の薄膜を交互に3層均一に
形成した。具体的には導光体の上にZrO2 、SiO
2 、ZrO2 の順で形成し、分離角における偏光度が5
30nm付近で最大となるようにした。導光体と誘電体
干渉膜は一体構成とした。導光体3のプリズムアレイの
頂角は160°とした。このとき誘電体干渉膜から出て
くる光の方向は、導光体の面に垂直方向に対して広がり
を持っているので、さらに導光体と反対の方向に頂角が
導光体に向いたプリズムアレイを設置した。以上述べた
以外の構成は実施例4と同じとした。このとき実施例1
と比べると若干輝度が上昇した。これは、実施例7は界
面が少なくなったために、界面反射が少なくなったため
と考えられる。また一体成形により実施例4に比べて厚
みを薄くすることが可能となった。また大量生産におい
てコストが安くなるメリットもある。
[Embodiment 7] Description will be given with reference to FIG. The surface shape of the light guide 3 is a prism array. Thin films of ZrO 2 and SiO 2 were alternately formed on the surface in three layers. Specifically, on the light guide, ZrO 2 , SiO
2 and ZrO 2 are formed in this order, and the polarization degree at the separation angle is 5
The maximum value was set near 30 nm. The light guide and the dielectric interference film are integrated. The vertical angle of the prism array of the light guide 3 was set to 160 °. At this time, the direction of the light emitted from the dielectric interference film has a spread with respect to the direction perpendicular to the surface of the light guide, so that the apex angle is further directed in the direction opposite to the light guide. The prism array was installed. The configuration other than that described above is the same as that of the fourth embodiment. At this time, Example 1
The brightness was slightly higher than that of. It is considered that this is because the interface in Example 7 was reduced and the interface reflection was reduced. Further, the integral molding enables the thickness to be reduced as compared with the fourth embodiment. It also has the advantage of lower costs in mass production.

【0111】[実施例8]図2と同様の形態で、偏光分
離器として、アクリルとポリカーボネートの400層の
積層品を用いた。偏光分離器を使用しない場合に比べ
て、垂直方向の輝度が約1.5倍に向上した。
[Embodiment 8] A laminate of 400 layers of acrylic and polycarbonate was used as a polarization separator in the same form as in FIG. The brightness in the vertical direction is improved by about 1.5 times as compared with the case where the polarization separator is not used.

【0112】[0112]

【発明の効果】本発明によれば、特定のコントラスト比
の高い領域に対して特に実質的照度の高い直視型表示素
子用の照明装置が得られる。特に、本発明では、プリズ
ムアレイ等を単独で用いた場合とは異なり、所望の視方
向の光のうち、そのままでは実質的に表示装置の照明光
として寄与しない光を偏光変換することにより、その所
望の視方向についての照度を向上する。したがって、広
い照度分布を維持したまま、特定方向には照度の高い照
明装置が得られる。これは、視野角の広い直視型の表示
素子用の照明装置として最適なものである。
According to the present invention, it is possible to obtain an illuminating device for a direct-view type display element in which the illuminance is particularly high in a specific high contrast ratio region. In particular, in the present invention, unlike the case where the prism array or the like is used alone, of the light in the desired viewing direction, by polarization-converting the light that does not substantially contribute as the illumination light of the display device as it is, Improving the illuminance for a desired viewing direction. Therefore, it is possible to obtain an illumination device having a high illuminance in a specific direction while maintaining a wide illuminance distribution. This is an optimal illuminating device for a direct-viewing type display element having a wide viewing angle.

【0113】さらに、光発生手段として、いわゆるエッ
ジライト型の光源を用いることにより、直視型表示素子
用の照明光として適した拡散光を、容易に得ることがで
きる。また、特に偏光変換手段を、エッジライトの導光
体の光出射面側に設けられた偏光分離面と、面状導光体
の光出射面と反対の側に設けられた光反射面を協働させ
て構成するならば、エッジライト用の導光体を偏光分離
のための空間としても用いることとなる。したがって、
非常にコンパクトな構成とすることができてさらに望ま
しい。
Furthermore, by using a so-called edge light type light source as the light generating means, it is possible to easily obtain diffused light suitable as illumination light for a direct-view type display element. In addition, in particular, the polarization converting means is used in combination with the polarization splitting surface provided on the light emitting surface side of the light guide of the edge light and the light reflecting surface provided on the side opposite to the light emitting surface of the planar light guide. If configured to work, the light guide for the edge light will also be used as a space for polarization separation. Therefore,
It is even more desirable to have a very compact configuration.

【0114】さらに、照明装置を出射した光線の偏光軸
方向と液晶表示素子の光入射側の偏光軸方向とを略一致
させるように、液晶表示素子の背面に本発明の照明装置
を配置すれば、実用的な視野角で照度が高く、かつ消費
電力の小さい直視液晶表示装置を得ることができる。
Further, the illuminating device of the present invention is arranged on the back surface of the liquid crystal display element so that the polarization axis direction of the light beam emitted from the illuminating device and the polarization axis direction of the light incident side of the liquid crystal display element are substantially aligned with each other. It is possible to obtain a direct-viewing liquid crystal display device with a practical viewing angle, high illuminance, and low power consumption.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示した断面図FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の他の実施例を示した断面図FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の他の実施例を示した断面図FIG. 3 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図4】本発明に用いる偏光分離器の構成を示す断面図FIG. 4 is a sectional view showing the configuration of a polarization separator used in the present invention.

【図5】STN液晶表示素子のコントラスト比曲線を示
すグラフ
FIG. 5 is a graph showing a contrast ratio curve of an STN liquid crystal display device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:蛍光ランプ 2:ランプカバー 3:導光体 4:位相差板 5:反射面 6:偏光分離器 7:プリズムアレイ 8:拡散板 12:液晶表示素子 1: Fluorescent lamp 2: Lamp cover 3: Light guide 4: Retardation plate 5: Reflective surface 6: Polarization separator 7: Prism array 8: Diffuser 12: Liquid crystal display element

フロントページの続き (72)発明者 尾関 正雄 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者 伊藤 宏明 神奈川県川崎市幸区塚越3丁目474番地2 旭硝子株式会社玉川分室内 Fターム(参考) 2H091 FA07X FA07Z FA21Z FA29Z FA41Z FB02 FB06 KA01 KA10 LA12 LA16 LA17 LA30Continued front page    (72) Inventor Masao Ozeki             1150 Hazawa-machi, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa             Asahi Glass Co., Ltd. Central Research Laboratory (72) Inventor Hiroaki Ito             3-474 Tsukakoshi 3-chome, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture               Asahi Glass Co., Ltd. Tamagawa branch room F-term (reference) 2H091 FA07X FA07Z FA21Z FA29Z                       FA41Z FB02 FB06 KA01                       KA10 LA12 LA16 LA17 LA30

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】面状導光体と、 面状導光体の側部から光が入射されるように配置された
光源と、 前記面状導光体の光出射面側に設けられて、所定の入射
方向近傍の光線についてp偏光成分を透過し、s偏光成
分の少なくとも1部を反射する偏光分離面と、 面状導光体の光出射面と反対の側に前記光出射面と略平
行に設けられた光反射面とからなる、 ことを特徴とする直視型表示素子用照明装置。
1. A planar light guide, a light source arranged so that light is incident from a side portion of the planar light guide, and a light exit surface side of the planar light guide, A polarization splitting surface that transmits a p-polarized light component and reflects at least a part of the s-polarized light component of a light beam in the vicinity of a predetermined incident direction, and a light exit surface on the side opposite to the light exit surface of the planar light guide is substantially An illumination device for a direct-view display element, comprising: a light-reflecting surface provided in parallel.
【請求項2】請求項1の照明装置において、偏光分離面
が相対的に屈折率の大きな透光性媒質と相対的に屈折率
の小さな透光性媒質とを交互に積層してなる多層構造体
からなることを特徴とする直視型表示素子用照明装置。
2. The illumination device according to claim 1, wherein the polarization splitting surface is a multilayer structure in which a translucent medium having a relatively large refractive index and a translucent medium having a relatively small refractive index are alternately laminated. A lighting device for a direct-view type display device, which comprises a body.
【請求項3】請求項1の照明装置において、偏光分離面
が透明支持体に可視光波長と同等以下の厚みを有する誘
電体薄膜を少なくとも一層以上設けたものからなること
を特徴とする直視型表示素子用照明装置。
3. The direct-view type illumination device according to claim 1, wherein the polarization splitting surface is formed by providing at least one dielectric thin film having a thickness equal to or less than a visible light wavelength on a transparent support. Lighting device for display device.
【請求項4】請求項1の照明装置において、偏光分離面
が1000nm以下の厚さを有する誘電体膜が1層以上
成膜されたものからなることを特徴とする直視型表示素
子用照明装置。
4. The illumination device for a direct-view type display device according to claim 1, wherein one or more dielectric films each having a polarization separation surface with a thickness of 1000 nm or less are formed. .
【請求項5】照明装置を出射した光線の主偏光軸方向と
液晶表示素子における光入射側の偏光板の偏光軸方向と
が略一致するようにして、請求項1〜4いずれか1項の
照明装置を直視型液晶表示素子の背面に配置したことを
特徴とする液晶表示装置。
5. A main polarization axis direction of a light beam emitted from the illuminating device and a polarization axis direction of a polarizing plate on the light incident side of the liquid crystal display device are substantially aligned with each other, and the polarization axis direction of the polarizing plate is substantially the same. A liquid crystal display device, wherein an illuminating device is arranged on the back surface of a direct-viewing type liquid crystal display element.
【請求項6】偏光分離面と液晶表示素子との間に、配光
方位のうち光強度が極大になる光線の方向を、液晶表示
素子の表示面に略垂直な方向に偏向させる光偏向手段を
有することを特徴とする請求項5の液晶表示装置。
6. A light deflecting means for deflecting a direction of a light ray having a maximum light intensity in a light distribution direction between the polarization splitting surface and the liquid crystal display element in a direction substantially perpendicular to the display surface of the liquid crystal display element. The liquid crystal display device according to claim 5, further comprising:
【請求項7】第1の偏光成分とそれと垂直な偏光方向を
有する第2の偏光成分とを含む拡散光を発生する面状の
光発生手段と、 前記光発生手段から発生した光の光路内に配置され、最
大輝度となる配光方位近傍の光線について選択的に、第
1の偏光成分は光出射し、第2の偏光成分の少なくとも
1部を第1の偏光成分に偏光変換して光出射する偏光変
換手段と、 を有する直視型表示素子用照明装置。
7. A planar light generating means for generating diffused light containing a first polarized light component and a second polarized light component having a polarization direction perpendicular to the first polarized light component, and an optical path of light generated from the light generating means. The first polarized light component is selectively emitted with respect to a light beam in the vicinity of the light distribution direction having the maximum brightness, and at least a part of the second polarized light component is polarized and converted into the first polarized light component. An illumination device for a direct-view type display device, comprising: a polarization conversion unit that emits light.
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