JP2005079104A - 偏光光源 - Google Patents

Abstract

【課題】 直線偏光を効率的に出射できる偏光光源を提供する。
【解決手段】 偏光光源は、光線を出射する少なくとも一つの不偏光光源としての発光ダイオード１３と、特定偏光を透過させる反射式偏光子１５と、光線を反射させる反射面である反射器１１の内表面１１ａと、光線の偏光状態を変化させる位相変換装置としての四分の一波長板１４と、を備えている。この偏光光源は、光の行進路上に反射面（内表面１１ａ）と位相変換装置（四分の一波長板１４）とを適宜配置することにより、不偏光を特定偏光へ効率的に変換してから出射する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、偏光光源に関し、特に特定の直線偏光を出射する光源モジュールに関する。

近年、液晶表示器（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）は、薄型化、低電圧駆動および低電力消耗などといった利点を有するため、卓上型およびノート型パソコンのスクリーンへの応用が広まり、次第に従来のＣＲＴ表示器に取って代わる趨勢であり、その関連技術は常に発展している。

直視式及び投影式液晶表示器の主な構造は、光源、液晶パネル及び液晶パネルの前後両側に位置する二つの偏光素子を備える。光線は光源から出射された後、液晶パネルの光源に近い側の偏光素子へ達すると、光線の約半分は透過するが、残り約半分は偏光素子によって吸収されるか反射される。その後、透過した光線は液晶パネルおよびその反対側にある偏光素子を透過して画像を表示する。

上述したように、現在大部分の液晶表示器は蛍光光源または高圧気体などといった不偏光光源を照明システムの主体にして、光線が光源側の偏光素子を透過すると約半分が吸収されるため、僅か半分の光線しか利用できない。そのため、液晶表示器全体の光利用効率を大幅に下げるとともに、システム放熱や環境破壊などといった問題を発生させている。

上記の問題に鑑み、直線偏光を効率的に出射できる光源を提供して、液晶表示器のその他の素子を適宜組み合わせれば、その光利用効率は大幅に向上して、従来の液晶表示器に存在する問題と欠点を改善することができる。

従って、本発明の目的は、不偏光を特定偏光へ効率的に変換してから出射する偏光光源を提供することにある。これを液晶表示器に応用すると、液晶表示器の光利用効率および輝度を大幅に向上することができる。

本発明の第１の態様によれば、偏光光源は、少なくとも一つの不偏光光源と、不偏光光源の一方の特定偏光（Ａ型偏光）を透過させるとともに、他方の特定偏光（Ｂ型偏光）を反射させる反射式偏光子と、反射式偏光子により反射されたＢ型偏光を反射する反射面と、反射面と反射式偏光子との間に設けられ、他方の特定偏光を二回透過させてＡ型偏光へ変換して反射式偏光子を透過させる位相変換装置とを備える。

本発明の第２の態様によれば、偏光光源は、容器状を呈して開口および光線を反射する内表面を有する反射器と、反射器の内表面上に設けられたベースと、ベース上に設けられベースに導線で接続されて光源として使用される少なくとも一つの発光ダイオードと、反射器の開口を覆って密閉し、ベースおよび少なくとも一つの発光ダイオードを、反射器および四分の一波長板により囲まれて形成された密閉空間中に配置した四分の一波長板と、四分の一波長板上に設けられ、光源の一方の特定偏光（Ａ型偏光）を透過させるとともに他方の特定偏光（Ｂ型偏光）を反射する反射式偏光子とを備え、四分の一波長板を設置することにより、反射式偏光子が反射するＢ型偏光を四分の一波長板に二回透過させた後にＡ型偏光へ変換する。

本発明の第３の態様によれば、偏光光源は、容器状を呈して開口および光線を反射する内表面を有する反射器と、反射器の内表面上に設けられ四分の一波長板の機能を有するベースと、ベース上に設けられてベースに電気接続されて光源として使用される少なくとも一つの発光ダイオードと、反射器の開口を覆って密閉し、ベースおよび少なくとも一つの発光ダイオードを反射器および反射式偏光子により囲まれて形成された密閉空間中に設け、光源の一方の特定偏光（Ａ型偏光）を透過させるとともに他方の特定偏光（Ｂ型偏光）を反射させる反射式偏光子とを備え、ベースを配置することで反射式偏光子が反射するＢ型偏光をベースに二回透過させてからＡ型偏光へ変換する。

本発明の偏光光源は、直線偏光を効率的に出射することにより従来の液晶表示器の欠点と問題を改善することができる。

以下図面を参照しながら本発明の好適な実施例を詳細に説明する。同じ要素は同じ符号で示す。

本発明の偏光光源は、主な構造として、光線を出射する少なくとも一つの不偏光光源と、特定偏光を透過させて、残りの偏光を反射させる反射式偏光子と、光線を反射させる反射面と、光線の偏光状態を変化させる位相変換装置とを備えている。各要素の機能および配置を以下に詳細に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の第１実施例による偏光光源を示す断面図である。図１に示すように、第１実施例の偏光光源は凹部を有する反射器１１を備え、その凹部の内表面１１ａにより光線を反射するが、本実施例における内表面１１ａの全体は高反射率層が形成されていてもよい。反射器１１の凹部における内表面１１ａ上にはベース１２が設置されているが、本実施例ではシステムの放熱効果を高めるため、ベース１２を高伝熱材料で構成してもよい。ベース１２上には少なくとも一つの発光ダイオード１３が光源として設置され、ベース１２と導線により接続される。輝度を向上させるために、発光ダイオード１３はフリップチップ（flip-chip）方式によりベース１２の導線に接続される（図１を参照）。この他、発光ダイオード１３の電極１３ｂが、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）からなる透明電極であることが理想的である。

また、反射器１１の凹部の開口に四分の一波長板１４を設置することにより、反射器１１の開口を完全に覆い、ベース１２および発光ダイオード１３を、反射器１１および四分の一波長板１４により囲まれた密閉空間中に配置する。本実施例では、四分の一波長板１４を位相変換装置として、直線偏光を四分の一波長板１４に二回透過させて偏光状態を９０度回転させる。例を挙げると、Ｓ偏光が四分の一波長板１４を二回透過するとＰ偏光に変換され、Ｐ偏光が四分の一波長板１４を二回透過するとＳ偏光に変換される。最後に、四分の一波長板１４上に反射式偏光子１５を設置して偏光光源の全体構造を形成し、反射式偏光子１５が発光ダイオード１３から出射された特定偏光を透過させ（例えばＳ偏光）、他方の特定偏光（例えばＰ偏光）を反射する。本実施例では、ワイヤグリッド偏光子（wire grid polarizer）を利用して反射式偏光子１５とする。

次に、本実施例の偏光光源の動作方式を説明する。図１に示すように、不偏光光線が発光ダイオードの発光領域１３ａから出射された後も、四分の一波長板は不偏光の状態を変化させないため、上に向かう光線は四分の一波長板１４を透過した後も不偏光である。続いて、上へ向かう不偏光が反射式偏光子１５に達すると、一方の特定偏光（例えばＳ偏光）は反射式偏光子１５を透過して外部へ達し、他方の特定偏光（例えばＰ偏光）は下向きに反射される。その後、反射されたＰ偏光は四分の一波長板１４を透過して円偏光になり、続いて下向きに伝達されて発光ダイオード１３およびベース１２を透過する。その後、この円偏光は反射器１１の内表面１１ａにより上向きへ反射されて、四分の一波長板１４を透過してＳ偏光に変換され、最後に反射式偏光子１５を透過する。

一方、発光ダイオード１３の発光領域１３ａから出射された下向きの不偏光は、先ず反射器１１の内表面１１ａにより上向きに反射され、四分の一波長板１４を透過してから反射式偏光子１５へ達する。上述したように、Ｓ偏光は反射式偏光子１５を透過して外部へ達し、Ｐ偏光は下向きに反射された後、前段落で述べたメカニズムにより、Ｓ偏光に変換されて反射式偏光子１５を透過する。また、発光ダイオード１３は反射器１１および四分の一波長板１４により形成された密閉空間中に囲まれ、反射器１１の内表面１１ａ全体は高反射率層であるため、発光ダイオード１３が側辺へ発射した光線が反射されて密閉空間中を伝播し、上述したメカニズムにより完全にＳ偏光へ変換されて反射式偏光子１５を透過する。

上述した例のように、四分の一波長板１４、反射式偏光子１５および反射器１１により形成されたメカニズムおよび構造は、特定偏光（本実施例ではＳ偏光）のみをこの偏光光源から出射する。また、発光ダイオード１３は反射器１１および四分の一波長板１４により形成された密閉空間中に囲まれるため、発光ダイオード１３が出射する不偏光光線は、完全にＳ偏光へ変換されて反射式偏光子１５を透過するまで、この密閉空間中を絶えず伝播する。従って、本発明による偏光光源は発光ダイオード１３が出射する光線を効率的にＳ偏光へ変換することができる。

ただし、注意すべきは、本実施例ではＳ偏光のみが反射式偏光子１５を透過できるが、反射式偏光子１５および四分の一波長板１４を適宜配置することにより、偏光光源にその他の特定偏光（例えばＰ偏光）のみを出射させることもできる。
（実施例２）
図２は、本発明の第２実施例による偏光光源を示す断面図である。第２実施例の偏光光源構造は第１実施例とほぼ同じであるが、ベース２２の上表面２２ａに高反射率層がメッキ加工され、かつ反射器２１の内表面のベース２２が接続された領域以外の領域に高反射率層２１ａが形成されている点が第１実施例と異なる。

図２から分かるように、第２実施例の偏光光源の動作方式は第１実施例と同様であり、発光ダイオード２３から出射された不偏光は反射器２１および四分の一波長板２４により形成された密閉空間中を絶えず伝播して、ベース２２の上表面２２ａおよび反射器２１の内表面にある高反射率層２１ａにより反射され、最後に特定偏光へ完全に変換されて反射式偏光子２５を透過して外部へ達する。本実施例では、第１実施例と異なり光線はベース２２を透過しないため、一部の透過により発生する減衰を減少させるので、第２実施例の偏光光源は不偏光を特定偏光により効率的に変換することができる。
（実施例３）
図３は、本発明の第３実施例による偏光光源を示す断面図である。図３に示すように、第３実施例の偏光光源構造は第１実施例とほぼ同じであるが、ベース３２が複屈折材料からなり、四分の一波長板の機能を持つように製作するため、四分の一波長板を別に準備する必要がない点が第１実施例と異なる。また、第３実施例の偏光光源構造は、反射式偏光子３５が反射器３１の開口を完全に覆い、ベース３２および発光ダイオード３３が、反射器３１および反射式偏光子３５により囲まれた密閉空間中に設けられる点が第１実施例と異なる。

第３実施例の偏光光源の動作方式も第１実施例と同様であり、発光ダイオード３３が出射する不偏光は、ベース３２により完全に特定偏光へ変換されて反射式偏光子３５を透過して外部に達するまで、密閉空間中を絶えず伝播する。本実施例では、光線はもう一つの四分の一波長板を透過する必要がないため、一部の透過により発生する減衰が減少して偏光光源の光利用効率を向上させることができる。また、別の四分の一波長板を準備する必要がないため、偏光光源のコストを低下することもできる。

当然、この分野に熟知する者であれば本発明の精神と領域を逸脱しない範囲において、各種修正や変更を本発明に加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲に記載されている意義と同等の変更は全て本発明に含まれる。

本発明の第１実施例による偏光光源を示す断面図である。 本発明の第２実施例による偏光光源を示す断面図である。 本発明の第３実施例による偏光光源を示す断面図である。

符号の説明

１１，２１，３１ 反射器
１１ａ，２１ａ，２２ａ，３１ａ 高反射率層
１２，２２，３２ ベース
１３，２３，３３ 発光ダイオード
１３ａ 発光領域
１３ｂ 電極
１４，２４ 四分の一波長板
１５，２５，３５ 反射式偏光子

Claims (18)

1. 少なくとも一つの不偏光光源と、反射式偏光子と、反射面と、位相変換装置と、を備える偏光光源であって、
   前記反射式偏光子は前記不偏光光源からの一方の特定偏光を透過させるとともに他方の特定偏光を反射させ、
   前記反射面は前記反射式偏光子により反射された前記他方の特定偏光を反射し、
   前記位相変換装置は、前記反射面と前記反射式偏光子との間に設けられ、前記他方の特定偏光が二回透過され、
   前記位相変換装置に二回透過された前記他方の特定偏光を前記一方の特定偏光へ変換して、前記反射式偏光子を透過させることを特徴とする偏光光源。
2. 前記位相変換装置は四分の一波長板であることを特徴とする請求項１記載の偏光光源。
3. 反射器と、ベースと、少なくとも一つの発光ダイオードと、四分の一波長板と、反射式偏光子と、を備える偏光光源であって、
   前記反射器は、容器状を呈して開口および光線を反射する内表面を有し、
   前記ベースは前記反射器の内表面上に設けられ、
   前記少なくとも一つの発光ダイオードは、前記ベース上に設けられて前記ベースに導線で接続されて光源として使用され、
   前記四分の一波長板は、前記反射器の開口を覆って封止し、前記ベースおよび前記少なくとも一つの発光ダイオードを前記反射器および前記四分の一波長板により囲まれた封止空間中に配置し、
   前記反射式偏光子は、前記四分の一波長板上に設けられ、前記光源からの一方の特定偏光を透過させるとともに他方の特定偏光を反射し、
   前記四分の一波長板を設置することにより、前記反射式偏光子が反射した前記他方の特定偏光を前記四分の一波長板に二回透過させて前記一方の特定偏光へ変換することを特徴とする偏光光源。
4. 前記反射器の内表面は反射層が形成されていることを特徴とする請求項３記載の偏光光源。
5. 前記ベースは伝熱材料からなることを特徴とする請求項３記載の偏光光源。
6. 前記発光ダイオードはフリップチップ方式により前記ベースに電気接続されていることを特徴とする請求項３記載の偏光光源。
7. 前記発光ダイオードの電極が透明電極であることを特徴とする請求項６記載の偏光光源。
8. 前記透明電極はインジウムスズ酸化物からなることを特徴とする請求項７記載の偏光光源。
9. 前記反射式偏光子はワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項３記載の偏光光源。
10. 前記ベースは、前記反射器の開口に近い表面上に反射層がメッキ加工されていることを特徴とする請求項３記載の偏光光源。
11. 前記反射器の内表面は、前記ベースが接続される領域を除いて反射層が形成されていることを特徴とする請求項１０記載の偏光光源。
12. 反射器と、ベースと、少なくとも一つの発光ダイオードと、反射式偏光子と、を備える偏光光源であって、
    前記反射器は容器状を呈して開口および光線を反射する内表面を有し、
    前記ベースは前記反射器の内表面上に設けられ、四分の一波長板の機能を有しており、
    前記少なくとも一つの発光ダイオードは、前記ベース上に設けられて前記ベースに電気接続されて光源として使用され、
    前記反射式偏光子は、前記反射器の開口を覆って封止し、前記ベースおよび前記少なくとも一つの発光ダイオードを前記反射器および前記反射式偏光子により囲まれた封止空間中に配置し、前記反射式偏光子は前記光源からの一方の特定偏光を透過させるとともに他方の特定偏光を反射し、
    前記ベースを設置することにより、前記反射式偏光子が反射した前記他方の特定偏光を前記ベースに二回透過させて前記一方の特定偏光へ変換することを特徴とする偏光光源。
13. 前記反射器の内表面は反射層が形成されていることを特徴とする請求項１２記載の偏光光源。
14. 前記ベースは複屈折材料からなることを特徴とする請求項１２記載の偏光光源。
15. 前記発光ダイオードはフリップチップ方式により前記ベースに電気接続されることを特徴とする請求項１２記載の偏光光源。
16. 前記発光ダイオードの電極が透明電極であることを特徴とする請求項１５記載の偏光光源。
17. 前記透明電極はインジウムスズ酸化物からなることを特徴とする請求項１６記載の偏光光源。
18. 前記反射式偏光子はワイヤグリッド偏光子であることを特徴とする請求項１２記載の偏光光源。

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