JP2005208458A - 両面表示型の画像表示装置及び面光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光の利用効率が良く、しかも両面の画像表示パネルの視野領域が同様な特性を有する薄型化可能な両面表示型画像表示装置を提供する。
【解決手段】 導光板２６の上方に偏光整合板２７を配置し、その上に液晶パネル２２を配置する。導光板２６の下方に１／２波長板からなる位相差板２８を配置し、その下方に偏光整合板２９を配置し、その下方に液晶パネル２４を配置する。液晶パネル２２、２４の偏光透過軸Ｎと偏光整合板２７、２９の偏光透過軸Ｍは平行となっており、それによって両面の画像表示パネルの視野領域を同等にできる。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、両面表示型の画像表示装置及び面光源装置に関する。

図１は従来の両面表示型の画像表示装置１１を示す概略断面図である。画像表示装置１１にあっては、両側に光を出射する面光源装置１２の両面にそれぞれ液晶パネル１３、１４を対向させている。画像表示装置１１では、１つの面光源装置１２を用いて両側の液晶パネル１３、１４を照明することができるので、画像表示装置１１を薄型化することができる。

しかし、この画像表示装置１１では、面光源装置１２の両面からＰ偏光及びＳ偏光の光が出射されており、面光源装置１２の上面側では一方の偏光方向の光（Ｐ偏光の光とする。）だけが液晶パネル１３を透過して画像を生成する。また、面光源装置１２の下面側でもＳ偏光（又はＰ偏光）の光だけが液晶パネル１４を透過して画像を生成する。よって、このような構造の画像表示装置１１では、面光源装置１２の光源から出射される光の利用効率がせいぜい５０％止まりとなり、光の利用効率が悪かった。

図２は光の利用効率を向上させた従来の画像表示装置１５を示す分解斜視図である。これは特許文献１に開示されている。この画像表示装置１５では、面光源装置１２と液晶パネル１３との間に偏光整合板１６を配置し、面光源装置１２と液晶パネル１４との間に偏光整合板１７を配置している。偏光整合板１６と偏光整合板１７とは、偏光透過軸（中性軸）Ｍが互いに直交するように配置されている。偏光整合板１６と液晶パネル１３は偏光透過軸Ｍ、Ｎが互いに平行となるように配置され、偏光整合板１７と液晶パネル１４も偏光透過軸Ｍ、Ｎが互いに平行となるように配置されている。図２では偏光整合板１６、１７及び液晶パネル１３、１４において偏光透過軸の方向をそれぞれ矢印Ｍ、Ｎで表している。

図３は画像表示装置１５の作用説明図である。面光源装置１２から上面側へＰ偏光の光とＳ偏光の光を含んだ光が出射されると、この光は偏光整合板１６に入射する。偏光整合板１６に入射した光のうち、Ｐ偏光の光は偏光整合板１６及び液晶パネル１３を透過し、液晶パネル１３の画像を生成する。また、偏光整合板１６で反射したＳ偏光の光は面光源装置１２を透過し、さらに偏光整合板１７及び液晶パネル１４を透過し、液晶パネル１４の画像を生成する。

このような画像表示装置１５によれば、Ｐ偏光の光は、液晶パネル１３を透過して液晶パネル１３側の画像を生成し、Ｓ偏光の光は液晶パネル１４を透過して液晶パネル１４側の画像を生成するので、光の利用効率が理論的には１００％となる。

しかしながら、液晶パネル１３及び液晶パネル１４の偏光透過軸Ｎは、液晶パネル１３、１４に貼り合わせられている偏光フィルムによるものであり、この偏光フィルムの偏光方向は液晶パネルの視野領域と関係している。液晶パネル１３、１４の偏光透過軸が、図４（ａ）に示すように直交していると、液晶パネル１３を正面から見たとき、図４（ｂ）に示すように縦に長く横に狭い視野領域１８となり、液晶パネル１４を正面から見たとき、図４（ｃ）に示すように横に広く縦に狭い視野領域１８となる。従って、表裏の液晶パネル１３、１４で視野領域１８が異なり、画面の見え具合が異なるので、少なくとも一方の画面が見にくくなる。例えば、両面表示型のディスプレイを備えた携帯電話に用いた場合、液晶パネル１３側では視野領域が横に狭く上下に広いので、周囲から見えにくく使い勝手も良いが、液晶パネル１４では視野領域が横に広いので周囲から画像が覗かれ易く、上下に狭いので上下方向の角度を調整しなければ画面が見にくくなる。

特開２００２−１８９２３０号公報

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、光の利用効率が良く、しかも両面の画像表示パネルの視野領域が同様な特性を有する薄型化可能な両面表示型画像表示装置と、当該画像表示装置に用いられる面光源装置を提供することにある。

本発明にかかる第１の面光源装置は、光入射面より入射した光を内部に閉じ込め、面状に広げて光出射面から外部へ出射させる導光板と、前記導光板に光を入射させる光源と、前記導光板の少なくとも一方の面に偏光整合板を配置した面光源装置において、前記導光板の少なくとも一方の面に、透過する光の偏光状態を変換させるための偏光変換素子を配置したものである。

ここで用いる導光板としては、一方の面だけが光出射面となっているものでもよく、両面が光出射面となっているものでもよい。一方の面が光出射面となっている導光板の場合には、偏光整合板は、光出射面と対向する側にのみ配置してもよく、導光板の両側に配置してもよい。また、両面が光出射面となっている導光板の場合には、導光板の両側に偏光整合板を配置することが好ましい。

前記偏光変換素子は、前記導光板と前記偏光整合板との中間に配置してもよい。また、前記偏光変換素子は、前記偏光整合板を介して前記導光板と反対側に配置してもよく、あるいは、前記導光板を介して前記偏光整合板と反対側に配置してもよい。

光の偏光状態を変換するとは、直線偏光、円偏光、楕円偏光等の各モード間における変換のほか、直線偏光の場合であればその直線偏光の偏光方向を変化させることも含み、また、楕円偏光の場合であればその楕円偏光の長軸方向の角度を変化させることも含む。光の偏光状態を変化させるための前記素子としては、位相差板を用いることができる。位相差板としては、１／２波長板、１／４波長板、１／８波長板などがよく知られているが、これらの限るものではない。また、この素子は１つである必要はなく、複数でもよく、異なる種類のものを組み合わせてもよい。

前記導光板が複屈折性を有する場合には、前記導光板の屈折率が最大となる方向は、前記偏光整合板の偏光透過軸の方向（向きは問わない。）に対して、０°以上２５°以下または６５°以上９０°以下の角度をなしていることが望ましく、さらには、前記偏光整合板の偏光透過軸の方向に対して、０°以上１５°以下または７５°以上９０°以下の角度をなしていることがより好ましい。特に、前記導光板の屈折率が最大となる方向が、偏光整合板の偏光透過軸の方向に対して平行または垂直となっていることが好ましい。なお、偏光整合板の偏光透過軸とは、偏光整合板を回転させてＰ偏光（例えば、電界成分の振動方向）の光の透過率が最大となったとき、そのＰ偏光の振動面と平行な方向を指すものとする。

本発明にかかる第２の面光源装置は、光入射面より入射した光を内部に閉じ込め、面状に広げて光出射面から外部へ出射させる導光板と、前記導光板に光を入射させる光源と、前記導光板の少なくとも一方の面に偏光整合板を配置した面光源装置において、前記導光板により、前記導光板を透過する光の偏光方向を変換させるようにしたことを特徴としている。

導光板により導光板を透過する光の偏光状態を変化させるための一方法としては、導光板に複屈折性を持たせる方法がある。この場合には、導光板の屈折率が最大となる方向が、前記偏光整合板の偏光透過軸の方向に対して、２５°以上６５以下の角度をなしていることが望ましい。

ここで用いる導光板としては、一方の面だけが光出射面となっているものでもよく、両面が光出射面となっているものでもよい。一方の面が光出射面となっている導光板の場合には、偏光整合板は、光出射面と対向する側にのみ配置してもよく、導光板の両側に配置してもよい。また、両面が光出射面となっている導光板の場合には、導光板の両側に偏光整合板を配置する。

本発明にかかる画像表示装置は、本発明にかかる面光源装置と、前記面光源装置を挟んでその両側に配置された画像表示パネルとを備え、両画像表示パネルの偏光透過軸の方向が互いに平行となったものである。なお、画像表示パネルの偏光透過軸とは、Ｐ偏光（例えば、磁界成分の振動方向）の光が入射しているとき、画像表示パネルを回転させてその透過量が最大となったとき、そのＰ偏光の振動面と平行な方向を指すものとする。

本発明にかかる携帯用電子機器は、本発明にかかる画像表示装置を備えたものである。携帯用電子機器としては、折畳み型の携帯電話機がよく知られているが、これ以外にも両面に表示面を有する携帯用電子ブック、携帯用モバイルなどもある。

なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。

本発明にかかる面光源装置によれば、その両面にそれぞれ、偏光透過軸を互いに平行にした状態で画像表示パネルを配置することができる。よって、本発明の面光源装置又は画像表示装置によれば、両面表示型の画像表示装置において、両側の画像表示パネルの視野領域を同等な特性にすることができ、両画像表示パネルを同じ感覚で観察することができ、見易くなる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。

図５は、本発明の実施例１による両面表示型の画像表示装置２１を示す分解斜視図である。画像表示装置２１は、一方の表示面を構成する液晶パネル２２、面光源装置２３、他方の表示面を構成する液晶パネル２４から構成される。液晶パネル２２は、面光源装置２３の一方の面に対向するように配置され、液晶パネル２４は、面光源装置２３の他方の面に対向するように配置される。また、面光源装置２３は、小さな光源２５（以下、点光源という。）、導光板２６、一対の偏光整合板２７、２９、位相差板２８によって構成されている。一方の偏光整合板２７は、導光板２６の一方の面（偏光整合板２７の配置されている側の面を、図５に従って上面側とする。）に対向させて配置されており、その上には液晶パネル２２が配置されている。位相差板２８は、導光板２６の他方の面（位相差板２８の配置されている側の面を、図５に従って下面側とする。）に対向させて配置されており、その下には偏光整合板２９が配置され、その下方には液晶パネル２４が配置されている。

図６は前記点光源２５の構造を示す断面図である。点光源２５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ３１を透明樹脂３２内に封止し、その前面以外の面を白色透明樹脂３３で覆って構成されている。この点光源２５は、フィルム配線基板３４上に実装され、半田３５によってフィルム配線基板３４に固定されている。さらに、フィルム配線基板３４は、ガラスエポキシ樹脂からなる補強板３６に固定される。導光板２６のコーナー部には、点光源２５を挿入するための孔３７が上下方向に貫通している。孔３７の近傍において、導光板２６の下面には位置決めピン３８が突出している。一方、フィルム配線基板（ＦＰＣ）３４と補強板３６には、位置決めピン３８を通すための通孔３９、４０があけられている。

しかして、点光源２５を導光板２６に取り付けるに当たっては、位置決めピン３８の基部周囲において導光板２６の下面に紫外線硬化型接着剤４１を塗布しておく。位置決めピン３８をフィルム配線基板３４と補強板３６の通孔３９、４０に通したら、ＣＣＤカメラ等でモニターしながら導光板２６の厚み方向中心と点光源２５の発光中心との位置決めを行なう。位置決めが完了したら、紫外線を照射することによって紫外線硬化型接着剤４１を硬化させ、導光板２６と点光源２５とを接着する。さらに、位置決めピン３８を補強板３６に熱かしめすることによって点光源２５を導光板２６にしっかりと固定する。

このとき、図６に示されているように、孔３７の内面の厚み方向中心に設けられた突起４２を目印として点光源２５の発光中心の位置決めを行ってもよい。突起４２を設ける位置は、点光源２５の背面側でも、正面側でもよく、その両方でもよい。

なお、フィルム配線基板３４の代わりにガラスエポキシ配線基板やリードフレームを用いてもよい。また、２個以上の発光ダイオードチップを用いる場合には、複数個の発光ダイオードチップを１箇所に集めることで点光源化してもよい。また、点光源２５は、発光ダイオードチップを直接導光板２６内にインサート成形することによって形成してもよく、導光板２６の外部（導光板２６の外周面に対向する位置）に配置されていてもよい。また、複数個の点光源２５を近接させて配置してもよい。

図７は、前記導光板２６の裏面図である。前記導光板２６は、ポリカーボネイト樹脂やアクリル樹脂、メタクリル樹脂等の屈折率の高い透明樹脂やガラスによって略矩形平板状に成形されている。導光板２６の下面には、実質的な面光源となる長方形状の面発光領域４３が形成され、面発光領域４３の周囲には、非発光領域４４が枠状に形成されている。点光源２５を納めるための孔３７は、導光板２６の短辺側の端で、非発光領域４４に開口されている。なお、導光板２６の光入射面（孔３７の内周面）には、発光部２５から導光板２６内に入る光の配向パターンを制御するために、レンズやプリズム、ディフューザー等からなる光学素子が形成されていてもよい。

導光板２６の下面の面発光領域４３には、多数の偏向パターン４５が形成されている。すなわち、導光板２６の面発光領域４３とは、偏向パターン４５を形成された領域である。図８は、導光板２６の下面（以下、パターン面４７ということがある。）の面発光領域４３に形成された偏向パターン４５の配置を上面側から見た平面図である。偏向パターン４５は、点光源２５を中心とする円周上に沿って同心円状に配列されている。各偏向パターン４３の間隔は、点光源２５に近い側では比較的広く、点光源２５から離れるに従って次第に間隔が短くなっている。言い換えると、各偏向パターン４３は、点光源２５に近い側では比較的パターン密度が小さく、点光源２５から離れるに従って次第にパターン密度が大きくなっている。これにより、導光板２６の上面（以下、光出射面４６ということがある。）における輝度が均一になるようにしている。

図９は偏向パターン４５の輪郭を示す斜視図である。偏向パターン４５は、導光板２６の下面を三角溝状に凹設して形成されている。偏向パターン４５は点光源２５側を向いた偏向傾斜面４８と点光源２５から遠い側を向いた再入射面４９とを有している。図１０（ａ）（ｂ）は偏向パターン４５の断面を表している。図１０（ａ）に示すように、偏向傾斜面４８の傾斜角をβとすれば、βは約５０°となっており、再入射面４９の傾斜角γは偏向傾斜面４８の傾斜角βよりも大きくなっている。しかして、偏向傾斜面４８に入射した光５０は、偏向傾斜面４８で全反射され、導光板２６の上面に対してほぼ垂直に入射し、導光板２６の光出射面４６からほぼ垂直に出射される。また、図１０（ｂ）に示すように、偏向パターン４５の偏向傾斜面４８から外へ出た光５０が再入射面４９に入射すると、その光５０は再入射面４９から再び導光板２６内に入射し、導光板２６内を伝搬する。

偏光整合板２７、２９は、液晶パネル２２、２４の画素形成領域よりも大きな面積を有している。偏光整合板２７、２９は、入射する光のうち一方の偏光状態の光を透過させ、他方の偏光状態の光を反射させるものである。このような偏光整合板としては、入射する光のうち一方の偏光方向の直線偏光の光を透過させ、これと直交する偏光方向の直線偏光の光を反射させるものとして、例えば住友スリーエム（株）製のＤ−ＢＥＦ（商品名）がある。また、入射する光のうち一方の旋回方向の円偏光又は楕円偏光の光を透過させ、反対向きの旋回方向の円偏光又は楕円偏光の光を反射させるものとして、例えば日東電工（株）製のＮＩＰＯＣＳ−ＰＣＦ（商品名）がある。実施例１では、偏光整合板２７と偏光整合板２９は、偏光透過軸Ｍが互いに平行となるように配置されている。以下の説明においては、偏光整合板２７、２９は、Ｐ偏光の光を透過し、Ｓ偏光の光を反射するように配置されている。なお、本発明において偏光透過軸が平行であるとは、２つの偏光透過軸のなす角度が４０°以下であることをいい、特に、１５°以下であることが望ましい。

位相差板２８は、直線偏光の光が入射するとき、入射する直線偏光の偏光方向を９０°旋回させて出射するものであって、例えば実施例１では１／２波長板が用いられる。

液晶パネル２２は、その偏光透過軸Ｎが偏光整合板２７の偏光透過軸Ｍと平行となるようにして、偏光整合板２７の上方に配置されている。同様に、液晶パネル２４は、その偏光透過軸Ｎが偏光整合板２９の偏光透過軸Ｍと平行となるようにして、偏光整合板２８の下方に配置されている。なお、液晶パネル２２、２４は透過型又は半透過型のものである。

この面光源装置２１における光の挙動を図１１及び図１２により説明する。図１１は導光板２６内における光の挙動を示す図、図１２は導光板２６から出射された光の挙動をＰ偏光の光とＳ偏光の光とに分けて示した図である。図１１に示すように、点光源２５から出射された光５０は、光入射面から導光板２６内に入光する。光入射面から導光板２６に入射した光５０は、導光板２６内で放射状に広がって進むが、このとき導光板２６内で広がる光５０の各方位の光量は各方位における導光板２６の面積に比例するように、光入射面に設けられたレンズやプリズム、ディフューザー等の光学素子を設計しておくのが望ましい。具体的にいうと、図１３に示すように、導光板２６の任意の方位において広がりΔθの範囲内に出射される光量は、この範囲Δθに含まれる導光板面積（図１３で斜線を施して示した領域の面積）に比例するようにしておくことが望ましく、これによって各方位における面光源装置２３の輝度分布を均一にすることができる。

導光板２６内に入射した光５０は、図１１に示すように、導光板２６の上面と下面とで全反射を繰り返しながら導光板２６内を点光源２５から遠ざかる方向へ進んでいく。導光板２６の下面に入射する光５０は、断面三角形状をした偏向パターン４５で反射する度に導光板２６の上面への入射角（光出射面４６に立てた法線から測った角度）が小さくなる。そして、光出射面４６に全反射の臨界角よりも小さな入射角で入射した光５０は、光出射面４６を透過して光出射面４６にほぼ垂直に出射される。前記のように、いずれの偏向パターン４５も、その長さ方向が点光源２５と各偏向パターン４５を結ぶ方向と直交するように配置されている。そのため、導光板２６内を伝搬している光５０が偏向パターン４５で拡散されても、その光５０は点光源２５と当該偏向パターン４５とを結ぶ方向を含む光出射面４６に垂直な平面内では拡散されるが、光出射面４６に平行な平面内では拡散されることなく直進する。

こうして導光板２６の光出射面４６からほぼ垂直に出射された光は、図１２に示すように、上の偏光整合板２７に入射する。偏光整合板２７に入射した光のうちＰ偏光の光は偏光整合板２７を透過し、Ｓ偏光の光は偏光整合板２７で反射される。偏光整合板２７を透過したＰ偏光の光は、液晶パネル２２を透過して液晶パネル２２の画像を生成する。

また、偏光整合板２７で反射したＳ偏光の光は、導光板２６をそのまま透過して位相差板２８に入射する。Ｓ偏光の光は、位相差板２８を通過する際に一方の偏光方向の光の位相が他方の偏光方向の光に対して位相がπ／２[rad]ずれるので、直線偏光の偏光方向が９０°旋回してＰ偏光に変換される。Ｐ偏光に変換された光は、偏光整合板２９で反射したり吸収されたりすることなく透過し、さらに液晶パネル２４を透過して液晶パネル２４の画像を生成する。なお、ここでは液晶パネル２２も液晶パネル２４もオンになっているものとして説明したが、実際には、液晶パネル２２及び２４のうち一方はオンになり、他方はオフになっている。

しかして、実施例１の画像表示装置２１によれば、ひとつの面光源装置２３によって２つの液晶パネル２２、２４を同時に照明することができるので、画像表示装置２１の薄型化を図ることができると共に、省電力化を図ることができる。また、面光源装置２３から出射された光のうち、Ｐ偏光の光は液晶パネル２２のバックライト光として用いることができ、Ｓ偏光の光は位相差板２８でＰ偏光の光に変換した後、液晶パネル２４のバックライトとして用いることができ、点光源２５から出た光をほとんどロス無く利用することができ、光の利用効率に優れている。さらに、液晶パネル２２から出射される光と、液晶パネル２４から出射される光とは、視野領域がほぼ同じになるので、液晶パネル２２、２４の視認性が良好となり、使い勝手も良好になる。

図１４は比較例を示す斜視図である。この比較例は、実施例１から位相差板２８を除いたものであって、偏光整合板２７、２９の偏光透過軸Ｍと液晶パネル２２、２４の偏光透過軸Ｎとは互いに平行となっている。この比較例では、図１５に示すように、導光板２６の光出射面４６から出射された光のうち、Ｐ偏光の光は、偏光整合板２７及び液晶パネル２２を透過して液晶パネル２２側に画像を生成する。しかし、偏光整合板２７で反射されたＳ偏光の光は、導光板２６を透過しても偏光整合板２９で反射されてしまい、偏光整合板２９を透過することができないので、液晶パネル２４を照明することができない。仮に、偏光整合板２９を除いたとしても、導光板２６を透過した光は偏光方向が液晶パネル２４の偏光透過軸Ｎに直交しているために液晶パネル２４で吸収損失されてしまう。実験を行ったところ、実施例１の場合には、液晶パネル２２での輝度は１１２ｎｔ、液晶パネル２４での輝度は１０４ｎｔであり、両面の画面輝度がほぼ等しくなった。これに対し、比較例の場合には、液晶パネル２２での輝度は９８ｎｔ、液晶パネル２４での輝度は２２ｎｔであった。よって、比較例のような構造では、実際上は、両面表示型の画像表示装置としては使用することはできず、光の利用効率も低くなる。なお、上記ｎｔとは輝度の単位であって、ｎｔ＝nit＝cd/ｍ^２である。

なお、位相差板２８は、図１６に示すように、面光源装置２６の光出射面４６と偏光整合板２７との間に配置してもよい。この場合には、導光板２６の光出射面４６から出射された光は、位相差板２８を透過した後に偏光整合板２７に入射する。偏光整合板２７に入射した光のうち、Ｐ偏光の光は偏光整合板２７を透過し、さらに液晶パネル２２を透過して液晶パネル２２の画像を生成する。また、偏光整合板２７で反射したＳ偏光の光は、位相差板２８を透過することによってＰ偏光の光に変換され、導光板２６、偏光整合板２９及び液晶パネル２４を透過して液晶パネル２４の画像を生成する。よって、この場合にも、液晶パネル２２側と液晶パネル２４側とでは、ほぼ同じ視野領域となる。

また、図５の実施例と図１６の実施例から分かるように、図５又は図１６のような構成の画像表示装置において、導光板２６の両面に偏向パターン４５を設け、導光板２６の両面から同時に光が出射されるようにしてもよい。

なお、位相差板２８は偏光整合板２７又は２９の外側に配置してもよい。例えば、図１７に示す例では、位相差板２８を偏光整合板２９と液晶パネル２４との間に配置している。この場合には、偏光整合板２７と偏光整合板２９の偏光透過軸の方向は互いに直交するが、液晶パネル２２の偏光透過軸と液晶パネル２４の偏光透過軸とは平行となる。

実施例１では、位相差板２８として１枚の１／２波長板を用いたが、１／２波長板に代えて複数枚の位相差板を用い、全体として直線偏光を９０°回転させるようにしてもよい。

図１８は、１／２波長板に代えて、位相差板２８として２枚の１／４波長板を用いた場合を表している。図１８では、１／４波長板からなる２枚の位相差板２８は、導光板２６と偏光整合板２９との間に重ねて配置され、２枚の１／４波長板の主軸方向は互いに平行となっている。この場合には、１枚の位相差板２８は、一方の偏光方向の直線偏光の位相を他方の偏光方向の直線偏光に対してπ／４[red]ずらせるので、２枚の位相差板２８が合わさると、直線偏光の偏光方向は９０°回転させられることになり、１枚の１／２波長板と同じ効果が得られる。また、この２枚の１／４波長板の主軸の角度を変化させることにより、偏光方向が任意の方向を向いた直線偏光に変換することができる。したがって、この構成の場合は液晶パネル２２と２４の偏光透過軸が平行でなく任意の角度となった場合でも対応できる。

なお、２枚の位相差板２８（１／４波長板）は、導光板２６と偏光整合板２７の間に配置してもよい。あるいは、一方の位相差板２８を導光板２６と偏光整合板２７の間に配置し、他方の位相差板２８を導光板２６と偏光整合板２９の間に配置してもよい。

上記実施例では、直線偏光の光が導光板２６を通過する際には、偏光方向は変化しないと仮定したが、実際には、射出成形によって成形された導光板２６は複屈折性を示し、方向によって屈折率が異なっている。導光板２６に複屈折性があると、導光板２６を通過した直線偏光は楕円偏光に変換されたり、偏光方向が変化したりするので、液晶パネル２４から光が出射されなくなったり、出射される光量が低下したりする場合がある。すなわち、導光板２６に複屈折性があり、図１９に示すように、導光板２６の複屈折の主軸方向Ｆ（導光板２６の屈折率が最大となる方向を複屈折の主軸方向という。）が、液晶パネル２２、２４の偏光透過軸Ｎの方向や偏光整合板２７、２９の偏光透過軸Ｍの方向に対して傾いていると、偏光整合板２７で反射したＳ偏光の光は、導光板２６を通過することによって楕円偏光Ｅ１に変換される。これが位相差板２８を透過すると別な楕円偏光Ｅ２に変換されるので、一部の光しか偏光整合板２９及び液晶パネル２４を透過できず、液晶パネル２４から出射される光量が低下する。

図２０は導光板２６の複屈折の主軸方向Ｆと液晶パネル２２、２４及び偏光整合板２７、２９の偏光透過軸Ｍ、Ｎとのなす角度（ここでは導光板角度という。）と液晶パネル２２、２４から出射される光の相対強度との関係を表わす実測データである。図２０からは、導光板角度が０°又は９０°の場合に液晶パネル２２の光強度も液晶パネル２４の光強度も最大となることが分かる。また、導光板角度が０°〜９０°の範囲では、導光板角度が０°〜２５°及び６５°〜９０°（より好ましくは、０°〜１５°及び７５°〜９０°）で光強度が大きくなることが分かる。なお、図２０では導光板角度が０°の場合と、９０°の場合とで光強度が異なっているが、これは測定誤差である。

よって、導光板２６による偏光方向の変化を防止するには、複屈折の主軸方向Ｆが、液晶パネル２２、２４の偏光透過軸Ｎの方向や偏光整合板２７、２９の偏光透過軸Ｍの方向とほぼ平行もしくはほぼ垂直となるようにしておけばよい。ここで、導光板２６の複屈折の主軸方向Ｆが偏光透過軸Ｍ、Ｎにほぼ平行であるとは、主軸方向Ｆが偏光透過軸Ｍ、Ｎの方向に対して−２５°〜＋２５°（より好ましくは、−１５°〜＋１５°）の角度をなしていることをいう。また、複屈折の主軸方向Ｆが偏光透過軸Ｍ、Ｎにほぼ垂直であるとは、主軸方向Ｆが偏光透過軸Ｍ、Ｎの方向に対して＋６５°〜＋１１５°（より好ましくは、＋７５°〜１０５°）の角度をなしていることをいう。

導光板２６の複屈折の主軸方向Ｆは、実験的に定めることができる。しかし、予め複屈折の主軸方向Ｆが、偏光整合板２７、２９の偏光透過軸Ｎや液晶パネル２２、液晶パネル２４の偏光透過軸Ｎの方向とほぼ平行又はほぼ垂直となるように導光板２６を成形することが望ましい。従って、複屈折の主軸方向Ｆは、導光板２６の長辺方向又は短辺方向とほぼ平行となるように成形しておくことが望まれる。このためには、図２１（ａ）（ｂ）〜図２３に示すように、導光板２６を成形するための成形金型５１のキャビティ５２の短辺又は長辺にゲート５３を設け、成形樹脂５４がキャビティ５２の長辺又は短辺とほぼ平行に流れるようにすればよい。成形樹脂５４は流動方向又はその方向とほぼ直交する方向に複屈折の主軸方向Ｆを持つことになるので、図２４に示すように、導光板２６の長辺方向又は短辺方向とほぼ平行に複屈折の主軸方向Ｆが設定されることになる。なお、図２１（ａ）（ｂ）では、キャビティ５２の短辺に幅広のゲート５３を形成しており、図２２ではキャビティ５２の短辺の中央にゲート５３を形成しており、図２３ではキャビティ５２の短辺に複数個のゲート５３を形成している。

図２５は本発明のさらに別な実施例による画像表示装置の構造を示す分解斜視図である。この画像表示装置にあっては、導光板２６の上方に偏光整合板２７と液晶パネル２２を配置し、導光板２６の下方に偏光整合板２９と液晶パネル２４を配置している。液晶パネル２２、２４の偏光透過軸Ｎの方向と偏光整合板２７、２９の偏光透過軸Ｍの方向とは平行となっており、導光板２６の複屈折の主軸方向Ｆ（屈折率が最大の方向）は、光透過軸Ｍ、Ｎの方向に対して約４５°の角度をなしている。ここで、導光板２６の複屈折の主軸方向Ｆが光透過軸Ｍ、Ｎの方向に対して約４５°の角度をなしているとは、主軸方向Ｆが、図２６に示すように、偏光透過軸Ｍ、Ｎの方向に対してθ＝４５°の角度を中心として２５°≦θ≦６５°の範囲の角度をなしていることをいう。

図２７はこの画像表示装置の作用説明図である。この画像表示装置にあっては、導光板２６から出射した光のうちＰ偏光の光は偏光整合板２７を透過して液晶パネル２２を照明する。また、偏光整合板２７で反射したＳ偏光の光は、導光板２６の複屈折の主軸方向に対して約４５°傾いて導光板２６に入射する。そのため、Ｓ偏光の光は、導光板２６を透過することによって楕円偏光Ｅ３に変換される。そして、この楕円偏光Ｅ３の光のうち、偏光整合板２９の偏光透過軸Ｍと平行な偏光成分の光だけが偏光整合板２９を透過して液晶パネル２４に達する。よって、このような構成の画像表示装置においても、薄型化を図ると共に光の利用効率を向上させることができ、しかも、表裏の液晶パネル２２と液晶パネル２４の偏光透過軸Ｎの方向を平行に揃えて視認性を良好にすることができる。

図２８は、導光板角度（導光板２６の複屈折の主軸方向Ｆと液晶パネル２２、２４及び偏光整合板２７、２９の偏光透過軸Ｍ、Ｎとのなす角度）と液晶パネル２２、２４から出射される光の相対強度との関係を表わす実測データである。図２８からは、導光板角度が４５°又は１３５°の場合に液晶パネル２４の光強度が最大となることが分かる。また、導光板角度が２５°〜６５°（１１５°〜１５５°）で光強度が大きくなることが分かる。なお、図２８に示したデータでは、液晶パネル２２側の光強度と液晶パネル２４側の光強度とは異なるスケールで表している。

この実施例に用いられる導光板２６においては、複屈折の主軸方向Ｆが偏光透過軸Ｍ、Ｎに対して２５°〜６５°の角度をなしていればよいから、導光板２６の短辺方向又は長辺方向に対して２５°〜６５°の角度をなしていればよい。導光板２６は、樹脂成形時の成形樹脂の流動方向又はその方向に直交する方向に複屈折の主軸方向Ｆを持つので、導光板２６を成形する際には、図２９に示すように、成形金型５１のキャビティ５２のコーナー部にゲート５３を設けて成形樹脂５４を約４５°の角度で注入させるようにすればよい。

この実施例では、実験によれば、液晶パネル２２側における画面輝度は１３２ｎｔとなり、液晶パネル２４側における画面輝度は６７ｎｔとなった。これに対し、同じく表裏の視野領域を揃えることができる図１４の比較例では、液晶パネル２２側の画面輝度は９８ｎｔ、液晶パネル２４の画面輝度は２２ｎｔである。また、図２に示した従来例では、液晶パネル１３側の画面輝度は１２８ｎｔ、液晶パネル１４側の画面輝度は８７ｎｔとなる。従って、本実施例では、液晶パネル２２側に比べて液晶パネル２４側の輝度が若干低下し、液晶パネル２４の画像が少し暗くなるが、図１４の比較例に比べると、液晶パネル２４側の輝度が３倍になっている。また、図２の従来例に比較すると、液晶パネル２４（液晶パネル１４）側の画面輝度が低いが、図２の従来例では表裏で視野領域が異なるのに対し、本実施例の画像表示装置では、表裏の視野領域を同じにすることができる。

図３０は本発明のさらに別な実施例を示す分解斜視図である。この実施例では、導光板２６の下面と偏光整合板２９との間に、位相差板２８として１／８波長板を配置している。位相差板２８として１／８波長板を用いた場合には、偏光整合板２７で反射されて導光板２６を透過したＳ偏光の光は、位相差板２８を通過することによって楕円偏光Ｅ４となる。そして、楕円偏光Ｅ４の光のうち、偏光整合板２９の偏光透過軸Ｍと平行な成分の直線偏光だけが偏光整合板２９を透過して液晶パネル２４を照明する。

このように位相差板２８として１／８波長板を用いると、１／２波長板を用いた場合と比較して４割ほど液晶パネル２４側の輝度が低下するが、位相差板２８（１／８波長板）がない場合と比較すると、輝度は３倍ほど向上する。

図３１は本発明のさらに別な実施例を示す概略分解斜視図である。図３１に示す実施例では、導光板２６と偏光整合板２７の間（もしくは、導光板２６と位相差板２８の間など）に熱転写シート５５を挟み込んで光の拡散作用を持たせたものである。熱転写シート５５は、熱転写法によりシート状に成形されたポリカーボネイト樹脂などのシートであり、０.１μｍ以下の厚みのものが望ましい。通常の拡散シートは複屈折を持つので、光の利用効率を低下させるが、熱転写シートは複屈折が小さいので、これを拡散シートの代わりに用いれば、光の利用効率をあまり低下させることなく導光板２６から出射された光を拡散させることができる。

図３２は本発明のさらに別な実施例を示す概略分解斜視図である。図３２に示すように、偏光整合板２９は省略してもよい。偏光整合板２９があれば、導光板２６を透過する際にＳ偏光が多少楕円偏光に変換されたり、偏光面が旋回させられても、そのＰ偏光成分は偏光整合板２９で反射されて液晶パネル２２側で再利用される。また、偏光整合板２９を無くせば、偏光整合板２９における光の吸収（実際問題としては、偏光整合板２９も多少光を吸収する。）が起こらなくなる。よって、偏光整合板２９を設けるか、設けないかは、導光板２６を透過する光の特性やコスト等を考慮して決めることができる。

偏光整合板２９を省略した画像表示装置では、実験的には、液晶パネル２２側における画面輝度は１０６ｎｔであり、液晶パネル２４側における画面輝度は１０８ｎｔであった。よって、図１４の比較例で液晶パネル２２側の画面輝度が９８ｎｔ、液晶パネル２４側の画面輝度が２２ｎｔであるのと比較すれば、充分良好な特性が得られる。

図３３は本発明のさらに別な実施例を示す分解斜視図である。図３３に示す画像表示装置は、液晶パネル２２に比べてサイズの小さな液晶パネル２４を用いたものである。この実施例にあっては、導光板２６の上面と偏光整合板２７との間に位相差板２８として１／２波長板を配置し、偏光整合板２９とサイズの小さな液晶パネル２４との間に枠部材５６を配置している。枠部材５６は中央部に開口５７を有し、枠部材５６の外形は導光板２６よりも大きく、開口５７のサイズは液晶パネル２４のサイズとほぼ等しくなっている。また、枠部材５６の少なくとも上面は光吸収性として、できるだけ光の反射を小さくしている。例えば、枠部材５６を黒色板により作製する。

しかして、この実施例によれば、導光板２６の上面から出射して位相差板２８を透過した光のうち、Ｐ偏光の光が偏光整合板２７を透過して液晶パネル２２を照明する。また、偏光整合板２７で反射されたＳ偏光の光は位相差板２８でＰ偏光の光に変換され、導光板２６と偏光整合板２９を透過し、枠部材５６及び液晶パネル２４に入射する。液晶パネル２４に入射したＰ偏光の光は、液晶パネル２４を透過して画像となる。一方、枠部材５６に入射したＰ偏光の光は、枠部材５６によってほぼ吸収され、液晶パネル２２側へ反射されないので、液晶パネル２２の画面に枠部材５６が映り込み、開口５７が液晶パネル２２から見えるのを防ぐことができる。

図３３のような構造の画像表示装置において、枠部材５６の表面の反射率が高い場合を考えると、液晶パネル２４に入射した光は液晶パネル２４で吸収されるのに対し、枠部材５６では高い反射率で光が反射されて液晶パネル２２に到達し、液晶パネル２２では枠部材５６の開口５７の縁が見えてしまう。この理由は次のとおりである。偏光整合板２７で反射されたＳ偏光の光が、位相差板２８でＰ偏光に変換された後に枠部材５６に入射すると、このＰ偏光の光は枠部材５６により高い反射率で反射される。枠部材５６で反射された光は、偏光整合板２９、導光板２６及び位相差板２８を透過して偏光整合板２７に到達する。このときＰ偏光の光が位相差板２８を斜めに透過すると、この光が位相差板２８を通過する光路長が垂直に通過する場合に比べて長くなるので、その結果位相が９０°以上ずれてしまい、透過した光は楕円偏光になる。そのため、この楕円偏光の光が偏光整合板２７を透過してＰ偏光の光となり、液晶パネル２２に到達するので、液晶パネル２４に対向する領域における液晶パネル２２の画面輝度に比べて枠部材５６に対向する領域における液晶パネル２２の画面輝度が明るくなり、開口５７の縁が見えることになる。

これに対し、図３３に示す実施例では、枠部材５６の少なくとも上面を低反射率としているので、液晶パネル２４に対向する領域における液晶パネル２２の画面輝度と枠部材５６に対向する領域における液晶パネル２２の画面輝度との輝度差を小さくすることができ、開口５７の縁が見えにくくなる。

なお、このような構造以外の前記実施例においても、一方の液晶パネル２４を小さなサイズにする場合にその回りを枠部材５６で覆い、枠部材５６の少なくとも上面を光吸収性とすることができる。

上記各実施例では、点光源を導光板２６のコーナー部又はコーナー部付近に配置したが、略矩形状をした導光板の一辺の近傍において、その辺の中央部に点光源を配置してもよい。また、本発明の構成は、冷陰極線管のような線状光源を用いたものにも適用できる。さらには、点光源を用いて線状光源化した光源を用いることもできる。また、導光板２６は、片面から光を出射させるものに限らず、両面から光を出射させるものであってもよい。

また、上記実施例では、偏光整合板は、一方の直線偏光の光を透過させ、他方の直線偏光の光を反射させるものを用いたが、一方の向きに回転する円偏光（または楕円偏光）の光を透過させ、他方の向きに回転する円偏光（または楕円偏光）の光を反射させる偏光整合板を用いてもよい。

本発明の画像表示装置は例えば折り畳み式の携帯電話機などに用いられる。図３４及び図３５は折り畳み式の携帯電話機６１を示す斜視図であって、図３４では折り畳んで閉じた状態の斜視図を示し、図３５では、開いた状態の斜視図を示している。この携帯電話機６１は、回路基板やバッテリー等を内蔵され表面にスイッチ類やテンキー６３等を設けられた本体部６４と、本発明にかかる両面表示型の画像表示装置６２とアンテナ６７を組み込まれたカバー部６５とが蝶番部６６によって回動自在に連結されている。両面表示型画像表示装置６２のメイン側の液晶パネル２２は、図３５に示すように、液晶ディスプレイとしてカバー部６５の内面に配置されている。画像表示装置６２のサブ側の液晶パネル２４は、図３４に示すように、カバー部６５の外面に露出している。

このような携帯電話機６４によれば、カバー部６５と本体部６４を開いて液晶パネル２２を観察する場合でも、カバー部６５を閉じて液晶パネル２４を観察する場合でも、視野領域が同じような特性を有しているので、同じような感覚で見ることができ、使い勝手が良好となる。

従来の両面表示型の画像表示装置を示す概略断面図である。 従来の別な画像表示装置を示す分解斜視図である。 図２の画像表示装置の作用説明図である。 （ａ）は、図２の画像表示装置における２枚の液晶パネルの偏光透過軸の位置関係を示す概略斜視図、（ｂ）は一方の液晶パネルにおける視野領域を示す図、（ｃ）は他方の液晶パネルにおける視野領域を示す図である。 本発明の実施例１による両面表示型の画像表示装置を示す分解斜視図である。 実施例１に用いられている点光源の構造を示す断面図である。 実施例１に用いられている導光板の裏面図である。 同上の導光板の下面に設けられている偏向パターンを示す図である。 一つの偏向パターンの輪郭を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）は、偏向パターンの断面形状とその作用を示す図である。 実施例１の面光源装置において、導光板内の光の挙動を説明する図である。 実施例１の面光源装置において、導光板から出射された光の挙動を説明する図である。 導光板内における各方位への光の分配の仕方を説明するための図である。 比較例を示す斜視図である。 比較例の作用説明図である。 実施例１の変形例を示す分解斜視図である。 実施例１の別な変形例を示す分解斜視図である。 実施例２の画像表示装置を示す分解斜視図である。 実施例３の画像表示装置を示す分解斜視図である。 導光板角度と液晶パネルから出射される光の相対強度との関係を表わす実測データである。 （ａ）は導光板を成形するための成形金型の水平断面図、（ｂ）はその成形金型の一部を示す縦断面図である。 導光板を成形するための別な成形金型の水平断面図である。 導光板を成形するためのさらに別な成形金型の水平断面図である。 図２１〜２３の成形金型により成形された導光板における複屈折の主軸方向を示す図である。 実施例４による画像表示装置の構造を示す分解斜視図である。 導光板の複屈折の主軸方向と光透過軸の方向との関係を示す平面図である。 実施例４による画像表示装置の作用説明図である。 導光板角度と液晶パネルから出射される光の相対強度との関係を表わす実測データである。 導光板を成形するための成形金型を示す水平断面図である。 実施例５による画像表示装置を示す分解斜視図である。 実施例６による画像表示装置を示す概略分解斜視図である。 実施例７による画像表示装置を示す概略分解斜視図である。 実施例８による画像表示装置を示す概略分解斜視図である。 折り畳んで閉じた状態の折り畳み式携帯電話機を示す斜視図である。 開いた状態の携帯電話機を示す斜視図である。

符号の説明

２１ 画像表示装置
２２ 液晶パネル
２３ 面光源装置
２４ 液晶パネル
２５ 点光源
２６ 導光板
２７、２９ 偏光整合板
２８ 位相差板
４５ 偏向パターン
４６ 光出射面
４７ パターン面
５０ 光
６１ 携帯電話機

Claims (12)

1. 光入射面より入射した光を内部に閉じ込め、面状に広げて光出射面から外部へ出射させる導光板と、前記導光板に光を入射させる光源と、前記導光板の少なくとも一方の面に偏光整合板を配置した面光源装置において、
   前記導光板の少なくとも一方の面に、透過する光の偏光状態を変換させるための偏光変換素子を配置したことを特徴とする面光源装置。
2. 前記偏光変換素子は、前記導光板と前記偏光整合板との中間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
3. 前記偏光変換素子は、前記偏光整合板を介して前記導光板と反対側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
4. 前記偏光変換素子は、前記導光板を介して前記偏光整合板と反対側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
5. 前記偏光変換素子は、位相差板であることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
6. 前記導光板が複屈折性を有する場合において、前記導光板の屈折率が最大となる方向が、前記偏光整合板の偏光透過軸の方向に対して、０°以上２５°以下または６５°以上９０°以下の角度をなしていることを特徴とする、請求項１に記載の面光源装置。
7. 光入射面より入射した光を内部に閉じ込め、面状に広げて光出射面から外部へ出射させる導光板と、前記導光板に光を入射させる光源と、前記導光板の少なくとも一方の面に偏光整合板を配置した面光源装置において、
   前記導光板により、前記導光板を透過する光の偏光状態を変換させるようにしたことを特徴とする面光源装置。
8. 前記導光板は複屈折性を有し、前記導光板の屈折率が最大となる方向が、前記偏光整合板の偏光透過軸の方向に対して、２５°以上６５°以下の角度をなしていることを特徴とする、請求項７に記載の面光源装置。
9. 前記光出射面は前記導光板の一方の面に形成され、前記偏光整合板は前記光出射面と対向する側にのみ配置されていることを特徴とする、請求項１又は７に記載の面光源装置。
10. 前記偏光整合板は前記導光板の両面に配置されていることを特徴とする、請求項１又は７に記載の面光源装置。
11. 請求項１乃至１０に記載の面光源装置と、前記面光源装置を挟んでその両側に配置された画像表示パネルとを備え、両画像表示パネルの偏光透過軸の方向が互いに平行となっていることを特徴とする画像表示装置。
12. 請求項１１に記載の画像表示装置を備えた携帯用電子機器。

Images