JP2007042511A - 面光源装置及びそれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出射光の偏光異方性を可及的に増大させて、出射光の光量を有効に利用する。
【解決手段】面光源装置１０は、偏光板３３に対向して配置され、偏光板３３へ向かって光を出射する複数の光源１６を備えている。複数の光源１６は、それぞれ偏光した光を出射するように構成されている。各光源１６の光の偏光方向と、偏光板３３における透過軸の方向Ａとの成す角度は、−１０°以上且つ＋１０°以下になっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、出射面から均一な光を出射する面光源装置、及びそれを備えた表示装置に関するものである。

表示装置の一つである液晶表示装置（Liquid Crystal Display）は、近年、薄型で低消費電力であるという特徴を生かして、例えば、パーソナルコンピュータ等のＯＡ機器、携帯情報機器、及びカメラー体型ＶＴＲ等に広く用いられている。

このような液晶表示装置としては、例えば、視認性に優れた透過型の液晶表示装置が知られている。透過型の液晶表示装置は、液晶表示素子（液晶表示パネル）の背面側に設けられた面光源装置（以降、バックライトとも称する）を備え、このバックライトの光を液晶表示素子で変調することにより、表示を行うようになっている。また、バックライトの光による透過表示に加え、周囲の外光を利用して反射表示を行う透過反射両用型の液晶表示装置も一般に知られている。

透過表示を行う液晶表示装置には、エッジライト型のバックライトの他に、いわゆる直下型のバックライトが適用される（例えば、特許文献１等参照）。ここで、断面図である図１３を参照して、直下型のバックライトについて説明する。

バックライト１０１は、液晶パネル１０５と共にケーシング１０６の内部に収納されることにより、液晶表示装置１００を構成している。ケーシング１０６の上部には開口部が形成され、その開口部の下方に液晶パネル１０５が配置されている。一方、ケーシング１０６の開口部は外側から前面保護板１０８により覆われている。また、ケーシング１０６の側壁には、複数の放熱孔１２１，１２２が貫通形成されている。

液晶パネル１０５の下方には、光学シート１０４及び拡散シート１０３が重ねて配置されている。さらに、拡散シート１０３の下方には、上記バックライト１０１が配置されている。また、バックライト１０１の下方には、回路基板１３１，１３２が設けられている。

バックライト１０１は、凹形状の反射板１１０と、その内部に所定の間隔で互いに平行に配置された光源である蛍光管１０９とを有している。そして、蛍光管１０９から出射された光を反射板１１０で反射させ、拡散板１０３及び光学シート１０４を介して液晶パネル１０５側へ一様に出射するようになっている。

特許文献１では、反射板１１０の表面に設けた高熱放射成膜１１１，１１２、キャビネット１０６の表面に設けた高熱放射成膜１１１１３，１１４、及び光学シート１０４の表面に設けた低熱放射成膜１０２によって、下方への熱放射を増大させ、液晶表示装置自体の温度上昇を低減するようにしている。
特開２００５−１７４１４号公報

ところで、一対の偏光板により挟み込まれた表示パネルを有する液晶表示装置等の表示装置は、それらの各偏光板によって所定の透過軸性を有している。したがって、表示パネルを照射する面光源装置からの光が十分な偏光性を有しない場合には、その偏光板において偏光ロスが生じることになり、バックライトから出射される光を有効に利用できなくなってしまう。

一般に、バックライトの出射光は光学シートによって偏光されるが、実際には、光学シートのみにより光の偏光成分を増大させるには限度がある。すなわち、現状のところ、バックライトの出射光は、その光量を有効に利用されていないという問題がある。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、面光源装置の出射光の偏光性を高めて、その光量を有効に利用しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、偏光板に光を入射させる光源自体が偏光を出射するようにした。

具体的に、本発明に係る面光源装置は、偏光板に対向して配置されると共に上記偏光板へ向かって光を出射する複数の光源を備えた面光源装置であって、上記複数の光源は、それぞれ偏光した光を出射するように構成され、上記各光源の光の偏光方向と、上記偏光板における透過軸の方向との成す角度は、−１０°以上且つ＋１０°以下である。

また、本発明に係る面光源装置は、偏光板に対向して配置されると共に上記偏光板へ向かって光を出射する複数の光源を備えた面光源装置であって、上記複数の光源は、上記偏光板の透過軸と同じ方向に偏光した光をそれぞれ出射するように構成されている。

上記光源と上記偏光板との間に配置され、上記光源の光を拡散させる拡散部材を備えていてもよい。

上記偏光板に対向して配置された基板を備え、上記複数の光源は、上記基板の表面に所定の間隔で配置されていてもよい。

上記光源は、発光ダイオードにより構成されていることが好ましい。

上記発光ダイオードの半導体チップは、発光に寄与する活性層を備え、上記活性層は、量子細線構造又は量子ドット構造を有していてもよい。

また、本発明に係る表示装置は、互いに対向して設けられた第１偏光板及び第２偏光板を有する表示素子と、上記第１偏光板に対向して配置されると共に上記第１偏光板へ向かって光を出射する複数の光源を有する面状光源装置とを備えた表示装置であって、上記複数の光源は、それぞれ偏光した光を出射するように構成され、上記各光源の光の偏光方向と、上記第１偏光板における透過軸の方向との成す角度は、−１０°以上且つ＋１０°以下である。

また、本発明に係る表示装置は、互いに対向して設けられた第１偏光板及び第２偏光板を有する表示素子と、上記第１偏光板に対向して配置されると共に上記第１偏光板へ向かって光を出射する複数の光源を有する面状光源装置とを備えた表示装置であって、上記複数の光源は、上記第１偏光板の透過軸と同じ方向に偏光した光をそれぞれ出射するように構成されている。

上記表示素子は、液晶表示素子であってもよい。

−作用−
次に、本発明の作用について説明する。

面状光源装置は、複数の光源からそれぞれ光を出射することにより、全体として、面状光を出射する。このとき、複数の光源から出射された光は、偏光板における透過軸の方向との成す角度が−１０°以上且つ＋１０°以下となる方向に偏光しているので、効率よく偏光板を透過する。すなわち、偏光ロスが少なく、各光源の光量が有効に利用される。光源から出射された光の偏光方向は、偏光板の透過軸と同じ方向であることが好ましい。そのことにより、光源の光はさらに効率よく偏光板を透過する。ここで、仮に、光源の出射光の偏光方向と偏光板の透過軸の方向との成す角度が−１０°未満である場合、及び＋１０°よりも大きい場合には、偏光板を透過できない光の量が多くなりすぎるため、光源の光を有効に利用することができない。したがって、上記角度の範囲は、−１０°以上且つ＋１０°以下であることが好ましい。

光源と偏光板との間に拡散部材を設けることにより、面状光を出射するために上記各光源を隙間無く配置する必要がなく、分散して配置させること可能となる。すなわち、分散して配置された各光源から出射された光は、拡散部材を透過することにより拡散され、拡散部材から面状光として出射される。

複数の光源は、偏光板に対向して配置された基板に所定の間隔に配置することで、各光源を容易且つ適切に固定配置することが可能となる。

ところで、発光ダイオードは、発光する半導体チップと蛍光体等とを備えている。上記半導体チップは、発光に寄与する活性層を有し、一般的には、上記活性層は、発光層が量子効果を奏しない厚みを有するバルク構造や、１次元方向にのみ量子閉じ込め効果を奏する量子井戸構造を備えている。これらバルク構造や量子井戸構造の活性層を有する発光ダイオードの出射光は、偏光性を示し難い。

これに対し、活性層の構造を、２次元方向の量子閉じ込め効果を奏して発光効率が高い量子細線構造や、形状異方性を有する量子ドット構造とすることにより、半導体チップの平面方向へ出射する光に対し、偏光性を増大させることが可能となる。この場合、半導体チップを発光ダイオードとしてパッケージングするときに、その偏光方向を調整することが可能である。

したがって、本発明のように、上記光源を点状光源である発光ダイオードにより構成し、その発光ダイオードの活性層の構造を、量子細線構造又は量子ドット構造とすることにより、所望の方向に偏光した光を出射させることが可能となる。

その結果、面状光源装置の出射光自体が十分な偏光性を有するため、その出射光の偏光異方性を増大できると共に、偏光板（第１偏光板）における偏光ロスを低減して、面状光源装置の光を有効に利用することが可能となる。したがって、上記面状光源装置を備えた表示装置は、表示される画像の輝度が効率よく高められる。

本発明によると、偏光板に対向配置された複数の光源自体がそれぞれ偏光を出射するようにしたので、面光源装置の出射光の偏光異方性を可及的に増大させることができ、光源の光量を有効に利用することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１〜図４は、本発明に係るバックライト及びそれを備えた表示装置の実施形態を示している。以下の実施形態では、図１における上側を「前面側」と称し、下側を「背面側」と称する。すなわち、観察者は、表示装置の前面側で表示を観察する。

斜視図である図１に示すように、本実施形態の液晶表示装置Ｓは、面状光源装置であるバックライト１０と、上記バックライト１０の前面側に対向して配置された表示素子である液晶表示素子３０とを備えている。液晶表示装置Ｓは、透過型の液晶表示装置であり、バックライト１０から出射された光を液晶表示素子３０によって変調することにより、表示を行うようになっている。

上記液晶表示素子３０は、典型的には、一対の基板３１とこれらの各基板３１の間に設けられた液晶層（図示省略）とを備えている。詳細な図示は省略するが、一対の基板３１は、例えば、複数のＴＦＴ（Thin-Film Transistor）が形成されたＴＦＴ基板と、共通電極やカラーフィルタ等が形成された対向基板とにより構成されている。

また、液晶表示素子３０は、上記一対の基板３１を上下に挟んだ状態で設けられた一対の偏光板３２，３３を有している。一対の偏光板３２，３３は、上記一対の基板３１の背面側に配置された第１偏光板３３と、基板３１の前面側に設けられた第２偏光板３２とにより構成されている。上記各偏光板３２，３３の透過軸は互いに略直交するようになっている。

上記バックライト１０は、上記第１偏光板３３に対向して配置されている。すなわち、バックライト１０は、第１偏光板３３に対向して配置された光源ユニット１２と、光源ユニット１２と第１偏光板３３との間に設けられた拡散部材１３と、拡散部材１３と第１偏光板３３との間に配置された光学部材１４とを有している。

上記光源ユニット１２は、第１偏光板３３に対向して配置された基板１５と、基板１５の前面側の表面に所定の間隔で設けられ、第１偏光板３３へ向かって光を出射する複数の光源１６とを有している。

光源１６は、点状光源である発光ダイオード（以下、ＬＥＤ光源１６と称する）を有している。本実施形態のＬＥＤ光源１６は、平面図である図２に示すように、蛍光体を用いて白色光を出射する白色ＬＥＤ１７を有している。白色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ等からなり青色発光する半導体チップと、ＹＡＧ等に代表される黄色の蛍光体とを有し、このことにより、白色光を発するようになっている。

上記拡散部材１３は、例えば、拡散板１８と拡散シート１９とにより構成されている。拡散板１８は、拡散シート１９と光源ユニット１２との間に配置されている。拡散板１８及び拡散シート１９は、各ＬＥＤ光源１６から出射された光を拡散させることにより、バックライト１０の光を全体として面状光にするようになっている。尚、ＬＥＤ光源１６の光は、主に拡散板１８によって拡散され、さらに拡散シート１９によって拡散度合いが微調整される。

上記光学部材１４は、例えば、第１の光学シート２０と、この第１の光学シート２０の前面側に設けられた第２の光学シート２１とにより構成されている。第１の光学シート２０は、プリズムシートとも称され、例えばポリエステルフィルム層の表面にアクリル系樹脂からなる断面三角形状のプリズム構造を有している。そのことにより、拡散シート１９を透過して拡散された光を前面方向に集光し輝度を増大させるようになっている。

第２の光学シート２１は、多層膜構造を有しており、例えば、入射光のうちＳ波だけを透過させる一方、入射光のＰ波を反射することによって、光をＳ波とＰ波とに分解するような構成を有する。第２の光学シート２１により反射された光は、その背面側の光源１２や拡散部材１３等において反射・屈折が繰り返された後に、再び第２の光学シート２１へ入射する。その際に、またＳ波だけが第２の光学シート２１を透過する。このような構成により、第２の光学シート２１は、入射光の偏光性を高めるようになっている。

そして、本発明の特徴として、上記各ＬＥＤ光源１６は、それぞれ偏光した光を出射するように構成され、各ＬＥＤ光源１６の光の偏光方向と、第１偏光板３３における透過軸の方向Ａとの成す角度が、−１０°以上且つ＋１０°以下になっている。さらに、上記角度は−５°以上且つ＋５°以下であることが好ましい。また、各ＬＥＤ光源１６の出射光は、図３に示すように、第１偏光板３３の透過軸Ａと同じ方向に偏光していることがさらに望ましい。

上記ＬＥＤ光源１６の半導体チップは、発光に寄与する活性層を備え、上記活性層は、量子細線構造（２次元方向の量子閉じ込め効果を奏し、発光効率が高い構造）又は形状異方性を有する量子ドット構造（３次元方向の量子閉じこめ効果を奏し、発光効率が高い構造）を有している。このことにより、各ＬＥＤ光源１６は、偏光を出射するように構成されている。出射光の偏光異方性は、上記半導体チップをＬＥＤとして組み込む際に調整することが可能である。

各ＬＥＤ光源１６は、図１及び平面図である図４に示すように、例えば、基板１５の表面にマトリクス状に配置されている。各ＬＥＤ光源１６は、同じ方向に並んで配置されると共に、所定の間隔で均等に配置されている。

以上の構成により、光源ユニット１２の各ＬＥＤ光源１６から出射されて偏光した光は、その偏光方向と第１偏光板３３の透過軸の方向Ａとの成す角度が−１０°以上且つ＋１０°以下である状態で、拡散部材１３に入射する。拡散部材１３に入射した光は、偏光した状態で、拡散板１８及び拡散シート１９によって拡散される。そのことにより、光は拡散シート１９の表面の全面に亘って均一に出射される。

拡散シート１９から出射した光は、偏光した状態で、光学部材１４の第１の光学シート２０を透過することにより、光の進行方向が液晶表示素子３０における表示面の法線方向に近付けられる。その後、第１の光学シート２０を透過した偏光状態の光は、第２の光学シート２１を透過することにより、その偏光性がさらに高められる。

その後、第２の光学シート２１から出射した光は、液晶表示素子３０の第１偏光板３３に入射する。このとき、光は第１偏光板３３の透過軸と略同じ方向Ａに偏光しているので、そのほとんど全てが第１偏光板３３を透過する。第１偏光板３３を透過した光は、一対の基板３１において変調され、第２偏光板３２を選択的に透過する。こうして、所望の光が液晶表示素子３０を透過して、輝度の高い表示が行われる。

ここで、仮に、ＬＥＤ光源１６の出射光の偏光方向と第１偏光板３３の透過軸の方向Ａとの成す角度が−１０°未満である場合、及び＋１０°よりも大きい場合には、第１偏光板３３を透過できない光の量が多くなりすぎるため、ＬＥＤ光源１６の光を有効に利用することができない。これに対し、本実施形態によると、第１偏光板３３に対向して配置させた複数のＬＥＤ光源１６自体がそれぞれ偏光を出射し、且つその偏光方向を第１偏光板３３の透過軸の方向Ａとの成す角度が−１０°以上且つ＋１０°以下であるようにしたので、第１偏光板３３における偏光ロスを効果的に低減することができる。その結果、バックライト１０の光の光量を有効に利用できるため、表示光の輝度を効率よく高めることができる。すなわち、バックライト１０の消費電力の低減を図りつつ、表示光の輝度を高めることができる。

さらに、ＬＥＤ光源１６を発光ダイオードにより構成し、その発光ダイオードの活性層の構造を、量子細線構造又は量子ドット構造とすることにより、半導体チップを発光ダイオードとしてパッケージングするときにその偏光方向を調整できるため、所望の方向に偏光した光を出射させることができる。

尚、各ＬＥＤ光源１６を基板１５に隙間なく敷き詰めるように配置すれば、拡散部材１３を省略することも可能となる。本実施形態では、拡散部材１３を設けているので、各ＬＥＤ光源１６同士を所定の間隔をおいて配置させても面状光を出射することができる。また、光源ユニット１２を設けるようにしたので、バックライト１０においていわゆる導光板を省略することができる。また、各ＬＥＤ光源１６自体が偏光した光を出射するようにしたので、偏光性を高める上記第２の光学シート２１を省略することも可能となり得る。

《その他の実施形態》
次に、本発明の他の実施形態について説明する。尚、以降の各実施形態では、図１〜図４と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

上記実施形態１では、複数のＬＥＤ光源１６をマトリクス状に配置したが、本発明はこれに限らず、その他の配置にしてもよい。例えば、平面図である図５に示すように、図４のようにマトリクス状に配置した各ＬＥＤ光源１６を、基板１５の端辺に対して所定の角度だけ傾けるようにしてもよい。

すなわち、ＬＥＤ光源１６を、光の偏光方向を所定方向に規定して一括して製造しておく。そして、第１偏光板３３の透過軸の方向Ａに応じて、ＬＥＤ光源１６自体を傾けることにより、ＬＥＤ光源１６の光の偏光方向を調節することができる。このことにより、ＬＥＤ光源１６を容易に製造できる。

また、複数のＬＥＤ光源１６は、これ以外にも、図６〜図９に示すような配置にすることが可能である。図６は各ＬＥＤ光源１６を千鳥状に配置したものであり、図７は図６の配置において各ＬＥＤ光源１６をそれぞれ傾けたものである。また、図８は各ＬＥＤ光源１６をランダム状に配置したものであり、図９は図８の配置において各ＬＥＤ光源１６をそれぞれ傾けたものである。

上記実施形態１では、各ＬＥＤ光源１６を蛍光体を用いた１つの白色発光ダイオードによって構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、蛍光体を用いた複数の白色発光ダイオードにより、各ＬＥＤ光源１６を構成してもよい。また、図１０及び図１２に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の発光ダイオード１７ｒ，１７ｇ，１７ｂを一組として、白色光を発するＬＥＤ光源１６を構成するようにしてもよい。図１０は、３色の発光ダイオード１７ｒ，１７ｇ，１７ｂを三角形状に配置したものであり、図１２は、３色の発光ダイオード１７ｒ，１７ｇ，１７ｂを直線状に配置したものである。また、図１１は、１つのＲの発光ダイオード１７ｒと、２つのＧの発光ダイオード１７ｇと、２つのＢの発光ダイオード１７ｂとを直線状に配置して一組のＬＥＤ光源１６にしたものである。これら各発光ダイオード１７ｒ，１７ｇ，１７ｂは、各ＬＥＤ光源１６において同じ偏光方向の光を出射するようになっている。このようにしても、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明は、面光源装置及びそれを備えた表示装置について有用であり、特に、出射光の偏光異方性を可及的に増大させて、出射光の光量を有効に利用する場合に適している。

実施形態１の面光源装置及び液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 ＬＥＤ光源を拡大して示す平面図である。 ＬＥＤ光源から出射される光の偏光方向を示す斜視図である。 実施形態１の光源ユニットの外観を示す平面図である。 他の実施形態における光源ユニットの外観を示す平面図である。 他の実施形態における光源ユニットの外観を示す平面図である。 他の実施形態における光源ユニットの外観を示す平面図である。 他の実施形態における光源ユニットの外観を示す平面図である。 他の実施形態における光源ユニットの外観を示す平面図である。 他の実施形態のＬＥＤ光源を拡大して示す平面図である。 他の実施形態のＬＥＤ光源を拡大して示す平面図である。 他の実施形態のＬＥＤ光源を拡大して示す平面図である。 従来の面光源装置及び表示装置を示す断面図である。

符号の説明

Ｓ 液晶表示装置（表示装置）
Ａ 透過軸の方向
１０ バックライト（面光源装置）
１３ 拡散部材
１５ 基板
１６ ＬＥＤ光源（光源）
１７ 白色ＬＥＤ
１７ｒ，１７ｇ，１７ｂ 発光ダイオード
１８ 拡散板
１９ 拡散シート
３０ 液晶表示素子
３２ 第２偏光板
３３ 第１偏光板

Claims (9)

1. 偏光板に対向して配置されると共に上記偏光板へ向かって光を出射する複数の光源を備えた面光源装置であって、
   上記複数の光源は、それぞれ偏光した光を出射するように構成され、
   上記各光源の光の偏光方向と、上記偏光板における透過軸の方向との成す角度は、−１０°以上且つ＋１０°以下である
   ことを特徴とする面光源装置。
2. 偏光板に対向して配置されると共に上記偏光板へ向かって光を出射する複数の光源を備えた面光源装置であって、
   上記複数の光源は、上記偏光板の透過軸と同じ方向に偏光した光をそれぞれ出射するように構成されている
   ことを特徴とする面光源装置。
3. 請求項１又は２において、
   上記光源と上記偏光板との間に配置され、上記光源の光を拡散させる拡散部材を備えている
   ことを特徴とする面光源装置。
4. 請求項３において、
   上記偏光板に対向して配置された基板を備え、
   上記複数の光源は、上記基板の表面に所定の間隔で配置されている
   ことを特徴とする表示装置。
5. 請求項１又は２において、
   上記光源は、発光ダイオードにより構成されている
   ことを特徴とする面光源装置。
6. 請求項５において、
   上記発光ダイオードの半導体チップは、発光に寄与する活性層を備え、
   上記活性層は、量子細線構造又は量子ドット構造を有している
   ことを特徴とする面光源装置。
7. 互いに対向して設けられた第１偏光板及び第２偏光板を有する表示素子と、
   上記第１偏光板に対向して配置されると共に上記第１偏光板へ向かって光を出射する複数の光源を有する面状光源装置とを備えた表示装置であって、
   上記複数の光源は、それぞれ偏光した光を出射するように構成され、
   上記各光源の光の偏光方向と、上記第１偏光板における透過軸の方向との成す角度は、−１０°以上且つ＋１０°以下である
   ことを特徴とする表示装置。
8. 互いに対向して設けられた第１偏光板及び第２偏光板を有する表示素子と、
   上記第１偏光板に対向して配置されると共に上記第１偏光板へ向かって光を出射する複数の光源を有する面状光源装置とを備えた表示装置であって、
   上記複数の光源は、上記第１偏光板の透過軸と同じ方向に偏光した光をそれぞれ出射するように構成されている
   ことを特徴とする表示装置。
9. 請求項７又は８において、
   上記表示素子は、液晶表示素子である
   ことを特徴とする表示装置。

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