JP2009231018A - Light guide plate, surface light-source device, and liquid crystal display apparatus - Google Patents

Light guide plate, surface light-source device, and liquid crystal display apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a light guide plate which substantially improve the efficiency of use of polarized light; a surface light-source device; and a liquid crystal display apparatus. <P>SOLUTION: The light guide plate 320 converts incident light from a light source into planary emitted light, and has optical anisotropy that aligns the direction of a slow axis with a direction perpendicular to or parallel with an X-Z plane parallel with both of the direction of incident of polarized light 410 as incident light and the direction of emission of backlight light 420. The backlight (surface light-source device) has the light guide plate 320 and the light source which emits polarized light 410 whose direction of polarization matches a direction perpendicular to or parallel with the X-Z plane, onto the light guide plate 320. The liquid crystal display includes: the backlight unit; and a liquid crystal unit which is disposed opposite to an emission surface 323 of the light guide plate 320 and changes a state of transmission of emitted light emitted from the emission surface 323 toward an observer. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、導光板、導光板を用いた面光源装置、および面光源装置を用いた液晶表示装置に関する。   The present invention relates to a light guide plate, a surface light source device using the light guide plate, and a liquid crystal display device using the surface light source device.

これまで、液晶表示装置(liquid crystal display:LCD)は、ノート型パーソナルコンピュータに始まり、デスクトップ型パーソナルコンピュータや携帯端末などへの搭載が進んできた。更に、近年では、高性能化と急速な低価格化により、テレビジョン用ディスプレイの一つとして、大きな地位を占めるようになっている。   Until now, liquid crystal displays (LCDs) have begun to be installed in desktop personal computers and portable terminals, starting with notebook personal computers. Furthermore, in recent years, high performance and rapid price reduction have led to a large position as one of television displays.

液晶表示装置は自発光型の表示装置ではないため、液晶表示素子と、面状の光源装置(以下、「面光源装置」または「バックライト」という)とを備える必要がある。バックライトは、エッジライト型と直下型に大別される。エッジライト型バックライトは、透明素材からなる導光板の側面に点状光または線状光を入射させ、導光板を通して光を面状光に変換し、液晶表示素子を照明する。直下型バックライトは、液晶表示素子の下側に発光素子を面状に多数配置して面状光を形成し、液晶表示素子を直接照明する。近年、特に低消費電力化や表示の明るさ向上などの要望が高まっている中、バックライトからの光をいかに効率良く液晶表示素子に利用するかが大きな課題となっている。   Since the liquid crystal display device is not a self-luminous display device, it is necessary to include a liquid crystal display element and a planar light source device (hereinafter referred to as “surface light source device” or “backlight”). The backlight is roughly classified into an edge light type and a direct type. The edge light type backlight makes point light or linear light incident on the side surface of a light guide plate made of a transparent material, converts the light into planar light through the light guide plate, and illuminates the liquid crystal display element. The direct type backlight forms a planar light by arranging a number of light emitting elements in a planar shape below the liquid crystal display element, and directly illuminates the liquid crystal display element. In recent years, in particular, demands for lowering power consumption and improving display brightness are increasing, and how to efficiently use light from a backlight for a liquid crystal display element has become a major issue.

液晶表示素子は、通常、自己の偏光軸の方向の偏光成分のみをそれぞれ透過させる2枚の偏光板に挟まれている。したがって、バックライトから出射される光のうち、少なくとも液晶表示素子のバックライト側に配置されている偏光板(以下「光源側偏光板」という)の偏光軸方向(透過軸方向)に偏光方向が一致しない光は、液晶表示素子に利用されないことになる。   The liquid crystal display element is usually sandwiched between two polarizing plates that transmit only the polarization component in the direction of its own polarization axis. Therefore, of the light emitted from the backlight, the polarization direction is at least in the polarization axis direction (transmission axis direction) of the polarizing plate (hereinafter referred to as “light source side polarizing plate”) disposed on the backlight side of the liquid crystal display element. The light that does not match is not used in the liquid crystal display element.

そこで、光源側偏光板の偏光軸方向に偏光方向が一致した直線偏光をバックライトから出射することが従来提案されている。これにより、バックライトから出射される光のうち、従来は光源側偏光板に吸収されてロスとなっていた略1/2の光をも利用することが可能となり、光の利用効率を大幅に向上させることができる。   Therefore, it has been conventionally proposed to emit linearly polarized light having a polarization direction coincident with the polarization axis direction of the light source side polarizing plate from the backlight. As a result, it is possible to use about half of the light emitted from the backlight, which has been absorbed by the light source side polarizing plate in the past, resulting in a significant increase in light utilization efficiency. Can be improved.

上記した直下型バックライトについて、光源側偏光板の偏光軸方向に偏光方向が一致した面状光を出射する技術が、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1記載の直下型バックライトは、直線偏光を出射する面発光型レーザチップを、面状に多数配置している。これにより、光源側偏光板の偏光軸方向に偏光方向が一致した面状光を出射することができる。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for emitting planar light having a polarization direction that matches the polarization axis direction of the light source side polarizing plate. In the direct type backlight described in Patent Document 1, a large number of surface-emitting laser chips that emit linearly polarized light are arranged in a planar shape. Thereby, planar light whose polarization direction coincides with the polarization axis direction of the light source side polarizing plate can be emitted.

ところが、特許文献1記載の技術では、均一な面光源を得るために、レーザチップから光源側偏光板までの距離を長くしたり、間に光散乱機能を有する部材を配置したり、あるいは多数のレーザチップを高密度に並べるなどの対策が必要となり、バックライトの厚みが大きくなるという問題がある。近年、液晶表示装置の薄型化の要求は高まっており、このような厚みの増大は望ましくない。   However, in the technique described in Patent Document 1, in order to obtain a uniform surface light source, the distance from the laser chip to the light source side polarizing plate is increased, a member having a light scattering function is disposed therebetween, or a large number of members are disposed. Measures such as arranging laser chips at a high density are required, and there is a problem that the thickness of the backlight increases. In recent years, demands for thinning liquid crystal display devices have increased, and such an increase in thickness is not desirable.

そこで、上記したエッジライト型バックライトについて、光源側偏光板の偏光軸方向に偏光方向が一致した面状光を出射する技術が、例えば特許文献2に記載されている。特許文献2記載のエッジライト型バックライトは、複屈折の少ない材料により形成される導光板と、この導光板に直線偏光を入射する光源とを有している。これにより、元の直線偏光の偏光特性の低下を抑えた状態で、光源側偏光板の偏光軸方向に偏光方向が一致した面状光を出射することができる。
特開2005−157025号公報 特開2006−202703号公報
Therefore, for the edge light type backlight described above, for example, Patent Document 2 discloses a technique for emitting planar light whose polarization direction matches the polarization axis direction of the light source side polarizing plate. The edge light type backlight described in Patent Document 2 includes a light guide plate formed of a material with little birefringence, and a light source that inputs linearly polarized light to the light guide plate. Thereby, planar light whose polarization direction matches the polarization axis direction of the light source side polarizing plate can be emitted in a state in which the deterioration of the polarization characteristics of the original linearly polarized light is suppressed.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-157025 JP 2006-202703 A

しかしながら、特許文献2記載の技術では、十分に複屈折の少ない材料の形成は困難であり、また、導光板の光学異方性と導光板内部を伝搬する偏光の偏光方向との相対関係によっては、偏光特性の大幅な低下が起こり得る。したがって、特許文献2記載の技術では、偏光の利用効率の向上に一定の限界がある。   However, with the technique described in Patent Document 2, it is difficult to form a material with sufficiently low birefringence, and depending on the relative relationship between the optical anisotropy of the light guide plate and the polarization direction of polarized light propagating through the light guide plate. A significant decrease in polarization characteristics can occur. Therefore, in the technique described in Patent Document 2, there is a certain limit in improving the utilization efficiency of polarized light.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、偏光の利用効率を大幅に向上させることができる導光板、面光源装置、および液晶表示装置を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of this point, and it aims at providing the light-guide plate, surface light source device, and liquid crystal display device which can improve the utilization efficiency of polarized light significantly.

本発明の導光板は、光源からの入射光を面状の出射光に変換する導光板であって、前記入射光の入射方向および前記出射光の出射方向の双方に平行な平面に対して、平行な方向または直交する方向に遅相軸方向を揃えた光学異方性を有する構成を採る。   The light guide plate of the present invention is a light guide plate that converts incident light from a light source into planar output light, with respect to a plane parallel to both the incident direction of the incident light and the output direction of the output light, A configuration having optical anisotropy in which the slow axis directions are aligned in a parallel direction or a perpendicular direction is adopted.

本発明の面光源装置は、上記導光板と、前記平面に平行な方向または直交する方向に偏光方向が一致する偏光を、前記導光板に入射させる光源とを有する構成を採る。   The surface light source device of the present invention employs a configuration having the light guide plate and a light source that causes the polarized light whose polarization direction coincides with a direction parallel to or orthogonal to the plane to be incident on the light guide plate.

本発明の液晶表示装置は、上記面光源装置と、前記導光板の出射面に対向配置され、前記出射面からの出射光の観察者側への透過状態を切り替える液晶表示素子とを有する構成を採る。   The liquid crystal display device of the present invention includes the above-described surface light source device and a liquid crystal display element that is disposed to face the light exit surface of the light guide plate and switches a transmission state of light emitted from the light exit surface to the viewer side. take.

本発明によれば、遅相軸方向に平行な平面に対して、平行な方向または直交する方向のいずれかに入射光の偏光方向を一致させた状態で、入射光を伝搬することができる。これにより、偏光の偏光特性の低下を抑えた状態で面状光への変換が可能となり、偏光の利用効率を大幅に向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to propagate incident light in a state where the polarization direction of incident light coincides with either a parallel direction or a direction orthogonal to a plane parallel to the slow axis direction. As a result, it is possible to convert the polarized light into planar light while suppressing the deterioration of the polarization characteristics of the polarized light, and it is possible to greatly improve the use efficiency of the polarized light.

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面構成図である。以下、液晶表示装置の画像の観察者が位置する側を、「観察者側」といい、観察者側とは反対の側を「背面側」という。また、説明の便宜のために、出射面323の法線方向をZ軸、出射面323と入射面321との交線の方向をY軸、Y軸およびZ軸に直交する方向をX軸とする。   FIG. 1 is a cross-sectional configuration diagram showing a configuration of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the side on which the observer of the image of the liquid crystal display device is located is referred to as “observer side”, and the side opposite to the observer side is referred to as “back side”. For convenience of explanation, the normal direction of the exit surface 323 is the Z axis, the direction of the intersection of the exit surface 323 and the entrance surface 321 is the Y axis, and the direction perpendicular to the Y axis and the Z axis is the X axis. To do.

図1において、液晶表示装置100は、画像を形成する液晶ユニット200と、液晶ユニット200の背面側に配置され、液晶ユニット200を照明するバックライトユニット(面光源装置)300とを有する。バックライトユニット300は、光源部310および導光板320を有する。   In FIG. 1, a liquid crystal display device 100 includes a liquid crystal unit 200 that forms an image, and a backlight unit (surface light source device) 300 that is disposed on the back side of the liquid crystal unit 200 and illuminates the liquid crystal unit 200. The backlight unit 300 includes a light source unit 310 and a light guide plate 320.

まず、液晶ユニット200の構成について説明する。   First, the configuration of the liquid crystal unit 200 will be described.

図1に示すように、液晶ユニット200は、観察者側偏光板210、カラーフィルタ基板220、液晶層230、TFT(thin film transistor)基板240、および光源側偏光板(光学フィルム)250を、この順に積層して構成される。本実施の形態では、IPS(in-plane switching)モードの液晶ユニット200を採用する。   As shown in FIG. 1, the liquid crystal unit 200 includes an observer side polarizing plate 210, a color filter substrate 220, a liquid crystal layer 230, a TFT (thin film transistor) substrate 240, and a light source side polarizing plate (optical film) 250. It is constructed by stacking in order. In the present embodiment, an IPS (in-plane switching) mode liquid crystal unit 200 is employed.

観察者側偏光板210は、所定の1方向に偏光軸を有し、偏光軸方向の偏光成分のみを透過させる。   The observer-side polarizing plate 210 has a polarization axis in a predetermined direction and transmits only a polarization component in the polarization axis direction.

カラーフィルタ基板220は、透明基板221の液晶層230側の面に、ブラックマトリックス222および各色(赤、緑、青)の画素のカラーフィルタを配置した画素層223と、オーバーコート層224と、観察者側偏光板210の偏光軸に配向方向が一致する配向膜225とを、この順に重ねて構成されている。   The color filter substrate 220 includes a pixel layer 223 in which a black matrix 222 and color filters of pixels of each color (red, green, and blue) are arranged on the surface of the transparent substrate 221 on the liquid crystal layer 230 side, an overcoat layer 224, an observation An alignment film 225 whose alignment direction coincides with the polarization axis of the person-side polarizing plate 210 is overlaid in this order.

液晶層230は、スペーサ231にて間隔が保持されたカラーフィルタ基板220とTFT基板240との間に、液晶を充填して構成されている。   The liquid crystal layer 230 is configured by filling a liquid crystal between the color filter substrate 220 and the TFT substrate 240 that are held at intervals by a spacer 231.

TFT基板240は、透明基板241の液晶層230側の面に、TFT素子などのアクティブ素子242、共通電極243、および信号線244を配置している。TFT基板240は、更に、絶縁膜245と、画素電極246と、TFT基板240の配向膜225と配向方向が直交する配向膜247とを、この順に重ねて構成されている。   In the TFT substrate 240, an active element 242 such as a TFT element, a common electrode 243, and a signal line 244 are arranged on the surface of the transparent substrate 241 on the liquid crystal layer 230 side. The TFT substrate 240 further includes an insulating film 245, a pixel electrode 246, and an alignment film 247 whose alignment direction is orthogonal to the alignment film 225 of the TFT substrate 240, which are stacked in this order.

光源側偏光板250は、TFT基板240の配向膜247の配向方向に一致する偏光軸を有し、偏光軸方向の偏光成分のみを透過させる。すなわち、光源側偏光板250と観察者側偏光板210とは、互いに直交する偏光軸を有している。ここでは、光源側偏光板250の偏光軸方向は、X軸方向に一致しており、光源側偏光板250の吸収軸251は、Y軸方向に一致しているものとする。   The light source side polarizing plate 250 has a polarization axis that coincides with the alignment direction of the alignment film 247 of the TFT substrate 240 and transmits only the polarization component in the polarization axis direction. That is, the light source side polarizing plate 250 and the observer side polarizing plate 210 have polarization axes orthogonal to each other. Here, it is assumed that the polarization axis direction of the light source side polarizing plate 250 coincides with the X axis direction, and the absorption axis 251 of the light source side polarizing plate 250 coincides with the Y axis direction.

このような液晶ユニット200によれば、液晶層230に電圧が印加されている画素では、バックライトユニット300側から入射する光(以下「バックライト光」という)を観察者側に到達させ、その他の画素ではバックライト光を観察者側に到達させないようにすることができる。但し、バックライト光のうち、光源側偏光板250の吸収軸方向(ここではY軸方向)の偏光成分については、電圧の印加状態にかかわらず吸収され、観察者側に到達しない。したがって、バックライト光が、光源側偏光板250の吸収軸方向に直交する方向に偏光方向が一致した面状光であれば、光源側偏光板250でのバックライト光のロスを最小限に抑えることが可能である。以下、説明の便宜のため、光源側偏光板250の吸収軸方向に直交する方向を、光源側偏光板250の偏光軸方向とする。   According to such a liquid crystal unit 200, in a pixel to which a voltage is applied to the liquid crystal layer 230, light incident from the backlight unit 300 side (hereinafter referred to as “backlight light”) reaches the viewer side, and the others In this pixel, it is possible to prevent the backlight from reaching the observer side. However, in the backlight light, the polarization component in the absorption axis direction (here, the Y-axis direction) of the light source side polarizing plate 250 is absorbed regardless of the voltage application state and does not reach the observer side. Therefore, if the backlight light is planar light whose polarization direction coincides with the direction orthogonal to the absorption axis direction of the light source side polarizing plate 250, the loss of the backlight light in the light source side polarizing plate 250 is minimized. It is possible. Hereinafter, for convenience of description, a direction orthogonal to the absorption axis direction of the light source side polarizing plate 250 is defined as a polarization axis direction of the light source side polarizing plate 250.

なお、バックライトユニット300が十分に偏光度の高い光を出射可能な場合には、光源側偏光板250を省略することも可能である。この場合には、大幅な高透過率化が可能である。   When the backlight unit 300 can emit light having a sufficiently high degree of polarization, the light source side polarizing plate 250 can be omitted. In this case, the transmittance can be greatly increased.

次に、バックライトユニット300の概略構成について説明する。   Next, a schematic configuration of the backlight unit 300 will be described.

バックライトユニット300は、導光板320の端面から線状光を入射するサイドライト方式のバックライトである。   The backlight unit 300 is a sidelight type backlight in which linear light enters from the end face of the light guide plate 320.

バックライトユニット300の光源部310は、直線偏光の点状のビームを合成して出射する発光装置311を有する。また、光源部310は、発光装置311の出射ビームをY軸方向に広げて線状光に変換するために、回折光学素子や各種光学レンズを有する。具体的には、光源部310は、第1の非球面レンズ312、第2の非球面レンズ313、プリズム314、およびシリンドリカルフレネルレンズ315を有する。発光装置311から出射される偏光410は、上記各レンズおよびプリズムを介して導光板320に入射される。図1において、矢印411は、光源部310から出射した直後の偏光410の偏光方向を示し、矢印412は、導光板320に入射するときの偏光410の偏光方向を示す。光源部310から出射した直後および導光板320に入射するときの偏光410の偏光方向は、それぞれX−Z平面に平行な方向(Y軸方向に偏光成分をほとんど有さない状態)となっている。以下、説明の便宜のため、光源部310から出射した直後および導光板320に入射するときの偏光410の偏光方向を、Z軸方向とする。光源部310の詳細については、別図を用いて後述する。   The light source unit 310 of the backlight unit 300 includes a light emitting device 311 that synthesizes and emits a linearly polarized point beam. In addition, the light source unit 310 includes a diffractive optical element and various optical lenses in order to expand the outgoing beam of the light emitting device 311 in the Y-axis direction and convert it into linear light. Specifically, the light source unit 310 includes a first aspheric lens 312, a second aspheric lens 313, a prism 314, and a cylindrical Fresnel lens 315. Polarized light 410 emitted from the light emitting device 311 is incident on the light guide plate 320 through the lenses and prisms. In FIG. 1, an arrow 411 indicates the polarization direction of the polarized light 410 immediately after being emitted from the light source unit 310, and an arrow 412 indicates the polarization direction of the polarized light 410 when entering the light guide plate 320. The polarization direction of the polarized light 410 immediately after being emitted from the light source unit 310 and when entering the light guide plate 320 is a direction parallel to the XZ plane (a state having almost no polarization component in the Y-axis direction). . Hereinafter, for convenience of explanation, the polarization direction of the polarized light 410 immediately after being emitted from the light source unit 310 and when entering the light guide plate 320 is referred to as a Z-axis direction. Details of the light source unit 310 will be described later with reference to another drawing.

バックライトユニット300の導光板320は、矩形平板状の光学的に透明な樹脂であり、光源部310により入射された偏光410を、液晶ユニット200を照射する面状光であるバックライト光420に変換する。図1において、方向421は、バックライト光420の偏光方向を示す。バックライト光420は、偏光方向がZ軸方向に一致した状態(Y軸方向に偏光成分をほとんど有さない状態)となっている。導光板320の詳細については、別図を用いて後述する。   The light guide plate 320 of the backlight unit 300 is an optically transparent resin having a rectangular flat plate shape, and the polarized light 410 incident by the light source unit 310 is converted into backlight light 420 that is planar light that illuminates the liquid crystal unit 200. Convert. In FIG. 1, a direction 421 indicates the polarization direction of the backlight light 420. The backlight light 420 is in a state in which the polarization direction coincides with the Z-axis direction (a state in which there is almost no polarization component in the Y-axis direction). Details of the light guide plate 320 will be described later with reference to another drawing.

このようなバックライトユニット300によれば、偏光410から生成したバックライト光420で、液晶ユニット200を照明することができる。   According to such a backlight unit 300, the liquid crystal unit 200 can be illuminated with the backlight light 420 generated from the polarized light 410.

既に説明したように、光源側偏光板250の偏光軸方向に偏光方向が一致した面状光をバックライトユニット300から出射することによって、光源側偏光板250でのバックライト光のロスを抑えることが可能である。そこで、本実施の形態のバックライトユニット300は、偏光410をその直線偏光を保ったまま導光板320に入射させるとともに、導光板320の内部で偏光特性が損なわれることなく所望の偏光方向で面状光が出射されるように、導光板320の光学異方性と、導光板320に入射する偏光410の偏光方向とを制御する。   As already described, the planar light whose polarization direction coincides with the polarization axis direction of the light source side polarizing plate 250 is emitted from the backlight unit 300, thereby suppressing the loss of backlight light in the light source side polarizing plate 250. Is possible. Therefore, the backlight unit 300 of the present embodiment allows the polarized light 410 to be incident on the light guide plate 320 while maintaining the linearly polarized light, and has a surface in a desired polarization direction without impairing the polarization characteristics inside the light guide plate 320. The optical anisotropy of the light guide plate 320 and the polarization direction of the polarized light 410 incident on the light guide plate 320 are controlled so that the shaped light is emitted.

次に、バックライトユニット300の導光板320の構成について説明する。   Next, the configuration of the light guide plate 320 of the backlight unit 300 will be described.

図2は、本実施の形態に係る導光板320の構成を示す斜視図である。   FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the light guide plate 320 according to the present embodiment.

図2に示すように、導光板320は、偏光410が入射される入射面321と、入射面321から入射した偏光410を反射する反射面322と、反射面322で反射した偏光410を出射する矩形の出射面323とを有する矩形平板である。   As shown in FIG. 2, the light guide plate 320 emits the incident surface 321 on which the polarized light 410 is incident, the reflective surface 322 that reflects the polarized light 410 incident from the incident surface 321, and the polarized light 410 that is reflected by the reflective surface 322. It is a rectangular flat plate having a rectangular emission surface 323.

導光板320は、透明な樹脂であって、出射面323の法線方向またはこの法線方向に直交する1方向のうち、予め定められた1方向が遅相軸方向となるように、光学異方性を制御して製作されたものである。   The light guide plate 320 is a transparent resin, and is optically different so that one of the normal directions of the emission surface 323 or one direction orthogonal to the normal direction is a slow axis direction. It was produced by controlling the direction.

導光板320の素材としては、例えば、ポリスチレンやポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリカーボネートなどのポリエステル系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、セルロース系樹脂、ABS(acrylonitrilebutadiene styrene)樹脂、AS(acrylonitrile styrene)樹脂、またはメタクリレートとスチレンの共重合体など適用することができる。材料がヘイズを有する場合は、偏光解消が発生し易い。したがって、反射面322から出射面323までの透過ヘイズ値が10%以下、好ましくは5%以下となる材料および厚さを選定することが望ましい。   Examples of the material of the light guide plate 320 include acrylic resins such as polystyrene and polymethyl methacrylate, polyester resins such as polycarbonate, cycloolefin resins, cellulose resins, ABS (acrylonitrile butadiene styrene) resins, and AS (acrylonitrile styrene) resins. Or a copolymer of methacrylate and styrene. When the material has haze, depolarization is likely to occur. Therefore, it is desirable to select a material and a thickness so that the transmission haze value from the reflection surface 322 to the emission surface 323 is 10% or less, preferably 5% or less.

導光板320の作製手法としては、例えば、押出し成型や射出成型、圧縮成型、キャスティング法などを適用することができるが、平板状態での面精度が高く仕上がり、かつ、予め定めた方向に全体の遅相軸方向を精度良く揃えることができれば、どのような製法を適用してもよい。但し、正の固有複屈折が大きい材料、つまり分子構造上、応力などにより光学異方性が発生しやすい材料を用いる場合には、射出成型などでは導光板320の面内において光学異方性の向きを揃えることが困難であるため、材料を溶融させるときに流動性が高くなるような改質を行うなど、材料に改良が適宜必要である。また、導光板320は、厚みが数百μm程度のフィルム状であっても良い。この場合、ポリマーフィルムを加熱延伸処理することにより、フィルム状の導光体の遅相軸を容易に制御することができる。本実施の形態のように、光源としてレーザを用いる場合には、入射時にビームを集光させることが容易であるため、このようなフィルム状の導光体であっても、少ないロスで導光体内部に光を入れることが可能である。   As a method for producing the light guide plate 320, for example, extrusion molding, injection molding, compression molding, casting method, or the like can be applied. However, the surface accuracy in the flat plate state is high, and the whole is formed in a predetermined direction. Any manufacturing method may be applied as long as the slow axis directions can be aligned with high accuracy. However, in the case of using a material having a large positive intrinsic birefringence, that is, a material in which molecular anisotropy is likely to generate optical anisotropy due to stress or the like, the optical anisotropy is in-plane within the light guide plate 320 by injection molding or the like. Since it is difficult to align the orientation, it is necessary to improve the material as appropriate, for example, by modifying the material so that the fluidity becomes high when the material is melted. The light guide plate 320 may be a film having a thickness of about several hundreds of micrometers. In this case, the slow axis of the film-shaped light guide can be easily controlled by subjecting the polymer film to heat stretching. When a laser is used as the light source as in this embodiment, it is easy to focus the beam at the time of incidence, so even with such a film-shaped light guide, light can be guided with little loss. It is possible to put light into the body.

本実施の形態では、導光板320として、アクリル樹脂を用いて押出し成型により光学異方性を制御して作製したアクリル平板を採用する。また、導光板320は、その遅相軸方向が、出射面323の法線方向(Z軸方向)に一致するように光学異方性を制御されているものとする。アクリル樹脂は負の固有複屈折を持つため、例えば、Z軸方向、つまり導光板320の厚さ方向に圧縮成形することにより、導光板320の遅相軸方向(光学軸方向)をZ軸方向に一致させることができる。   In this embodiment, an acrylic flat plate produced by controlling the optical anisotropy by extrusion molding using an acrylic resin as the light guide plate 320 is employed. In addition, it is assumed that the optical anisotropy of the light guide plate 320 is controlled so that the slow axis direction thereof coincides with the normal direction (Z-axis direction) of the emission surface 323. Since acrylic resin has negative intrinsic birefringence, for example, the slow axis direction (optical axis direction) of the light guide plate 320 is changed to the Z axis direction by compression molding in the Z axis direction, that is, the thickness direction of the light guide plate 320. Can match.

また、図1に示す液晶ユニット200の光源側偏光板250の偏光方向(TFT基板240の配向膜247の配向方向)は、X軸方向に一致し、観察者側偏光板210の偏光方向は、Y軸方向に一致するものとする。   Further, the polarization direction of the light source side polarizing plate 250 of the liquid crystal unit 200 shown in FIG. 1 (the alignment direction of the alignment film 247 of the TFT substrate 240) coincides with the X-axis direction, and the polarization direction of the observer side polarizing plate 210 is It shall be in agreement with the Y-axis direction.

図3は、導光板320の異方性を説明するための図である。図3(A)は、X−Z平面上の各方向における屈折率の大きさを楕円体で表わすものであり、図3(B)は、X−Y平面上の各方向における屈折率の大きさを楕円体で表わすものである。図3(A)および図3(B)において、楕円体の各部の中心からの距離は、中心から各部へと向かう方向における屈折率の大きさをで示す。   FIG. 3 is a diagram for explaining the anisotropy of the light guide plate 320. FIG. 3A shows the magnitude of the refractive index in each direction on the XZ plane as an ellipsoid, and FIG. 3B shows the magnitude of the refractive index in each direction on the XY plane. Is represented by an ellipsoid. 3A and 3B, the distance from the center of each part of the ellipsoid indicates the size of the refractive index in the direction from the center to each part.

図3(A)に示すように、遅相軸方向であるZ軸方向の屈折率Nzは、X軸方向の屈折率Nxよりも大きく、X−Z平面上で最大となっている。一方、図3(B)に示すように、X−Y平面上での屈折率はどの方向も同じであり、Y軸方向の屈折率NyはX軸方向の屈折率Nxと同一となっている。各軸方向の屈折率Nx、Ny,Nzの関係は、以下の式(1)を満たす。
Nx ≒ Ny < Nz ・・・・・・(1)
As shown in FIG. 3A, the refractive index Nz in the Z-axis direction, which is the slow axis direction, is larger than the refractive index Nx in the X-axis direction and is maximum on the XZ plane. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the refractive index on the XY plane is the same in all directions, and the refractive index Ny in the Y-axis direction is the same as the refractive index Nx in the X-axis direction. . The relationship between the refractive indexes Nx, Ny, and Nz in the respective axial directions satisfies the following expression (1).
Nx ≒ Ny <Nz (1)

図2に示す導光板320の反射面322には、導光板320に入射した光を出射面323から出射するための反射構造が形成されている。この反射構造としては、光を散乱させる白色インクなどを印刷した構造や、入射した光をできるだけ同一面内で反射させて出射面323から出射する方向に導けるような形状を有する微細なプリズム構造を適用することができる。また、微細プリズム構造を適用する場合、微細プリズム構造を出射面323面の方に設けてもよく、または、反射面322と出射面323の両面に設けてもよい。   A reflection structure for emitting light incident on the light guide plate 320 from the emission surface 323 is formed on the reflection surface 322 of the light guide plate 320 shown in FIG. As this reflection structure, there is a structure printed with white ink that scatters light, or a fine prism structure having a shape that reflects incident light as much as possible in the same plane and guides it in the direction of exiting from the exit surface 323. Can be applied. Further, in the case of applying the fine prism structure, the fine prism structure may be provided on the exit surface 323 surface, or may be provided on both the reflection surface 322 and the exit surface 323.

微細プリズムは、出射面323から出射される面状光が均一になるように配置されればよく、連続したライン状のものや、独立してランダムに配置されたもの、独立して規則的に配置されたものなど、各種の配置を適用することができる。   The fine prisms only need to be arranged so that the planar light emitted from the emission surface 323 is uniform, such as a continuous line shape, an independent random arrangement, and an independent regular order. Various arrangements can be applied, such as those arranged.

個々のプリズムの形状は、凸状でも凹状でもよく、様々な頂角度の三角形状、半円または楕円形状、四角形状などを適用可能である。これらは、液晶表示素子が配置される側に効率良く、さらに面状照明光が均一になるように形状が選択され、適宜配置される。   The shape of each prism may be convex or concave, and a triangular shape with various apex angles, a semicircular or elliptical shape, a rectangular shape, or the like is applicable. These are selected on the side where the liquid crystal display element is arranged, and the shape is selected and arranged as appropriate so that the planar illumination light is uniform.

なお、プリズム形状は、導光板320に入射された偏光410が、X−Y平面内においてほとんど拡散作用を受けずに直進しながら伝播し、プリズム部で出射面323側に偏向されるように制御されている。これにより、X−Y平面に平行な方向で偏光410が入射した場合、偏光410は、X−Y平面に平行に内部伝搬され、出射面323から出射する。   Note that the prism shape is controlled so that the polarized light 410 incident on the light guide plate 320 propagates straightly in the XY plane without being diffused and is deflected to the exit surface 323 side by the prism portion. Has been. Thereby, when the polarized light 410 is incident in a direction parallel to the XY plane, the polarized light 410 is internally propagated parallel to the XY plane and is emitted from the emission surface 323.

導光板320にプリズムなどの微細構造を形成する手法としては、金型を用いて射出成型や圧縮成型時に形成する手法、押出し成型やキャスティング法で作製した平板に熱やUV(ultraviolet)によるインプリント法により転写する手法、炭酸ガスレーザなどで溶融飛散させて形成する手法、およびダイヤモンドバイトで切削して形成する手法などを適用することができる。   As a method for forming a fine structure such as a prism on the light guide plate 320, a method of forming by injection molding or compression molding using a mold, or imprinting by heat or UV (ultraviolet) on a flat plate produced by extrusion molding or casting method. A method of transferring by a method, a method of forming by melting and scattering with a carbon dioxide laser, a method of forming by cutting with a diamond tool, and the like can be applied.

また、導光板320の形状としては、平板形状や楔形状を適用することができる。この場合は、導光板320の薄型化や軽量化に有利である。ここでは、反射面322に、微細プリズム構造(図示せず)として、ダイヤモンドバイトで機械的に略V字の凹型形状の溝を形成したものとする。   Further, as the shape of the light guide plate 320, a flat plate shape or a wedge shape can be applied. This is advantageous for reducing the thickness and weight of the light guide plate 320. Here, it is assumed that a substantially prism-shaped groove having a substantially V shape is mechanically formed with a diamond tool on the reflecting surface 322 as a fine prism structure (not shown).

導光板320からの面状出射光(バックライト光420)は、各種光学フィルムにより任意に調整可能である。例えば、拡散フィルムを用いることで面内分布をより均一化したり、プリズムシートを用いることで正面方向に集光効率をより高めたりすることが可能である。プリズムシートや拡散シートは、例えば、基材となるポリエステルフィルム上にプリズム層や拡散層を形成して構成される。ポリエステルフィルムの多くは光学異方性を有するため、当該フィルムの遅相軸方向(最大屈折率方位)が導光板から出射される偏光方向と平行または直交の関係にあることが好ましい。   Planar emission light (backlight light 420) from the light guide plate 320 can be arbitrarily adjusted by various optical films. For example, it is possible to make the in-plane distribution more uniform by using a diffusion film, or to improve the light collection efficiency in the front direction by using a prism sheet. The prism sheet and the diffusion sheet are configured, for example, by forming a prism layer and a diffusion layer on a polyester film serving as a base material. Since most polyester films have optical anisotropy, it is preferable that the slow axis direction (maximum refractive index orientation) of the film is parallel or orthogonal to the polarization direction emitted from the light guide plate.

なお、導光板320の反射面322側には、反射シート(図示せず)を配置してもよい。これにより、液晶表示素子側とは反対側の面に出てしまう光を再利用することができる。この反射シートは、できるだけ偏光解消を抑制するという観点から、金属を蒸着した鏡面状のものが好ましい。   A reflective sheet (not shown) may be disposed on the reflective surface 322 side of the light guide plate 320. Thereby, the light which comes out on the surface on the opposite side to the liquid crystal display element side can be reused. From the viewpoint of suppressing depolarization as much as possible, this reflective sheet is preferably a mirror-like sheet on which metal is deposited.

また、導光板320の端面からの光の漏れによる利用効率低下を抑制するという観点から、例えば、各端面に粘着剤を介して反射シートを貼ってもよい。   Further, from the viewpoint of suppressing a reduction in utilization efficiency due to light leakage from the end face of the light guide plate 320, for example, a reflective sheet may be attached to each end face via an adhesive.

このような構成の導光板320によれば、入射面321から入射した偏光410は、反射面322と出射面323との間を反射しながら導光板320内部を伝搬し、微細プリズム構造において、出射面323の法線方向に偏向される。また、偏光410は、導光板320のX−Z面に平行に伝搬して出射面323から出射する。したがって、偏光410が、導光板320内を伝搬される過程で、Y軸方向の偏向成分を有さない状態またはY軸方向の偏光成分しか有さない状態を保持すれば、その偏光特性は保持される。また、バックライト光420の偏光方向は、液晶ユニット200の光源側偏光板250の偏光方向に揃うことになる。偏光410の偏光特性が保持されるのは、偏光410の入射方向がX−Z平面に平行であり、かつ、偏光410の偏光方向が、X−Y平面に対して、平行な方向または直交する方向に揃っている場合である。   According to the light guide plate 320 having such a configuration, the polarized light 410 incident from the incident surface 321 propagates through the light guide plate 320 while reflecting between the reflecting surface 322 and the output surface 323, and is emitted in the fine prism structure. It is deflected in the normal direction of the surface 323. Further, the polarized light 410 propagates parallel to the XZ plane of the light guide plate 320 and is emitted from the emission surface 323. Therefore, if the polarized light 410 has a state in which it does not have a deflection component in the Y-axis direction or a state in which only the polarization component in the Y-axis direction remains in the process of propagating through the light guide plate 320, the polarization characteristics are maintained. Is done. Further, the polarization direction of the backlight light 420 is aligned with the polarization direction of the light source side polarizing plate 250 of the liquid crystal unit 200. The polarization characteristics of the polarized light 410 are retained because the incident direction of the polarized light 410 is parallel to the XZ plane and the polarized light direction of the polarized light 410 is parallel to or orthogonal to the XY plane. This is the case when aligned in the direction.

次に、バックライトユニット300の光源部310について説明する。   Next, the light source unit 310 of the backlight unit 300 will be described.

図4は、バックライトユニット300の構成を示す断面構成図である。   FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram showing the configuration of the backlight unit 300.

図4に示すように、発光装置311は、導光板320の背面側の、入射面321とは反対側の位置に配置され、導光板320の入射面321が設けられた他端側に向けて、X軸方向に平行な角度で、直線偏光である偏光410を出力する。   As shown in FIG. 4, the light emitting device 311 is disposed at a position on the back side of the light guide plate 320, opposite to the incident surface 321, toward the other end side where the incident surface 321 of the light guide plate 320 is provided. The polarized light 410 that is linearly polarized light is output at an angle parallel to the X-axis direction.

具体的には、発光装置311は、三原色の半導体レーザダイオード(laser diode:LD)を含む。青色レーザダイオードとしては、例えば、GaN系またはInGaN系の半導体材料が用いられる。緑色レーザダイオードとしては、例えば、InGaN系またはZnSe系などの半導体材料が用いられる。赤色レーザダイオードとしては、例えば、AlGaInP系の半導体材料が用いられる。短波長のレーザ光については、SHG(second harmonic generation:二次高調発生装置)を用い、光の波長を半分にすることによって生成するようにしてもよい。これにより、長寿命で高出力化が容易な赤外レーザダイオードを用いて短波長のレーザ光を生成することができる。特に、LD励起ファイバレーザとSHGとを組み合わせた場合には、高出力な緑色レーザを実現することが可能であり、より好ましい。   Specifically, the light emitting device 311 includes three primary color semiconductor laser diodes (LD). As the blue laser diode, for example, a GaN-based or InGaN-based semiconductor material is used. As the green laser diode, for example, a semiconductor material such as InGaN or ZnSe is used. As the red laser diode, for example, an AlGaInP-based semiconductor material is used. The short-wavelength laser light may be generated by using SHG (second harmonic generation) and halving the wavelength of the light. As a result, it is possible to generate laser light having a short wavelength using an infrared laser diode that has a long life and can easily achieve high output. In particular, when an LD pumped fiber laser and SHG are combined, a high-power green laser can be realized, which is more preferable.

上記三原色のレーザダイオードは、液晶表示装置の色再現性の観点から、青色として430〜480nm(ナノメートル)、緑色として520〜550nm、赤色として620〜660nmにピークを有するものが好ましい。更には、440〜470nm、525〜545nm、625〜650nmの間にピークを有するものが、より好ましい。ここでは、445nmの青色レーザダイオード、赤外レーザダイオードを基にした535nmの緑色SHGレーザ、および635nmの赤色レーザダイオードを用いるものとする。   From the viewpoint of color reproducibility of the liquid crystal display device, the three primary color laser diodes preferably have a peak at 430 to 480 nm (nanometer) as blue, 520 to 550 nm as green, and 620 to 660 nm as red. Furthermore, what has a peak between 440-470 nm, 525-545 nm, 625-650 nm is more preferable. Here, a 445 nm blue laser diode, a 535 nm green SHG laser based on an infrared laser diode, and a 635 nm red laser diode are used.

発光装置311は、例えば、各色のレーザダイオードを、偏光方向が揃う向きで、同一ライン上に並べて構成することができ、各色のレーザダイオードの出力光の合成光を、偏光410として出力する。このように、半導体レーザやSHGを用いることにより、発光装置311の小型化および高効率化が容易となり、更に、大量生産による低価格化が容易となる。   For example, the light emitting device 311 can be configured by arranging the laser diodes of the respective colors on the same line so that the polarization directions are aligned, and outputs the combined light of the output light of the laser diodes of the respective colors as the polarization 410. Thus, by using a semiconductor laser or SHG, the light emitting device 311 can be easily reduced in size and increased in efficiency, and further can be easily reduced in price by mass production.

また、発光装置311は、半導体レーザダイオードからの出射ビームをガウス形状のものに変換するための手段を有し、更に、例えば、クロスダイクロプリズムにより3色のレーザ光を混合し、白色光レーザとして出力することができる。   The light emitting device 311 has means for converting the emitted beam from the semiconductor laser diode into a Gaussian shape, and further, for example, mixes three colors of laser light by a cross dichroic prism to form a white light laser. Can be output.

ここでは、発光装置311は、図1で説明したように、Z軸方向に偏光方向を一致させて、偏光410を出射する。   Here, as described with reference to FIG. 1, the light emitting device 311 emits the polarized light 410 with the polarization direction aligned with the Z-axis direction.

第1の非球面レンズ312は、発光装置311から出射される偏光410の光路上に配置され、偏光410を、その偏光方向をZ軸方向に揃えた状態で、かつ、Y軸方向における光密度を均一にした状態で、Y軸方向に広げる。   The first aspherical lens 312 is disposed on the optical path of the polarized light 410 emitted from the light emitting device 311, and the light density in the Y-axis direction with the polarized light 410 aligned in the Z-axis direction. Is spread in the Y-axis direction.

第2の非球面レンズ313は、第1の非球面レンズ312から出射される偏光410を、その偏光方向をZ軸方向に揃えた状態で、導光板320の幅とほぼ一致する幅の平行光にコリメートする。   The second aspherical lens 313 is a parallel light having a width substantially matching the width of the light guide plate 320 with the polarization 410 emitted from the first aspherical lens 312 aligned in the Z-axis direction. To collimate.

図5は、偏光410が広げられる様子を示す平面図である。ここでは、光源部310を導光板320側から見たときの様子を示している。   FIG. 5 is a plan view showing how the polarized light 410 is spread. Here, a state when the light source unit 310 is viewed from the light guide plate 320 side is shown.

図5に示すように、発光装置311から出射された平行光の偏光410は、第1の非球面レンズで導光板320の幅にほぼ一致する幅まで広げられ、第2の非球面レンズ313で平行光に再び変換される。但し、第1の非球面レンズおよび第2の非球面レンズ313は、発光装置311から出射される偏光410の光密度を均一に保持する。このように、第2の非球面レンズ313から出射する偏光410は、導光板320の幅にほぼ一致する幅であって光密度が均一な平行光となる。   As shown in FIG. 5, the polarized light 410 of the parallel light emitted from the light emitting device 311 is expanded to a width substantially equal to the width of the light guide plate 320 by the first aspheric lens, and the second aspheric lens 313 It is converted back to parallel light. However, the first aspherical lens and the second aspherical lens 313 hold the light density of the polarized light 410 emitted from the light emitting device 311 uniformly. As described above, the polarized light 410 emitted from the second aspheric lens 313 becomes parallel light having a width substantially matching the width of the light guide plate 320 and a uniform light density.

図4に示すプリズム314は、導光板320の入射面321に対向して配置され、第2の非球面レンズ313から出射される偏光410を、導光板320の入射面321に向けて180度折り返す。   The prism 314 shown in FIG. 4 is disposed so as to face the incident surface 321 of the light guide plate 320, and the polarized light 410 emitted from the second aspheric lens 313 is folded back 180 degrees toward the incident surface 321 of the light guide plate 320. .

シリンドリカルフレネルレンズ315は、プリズム314から出射される偏光410を、Z軸方向に収束させ、導光板320の入射面321に集光させる。なお、シリンドリカルフレネルレンズ315に替えて、ロッドレンズなどの光学素子を用いてもよい。   The cylindrical Fresnel lens 315 converges the polarized light 410 emitted from the prism 314 in the Z-axis direction and collects it on the incident surface 321 of the light guide plate 320. Instead of the cylindrical Fresnel lens 315, an optical element such as a rod lens may be used.

なお、以上の発光装置311からの偏光410を伝達するための各光学素子の素材は、樹脂またはガラスをあることが望ましい。この場合には、複屈折がほとんどなく光学的に等方であるため、偏光410の偏光特性の劣化を抑えることが容易となる。   Note that the material of each optical element for transmitting the polarized light 410 from the light emitting device 311 is preferably resin or glass. In this case, since there is almost no birefringence and it is optically isotropic, it becomes easy to suppress the deterioration of the polarization property of the polarized light 410.

このような構成の光源部310によれば、偏光410を、導光板320の幅方向に拡大して導光板320の入射面321に投影することで、短い距離で効率良く点状光から線状光に変換し、導光板320の内部に入射させることができる。また、導光板320に入射する偏光410は、X−Z平面と平行に伝搬し、かつ偏光方向がZ軸方向に一致した直線偏光となる。   According to the light source unit 310 having such a configuration, the polarized light 410 is enlarged in the width direction of the light guide plate 320 and projected onto the incident surface 321 of the light guide plate 320, so that the light is efficiently converted into a linear shape from point light at a short distance. It can be converted into light and incident on the inside of the light guide plate 320. In addition, the polarized light 410 incident on the light guide plate 320 propagates in parallel with the XZ plane and becomes linearly polarized light whose polarization direction coincides with the Z-axis direction.

偏光410の入射方向がX−Z平面に平行であり、かつ、偏光410の偏光方向が、X−Y平面に対して、平行な方向または直交する方向に揃っている場合に、偏光410の偏光特性が保持されることは、すでに説明した通りである。したがって、偏光410の偏光方向がZ軸方向に一致していることから、バックライト光420の偏光方向は、X軸方向、つまり液晶ユニット200の光源側偏光板250の偏光軸に揃うことになる。また、液晶ユニット200の光源側偏光板250の偏光軸にバックライト光420の偏光方向が一致する場合には、光源側偏光板250でのバックライト光420のロスが低減されることも既に説明した通りである。   When the incident direction of the polarized light 410 is parallel to the XZ plane and the polarized light direction of the polarized light 410 is aligned in a direction parallel to or orthogonal to the XY plane, the polarized light of the polarized light 410 As described above, the characteristics are maintained. Therefore, since the polarization direction of the polarized light 410 coincides with the Z-axis direction, the polarization direction of the backlight light 420 is aligned with the X-axis direction, that is, the polarization axis of the light source side polarizing plate 250 of the liquid crystal unit 200. . Further, it has already been explained that the loss of the backlight light 420 in the light source side polarizing plate 250 is reduced when the polarization direction of the backlight light 420 coincides with the polarization axis of the light source side polarizing plate 250 of the liquid crystal unit 200. That's right.

したがって、以上のような構成を有する液晶表示装置100によれば、偏光410の利用効率を大幅に向上させることができる。   Therefore, according to the liquid crystal display device 100 having the above configuration, the utilization efficiency of the polarized light 410 can be greatly improved.

以下、液晶表示装置100における偏光410の利用効率に関する実験結果について説明する。   Hereinafter, experimental results regarding the utilization efficiency of the polarized light 410 in the liquid crystal display device 100 will be described.

本発明者は、本実施の形態における導光板320の基となるアクリル平板の光学異方性を、クロスニコル下で観察した。すなわち、テーブルライトの上に、ポラライザ、アクリル平板、アナライザを置き、ポラライザとアナライザの吸収軸が直交するように配置した。アクリル板のX−Y平面における複屈折を見るために、アクリル板をX−Y平面がポラライザおよびアナライザに平行となるように配置してX−Y平面上で回転させたが、透過率は0.1%しかなく、光抜けはほとんど発生しなかった。このことから、アクリル板には、X−Y平面における光学異方性がほとんど無いということが確認された。   This inventor observed the optical anisotropy of the acrylic flat plate used as the base of the light-guide plate 320 in this Embodiment under crossed Nicols. That is, a polarizer, an acrylic flat plate, and an analyzer were placed on the table light, and the polarizer and the analyzer were arranged so that the absorption axes thereof were orthogonal to each other. In order to see the birefringence in the XY plane of the acrylic plate, the acrylic plate was arranged so that the XY plane was parallel to the polarizer and the analyzer and rotated on the XY plane, but the transmittance was 0. There was only 0.1%, and light leakage hardly occurred. From this, it was confirmed that the acrylic plate has almost no optical anisotropy in the XY plane.

次に、X−Z平面における複屈折を見るために、アクリル板をX−Z平面がポラライザおよびアナライザに平行となるように配置してX−Z平面上で回転させた。その結果、アクリル板の基準軸とポラライザの基準軸とのなす角度が45度付近のとき、透過率は30%で最大となり、上記角度が0度付近のとき、透過率は1%で最小となった。すなわち、アクリル板の遅相軸方向はZ軸方向にあり、アクリル樹脂は負の固有複屈折を持つことから、この方向がアクリル板の遅相軸方向であることが確認された。   Next, in order to see the birefringence in the XZ plane, the acrylic plate was placed so that the XZ plane was parallel to the polarizer and the analyzer and rotated on the XZ plane. As a result, when the angle between the reference axis of the acrylic plate and the reference axis of the polarizer is about 45 degrees, the transmittance is maximum at 30%, and when the angle is near 0 degrees, the transmittance is 1% and minimum. became. That is, the slow axis direction of the acrylic plate is in the Z-axis direction, and the acrylic resin has negative intrinsic birefringence, so it was confirmed that this direction was the slow axis direction of the acrylic plate.

このようなアクリル板から作製された導光板320を組み込んだ状態で、輝度計を用いて、バックライトユニット300単体および液晶表示装置100それぞれの、観察者側の画面中央の輝度を測定した。そして、測定した輝度から、液晶ユニット200の光の透過率を測定したところ、透過率8.5%という結果を得た。   With the light guide plate 320 made of such an acrylic plate incorporated, the luminance at the center of the screen on the viewer side of each of the backlight unit 300 and the liquid crystal display device 100 was measured using a luminance meter. Then, when the light transmittance of the liquid crystal unit 200 was measured from the measured luminance, a result of 8.5% transmittance was obtained.

一方、比較のために、比較の対象となる導光板の材料として、ポリカーボネートを用いて高圧力下で射出成型を行うことにより、楔型の板を作製した。すなわち、光学異方性の制御を行わずに、従来の手法と同様に導光板を作製した。そして、この楔形の板について、同様にクロスニコル下でX−Y平面における光学異方性を観察したところ、透過率が15%と光抜けが発生している領域があった。すなわち、X−Y平面内において遅相軸方向の向きが一様ではない状態となっていることが確認された。   On the other hand, for comparison, a wedge-shaped plate was produced by injection molding under high pressure using polycarbonate as a light guide plate material to be compared. That is, a light guide plate was produced in the same manner as the conventional method without controlling the optical anisotropy. Further, when the optical anisotropy in the XY plane was similarly observed under crossed Nicols with respect to this wedge-shaped plate, there was a region where the transmittance was 15% and light leakage occurred. That is, it was confirmed that the direction of the slow axis direction is not uniform in the XY plane.

このような板に対して、底面に機械的に略V字の凹型形状の溝を形成し、プリズム構造を有する導光板を作製した。また、作製した導光板を用いて、本実施の形態の液晶表示装置100と同様に、レーザを光源とするバックライトを作製し、更に、IPSモードの液晶表示ユニットを用いて液晶表示装置を作製した。そして、液晶表示ユニットの光の透過率を測定したところ、透過率5%という結果を得た。   A light guide plate having a prism structure was formed by mechanically forming a substantially V-shaped groove on the bottom surface of such a plate. Further, similarly to the liquid crystal display device 100 of this embodiment, a backlight using a laser as a light source is manufactured using the manufactured light guide plate, and a liquid crystal display device is manufactured using an IPS mode liquid crystal display unit. did. And when the light transmittance of the liquid crystal display unit was measured, a result of 5% transmittance was obtained.

このように、本実施の形態に係る液晶表示装置100における液晶ユニット200の光の透過率は、光学異方性の制御が行われていない従来の導光板を用いた液晶表示装置における液晶ユニットの光の透過率よりも高い。   Thus, the light transmittance of the liquid crystal unit 200 in the liquid crystal display device 100 according to the present embodiment is that of the liquid crystal unit in the liquid crystal display device using the conventional light guide plate in which the optical anisotropy is not controlled. It is higher than the light transmittance.

以上の実験結果からも、光学異方性の制御が行われた導光板320とその遅相軸方向に偏光方向が平行または直交となるような偏光を導光板320に入射させる光源部310とを用いることにより、光の利用効率が非常に高い液晶表示装置100が実現できることが分かる。   Also from the above experimental results, the light guide plate 320 in which the optical anisotropy is controlled and the light source unit 310 that makes the light guide plate 320 incident polarized light whose polarization direction is parallel or orthogonal to the slow axis direction thereof. It can be seen that the use of the liquid crystal display device 100 with very high light utilization efficiency is realized.

導光板を複屈折の少ない材料により形成することにより、偏光の偏光特性の低下を抑えることが考えられるが、例えば複屈折性を光の波長の1/10に抑えたとしても、光学的に見て偏光特性の低下を十分に抑えられるとは言い難い。更に複屈折性を小さい値に抑えるためには、特殊な材料を選択したりする必要があるため、導光板のコストが増大し、安価なバックライトを実現することは困難となる。   Although it is conceivable that the light guide plate is made of a material having low birefringence, it is possible to suppress a decrease in polarization characteristics of polarized light. Therefore, it is difficult to say that the deterioration of polarization characteristics can be sufficiently suppressed. Furthermore, in order to suppress the birefringence to a small value, it is necessary to select a special material. Therefore, the cost of the light guide plate increases, and it becomes difficult to realize an inexpensive backlight.

この点、光学異方性の制御は、材料の加圧などにより比較的容易かつ安価に行うことができる。したがって、本実施の形態に係る導光板320によれば、コストの増大を抑えた状態で、光の利用効率を大幅に向上させることができる。   In this respect, the control of the optical anisotropy can be performed relatively easily and inexpensively by pressing the material. Therefore, according to the light guide plate 320 according to the present embodiment, it is possible to significantly improve the light use efficiency while suppressing an increase in cost.

以上説明したように、本実施の形態によれば、導光板320は、出射面323の法線方向であるZ軸を遅相軸方向とする光学異方性を有している。これにより、X−Z平面に平行に伝搬し、Y軸方向に偏光成分を有さない偏光を用いた場合に、その偏光を、偏光特性の劣化を抑えた状態で面状光に変換することができ、偏光の利用効率を大幅に向上させることができる。また、この導光板320を有するバックライトユニット300は、このような偏光を導光板320に入射させる光源部310を更に有するので、偏光方向がZ軸方向に揃った面状光のバックライト光420を出力することができる。更に、このバックライトユニット300を有する液晶表示装置100は、導光板320の出射面323に対向配置され、出射面323からの出射光の観察者側への透過状態を切り替える液晶ユニット200を更に有するので、高いコントラストおよび高い輝度の画像を表示することができる。   As described above, according to the present embodiment, the light guide plate 320 has optical anisotropy in which the Z axis, which is the normal direction of the emission surface 323, is the slow axis direction. As a result, when polarized light that propagates parallel to the XZ plane and does not have a polarization component in the Y-axis direction is used, the polarized light is converted into planar light while suppressing deterioration of polarization characteristics. And the use efficiency of polarized light can be greatly improved. In addition, the backlight unit 300 having the light guide plate 320 further includes a light source unit 310 that makes such polarized light incident on the light guide plate 320, and thus the backlight light 420 of planar light whose polarization direction is aligned in the Z-axis direction. Can be output. Furthermore, the liquid crystal display device 100 having the backlight unit 300 further includes a liquid crystal unit 200 that is disposed so as to face the emission surface 323 of the light guide plate 320 and switches the transmission state of the emitted light from the emission surface 323 to the viewer side. Therefore, an image with high contrast and high brightness can be displayed.

なお、以上説明した実施の形態では、導光板320の出射面323の法線方向であるZ軸方向に遅相軸方向を一致させた場合について説明したが、X−Z平面に平行な他の方向、またはX−Z平面に直交する方向に遅相軸方向を一致させるように、導光板320の光学異方性を制御してもよい。X−Z平面に直交する方向に遅延軸方向を一致させる場合には、偏光420の偏光方向はY軸方向に一致させる必要がある。また、この場合には、液晶ユニット200の光源側偏光板250の吸収軸方向を、X軸方向に一致させる必要がある。   In the above-described embodiment, the case where the slow axis direction coincides with the Z-axis direction that is the normal direction of the emission surface 323 of the light guide plate 320 has been described. However, other embodiments parallel to the XZ plane are described. The optical anisotropy of the light guide plate 320 may be controlled so that the slow axis direction coincides with the direction or the direction orthogonal to the XZ plane. In the case where the delay axis direction coincides with the direction orthogonal to the XZ plane, the polarization direction of the polarized light 420 needs to coincide with the Y axis direction. In this case, it is necessary to make the absorption axis direction of the light source side polarizing plate 250 of the liquid crystal unit 200 coincide with the X axis direction.

また、本実施の形態では、IPSモードの液晶ユニット200に適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、TN(twisted nematic)方式、VA(vertically aligned)方式など、各種の液晶表示素子に適用することができる。更に、導光板320に入射する光はレーザ光に限定されるものではなく、偏光方向が揃った平行光であればよい。   In this embodiment, the example applied to the liquid crystal unit 200 in the IPS mode has been described. However, the present invention is not limited to this, and various liquid crystals such as a TN (twisted nematic) method and a VA (vertically aligned) method are used. It can be applied to a display element. Furthermore, the light incident on the light guide plate 320 is not limited to the laser light, but may be any parallel light having a uniform polarization direction.

本発明に係る導光板、面光源装置、および液晶表示装置は、偏光の利用効率を大幅に向上させることができる導光板、面光源装置、および液晶表示装置として有用である。   The light guide plate, the surface light source device, and the liquid crystal display device according to the present invention are useful as a light guide plate, a surface light source device, and a liquid crystal display device that can significantly improve the use efficiency of polarized light.

本発明の一実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面構成図1 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a configuration of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. 本実施の形態に係る導光板の構成を示す斜視図The perspective view which shows the structure of the light-guide plate which concerns on this Embodiment. 本実施の形態に係る導光板の異方性を説明するための図The figure for demonstrating the anisotropy of the light-guide plate which concerns on this Embodiment 本実施の形態におけるバックライトユニットの構成を示す断面構成図Cross-sectional configuration diagram showing the configuration of the backlight unit in the present embodiment 本実施の形態における偏光が広げられる様子を示す平面図The top view which shows a mode that the polarization | polarized-light in this Embodiment is spread.

符号の説明Explanation of symbols

100 液晶表示装置
200 液晶ユニット
210 観察者側偏光板
220 カラーフィルタ基板
221、241 透明基板
222 ブラックマトリックス
223 画素層
224 オーバーコート層
225 配向膜
230 液晶層
231 スペーサ
240 TFT基板
242 アクティブ素子
243 共通電極
244 信号線
245 絶縁膜
246 画素電極
247 配向膜
250 光源側偏光板
300 バックライトユニット
310 光源部
311 発光装置
312 第1の非球面レンズ
313 第2の非球面レンズ
314 プリズム
315 シリンドリカルフレネルレンズ
320 導光板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Liquid crystal display device 200 Liquid crystal unit 210 Observer side polarizing plate 220 Color filter substrate 221 241 Transparent substrate 222 Black matrix 223 Pixel layer 224 Overcoat layer 225 Alignment film 230 Liquid crystal layer 231 Spacer 240 TFT substrate 242 Active element 243 Common electrode 244 Signal line 245 Insulating film 246 Pixel electrode 247 Alignment film 250 Light source side polarizing plate 300 Backlight unit 310 Light source unit 311 Light emitting device 312 First aspherical lens 313 Second aspherical lens 314 Prism 315 Cylindrical Fresnel lens 320 Light guide plate

Claims (6)

光源からの入射光を面状の出射光に変換する導光板であって、
前記入射光の入射方向および前記出射光の出射方向の双方に平行な平面に対して、平行な方向または直交する方向に遅相軸方向を揃えた光学異方性を有する、
導光板。
A light guide plate that converts incident light from a light source into planar output light,
With respect to a plane parallel to both the incident direction of the incident light and the outgoing direction of the outgoing light, it has optical anisotropy in which the slow axis direction is aligned in a parallel direction or a direction perpendicular to the plane.
Light guide plate.
前記入射光を前記平面に平行に内部伝搬させて前記出射面から出射する、
請求項1記載の導光板。
The incident light is internally propagated parallel to the plane and emitted from the exit surface.
The light guide plate according to claim 1.
請求項1記載の導光板と、
前記平面に平行な方向または直交する方向に偏光方向が一致する偏光を、前記導光板に入射させる光源部と、
を有する面光源装置。
A light guide plate according to claim 1;
A light source unit that makes polarized light whose polarization direction coincides with a direction parallel to or orthogonal to the plane to be incident on the light guide plate;
A surface light source device.
前記光源部は、
半導体レーザと、
前記半導体レーザから出射されるレーザ光を、偏光方向を揃えた状態で幅を拡大させて前記導光板に入射させる光学系と、を有する、
請求項3記載の面光源装置。
The light source unit is
A semiconductor laser;
An optical system for expanding the width of the laser light emitted from the semiconductor laser and making it incident on the light guide plate with the polarization direction aligned.
The surface light source device according to claim 3.
請求項3記載の面光源装置と、
前記導光板の出射面に対向配置され、前記出射面からの出射光の観察者側への透過状態を切り替える液晶表示素子と、
を有する液晶表示装置。
A surface light source device according to claim 3;
A liquid crystal display element disposed opposite to the light exit surface of the light guide plate, and switching a transmission state of the light emitted from the light exit surface to the viewer side;
A liquid crystal display device.
前記導光板の出射面に対向配置され、前記出射面からの出射光の偏光方向と直交する方向に吸収軸を有する偏光板、を更に有する、
請求項5記載の液晶表示装置。
A polarizing plate disposed opposite to the light exit surface of the light guide plate and having an absorption axis in a direction orthogonal to the polarization direction of the light emitted from the light exit surface;
The liquid crystal display device according to claim 5.
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