JP2641229B2 - 液晶表示装置用照明装置 - Google Patents

液晶表示装置用照明装置

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、透過型液晶表示装置に用いる照明装置に関
するものである。
〔従来の技術〕
従来の液晶表示装置用照明装置を図面を用いて説明す
る。第3図は液晶表示装置用照明装置の要部断面図であ
る。図中の矢印及び黒丸は偏光方向を示す。
光源1からの光は直接もしくは光源1の背後に配置し
た反射面16で反射し液晶パネル8に導かれる。この際、
液晶パネル8上で一様な輝度を持つ面光源に変換するた
めに輝度に対応して透過率を変えたライティングカーテ
ン15、及び拡散板9を透過させ輝度ムラの解消を図って
いる。
次に偏光子7により直交する偏光成分の一方を吸収し
直線偏光に変換し液晶パネル8に導いている。又、反射
面16を放物面状に加工し画面垂直方向へ集中的に光を取
り出し光利用効率を高めたものもある。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記の照明装置は輝度ムラを解消し、
直線偏光を得るためにライティングカーテンおよび拡散
板を配置し、さらに偏光子により直交する偏光成分の一
方を吸収している。このため光利用効率が低下し画面の
輝度が低下する。又、輝度を向上させるため光源の消費
電力が増大するなどの問題点がある。又、放物反射面を
利用し光利用効率を高めたものはその光学系が厚くなる
という問題点がある。さらに放物反射面を多数の微小放
物反射面の集合から構成し光学系の厚みを薄くしたもの
も提案されているが十分に光学系の厚みを薄くできない
うえに反射面に段差ができ液晶パネル上で、ストライプ
状に反射光の導かれない暗い部分が生じるという問題点
もある。
上記課題を解決して照明装置の光学系を薄く、その
上、光利用効率を高めた液晶表示用照明装置を提供する
ことが本発明の目的である。
〔課題を解決するための手段〕
以下図面を用いて問題点を解決するための手段につい
て説明する。
第4図に示すように光源1からの光を導光体17の底面
の放物反射面10の集合により全反射させ近似的に平行光
に変換し、次に導光体17の上面に設けた微小反射面6の
集合により液晶パネル8正面方向に偏向する。
このように2つの反射面を利用し導光することにより
導光体17の厚みを薄くできる。しかし第4図に示すよう
に2つの隣り合う放物反射面により液晶パネル8上で照
明される2つの領域の間には光が導光されず暗くなる領
域が有り輝度ムラが生じる。
これを解決するために第1図に示すように導光体18を
第1及び第2の導光部材2、3から構成し、その境界に
第1の反射面10を設けその透過率を50%程度に調整して
おき透過した光を、第2の反射面11で全反射させ第1の
反射面10で導光されない領域へ導光すれば良い。このよ
うに従来暗くなっていた領域へも光を導くため、従来、
輝度ムラを解決するために必要であった画面に平行な方
向にまで光を拡散するような拡散効果の高い拡散板を使
う必要がなくなり光利用効率が高まる。又、この際第2
図に示すように第1の反射面10を偏光分離膜5としさら
に4分の1波長板4を配置すると、偏光分離膜5におい
てS偏光成分は反射しP偏光成分は透過する。透過した
P偏光成分は4分の1波長板4に入射し、4分の1波長
板4と空気との界面での全反射を利用した第2の反射面
11で全反射することにより、P偏光成分はS偏光成分と
同一の方向へ導光され、かつ4分の1波長板を2度透過
することになるため偏光面が90゜回転する。このためS
及びP偏光成分の進行方向、偏光面ともに一致する。
正確には、4分の1波長板には波長依存性があるた
め、4分の1波長板の対象波長をグリーンの550nmにす
ると、ブルー450nm、レッド650nmの直線偏光が入射した
場合、この位相板を2度透過した光は楕円偏光となる。
しかし、入射光の偏光面に直交する偏光成分が90%程度
と高い値になるため着色の問題はない。
得られた直線偏光の偏光面と偏光子7の偏光透過軸を
一致させれば従来吸収している偏光成分も透過し利用す
ることができ光利用効率が高まる。
〔作用〕
偏光分離膜としては、偏光ビームスプリッターPBS(P
olarized Beam Splitter)などに使われる誘電体多層膜
などが知られているが、膜層数が多いなどの問題点があ
る。そこで金属薄膜に生じる表面ポラリトンの偏光依存
性を利用し偏光分離膜とした。構造は低屈折率の透明薄
膜で金属薄膜を挾んだ3層から成る薄膜を高屈折率媒質
中に配置したものである。実際の低屈折率薄膜、金属薄
膜にはそれぞれMgF2、Agの真空蒸着膜を用い高屈折率媒
質としては導光板の材質であるガラス及びエポキシ樹
脂、PMMA(ポリメチルメタアクリレート)などの樹脂を
用いた。このような構造に光を斜入射させた場合、それ
ぞれの屈折率、入射角を適当に選ぶと高屈折率媒質と低
屈折率薄膜の界面で全反射が起こり、低屈折率薄膜中に
は指数関数的に減衰するエバネッセント波が生じる。こ
のとき低屈折率薄膜の膜厚が十分に薄いとエバネッセン
ト波により金属薄膜に表面ポラリトンを励起する。金属
薄膜背後にも前面と同様に低屈折率薄膜と高屈折率媒質
に設けておけばこの作用により入射光は全反射を破り3
層薄膜を透過する。表面ポラリトンを励起するのは入射
面に平行な偏光面を持つP偏光成分のみなのでP偏光成
分のみが3層薄膜を透過しS偏光成分は反射する。
第5図にS、P両偏光の反射率の入射角依存性を示
す。グラフの黒丸は測定データを示している。偏光度の
最も高い入射角70゜付近で使えるように導光板の設計を
行うのが望ましい。
〔実施例〕
以下図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第1図は本発明の実施例を示す断面図である。又、第
1図A部を拡大したものが第2図である。
第2図において第1及び第2の反射面10、11は放物面
が望ましいが平面でも大きな影響はないので直線により
図示した。光源1から放射された光は第1の導光部材2
に導かれ第1の反射面10で偏光方向により反射と透過に
分離され透過光は4分の1波長板4を透過し円偏光にな
り第2の反射面11で全反射し、再び4分の1波長板4を
透過することにより偏光面が90゜回転し反射光の偏光面
と一致する。
第1および第2の導光部材2、3は透明でかつ複屈折
がないものが良いためガラスやPMMA(ポリメチルメタア
クリレート)、エポキシなどの樹脂の成形品が良い。量
産性、価格、耐衝撃性などの点からPMMAの射出成形が望
ましい。
第1および第2の導光部材2、3(第2の導光部材3
の構造は第6図参照)は別々に成形し、第1の導光部材
2には所定のマスクをし反射面となる部分にのみ3層の
偏光分離膜を成膜する。次に樹脂フィルムを一軸延伸し
複屈折性をもたし4分の1波長板としたフィルムを第2
の導光部材3の底面に接着剤により接着し、導光体18を
作成する。
偏光分離膜5の特性は第1および第2の導光部材2、
3の屈折率でほぼ決定され接着剤の屈折率にはあまり大
きくは依存しない。
偏光分離膜5は低屈折率薄膜としてはMgF2、金属膜と
してAgを使用し、MgF2−Ag−MgF2の3層膜をそれぞれ85
nm−16nm−85nmの膜厚で真空蒸着法、スパッタリング法
などにより成膜する。
又、微小反射面6は第7図の12を示すような構造を導
光部材2の上面に成形しておきこれに第7図の矢印で示
す向きでAlを真空蒸着法により成膜しその上に導光部材
と同じ樹脂でコートする。
蒸着時、蒸着源と基板の距離及び角度を適当にとれば
第7図の12の斜面にのみAlミラーを形成できる。実験モ
デルにはピッチ500μmのものを使用したため微小反射
面6による明暗が目立った。しかし、ピッチを100〜200
μm以下にすれば明暗の縞は無視できる。又、画面の明
るさは光源からの距離が大きくなるほど暗くなる。そこ
で各々の放物反射面を光源から見込む角度とその放物反
射面により照明すべき液晶パネル8上の面積の比が一定
になるように設計しマクロ的に画面上の明るさを均一に
する。又、微小反射面6のピッチを光源から最も遠い所
で最小となるように光源から遠くなる程ピッチを狭くと
る方法もある。前者の方法を採ると第1及び第2の反射
面10、11のどちらにも照明されない領域ができ輝度ムラ
が生じる。これを解消するために偏光子7と液晶パネル
8の間に拡散板を入れ光を拡散する必要が生じる。しか
しこの場合でも第2の反射面11を利用しない場合に比べ
ると輝度ムラの解消は容易で、あまり明るさを犠牲にし
ないで済む。又、後者の方法を利用すれば、第1および
第2の反射面10、11により画面上の全ての点に導光可能
となる。又、各々の偏光分離膜5への光の入射角を光源
から最も遠い点で偏光度が最大になる70゜付近にする
と、光源からの距離と偏光度の影響が互いに打ち消し合
いマクロ的に画面の明るさが均一になるように働く。こ
のため、微小反射面6での画面の明るさの調整は最小で
済み、最大の光利用効率が得られる。
このような構造のモデルにおいて、偏光分離膜を利用
することにより、画面の明るさの向上が得られた。(正
面方向輝度で10%程度)この値は偏光分離膜の膜質の向
上や膜厚の正確なコントロール及び各部の損失の減少に
よりさらに向上させることができる。又、厚さは蛍光管
短軸方向の画面サイズを60mmとし蛍光管並の厚さ約8mm
が達成できる。
〔発明の効果〕
以上の説明で明らかなように本発明によれば、照明を
薄くでき、又、従来吸収している偏光成分を利用するこ
とにより光利用効率の高い照明となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における液晶表示装置用照明装
置を示す要部断面図、第2図は本発明の実施例を示す第
1図A部の拡大断面図、第3図は従来の透過型液晶表示
装置用照明装置を示す断面図、第4図は本発明の実施例
の薄型性を説明するのに用いた断面図、第5図は本発明
に用いた偏光分離膜の反射率の入射角依存性を示すグラ
フ、第6図は本発明の実施例の導光部材を示す説明図、
第7図は本発明に用いた微小反射面の構造を示す断面図
である。 1……光源、 2……第1の導光部材、 3……第2の導光部材、 4……4分の1波長板、 5……偏光分離膜、 6……微小反射面。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の導光部材および第2の導光部材と、
    管状の光源の短軸方向にほぼ平行光とするための前記第
    1の導光部材と第2の導光部材とのそれぞれの底面に設
    ける複数の反射面と、偏光方向により入射光を反射光と
    透過光に分離させるための前記第1の導光部材と第2の
    導光部材との境界に設ける偏光分離膜と、前記透過光の
    偏光面を回転させるための前記第2の導光部材の底面に
    設ける4分の1波長板と、前記反射面からの反射光を液
    晶表示装置の方向に偏向する前記第1の導光部材の上面
    に設ける複数の微小反射面とから構成される前記光源か
    らの光を導く透明部材からなる導光体を有することを特
    徴とする液晶表示装置用照明装置。
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