JP5484405B2 - Illumination device and liquid crystal display device - Google Patents
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Description
本発明は、液晶パネルに光を照射する照明装置及び、この照明装置を用いた液晶表示装置に関する。 The present invention relates to an illumination device that irradiates light to a liquid crystal panel and a liquid crystal display device using the illumination device.
液晶表示装置は、薄くて軽いこと、さらに消費電力が低いことなどから、携帯型の情報端末のディスプレイとして広く利用されている。液晶表示装置は、その構成要素である液晶パネルが自発光型素子ではないため、照明装置を必要とする。照明装置は、液晶パネルの背面側(すなわち、視認者と反対側)に配置される、いわゆるバックライトと、液晶パネルの前面側(すなわち、視認者側)に配置される、いわゆるフロントライトがある。液晶パネルが透過型である場合はバックライトを、反射型である場合にはフロントライトを用いる。反射型液晶パネルは、基本的に照明装置を必要としない素子であるが、光が少ないような状況下では視認することが困難であり、最近では、前面にフロントパネルを配置することが多くなっている。 A liquid crystal display device is widely used as a display of a portable information terminal because it is thin and light and has low power consumption. A liquid crystal display device requires a lighting device because a liquid crystal panel which is a constituent element thereof is not a self-luminous element. The lighting device includes a so-called backlight disposed on the back side of the liquid crystal panel (that is, the side opposite to the viewer) and a so-called front light disposed on the front side of the liquid crystal panel (that is, the viewer side). . When the liquid crystal panel is a transmissive type, a backlight is used, and when the liquid crystal panel is a reflective type, a front light is used. A reflective liquid crystal panel is basically an element that does not require a lighting device, but it is difficult to see in a situation where there is little light, and recently, a front panel is often placed on the front. ing.
携帯型の情報端末に用いられる液晶表示装置では、照明装置も薄型である必要があるため、透明部材で形成された平板状の導光板の側部に冷陰極管などの線状光源をリフレクタ(反射板)とともに配置する、いわゆるサイドライト型(エッジライト型などともいう)の照明装置が用いられる。このようなサイドライト型の照明装置では、線状光源から出射した光が直接的にあるいはリフレクタで反射して間接的に導光板の側面から入射する。導光板に入射した光は導光板内を伝播しながら、平板状の導光板の上面側(バックライトの場合)または下面側(フロントライトの場合)から出射し、導光板(照明装置)の上面側または下面側に配置される液晶パネルに入射する。 In a liquid crystal display device used for a portable information terminal, since the illumination device also needs to be thin, a linear light source such as a cold cathode tube is provided on a side of a flat light guide plate formed of a transparent member as a reflector ( A so-called side light type (also referred to as an edge light type) illumination device that is disposed together with the reflector is used. In such a sidelight type illumination device, the light emitted from the linear light source is incident directly or indirectly from the side surface of the light guide plate after being reflected by the reflector. The light that has entered the light guide plate propagates through the light guide plate and is emitted from the upper surface side (in the case of a backlight) or the lower surface side (in the case of a front light) of the flat light guide plate, and the upper surface of the light guide plate (illumination device). Incident on the liquid crystal panel arranged on the side or the lower surface side.
冷陰極管などの光源から出射する光は、通常、ランダム偏光(無偏光の光)であるため、導光板から出射する光もランダム偏光である。しかし、液晶パネルには、通常、入射側(および出射側)に偏光子が設けられており、所定の直線偏光のみが液晶パネル内に入射するようにしている。したがって、導光板を出射し液晶パネルに入射するランダム偏光のうち、実際に液晶パネル内に入射して表示に利用されるのは約半分の光だけであり、光の利用効率が悪い。携帯型の情報端末のディスプレイには、高輝度化が要求されている。この従来の構成で高輝度化を図るためには、冷陰極管などの光源の発光量を多くすれば良いが、そうすると消費電力が増加してしまい、特に、バッテリ駆動の携帯型の情報端末などのディスプレイとして適さなくなってしまう。 Since light emitted from a light source such as a cold cathode tube is usually randomly polarized light (non-polarized light), light emitted from the light guide plate is also randomly polarized light. However, the liquid crystal panel is usually provided with a polarizer on the incident side (and the outgoing side) so that only predetermined linearly polarized light is incident on the liquid crystal panel. Therefore, only about half of the random polarized light that exits the light guide plate and enters the liquid crystal panel is actually incident on the liquid crystal panel and used for display, and the light use efficiency is poor. The display of a portable information terminal is required to have high brightness. In order to achieve high brightness with this conventional configuration, it is sufficient to increase the amount of light emitted from a light source such as a cold-cathode tube. However, this increases power consumption, and in particular, a battery-driven portable information terminal or the like It will no longer be suitable as a display.
このような問題を解決する手段として、導光板から出射し液晶パネルに入射する光を直線偏光とし、照明装置から出射する光の殆どを液晶パネルに入射させて利用しようとする技術がある。例えば、特開平9−73083号公報には、サイドライト型の照明装置において、光源と導光板の間に光源側から、補助導光板、コレステリック液晶シートからなる偏光分離手段とポリビニルアルコール(PVA)からなる位相変換手段を配置する構成が開示されている。この従来技術では、コレステリック液晶シートからなる偏光分離手段で第1の円偏光を透過、第2の円偏光を反射し、透過した第1の円偏光を位相変換手段で直線偏光に変換して導光板に入射させている。また、偏光分離手段の入射角依存性による影響を防ぐために、偏光分離手段に入射する光の角度を揃える補助導光板が配置されている。一方、反射した第2の円偏光は光源側に戻り、光源表面やリフレクタ等で反射して極性が反転した円偏光(すなわち、第1の円偏光)となり、偏光分離手段を透過するようになる。 As a means for solving such a problem, there is a technique in which light emitted from the light guide plate and incident on the liquid crystal panel is linearly polarized light, and most of the light emitted from the illumination device is incident on the liquid crystal panel and used. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-73083, in a sidelight type illumination device, a polarization separating means comprising a supplementary light guide plate, a cholesteric liquid crystal sheet, and polyvinyl alcohol (PVA) are provided between the light source and the light guide plate from the light source side. The structure which arrange | positions a phase conversion means is disclosed. In this prior art, the first circularly polarized light is transmitted and the second circularly polarized light is reflected by the polarization separating means made of a cholesteric liquid crystal sheet, and the transmitted first circularly polarized light is converted to linearly polarized light by the phase converting means. Incident light. In addition, in order to prevent the influence due to the incident angle dependency of the polarization separating means, an auxiliary light guide plate for arranging the angles of light incident on the polarization separating means is arranged. On the other hand, the reflected second circularly polarized light returns to the light source side, is reflected by the surface of the light source, a reflector or the like, becomes circularly polarized light whose polarity is reversed (that is, the first circularly polarized light), and passes through the polarization separating means. .
よって、この従来の照明装置では、光源からの光の半分以上を導光板へ導入し利用することが可能になる。 Therefore, in this conventional illumination device, it is possible to introduce and use more than half of the light from the light source into the light guide plate.
しかしながら、上記した従来の照明装置では、円偏光を分離する偏光分離手段の入射角依存性による影響を防ぐために、偏光分離手段への入射角を制御する補助導光板のような補助部材が必要になる。上記文献中には、このような補助部材(補助導光板)が設けられない構成も開示されているが、実用上は、補助部材を設けなければ所望の効果(光源光の利用効率を上げる)は得られない。よって、上記の従来技術では、部品点数が多くなり、小型・軽量化を実現できず、さらに、安価に製造することが困難であるという問題があった。 However, in the conventional illumination device described above, an auxiliary member such as an auxiliary light guide plate for controlling the incident angle to the polarization separating means is necessary in order to prevent the influence due to the incident angle dependency of the polarization separating means for separating the circularly polarized light. Become. In the above document, a configuration in which such an auxiliary member (auxiliary light guide plate) is not provided is also disclosed. However, in practice, if an auxiliary member is not provided, a desired effect (increased utilization efficiency of light source light) is disclosed. Cannot be obtained. Therefore, the above-described conventional technology has a problem that the number of parts increases, it is impossible to realize a reduction in size and weight, and it is difficult to manufacture at a low cost.
本発明は、上記問題点を鑑み、光源光の利用効率が高く、少ない部品点数で構成できる照明装置、及び、明るさ(輝度)が向上した液晶表示装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an illuminating device that has high light source light utilization efficiency and can be configured with a small number of components, and a liquid crystal display device with improved brightness (luminance).
本発明の観点によれば、上記課題は以下の特徴を持つ照明装置及び液晶表示装置によって解決される。 According to the viewpoint of this invention, the said subject is solved by the illuminating device and liquid crystal display device which have the following characteristics.
すなわち、平板状の導光板と、導光板の側方に配置される光源部と、導光板と光源部との間に配置され、第1の偏光方向の直線偏光を透過し、第1の偏光方向と直交する偏光方向の直線偏光を反射する偏光分離素子とを備えることを特徴とする照明装置およびそれを用いた液晶表示装置である。 That is, a flat light guide plate, a light source unit disposed on the side of the light guide plate, a light guide plate disposed between the light guide plate and the light source unit, transmits linearly polarized light in the first polarization direction, and the first polarization An illumination device including a polarization separation element that reflects linearly polarized light in a polarization direction orthogonal to the direction, and a liquid crystal display device using the illumination device.
以上の通り、本発明によれば、安価に製造が可能な部品点数が少ない構成で、照明装置の光源光の利用効率を向上させること、さらに、液晶表示装置の明るさ(輝度)を向上させることが可能になるという効果がある。 As described above, according to the present invention, the utilization efficiency of the light source light of the illumination device is improved with a configuration having a small number of parts that can be manufactured at low cost, and the brightness (luminance) of the liquid crystal display device is improved. There is an effect that it becomes possible.
(本発明の原理)
図1は、本発明の原理図である。光源部2から出射した光L1は、無偏光の光である。光L1は位相変調素子4を透過して光L2(光L1と同様に無偏光)となり、第1の偏光方向の光を透過し、第1の偏光方向と直交する第2の偏光方向の光を反射する偏光分離素子6に入射する。偏光分離素子6は、第1の直線偏光L3を透過し、偏光方向が直線偏光L3と直交する第2の直線偏光L4を反射する。直線偏光L3は図示しない導光板へ向かう。直線偏光L4は位相変調素子4に入射して円偏光L5に変換され、円偏光L5は光源部2へ戻る。
(Principle of the present invention)
FIG. 1 is a principle diagram of the present invention. The light L1 emitted from the
光源部2に戻った光L5は、光源部2の内部で反射等を繰り返し、再び無偏光L1となって光源部2から出射する。そして、上述のように偏光分離素子6で半分の光、すなわち第1の直線偏光L3が透過して導光板へ向かい、残りの光、すなわち第2の直線偏光が再び光源部2へ戻る。この繰り返しにより、光源部2から出射する光の殆どが導光板へ入射して利用可能となる。
The light L5 that has returned to the
尚、円偏光L5が光源部2で一回反射されて光源部2を出射した場合、逆の円偏光となるため、位相変調素子4で直線偏光(第1の直線偏光)に変換され、偏光分離素子6をそのまま透過するようになる。
In addition, when the circularly polarized light L5 is reflected once by the
また、上記説明では、位相変調素子4を光源部2と偏光分離素子6との間に設けたが、位相変調素子4を省略することも可能である。
In the above description, the
(本発明の実施の形態)
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。尚、同様な機能を有するものには同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
(Embodiment of the present invention)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to what has the same function, and the detailed description is abbreviate | omitted.
図2は、本発明の第1の実施の形態である照明装置110を示す図である。照明装置110はフロントライト型の照明装置であり、平板状の導光板30と、導光板30の一側面に配置される、偏光分離素子となる偏光分離シート20及び線状の光源部10を備える。偏光分離シート20は光源部10と導光板30の間に配置される。線状の光源部10は、例えば図12(a)に示すように、線状の発光源である冷陰極管12と反射部材であるリフレクタ14で構成される。リフレクタ14は例えばアルミで形成され、光の出射側を除いて冷陰極管12を囲むように配置されている。尚、図1及び以降の図では、光源部10は簡略化して冷陰極管12のみ図示している。
FIG. 2 is a diagram showing the
冷陰極管12からの光は一般的に無偏光の光であり、リフレクタ14で反射した光も同様に無偏光の光である。冷陰極管12を出射した光は、図12(b)に示すように、直接的にあるいはリフレクタ14で反射して光源部10を出射し、偏光分離シート20に入射する。(尚、図12(b)には、後述する実施の形態に開示される位相変調素子(4分の1波長シート40)が示されている。)偏光分離シート20としては、市販されているシート(例えば、3M社よりD−BEFの商品名で市販されているもの)を用いることができる。偏光分離シート20に入射した光は所定の偏光方向を有する直線偏光の光が透過し、それに直交する偏光方向の直線偏光の光が反射する。上記所定の方向すなわち透過する直線偏光の偏光方向は、偏光分離シートの光学的軸の配置方向によって定められる。偏光分離シート20で反射した他方の直線偏光の光は、光源部10に戻り一部は冷陰極管12に向かい、残りはリフレクタ14へ向かう。冷陰極管12に入射した光は、冷陰極管12の蛍光体によって2次発光し、再び無偏光の光となって偏光分離シート20に入射し、所望の直線偏光の光だけが透過し、それに直交する直線偏光の光は反射され再び光源部10へ戻る。これが繰り返されることによって、殆ど全ての光が偏光分離シート20を透過し導光板30へ向かう。ここで「殆ど全て」というのは、実際には、界面でのロス、反射時のロス、2次発光時のロスなどがあり、無限回に繰り返されるものではないからである。
The light from the
偏光分離シート20を透過した直線偏光の光は、導光板30に入射する。偏光板30はフロントライト型照明装置の導光板であり、例えば図18に示すように、上面側(反射型液晶パネルとともに用いられた場合の視認側)に傾斜角度の異なる2種類の斜面32及び34からなるプリズム面が形成され、下面側(反射型液晶パネルと用いられた場合の液晶パネル側)が平坦面36となっている。導光板30に入射した光のうち(図中、左方から光が入射する)、傾斜角度の小さな斜面32に入射した光は全反射により導光板中を伝播し、傾斜角度の大きな斜面34に入射した光は反射して下面36より導光板30の外部に出射する。導光板30に入射する光が直線偏光であれば、導光板30内では偏光状態が維持されるので、導光板30からの出射光は同様に直線偏光の光となる。
The linearly polarized light transmitted through the
したがって、上記第1の実施の形態のように、光源部と導光板の間に偏光分離素子を配置するだけで、偏光分離素子での反射光を再利用して導光板への入射光を直線偏光化でき、それにより導光板からの出射光を直線偏光とすることが可能となるため、光の利用効率の高い照明装置を少ない部品点数で構成することが可能となる。 Therefore, as in the first embodiment, only the polarization separation element is disposed between the light source unit and the light guide plate, and the reflected light from the polarization separation element is reused to linearly polarize the incident light to the light guide plate. As a result, the light emitted from the light guide plate can be converted into linearly polarized light, so that a lighting device with high light utilization efficiency can be configured with a small number of components.
図3は、本発明の第2の実施の形態である照明装置120を示す図である。前述の第1の実施の形態の照明装置110と類似した構成であり、相違点は光源部50の構成である。光源部50の詳細な構成は図13に示される。図13(a)に示すように、光源部50は、略四角柱形状の透明部材からなる柱状導光体52と、その両端部に配置された点状の発光部となる点状発光部51を備える。点状発光部51は、例えば、安価に入手できる発光ダイオード(LED:lightemitting diode)で構成される。柱状導光体52は、4つの側面のうちの一側面が平坦な出射面54となり、出射面54に対向する他の一側面がプリズム面53となっている。残りの2つの側面は平坦面となっている。
FIG. 3 is a diagram showing a
また、図14に示すように、プリズム面53には、反射部材として金属膜あるいは多層膜などからなる反射層57が設けられる。よって、点状発光部51から柱状導光体52に入射した光は、図14(a)〜(c)に示すように、プリズム面53への入射角に関係なくプリズム面53に設けられた反射層57により反射されるので、光が無効になることなく出射面54から出射して偏光分離シート20へ向かう。点状発光部51のLEDから出射する光は一般的に無偏光の光であるため、柱状導光体52から出射する光も無偏光の光となる。
As shown in FIG. 14, the
柱状導光体52から出射した無偏光の光は、偏光分離シート20で所定の直線偏光の光だけ透過し、図16に示すように、直交する直線偏光の光は柱状導光体52に戻る。柱状導光体52に戻った光はプリズム面53に入射し、図16(a)に示すように、一部の光は反射層57で反射されて無偏光の光に変換し、再び出射面54から出射して偏光分離シート20に入射する。そして、偏光分離シート20では、所定の直線偏光の光のみ透過し、直交する直線偏光の光を反射する。これを繰り返す。
The non-polarized light emitted from the columnar
また、柱状導光体52に戻った光の他の一部は、図16(b)に示すように、反射層57で反射し、さらに出射面54で全反射して柱状導光体52内を伝播しながら点状発光部51に入射し、2次発光により無偏光の光となって柱状導光体52内を伝播しながら再び出射面54から出射して偏光分離シート20に入射する。そして、偏光分離シート20では、所定の直線偏光の光のみ透過し、直交する直線偏光の光を反射する。これを繰り返す。
In addition, as shown in FIG. 16B, the other part of the light returning to the columnar
このように、本実施の形態の光源部50では、点状発光部51から出射する光の殆ど全てが、柱状導光体52および偏光分離シート20を通って、直線偏光に変換されて導光板30に入射する。そして、偏光板30では入射した光の偏光状態を維持して直線偏光のまま出射する。したがって、本実施の形態の照明装置120は、前述の第1の実施の形態と同様な作用・効果を有する。
As described above, in the
尚、点状発光部51としては、他の構成も適用することができる。例えば、図13(b)に示すように、柱状導光体52の端面に蛍光体55を塗布し、その上にLED56等の点光源を配置する構成が可能であり、さらに、図13(c)に示すように、柱状導光体52の1つの端面に複数のLED56等の点光源を配置する構成も可能である。また、図13(c)の構成の場合、複数の点光源の波長が同一でも良いし、異なる波長のものでも良い。
In addition, as the point
また、柱状導光体52としては、四角柱形状に限らず、他の多角柱形状のものが適用できる。この場合、少なくとも1つの側面を出射面とし、少なくとも1つの他の側面に反射部材あるいはプリズム面(または両方)を設ければよい。
Further, the columnar
図4は、本発明の第3の実施の形態である液晶表示装置140を示す図である。液晶表示装置140は反射型の液晶表示装置であり、反射型液晶パネル70と、その前面に配置され、光源部10、偏光分離シート20及び導光板30を備えた、前述の第1の実施の形態であるフロントライト型の照明装置110とを有する。照明装置110は液晶パネル70の前面から光を照射し、液晶パネル70で反射された光は照明装置110の導光板30を透過する。したがって、液晶パネル70の表示は導光板30を介して見ることになる。
FIG. 4 is a diagram showing a liquid
ここで、液晶パネル70の前面側(入射側)には偏光子が設けられており、偏光子の偏光軸は液晶パネル70の長手方向(線状光源部10の長手方向)となるように設けられている。よって、導光板30を出射して液晶パネル70に入射する直線偏光の偏光方向と、偏光子の透過軸方向を合わせる必要がある。図21は、直線偏光の偏光方向と偏光子の光学軸との角度の関係を示す図である。横軸は偏光子に入射する直線偏光の偏光方向の角度を示し、90度方向が偏光子の遮光軸方向に対応し、180度方向(本実施の形態におていは、液晶パネルの長手方向、すなわち線状光源部の長手方向)が偏光子の透過軸方向に対応する。縦軸は液晶パネルからの出射光(透過光あるいは反射光)の透過光量を最大透過光量で規格化した消光比を示している。図から、直線偏光の偏光方向が偏光子の透過軸とほぼ一致する時に最大の透過光量となることが分かる。言い換えれば、直線偏光の偏光方向と偏光子の透過軸がずれていると、偏光子での吸収によるロスが生じてしまう。
Here, a polarizer is provided on the front side (incident side) of the
したがって、本実施の形態では、偏光分離シート20を透過する直線偏光の偏光方向を調整することで、導光板30を出射する光の偏光方向と液晶パネル70前面の偏光子の透過軸が略一致するようにしている。すなわち、偏光分離シート20を大きなシートから切り出す時に、その透過光の偏光方向が所定の方向となるように、例えば、偏光分離シート20の長手方向と透過光の偏光方向が略平行(水平方向)となるように切り出す。ここで所定の方向とは、偏光分離シート20を透過した直線偏光が導光板30を通って液晶パネル70の偏光子に入射する時に、直線偏光の偏光方向が偏光子の透過軸と略一致するような方向のことである。
Therefore, in this embodiment, by adjusting the polarization direction of the linearly polarized light transmitted through the
図22は、偏光分離素子(偏光分離シート20)の出射光と導光板(導光板30)の出射光の偏光方向を示す図である。横軸は各出射光の角度示し、偏光子の透過軸に対する角度で示している。偏光子の透過軸の配置方向は上述の通りである。縦軸は液晶パネル(液晶パネル70)からの出射光(透過光あるいは反射光)の透過光量を最大透過光量で規格化した消光比を示している。図より、本実施の形態では、偏光分離シート20からの出射光の偏光特性と、導光板30からの出射光の偏光特性がほぼ一致していることが分かる。すなわち、導光板30で入射した直線偏光の偏光状態が維持されていることが分かる。
FIG. 22 is a diagram illustrating the polarization directions of the outgoing light from the polarization separation element (polarization separation sheet 20) and the outgoing light from the light guide plate (light guide plate 30). The horizontal axis indicates the angle of each outgoing light, and indicates the angle with respect to the transmission axis of the polarizer. The arrangement direction of the transmission axis of the polarizer is as described above. The vertical axis represents the extinction ratio obtained by normalizing the transmitted light amount of the outgoing light (transmitted light or reflected light) from the liquid crystal panel (liquid crystal panel 70) with the maximum transmitted light amount. From the figure, it can be seen that in the present embodiment, the polarization characteristics of the outgoing light from the
上述したように、本実施の形態の液晶表示装置140では、光の利用効率の良い照明装置110を用い、さらに照明装置110からの光がロスなく効率よく液晶パネル70に入射するように、偏光分離シート20の光の透過方向と液晶パネル70の偏光子の透過軸方向が設定されているので、明るい液晶表示装置を実現することが可能となる。
As described above, in the liquid
尚、本実施の形態において、照明装置としては、前述の第2の実施の形態に示した照明装置120を用いることも可能である。また、反射型液晶パネル70としては、TN(Twisted Nematic)モード液晶パネル、VA(Vertically Aligned)モード液晶パネルなどの他、種々のモードの反射型液晶パネルを用いることができる。
In the present embodiment, as the lighting device, the
図5は、本発明の第4の実施の形態である液晶表示装置150を示す図である。液晶表示装置150は透過型の液晶表示装置であり、透過型液晶パネル90と、その背面に配置され、前述の第2の実施の形態の照明装置120をバックライト型とした照明装置とを有する。バックライト型の照明装置は、第2の実施の形態の照明装置120と光源部50及び偏光分離シート20が共通であるが、導光板80が異なる。導光板80は、背面に入射した光を上面(前面)に向けて拡散させる拡散パターンが形成され、さらに背面側に反射板が配置される。そして、導光板80の上面が出射面となって光が出射し、導光板80を出射した光は透過型液晶パネル90の背面から入射する。したがって、液晶パネル90の表示は液晶パネル90の前面を直接見ることになる。導光板80の機能は、前述の実施の形態の導光板30と同様であり、光源部50及び偏光分離シート20により直線偏光化された光が入射し、その偏光状態を維持したまま出射させる。
FIG. 5 is a diagram showing a liquid
ここで、前述の実施の形態と同様に、液晶パネル90の入射側(背面側)には偏光子が設けられている。そこで、本実施の形態でも、偏光分離シート20を透過した直線偏光が導光板30を通って液晶パネル70の偏光子に入射する時に、直線偏光の偏光方向が偏光子の透過軸と略一致するように、偏光分離シート20と液晶パネル90の入射側の偏光子の配置方向が定められている。
Here, as in the above-described embodiment, a polarizer is provided on the incident side (back side) of the
上述したように、本実施の形態の液晶表示装置150においても、前述の液晶表示装置140と同様に、光の利用効率の良い照明装置を用い、さらに照明装置からの光がロスなく効率よく液晶パネル90に入射するように、偏光分離シート20の光の透過方向と液晶パネル90の偏光子の透過軸方向が設定されているので、明るい液晶表示装置を実現することが可能となる。
As described above, in the liquid
尚、本実施の形態においても、照明装置として、前述の第1の実施の形態に示した照明装置110をバックライト型の照明装置に適用したものを用いることが可能である。また、透過型液晶パネル90として、前述の実施の形態同様、種々のモードの透過型液晶パネルを用いることができる。
Also in this embodiment, it is possible to use a lighting device in which the
図6は、本発明の第5の実施の形態である照明装置160を示す図である。照明装置160はフロントライト型の照明装置であり、前述の第1の実施の形態の照明装置110と類似した構成であるが、相違点は光源部10と偏光分離シート20との間に位相変調素子となる4分の1波長シート40が配置されている点である。
FIG. 6 is a diagram showing a
本実施の形態においては、図12(b)に示すように、冷陰極管12を出射した無偏光の光は、直接的にあるいはリフレクタ14で反射して光源部10を出射し、4 分の1波長シート40に入射及び透過し、偏光分離シート20に入射する。偏光分離シート20としては、市販されているシート(例えば、3M社よりD−BEFの商品名で市販されているもの)を用いることができる。偏光分離シート20に入射した光は所定の偏光方向を有する直線偏光の光が透過し、それに直交する偏光方向の直線偏光の光が反射する。上記所定の方向すなわち透過する直線偏光の偏光方向は、偏光分離シートの光学的軸の配置方向によって定められる。偏光分離シート20で反射した直線偏光の光は、4分の1波長シート40に入射し、円偏光に変換されて光源部10に戻る。光源部10に戻った円偏光の光の一部は冷陰極管12に向かい、残りはリフレクタ14へ向かう。冷陰極管12に入射した円偏光の光は、冷陰極管12の蛍光体によって2次発光し、再び無偏光の光となって光源部10を出射する。出射した無偏光の光は、4分の1波長シート40を透過した後、偏光分離シート20に入射し、再び所定の直線偏光の光だけが透過し、それに直交する直線偏光の光は反射され再び光源部10へ戻る。また、リフレクタ14に入射した円偏光の光は、リフレクタ14で反射される時に逆の円偏光の光となり、この状態で光源部10を出射する。光源部10を出射した逆の円偏光の光は、4分の1波長シート40に入射し直線偏光に変換される。この変換された直線偏光の偏光方向は、偏光分離シート20で反射されて戻された直線偏光の偏光方向と直交する方向となる。すなわち、偏光分離シート20を透過する直線偏光の光となる。したがって、4分の1波長シート40で変換された直線偏光の光は、そのまま偏光分離シート20を透過して導光板30へ向かうことになる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12B, the non-polarized light emitted from the
これが繰り返されることによって、光源部10を出射する殆ど全ての光が偏光分離シート20を透過し導光板30へ向かう。ここで「殆ど全て」というのは、実際には、界面でのロス、反射時のロス、2次発光時のロスなどがあり、無限回に繰り返されるものではないからである。しかしながら、本実施の形態では、光源部と偏光分離素子(偏光分離シート20)との間に、位相変調素子(4分の1波長シート40)が配置されている。そのため、偏光分離素子で反射されて戻された直線偏光の光のうち、位相変調素子で円偏光に変換され、光源部のリフレクタで反射されて再び位相変調素子に入射する光は、偏光分離素子を透過する直線偏光に変換されるので、一度光源部に戻るだけで導光板へ向かうことができる。よって、各素子での反射や透過、2次発光などを何度も繰り返すことがないため、それらに起因するロスが少なく、光の再利用効率が向上する。したがって、本実施の形態(光源部と偏光分離素子との間に位相変調素子を配置する構成)は、前述の第1〜第3の実施の形態などと比べ、さらに光の利用効率が向上し、液晶パネルと組み合わせると、さらに明るい液晶表示パネルを実現することができる。
By repeating this, almost all of the light emitted from the
図7は、本発明の第6の実施の形態である照明装置170を示す図である。照明装置170はフロントライト型の照明装置であり、前述の第2の実施の形態の照明装置120と類似した構成であるが、相違点は光源部50と偏光分離シート20との間に位相変調素子となる4分の1波長シート40が配置されている点である。また、前述の第5の実施の形態の照明装置160とも類似しており、相違点は光源部50の構成である。光源部50の構成については、前述のとおりである。
FIG. 7 is a diagram showing a
本実施の形態においては、図17に示すように、柱状導光体52から出射した無偏光の光は、4分の1波長シート40に入射及び透過し、偏光分離シート20で所定の直線偏光の光だけ透過し、直交する直線偏光の光は4分の1波長シート40を透過して柱状導光体52に戻る。柱状導光体52に戻った光は、4分の1波長シート40を透過することで円偏光の光となっている。柱状導光体52に戻った円偏光の光はプリズム面53に入射し、図17(a)に示すように、一部の光は反射層57で反射される時に逆の円偏光の光となり、再び出射面54から出射する。出射面54から出射した逆の円偏光の光は、4分の1波長シート40を透過して直線偏光の光に変換される。この変換された直線偏光の偏光方向は、偏光分離シート20で反射されて戻された直線偏光の偏光方向と直交する方向となる。すなわち、偏光分離シート20を透過する直線偏光の光となる。したがって、4分の1波長シート40で変換された直線偏光の光は、そのまま偏光分離シート20を透過して導光板30へ向かうことになる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the non-polarized light emitted from the columnar
また、柱状導光体52に戻った円偏光の光の他の一部は、図17(b)に示すように、反射層57で反射し、さらに出射面54で全反射して柱状導光体52内を伝播しながら点状発光部51に入射し、2次発光により無偏光の光となって柱状導光体52内を伝播しながら再び出射面54から出射し、4分の1波長シート40を透過して偏光分離シート20に入射する。そして、偏光分離シート20では、所定の直線偏光の光のみ透過し、直交する直線偏光の光を反射する。これを繰り返す。
In addition, as shown in FIG. 17B, the other part of the circularly polarized light that has returned to the columnar
このように、本実施の形態においても、前述の第5の実施の形態と同様に、光源部と偏光分離素子(偏光分離シート20)との間に、位相変調素子(4分の1波長シート40)が配置されている。そのため、偏光分離素子で反射されて戻された直線偏光の光のうち、位相変調素子で円偏光に変換され、光源部で反射されて再び位相変調素子に入射する光は、偏光分離素子を透過する直線偏光に変換されるので、一度光源部に戻るだけで導光板へ向かうことができる。よって、各素子での反射や透過、2次発光などを何度も繰り返すことがないため、それらに起因するロスが少なく、光の再利用効率が向上する。したがって、本実施の形態においても、前述の第1,第2の実施の形態などと比べ、さらに光の利用効率が向上し、液晶パネルと組み合わせると、さらに明るい液晶表示パネルを実現することができる。 As described above, also in the present embodiment, the phase modulation element (quarter wavelength sheet) is provided between the light source unit and the polarization separation element (polarization separation sheet 20), as in the fifth embodiment. 40) is arranged. Therefore, of the linearly polarized light reflected and returned by the polarization separation element, the light that is converted into circularly polarized light by the phase modulation element, is reflected by the light source unit, and is incident on the phase modulation element again is transmitted through the polarization separation element. Therefore, it is possible to go to the light guide plate only by returning to the light source unit once. Therefore, since reflection, transmission, secondary light emission, and the like at each element are not repeated many times, loss due to them is small, and light reuse efficiency is improved. Therefore, also in this embodiment, compared with the first and second embodiments described above, the light utilization efficiency is further improved, and when combined with a liquid crystal panel, a brighter liquid crystal display panel can be realized. .
図8は、本発明の第7の実施の形態である液晶表示装置180を示す図である。液晶表示装置180は反射型の液晶表示装置であり、前述の第3の実施の形態の液晶表示装置140と類似した構成であるが、相違点はフロントライト型の照明装置として第5の実施の形態の照明装置160を用いている点である。
FIG. 8 is a diagram showing a liquid
本実施の形態においては、照明装置として第5の実施の形態の照明装置160を用いているので、第3の実施の形態の液晶表示装置140よりも、さらに明るい液晶表示装置を実現することができる。
In the present embodiment, since
尚、本実施の形態において、照明装置としては、前述の第6の実施の形態に示した照明装置170を用いることも可能である。また、反射型液晶パネル70としては、TN(Twisted Nematic)モード液晶パネル、VA(Vertically Aligned)モード液晶パネルなどの他、種々のモードの反射型液晶パネルを用いることができるのは、前述の実施の形態と同様である。
In this embodiment, as the lighting device, the
図9は、本発明の第8の実施の形態である液晶表示装置190を示す図である。液晶表示装置190は透過型の液晶表示装置であり、前述の第4の実施の形態の液晶表示装置150と類似した構成であるが、相違点はバックライト型の照明装置として第6の実施の形態の照明装置170をバックライト型とした照明装置を用いている点である。
FIG. 9 is a diagram showing a liquid
本実施の形態においては、照明装置として第6の実施の形態の照明装置170を用いているので、第4の実施の形態の液晶表示装置150よりも、さらに明るい液晶表示装置を実現することができる。
In the present embodiment, since the
尚、本実施の形態においても、照明装置として、前述の第5の実施の形態に示した照明装置160をバックライト型の照明装置に適用したものを用いることが可能であり、また、透過型液晶パネル90として、種々のモードの透過型液晶パネルを用いることができることは、前述の実施の形態と同様である。
Also in this embodiment, as the lighting device, the
図10は、本発明の第9の実施の形態である液晶表示装置200を示す図である。液晶表示装置200は透過型の液晶表示装置であり、前述の第8の実施の形態の液晶表示装置190と類似した構成であるが、相違点は導光板80と透過型液晶パネル90の間に第2の位相変調素子となる2分の1波長シートを配置した点である。
FIG. 10 is a diagram showing a liquid
また、液晶表示装置200おいては、液晶パネル90の入射側に設けられた偏光子の透過軸の方向が、前述した実施の形態のものと異なっている。つまり、前述までの実施の形態の液晶パネルでは、透過軸の方向が液晶パネルの長手方向(線状の光源部の長手方向:図19(a)における矢印24の方向)としていたが、本実施の形態の液晶パネル90では、透過軸の方向と液晶パネルの長手方向(線状の光源部50の長手方向)との間の角度が略45度(図19(a)における矢印92の方向)となるように配置されている。一般的に、液晶パネルには視角依存性が有ることから、一対の偏光子の透過軸方向を直交させるとともに(クロスニコル)、それぞれを液晶パネルの長手方向に対して45度の角度をなす方向に設けられる。
Further, in the liquid
このような液晶パネル90を用いた場合、図19(b)に示すように、偏光分離シート20を透過する直線偏光の偏光方向が矢印22の方向となるように配置することが考えられる。しかし、直線偏光の偏光方向がどのような角度で導光板80に入射しても、直線偏光が導光板80内を伝播していくうちに、図19(a)に示すように、導光板80から出射する直線偏光の偏光方向は液晶パネル90(光源50)の長手方向に平行な方向(矢印24)となる。そうすると、液晶パネル90の入射側の偏光子の透過軸方向(矢印92)との間にずれが生じる。
When such a
このため、本実施の形態の液晶表示装置200では、2分の1波長シート100を配置している。また、2分の1波長シート100は、図19(c)に示すように、2分の1波長シート100の光学軸の方向(矢印102)が、導光板80から出射する直線偏光の偏光方向(矢印24)と液晶パネル90の入射側の偏光子の透過軸の方向(矢印92)との中間となるように配置される。このように配置することで、導光板80を出射した直線偏光の偏光方向が回転させられ、液晶パネル90の入射側の偏光子の透過軸の方向と同じ方向となって、液晶パネル90(入射側の偏光子)に入射することとなる。よって、導光板80を出射した直線偏光が無駄なく液晶パネルに入射されることとなる。
For this reason, in the liquid
このように、本実施の形態においては、照明装置(導光板)から出射する直線偏光の偏光方向を、2分の1波長シート等の位相変調素子で回転させ、液晶パネルの入射側の偏光子の透過軸方向に合わせるようにしているので、偏光子での吸収ロスなどを低減でき、照明装置からの光を無駄なく効率よく利用できるので、明るい液晶表示装置を実現することができる。 Thus, in this embodiment, the polarization direction of linearly polarized light emitted from the illumination device (light guide plate) is rotated by the phase modulation element such as a half-wave sheet, and the polarizer on the incident side of the liquid crystal panel Accordingly, the absorption loss in the polarizer can be reduced, and the light from the illumination device can be used efficiently without waste, so that a bright liquid crystal display device can be realized.
尚、本実施の形態においても、照明装置として、前述の実施の形態に示した照明装置をバックライト型の照明装置に適用したものを用いることが可能であり、また、透過型液晶パネルとして、種々のモードの透過型液晶パネルを用いることができることは、前述の実施の形態と同様である。 Also in this embodiment, as the lighting device, it is possible to use the lighting device shown in the above embodiment applied to a backlight type lighting device, and as a transmissive liquid crystal panel, The transmission mode liquid crystal panel in various modes can be used as in the above-described embodiment.
図11は、本発明の第10の実施の形態である照明装置130を示す図である。前述の第2の実施の形態の照明装置120と類似した構成であり、相違点は、光源部50の構成が一部異なる点と、偏光分離シート20の代わりに2分の1波長シート60が配置されている点である。すなわち、光源部50は、図15に示すように、柱状導光体52のプリズム面53に前述の第2の実施の形態にあるような反射層が設けられていない構成となっている。
FIG. 11 is a diagram showing a
したがって、点状発光部51から柱状導光体52に入射した光は、図15(a)に示すように、プリズム面53に全反射条件で入射する光のみが出射面54から出射する。図15(b)に示すように、プリズム面53に対して全反射条件を満たさずに入射し、透過して柱状導光体52から出て行ってしまう光、あるいは、図15(c)に示すように、一旦プリズム面53から出射し、他のプリズム面53から再び柱状導光体52に入射して、柱状導光体52内を伝播していき反対側に抜けていってしまう光は、出射面54から出射して2分の1波長シート60へ向かう光とはならずに無効となってしまう光である。
Therefore, as for the light incident on the columnar
光が全反射する場合、特定の角度条件でS偏光成分が多くなる場合がある。したがって、本実施の形態のような構成の場合、プリズム面53の角度を特定の角度条件にすることにより、光がプリズム面53での入射・反射を繰り返すうちに、柱状導光体52内の光はS偏光成分が多くなる。したがって、柱状導光体52から出射する光は、偏光分離素子を用いなくとも直線偏光の光が得られることになる。(尚、前述の実施の形態に示した平板状の導光板30等は、S偏光成分、P偏光成分が同程度全反射される条件で構成されている。)よって、導光板30に入射する光を所定方向の直線偏光の光とするには、2分の1波長シート60のみでよい。2分の1波長シート60で所望の偏光方向に回転させられた直線偏光の光は導光板30に入射し、その偏光状態が維持されたまま導光板30から出射する。
When light is totally reflected, the S-polarized component may increase under a specific angle condition. Therefore, in the case of the configuration as in the present embodiment, by setting the angle of the
したがって、本実施の形態の照明装置130を前述の第9の実施の形態の液晶表示装置200の照明装置として用いると、照明装置130の2分の1波長シート60が、液晶表示装置200の2分の1波長シート100の機能を兼ねることができるため、2分の1波長シート100を省略することができる。よって、本実施の形態の照明装置130を用いると、より少ない部品点数で、明るい液晶表示装置を実現することが可能となる。
Therefore, when the
図20は、前述の実施の形態に用いられている、偏光分離シート20、4分の1波長シート40、2分の1波長シート100の各光学素子の構成例を示す図である。図20(a)は、表面凹凸型の素子であり、凹凸の変調周期を細かくすることで波長シートと同様な機能を有する素子を作製することができる。また、図20(b)は、媒体内の屈折率が周期的に変化している、いわゆる体積型素子であり、媒体内部の屈折率の変調周期を細かくすることで波長シートと同様な機能を有するシートを作製することができ、また、図20(b)のように基板面にほぼ平行に屈折率の周期をもたせることで偏光分離シートと同様な機能を有する素子を作製することができる。
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration example of each optical element of the
以上、本発明を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。 Although the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
2,10,50:光源部
4:位相変調素子
6:偏光分離素子
20:偏光分離シート
30,80:導光板
40:4分の1波長シート
60:2分の1波長シート
70:反射型液晶パネル
90:透過型液晶パネル
100:2分の1波長シート
2, 10, 50: light source unit 4: phase modulation element 6: polarization separation element 20:
Claims (1)
前記導光板の側方に配置され、第1の側面とプリズム面である第2の側面とを有する柱状の導光体と、前記柱状の導光体の端面に配置された点状の発光源とを有する光源部と、
前記導光板と前記光源部の間に配置される2分の1波長シートとを備え、
前記点状の発光源から発する光はランダム偏光であり、
前記プリズム面は、光が全反射する際にS偏光成分がP偏光成分よりも多くなる条件の角度を有し、
前記光源部は、前記柱状の導光体の第1の側面から、偏光分離素子を用いることなく、直線偏光の光を出射する
ことを特徴とする照明装置。 A flat light guide plate;
A columnar light guide disposed on the side of the light guide plate and having a first side surface and a second side surface that is a prism surface, and a point light emission source disposed on an end surface of the columnar light guide A light source unit having
A half-wave sheet disposed between the light guide plate and the light source unit;
The light emitted from the point light source is randomly polarized light,
The prism surface has an angle under a condition that the S-polarized component is larger than the P-polarized component when the light is totally reflected.
The light source unit emits linearly polarized light from the first side surface of the columnar light guide without using a polarization separation element.
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