JPH09105933A - 面状発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光分離の精度を高め、光を有効に利用する
ことにより、輝度が高く、しかも画質感に優れた面状発
光装置を提供する。 【解決手段】互いに異なる媒質が隣接し、かつ、厚み方
向に対して傾斜した状態で積層された導光板と、この導
光板の入射面近傍に配置された線状の光源と、この導光
板の入射面とは反対側の端面近傍に配置された１／４波
長板と、この１／４波長板の外側に配置された第１の反
射板と、導光板の出射面とは反対の面近傍に配置された
第２の反射板とを備え、出射面からの偏光の導光板の厚
み方向における位相差を２００ｎｍ以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無偏光の光を光源
とする面状発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータやワードプロセ
ッサなどのディスプレイには、液晶ディスプレイ装置が
用いられている。この種の装置では、バックライトの出
射光を光拡散シートやプリズムシート等によって拡散・
集光することにより、画面を見る人にとって非常に明る
く、見やすいように設計がなされている。

【０００３】しかし、実際には、偏光板や液晶セルを通
過する際に光の吸収があるため、バックライトの光と画
面を通して見る光とでは、大きな差が生じている。特
に、偏光板を通過する際には、Ｐ偏光、Ｓ偏光のうち一
方だけが透過し、もう一方は吸収されるため、５０％以
上の光が損失する。そこで、従来ではこの偏光板による
吸収を削減する工夫がなされている。

【０００４】例えば、特開平７−６４０８５号公報に
は、以下の技術が開示されている。プリズムアレイの凹
凸面に誘電体干渉膜を１層以上積層し、プリズムアレイ
と誘電体干渉膜との界面、または積層された誘電体干渉
膜間の界面でＳ偏光とＰ偏光に分離し、一方の偏光を透
過させ、もう一方の偏光を全反射を繰り返す構成とする
ことによって、再び光拡散シート、または導電板のドッ
ト印刷に当たるようにしている。そして、この光拡散シ
ート、またはドット印刷に当たった光は拡散され、偏光
は無偏光に変換され再利用される構成になっている。こ
の技術では、Ｓ偏光やＰ偏光の分離は完全ではないもの
の、一方の偏光が多く出射されるように工夫されてお
り、これにより偏光板を通過する光を多くすることがで
きるようになっている。

【０００５】また他の例として、特開平６−２７４２０
号公報には、入射光を偏光ビームスプリッタでＳ偏光と
Ｐ偏光に分離し、Ｓ偏光を１／２波長板に通してＰ偏光
に変換した後、コンデンサーレンズで元のＰ偏光と合成
し、凹面鏡で液晶セルに入射させる技術が開示されてい
る。

【０００６】このようにこれらの技術は、バックライト
の出射光が偏光板を通過する際に、Ｐ偏光またはＳ偏光
のうち、一方の偏光のみを透過し、もう一方の偏光を吸
収する構成としたものである。そこで、予め偏光板に入
射する光をＰ偏光またはＳ偏光に統一するか、もしくは
大部分を一方の偏光として、偏光板に入射させることに
より高輝度化、低消費電力化が図られたものとなってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者の従来
技術では、プリズムアレイへの入射光がプリズムアレイ
に対して垂直に入射されることが前提であり、実際には
拡散シートを介した光は拡散光であるから、効率が悪
い。さらに、界面でのＰ偏光またはＳ偏光の分離は媒質
の屈折率差にもよるが、数％程度のＳ偏光を取り除いて
再利用するにすぎない。このように光の利用は、充分な
されたものとはなっていない。

【０００８】また、後者の従来技術では、Ｐ偏光または
Ｓ偏光の分離、及びＳ偏光をＰ偏光に変換して元のＰ偏
光と合成することはできるものの、凹面鏡とコンデンサ
レンズ間、凹面鏡と液晶セル間に距離が必要であるため
装置のコンパクト化を阻害する上、偏光ビームスプリッ
タやコンデンサレンズ等の高価な光学部品が必要となる
ためコスト高となる不具合もある。

【０００９】さらに、これらの従来技術では、光拡散シ
ートの凹凸による山や谷の部分を上面から観察すると線
状に見え、この線と液晶の画素ピッチがモアレと呼ばれ
る干渉現象を起こし、液晶ディスプレイを見る際には画
質の悪さを感じさせるといった問題もある。

【００１０】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
で、偏光分離の精度を高め、光を有効に利用することに
より、輝度が高く、しかも画質感に優れた面状発光装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の面状発光装置は、互いに異なる媒質が隣
接し、かつ、厚み方向に対して傾斜した状態で積層され
てなるとともに、一方の端面が入射面とされており、か
つ、この入射面と直交する面のうち１つの面が出射面と
されており、この入射面から入射した光を偏波面が互い
に直交する第１，第２の偏光に分離し、第１の偏光を上
記出射面から出射させ、第２の偏光を上記入射面とは反
対側の端面側に向けて進行させる導光板と、この導光板
の入射面近傍に配置された線状の光源と、この導光板の
入射面とは反対側の端面近傍に配置され、第２の偏光の
偏光面を９０度回転させるための１／４波長板と、この
１／４波長板の外側に配置され、この１／４波長板を通
過してきた第２の偏光を反射させることにより、この１
／４波長板を介して上記導光板にこの第２の偏光を入射
させるための第１の反射板と、上記導光板の出射面とは
反対の面近傍に配置された第２の反射板とを備えた面状
発光装置において、上記出射面からの偏光の上記導光板
の厚み方向における位相差が２００ｎｍ以下であること
によって特徴づけられる。

【００１２】ここで、複数の媒質の厚み方向における位
相差を２００ｎｍ以下とするためには、導光板を構成す
る各媒質間において、屈折率差及び厚さの差を少なくす
るよう媒質を選択し、設計する必要がある。この場合、
屈折率差は０．０５以下とするのが好ましい。なお、最
も好ましいのはこれらの差をなくすことである。

【００１３】また、複数の媒質の傾斜角度は、入射面に
対して３０°から６０°の範囲内が望ましいが、４５°
とするのが最も好ましい。

【００１４】

【作用】複数の媒質の厚み方向における位相差を２００
ｎｍ以下としたので、界面で分離された偏光が、界面か
ら出射面までの媒質中を透過する間に位相差による偏光
分離効果の減少を起こさない。つまり、分離された出射
面に向かう偏光が位相差のため楕円偏光や円偏光になる
ことにより、異種の偏光が混在する状態になることがな
く、出射面に向かう偏光はその直線偏光性を失わない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
好適な実施の形態について説明する。図１はその実施に
際して用いるのに適した面状発光装置の構成例を模式的
に示す縦断面図である。

【００１６】この例において、導光板１２は、媒質２１
と媒質２２とが厚み方向に対して、４５°の傾斜角度を
もった状態で交互に積層されており、端部には三角柱状
の媒質が積層された状態で、全体として直方体の形状を
なし、全体の厚さは２〜５ｍｍの範囲で形成されてい
る。また、これらの媒質２１，２２はともにアクリル系
樹脂のフィルム材料からなる。また、分離された出射面
に向かう偏光の位相差が、媒質２１，２２の厚み方向に
おいて２００ｎｍ以下とするように、適当な屈折率の媒
質２１，２２が選択され、各位相の厚さが設定されてい
る。ここでは媒質２１と媒質２２との屈折率差は0.05以
下とし、非常に小さく設定されている。

【００１７】また、この導光板１２の一方の端面１２ａ
側には線状光源として蛍光管１が配設されており、この
蛍光管１はランプリフレクタ２に覆われている。また、
導光板１２のもう一方の端面１２ｂ側には、反射ミラー
６が配設され、この反射ミラー６ともう一方の端面１２
ｂとの間には１／４波長板５が配設されている。また、
この導光板１２の裏面１２ｃ近傍には下面ミラー７が、
また残りの側端面２面（図示せず）にもそれぞれ反射ミ
ラーが配設されている。

【００１８】また、上記したように、導光板１２の構成
において、２種類の媒質を４５°の傾斜角で積層した場
合、蛍光管１からの光が入射面に垂直な方向であれば、
光が一番多く導光板１２内に入射されるとともに、光を
ディスプレイの垂直方向に出射することが可能になる。
これにより、蛍光管１からの光が広がりをもった光であ
るため、ブリュースタ角とする角度が１つに定まらない
ことによる不具合はない。

【００１９】以上の構成による面状発光装置の作用を図
２を参照しながら説明する。まず、図２（ａ）に示すよ
うに、蛍光管１からの自然偏光は導光板１２の入光面と
なる端面１２ａに垂直に入射される。この光は媒質２１
に入射し、４５°に積層された媒質２２との界面で反射
するとともに透過する。ここでは全体の数％程度の反射
率である。これが式（１）に示すブリュースタ角φであ
ればＳ偏光のみを反射する。このブリュースタ角φは媒
質の屈折率に依る、Ｓ偏光のみを反射する角度である。
なお、式（１）において、ｎ_A ，ｎ_B はそれぞれ媒質
Ａ，Ｂの屈折率である。

【００２０】

【数１】

【００２１】次に、透過光はなおＳ偏光とＰ偏光の両方
を含む自然偏向光であるが、次の媒質２１と媒質２２の
界面で再びＳ偏光だけが数％分離される。これを繰り返
してＳ偏光は出射面に垂直な方向に出射する。一方、透
過光は順次媒質２１と媒質２２の界面でＳ偏光を減少す
るので、最終的にはＰ偏光のみが残る。

【００２２】また、媒質２１と媒質２２の厚み方向にお
ける位相差を２００ｎｍ以下としているので直線偏光で
あるＳ偏光が楕円偏向や円偏向に変換されて、Ｓ偏光と
Ｐ偏光が混在してしまい、偏向分離の効果が失われると
いった事態は生じない。

【００２３】そして、図２（ｂ）に示すように、このＰ
偏光は１／４波長板５を透過した後、反射ミラー６によ
って反射し、その反射光は再び１／４波長板５を透過す
る。これにより、Ｐ偏光は１／２波長板を通過したこと
と同等となり、このＰ偏光はＳ偏光に変換される。こう
してＳ偏光に変換された光は、再び導光板１２に入射さ
れる。

【００２４】そして、図２（ｃ）に示すように、このＳ
偏光のみの光は、数％ずつ反射され、その反射光は下面
ミラー６で反射されて上面から出射される。面状発光装
置では、均一な光の出射分布が必要であるとともに、出
射面の端部と中央部での輝度差を１０％以内とすること
が好ましい。これらの点を実現する方法として、光を多
く出射する入射面１２ａ付近と、導光板１２の端面１２
ｂ付近から中央部にかけての導光板１２の媒質２１及び
媒質２２の厚みを連続的に薄くするか、段階的に薄くす
る方法がある。

【００２５】この他の方法としては、バックライト端部
から中央にかけ、媒質２１及び媒質２２の屈折率差を連
続的に、あるいは段階的に大きくする方法がある。この
場合、屈折率差は0.05以下の範囲内で行う。

【００２６】このようにして、最終的にはディスプレイ
正面方向に、おおむね偏向の揃った光が出射され、面内
の出射分布の均一性がとれた装置となる。この構成で
は、ビームスプリッタやコンデンサーレンズ等の高価な
光学部品を用いることなく、上記したように、大部分の
光をＳ偏光として偏光板（図示せず）に入射することが
可能となる。また、非常に屈折率差の少ない（屈折率差
0.05以下）媒質を交互に積層するので凹凸の山や谷のよ
うには認識されず、従来の画質の悪さの原因であった干
渉現象を起こさない。したがって、画質感を損ねること
もない。

【００２７】

【実施例】以下に実施例及び比較例をそれぞれ３例示
し、これらの評価方法及び評価結果を説明する。 （実施例１）位相差のないアクリルフィルム（屈折率差
ｎ＝1.49, 厚さ100 μｍ）と、アクリル系光硬化接着剤
（屈折率差n=1.52）を４５°で積層し、縦１５ｃｍ、横
２２ｃｍ、厚み３ｍｍの直方体形状に形成し、厚み方向
の位相差が０ｎｍの導光板を得た。この導光板の１端面
に光源となる蛍光管を配設し、この蛍光管のまわりには
銀シートのランプリフレクタを設置し、また、出射面以
外の４面に銀反射シートを設置した。さらに、蛍光管を
配設した入射面と反対側に位置する端面と反射シートと
の間には１／４波長板を設置した。 （実施例２）実施例１において、導光板の厚み方向の位
相差が１００ｎｍの導光板を用いたものを設置した。 （実施例３）実施例１において、導光板の厚み方向の位
相差が２００ｎｍの導光板を用いたものを設置した。 （比較例１）実施例１において、導光板の厚み方向の位
相差が３５０ｎｍの導光板を用いたものを設置した。 （比較例２）ドット印刷パターンと拡散反射シートと蛍
光管とリフレクタとアクリル導光体とを備えた従来のバ
ックライトに光拡散シート（ビーズコーティングタイ
プ）と頂角がおおむね９０°のプリズムシートを２枚直
交で配置したものを設置した。 （比較例３）特開平７−６４０８５に記載の偏光素子以
上の３つの実施例及び３つの比較例の面状発光装置のそ
れぞれに対し、以下に示す評価方法により評価を行う。 （１）各例の装置の上に偏光板を設置し、画面中央での
偏光板を透過した光の輝度を測定し、評価を行う。 （２）各例の装置の上に偏光板を設置し、偏光板を透過
する光の透過光量を測定し、偏光板の手前と後でどれだ
けの光が透過したかを評価する。 （３）各例の装置に５種類の液晶セルを組み合わせ、点
灯時に、人間の目で画質感（干渉縞の発生の確認）を評
価する。組み合わせによって１つでも画質感の悪いもの
があった時、この評価項目に対しては不敵とみなすもの
とする。

【００２８】この評価結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】この結果から明らかなように、実施例１，
２における位相差を有する場合では、比較例２，３を上
回る光の有効利用を実現することができる。しかし、実
施例３程度においては、比較例１と同等レベルであり、
この条件が導光体の位相差の限界といえる。

【００３１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の面状発光装
置は、出射面からの偏光の導光板の厚み方向における位
相差を２００ｎｍ以下としたので、出射面から出射され
る媒質間の界面で分離された偏光は、楕円偏光や円偏光
になることなく、その直線偏光性を失わず、偏光分離精
度が向上する。この結果、光を有効に利用することがで
き、輝度の高い、しかも画質感に優れた発光を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に適用される面状発光装置
の構成を模式的に示す縦断面図

【図２】本発明の実施の形態に適用される面状発光装置
の作用を説明するための図

【符号の説明】 １ 蛍光管 ５ １／４波長板 ６ 反射板 ７ 下面ミラー １２ 導光板 ２１，２２ 媒質

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに異なる媒質が隣接し、かつ、厚み
   方向に対して傾斜した状態で積層されてなるとともに、
   一方の端面が入射面とされており、かつ、この入射面と
   直交する面のうち１つの面が出射面とされており、この
   入射面から入射した光を偏波面が互いに直交する第１，
   第２の偏光に分離し、第１の偏光を上記出射面から出射
   させ、第２の偏光を上記入射面とは反対側の端面側に向
   けて進行させる導光板と、 この導光板の入射面近傍に配置された線状の光源と、 この導光板の入射面とは反対側の端面近傍に配置され、
   第２の偏光の偏光面を９０度回転させるための１／４波
   長板と、 この１／４波長板の外側に配置され、この１／４波長板
   を通過してきた第２の偏光を反射させることにより、こ
   の１／４波長板を介して上記導光板にこの第２の偏光を
   入射させるための第１の反射板と、 上記導光板の出射面とは反対の面近傍に配置された第２
   の反射板とを備えた面状発光装置において、 上記出射面からの偏光の上記導光板の厚み方向における
   位相差が２００ｎｍ以下であることを特徴とする面状発
   光装置。