JPH09146092A - 照明装置およびそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents
照明装置およびそれを用いた液晶表示装置Info
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- JPH09146092A JPH09146092A JP7304518A JP30451895A JPH09146092A JP H09146092 A JPH09146092 A JP H09146092A JP 7304518 A JP7304518 A JP 7304518A JP 30451895 A JP30451895 A JP 30451895A JP H09146092 A JPH09146092 A JP H09146092A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】平坦な誘電体多層膜からなり、作製が容易で低
コストの偏光分離器を用いて、光の吸収損失の少なく高
偏光度で、光の均一性が高い照明装置を提供することに
ある。 【解決手段】光源と該光源に近接配置された楔型導光体
からなる照明装置であって、楔型導光体からの出射光の
指向性が大きく、楔型導光体の出射側に偏光分離器を、
該偏光分離器上に光路変換手段を有する照明装置。
コストの偏光分離器を用いて、光の吸収損失の少なく高
偏光度で、光の均一性が高い照明装置を提供することに
ある。 【解決手段】光源と該光源に近接配置された楔型導光体
からなる照明装置であって、楔型導光体からの出射光の
指向性が大きく、楔型導光体の出射側に偏光分離器を、
該偏光分離器上に光路変換手段を有する照明装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶テレビ、コン
ピュータ用液晶ディスプレイ等に用いられる、直線偏光
入射光の偏光状態を変調する平面状照明装置に係り、特
に、偏光制御した平面状照明装置とそれを用いた直視型
液晶表示装置に関する。
ピュータ用液晶ディスプレイ等に用いられる、直線偏光
入射光の偏光状態を変調する平面状照明装置に係り、特
に、偏光制御した平面状照明装置とそれを用いた直視型
液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶表示装置、特にカラー液晶表
示装置の技術進歩は目覚ましく、ＣＲＴに劣らぬ表示品
質のディスプレイが見られるようになった。さらに、ノ
ート型パーソナルコンピュータの普及に伴い、バックラ
イト（照明装置）無しではディスプレイとしての態をな
さず、バックライトは直視型カラー液晶表示装置におけ
る必須デバイスである。
示装置の技術進歩は目覚ましく、ＣＲＴに劣らぬ表示品
質のディスプレイが見られるようになった。さらに、ノ
ート型パーソナルコンピュータの普及に伴い、バックラ
イト（照明装置）無しではディスプレイとしての態をな
さず、バックライトは直視型カラー液晶表示装置におけ
る必須デバイスである。
【０００３】こうしたカラー液晶表示装置は、大別して
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリ
クス駆動によるＴＮ（ツイストネマチック）液晶表示装
置と、マルチプレックス駆動によるＳＴＮ（スーパーツ
イステッドネマチック）液晶表示装置との２方式があ
る。いずれも液晶層をガラス基板で保持した素子の両側
に偏光板を配置し、直線偏光入射光の偏光状態を変調し
て表示を行うものである。
ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリ
クス駆動によるＴＮ（ツイストネマチック）液晶表示装
置と、マルチプレックス駆動によるＳＴＮ（スーパーツ
イステッドネマチック）液晶表示装置との２方式があ
る。いずれも液晶層をガラス基板で保持した素子の両側
に偏光板を配置し、直線偏光入射光の偏光状態を変調し
て表示を行うものである。
【０００４】これらのバックライトに要求される輝度レ
ベルはその用途によって様々であるが、特に、カラーノ
ート型パーソナルコンピュータでは輝度の他に薄型、軽
量、低消費電力が重要な課題である。
ベルはその用途によって様々であるが、特に、カラーノ
ート型パーソナルコンピュータでは輝度の他に薄型、軽
量、低消費電力が重要な課題である。
【０００５】しかし、従来、液晶表示素子の裏面に配置
したバックライトからの出射光は無偏光であるため、Ｔ
Ｎ型およびＳＴＮ型いずれの液晶表示素子の場合も、表
示素子の光入射側に配置された偏光板により入射光の半
分以上が吸収されてしまい、光利用効率が低く、暗い表
示となる。これを明るくするためにバックライトの輝度
を増すと、電力消費量が増加してしまうと云う問題があ
った。
したバックライトからの出射光は無偏光であるため、Ｔ
Ｎ型およびＳＴＮ型いずれの液晶表示素子の場合も、表
示素子の光入射側に配置された偏光板により入射光の半
分以上が吸収されてしまい、光利用効率が低く、暗い表
示となる。これを明るくするためにバックライトの輝度
を増すと、電力消費量が増加してしまうと云う問題があ
った。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記課題を解決するた
めに、例えば、特開平６−２６５８９２号公報のように
面上導光体の光出射面側に、出射光が面上導光体表面に
対しほぼ直角になるよな光偏向手段を設け、さらにその
上に、断面が三角形状の柱状プリズムアレイのアレイ部
分に、偏光分離層を積層した偏光分離手段を配置して偏
光を出射する照明装置が提案されている。
めに、例えば、特開平６−２６５８９２号公報のように
面上導光体の光出射面側に、出射光が面上導光体表面に
対しほぼ直角になるよな光偏向手段を設け、さらにその
上に、断面が三角形状の柱状プリズムアレイのアレイ部
分に、偏光分離層を積層した偏光分離手段を配置して偏
光を出射する照明装置が提案されている。
【０００７】しかし、高い偏光度を有する高性能な偏光
照明装置を達成するには、偏光分離層への入射光に高い
平行度が要求される。そこで、こうした問題を解決する
ために、薄い導光パイプを隣接させ、かつ、マイクロプ
リズム構造により効率良く、高平行度の光を出射させる
照明装置が特開平６−２０２１０７号公報に提案されて
いる。しかし、微細な凹凸のプリズム面上に膜厚精度の
要求が厳しい誘電体多層膜を積層するのは容易でなく、
コストの上からも高いものになる。
照明装置を達成するには、偏光分離層への入射光に高い
平行度が要求される。そこで、こうした問題を解決する
ために、薄い導光パイプを隣接させ、かつ、マイクロプ
リズム構造により効率良く、高平行度の光を出射させる
照明装置が特開平６−２０２１０７号公報に提案されて
いる。しかし、微細な凹凸のプリズム面上に膜厚精度の
要求が厳しい誘電体多層膜を積層するのは容易でなく、
コストの上からも高いものになる。
【０００８】さらに、光源光の高い平行度と、面内の均
一性を同時に達成するのは非常に困難であり、特に、こ
うした面内均一性に関するものはこれまで見当らない。
一性を同時に達成するのは非常に困難であり、特に、こ
うした面内均一性に関するものはこれまで見当らない。
【０００９】本発明の目的は、平坦な誘電体多層膜から
なり、作製が容易で低コストの偏光分離手段を用いて、
光の吸収損失の少なく高偏光度で、光の均一性が高い照
明装置を提供することにある。
なり、作製が容易で低コストの偏光分離手段を用いて、
光の吸収損失の少なく高偏光度で、光の均一性が高い照
明装置を提供することにある。
【００１０】本発明の他の目的は、上記照明装置を用い
た液晶表示装置を提供することにある。
た液晶表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。
明の要旨は次のとおりである。
【００１２】光源と該光源に近接配置された導光体から
なる照明装置であって、前記導光体が光源から離れるに
従いその厚さが薄くなるように形成され、前記導光体の
出射側に偏光分離手段を備え、該偏光分離手段上に光路
を変換し導光体の出射面のほぼ法線方向に出射する光路
変換手段を有する照明装置にある。
なる照明装置であって、前記導光体が光源から離れるに
従いその厚さが薄くなるように形成され、前記導光体の
出射側に偏光分離手段を備え、該偏光分離手段上に光路
を変換し導光体の出射面のほぼ法線方向に出射する光路
変換手段を有する照明装置にある。
【００１３】また、上記の照明装置の出射光の平均的な
偏光軸と、液晶表示素子における光入射側の偏光板の偏
光軸とがほぼ一致するよう液晶表示素子の背面に前記照
明装置を配置した液晶表示装置にある。
偏光軸と、液晶表示素子における光入射側の偏光板の偏
光軸とがほぼ一致するよう液晶表示素子の背面に前記照
明装置を配置した液晶表示装置にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】上記において、光源から離れるに
従いその厚さが薄くなるように形成された導光体を楔型
導光体と呼ぶ。この楔型導光体からの出射光は指向性の
強いものであり、導光体の出射面の法線方向に対し約７
０度の方向に出射され、半値幅（光強度が最大値の１／
２になる角度範囲）±１０度以下で、かなり平行度の高
いものである。
従いその厚さが薄くなるように形成された導光体を楔型
導光体と呼ぶ。この楔型導光体からの出射光は指向性の
強いものであり、導光体の出射面の法線方向に対し約７
０度の方向に出射され、半値幅（光強度が最大値の１／
２になる角度範囲）±１０度以下で、かなり平行度の高
いものである。
【００１５】誘電体多層膜からなる偏光分離手段を使用
する場合、光源の平行度が要求されるが、この楔型導光
体からの出射光はかなり平行度の高いものとなる。
する場合、光源の平行度が要求されるが、この楔型導光
体からの出射光はかなり平行度の高いものとなる。
【００１６】前記導光体の裏面に白色インクドットをラ
ンプから離れるに従ってドット面積を大きくして形成す
ることより、面内の光の均一性を保つことができる。
ンプから離れるに従ってドット面積を大きくして形成す
ることより、面内の光の均一性を保つことができる。
【００１７】また、偏光分離手段として、前記導光体か
らの無偏光の出射光のうち、Ｐ偏光のみを透過し、Ｓ偏
光を反射するように形成されている。ここで、Ｓ偏光は
入射面（入射光線と境界面に立てた入射法線とがなす平
面）に垂直な偏光であり、Ｐ偏光は上記入射面に平行な
偏光である。
らの無偏光の出射光のうち、Ｐ偏光のみを透過し、Ｓ偏
光を反射するように形成されている。ここで、Ｓ偏光は
入射面（入射光線と境界面に立てた入射法線とがなす平
面）に垂直な偏光であり、Ｐ偏光は上記入射面に平行な
偏光である。
【００１８】偏光分離手段としては、屈折率の異なる誘
電体膜を多層積層した誘電体多層膜である。また、偏光
分離手段の入射面に約７０度で光が入射するため、平坦
な面の誘電体膜を積層し簡易に作製でき、スパッタ、蒸
着、ディピング等で膜厚も精度良く調節できる。
電体膜を多層積層した誘電体多層膜である。また、偏光
分離手段の入射面に約７０度で光が入射するため、平坦
な面の誘電体膜を積層し簡易に作製でき、スパッタ、蒸
着、ディピング等で膜厚も精度良く調節できる。
【００１９】一般に、屈折率Ｎ0の透明媒体と屈折率Ｎ1
の透明媒体との界面において、Ｎ0媒体からＮ1媒体へ光
が入射するとき入射光の入射角をθとすると、入射角θ
の正接がＮ1／Ｎ0に等しい（tanθ＝Ｎ1／Ｎ0）とき、
Ｐ偏光の反射成分は無く、全て反射光はＳ偏光となり、
透過光は残りのＳ偏光とＰ偏光であることが知られてい
る。このときの入射角θをブリュースタ角という。この
ブリュースタ角を利用して、屈折率の異なる媒体を積層
し、その積層膜厚を波長オーダーで制御することで各偏
光の位相を制御し、Ｐ偏光のみを透過し、Ｓ偏光を反射
する偏光分離手段を作製することができる。
の透明媒体との界面において、Ｎ0媒体からＮ1媒体へ光
が入射するとき入射光の入射角をθとすると、入射角θ
の正接がＮ1／Ｎ0に等しい（tanθ＝Ｎ1／Ｎ0）とき、
Ｐ偏光の反射成分は無く、全て反射光はＳ偏光となり、
透過光は残りのＳ偏光とＰ偏光であることが知られてい
る。このときの入射角θをブリュースタ角という。この
ブリュースタ角を利用して、屈折率の異なる媒体を積層
し、その積層膜厚を波長オーダーで制御することで各偏
光の位相を制御し、Ｐ偏光のみを透過し、Ｓ偏光を反射
する偏光分離手段を作製することができる。
【００２０】また、好ましくは、上記楔型導光体に偏光
解消子を設ける。例えば、楔型導光体の裏面に偏光解消
子として位相差板を設けると、偏光分離手段で反射され
たＳ偏光は、位相差板により楕円偏光（直線偏光、円偏
光を含む）となり、再び偏光分離手段に入射しＰ偏光成
分のみが透過して、Ｓ偏光成分は反射され導光体へ戻
る。これを繰り返すことにより、殆ど全ての光がＰ偏光
に変換され出射される。従って、光利用効率の高い偏光
照明装置を達成することができる。
解消子を設ける。例えば、楔型導光体の裏面に偏光解消
子として位相差板を設けると、偏光分離手段で反射され
たＳ偏光は、位相差板により楕円偏光（直線偏光、円偏
光を含む）となり、再び偏光分離手段に入射しＰ偏光成
分のみが透過して、Ｓ偏光成分は反射され導光体へ戻
る。これを繰り返すことにより、殆ど全ての光がＰ偏光
に変換され出射される。従って、光利用効率の高い偏光
照明装置を達成することができる。
【００２１】また、前記光路変換手段としては、斜め方
向に出射された光を導光体のほぼ法線方向に出射させる
レンズアレイシート、プリズムシートアレイ、あるい
は、光路を変換し、かつ、散乱性を有するホログラム等
を用いる。
向に出射された光を導光体のほぼ法線方向に出射させる
レンズアレイシート、プリズムシートアレイ、あるい
は、光路を変換し、かつ、散乱性を有するホログラム等
を用いる。
【００２２】上記照明装置を用いた液晶表示装置は、Ｔ
Ｎ型、ＳＴＮ型等偏光状態を制御して表示を行う液晶表
示素子の入射側偏光板の偏光軸と、照明装置の偏光軸と
を合わせた構成とする。これにより、照明装置からの光
を効率良く利用でき、明るく低消費電力の液晶表示装置
を得ることができる。
Ｎ型、ＳＴＮ型等偏光状態を制御して表示を行う液晶表
示素子の入射側偏光板の偏光軸と、照明装置の偏光軸と
を合わせた構成とする。これにより、照明装置からの光
を効率良く利用でき、明るく低消費電力の液晶表示装置
を得ることができる。
【００２３】上記照明装置を用いた液晶表示装置は、液
晶表示素子の表裏いずれか一方に光散乱層を設けた構成
とする。ここで、光散乱層は表示面側の偏光板の外側に
配置するのが好ましいが、偏光状態を変えるものでなけ
れば、偏光板の内側、液晶表示素子の照明装置側に配置
しても問題はない。さらに、その光散乱層が散乱性を制
御できる層であれば、使用条件に応じて任意に視野角を
調整できる。従って、広視野角で明るい低消費電力の液
晶表示装置を提供することができる。
晶表示素子の表裏いずれか一方に光散乱層を設けた構成
とする。ここで、光散乱層は表示面側の偏光板の外側に
配置するのが好ましいが、偏光状態を変えるものでなけ
れば、偏光板の内側、液晶表示素子の照明装置側に配置
しても問題はない。さらに、その光散乱層が散乱性を制
御できる層であれば、使用条件に応じて任意に視野角を
調整できる。従って、広視野角で明るい低消費電力の液
晶表示装置を提供することができる。
【００２４】
〔実施例 １〕本発明の照明装置、およびそれを用いた
液晶表示装置の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
液晶表示装置の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【００２５】図１は、本発明の照明装置の一例の模式断
面図である。図１はエッジライト平面型照明装置で、楔
型導光体３０の側面の長さに対応した発光長を有する冷
陰極蛍光ランプ１０と、それをカバーし光を楔型導光体
側に反射するランプ用反射板１１とを端面に備え、裏面
には冷陰極蛍光ランプから遠ざかるにつれ、白色インク
ドットのパターンが形成され、端面から離れるに従いそ
の厚さが薄くなる透明なアクリル樹脂（屈折率１.４
９）で構成されている。
面図である。図１はエッジライト平面型照明装置で、楔
型導光体３０の側面の長さに対応した発光長を有する冷
陰極蛍光ランプ１０と、それをカバーし光を楔型導光体
側に反射するランプ用反射板１１とを端面に備え、裏面
には冷陰極蛍光ランプから遠ざかるにつれ、白色インク
ドットのパターンが形成され、端面から離れるに従いそ
の厚さが薄くなる透明なアクリル樹脂（屈折率１.４
９）で構成されている。
【００２６】上記の白色インクドットのパターンは、冷
陰極蛍光ランプ１０から離れるに従いドット面積が大き
くなるよう印刷形成することにより、楔型導光体３０か
らの出射光を面内均一にすることができる。
陰極蛍光ランプ１０から離れるに従いドット面積が大き
くなるよう印刷形成することにより、楔型導光体３０か
らの出射光を面内均一にすることができる。
【００２７】また、この楔型導光体３０の裏面には、反
射板３１と偏光解消子３２とを設ける。
射板３１と偏光解消子３２とを設ける。
【００２８】そしてこの楔型導光体３０上に、誘電体多
層膜からなる偏光分離手段４０を配置し、さらにその上
に、光路変換手段５０としてプリズムアレイシートを配
置し、光散乱体６０に入射光がほぼ垂直に入射するよう
その頂角５１を６５度とし、その上には光散乱体６０と
して、“Ａ Ｎovel Ｐolmer Ｆilm that Ｃontorols Ｌ
ight Ｔransmission”Ｐrogress in Ｐacific Ｐolymer
Ｓience ３ Ｓpringer−Ｖerlag Ｂerlin Ｈeidelber
g １９９４ １５９〜１６９頁に記載のポリマーフィ
ルムを使用した。
層膜からなる偏光分離手段４０を配置し、さらにその上
に、光路変換手段５０としてプリズムアレイシートを配
置し、光散乱体６０に入射光がほぼ垂直に入射するよう
その頂角５１を６５度とし、その上には光散乱体６０と
して、“Ａ Ｎovel Ｐolmer Ｆilm that Ｃontorols Ｌ
ight Ｔransmission”Ｐrogress in Ｐacific Ｐolymer
Ｓience ３ Ｓpringer−Ｖerlag Ｂerlin Ｈeidelber
g １９９４ １５９〜１６９頁に記載のポリマーフィ
ルムを使用した。
【００２９】なお、プリズムアレイシートの頂角および
頂角側をどちらに向けるかは指向性、光路変換角度によ
り設定され、頂角も６５度に限定されない。
頂角側をどちらに向けるかは指向性、光路変換角度によ
り設定され、頂角も６５度に限定されない。
【００３０】また、この楔型導光体３０からの出射光分
布は図７に示すように、楔型導光体３０の出射面法線に
対して約７０度方向に最大値を示す。その時の半値幅は
±１０度以下で、かなり平行度の高いものでることが分
かった。従って、角度依存性の大きな誘電体多層膜から
なる偏光分離手段４０の特性を有効に活用することがで
きる。
布は図７に示すように、楔型導光体３０の出射面法線に
対して約７０度方向に最大値を示す。その時の半値幅は
±１０度以下で、かなり平行度の高いものでることが分
かった。従って、角度依存性の大きな誘電体多層膜から
なる偏光分離手段４０の特性を有効に活用することがで
きる。
【００３１】このような偏光分離手段４０を楔型導光体
３０の上に配置すると、図２に示すように、楔型導光体
３０を導光した光１００は、光の経路１０１となって楔
型導光体から出射しＰ偏光成分のみが光の経路１０２，
１０３として出射する。
３０の上に配置すると、図２に示すように、楔型導光体
３０を導光した光１００は、光の経路１０１となって楔
型導光体から出射しＰ偏光成分のみが光の経路１０２，
１０３として出射する。
【００３２】一方、Ｓ偏光成分は各界面で反射されて光
の経路１０４となり楔型導光体内に入射し、裏面に配置
された偏光解消子３２によりＰ偏光に変換され、光の経
路１０６，１０７となってＰ偏光成分のみが出射され
る。
の経路１０４となり楔型導光体内に入射し、裏面に配置
された偏光解消子３２によりＰ偏光に変換され、光の経
路１０６，１０７となってＰ偏光成分のみが出射され
る。
【００３３】楔型導光体３０の裏面に偏光解消子３２が
存在するためにＳ偏光がＰ偏光に変換される。楕円偏光
に変換されてもその内のＰ偏光成分のみが偏光分離手段
４０を透過し、Ｓ偏光成分は反射される。これを繰り返
し、最終的には全ての光がＰ偏光に変換されて出射され
ることになる。
存在するためにＳ偏光がＰ偏光に変換される。楕円偏光
に変換されてもその内のＰ偏光成分のみが偏光分離手段
４０を透過し、Ｓ偏光成分は反射される。これを繰り返
し、最終的には全ての光がＰ偏光に変換されて出射され
ることになる。
【００３４】本実施例では、偏光分離手段４０として図
１０に示す誘電体多層膜からなる偏光分離手段を用い
た。支持媒体４３にポリカーボネート（屈折率１.５８
６）、透明媒体４１にＺｒＯ2（屈折率２.０５）、透明
媒体４２にはＭｇＦ2（屈折率１.３８）を用い、透明媒
体４１、４２を交互に５層積層した。
１０に示す誘電体多層膜からなる偏光分離手段を用い
た。支持媒体４３にポリカーボネート（屈折率１.５８
６）、透明媒体４１にＺｒＯ2（屈折率２.０５）、透明
媒体４２にはＭｇＦ2（屈折率１.３８）を用い、透明媒
体４１、４２を交互に５層積層した。
【００３５】この時の膜厚は透明媒体４１、４２共に１
３８ｎｍとし、下側の支持媒体４３の傾斜角４５を約８
度に設定した。これは、楔型導光体３０からの出射光が
約７０で出射されるようにしたためで、７０度で出射さ
れた光が上記各層の界面で、前記ブリュースタ条件を満
たすように設定した。しかし、透明媒体や支持媒体の屈
折率が変われば、それに合わせて設定する。
３８ｎｍとし、下側の支持媒体４３の傾斜角４５を約８
度に設定した。これは、楔型導光体３０からの出射光が
約７０で出射されるようにしたためで、７０度で出射さ
れた光が上記各層の界面で、前記ブリュースタ条件を満
たすように設定した。しかし、透明媒体や支持媒体の屈
折率が変われば、それに合わせて設定する。
【００３６】図１０に示す偏光分離手段に７０度で無偏
光の光を入射したときのＳ、Ｐ両偏光の分光透過率を図
１１に示す。Ｐ偏光はほぼ全可視域（４４０〜７００ｎ
ｍ）において高い透過率を示しているが、Ｓ偏光は全可
視域で透過率が低い。即ち、ほとんどの光が反射され、
良好な偏光分離手段を形成することができた。
光の光を入射したときのＳ、Ｐ両偏光の分光透過率を図
１１に示す。Ｐ偏光はほぼ全可視域（４４０〜７００ｎ
ｍ）において高い透過率を示しているが、Ｓ偏光は全可
視域で透過率が低い。即ち、ほとんどの光が反射され、
良好な偏光分離手段を形成することができた。
【００３７】この偏光分離手段を図１の照明装置に適応
し、ＴＦＴ液晶表示素子の偏光軸を合わせて搭載したと
ころ、バックライトの消費電力を同じにして従来の照明
装置を用いた場合の約１.５倍の明るさのものを得るこ
とができた。
し、ＴＦＴ液晶表示素子の偏光軸を合わせて搭載したと
ころ、バックライトの消費電力を同じにして従来の照明
装置を用いた場合の約１.５倍の明るさのものを得るこ
とができた。
【００３８】次に、図３に示すような楔型導光体３０の
上に偏光解消子３２として位相差板を配置し、その他は
図１と同じにした。この場合も、上記と同様に偏光度の
高い照明装置を得ることができた。これをＴＦＴ型液晶
表示素子の偏光軸を合わせて搭載したところ、上記と同
様に約１.５倍の明るさのものを得ることができた。
上に偏光解消子３２として位相差板を配置し、その他は
図１と同じにした。この場合も、上記と同様に偏光度の
高い照明装置を得ることができた。これをＴＦＴ型液晶
表示素子の偏光軸を合わせて搭載したところ、上記と同
様に約１.５倍の明るさのものを得ることができた。
【００３９】次に、図４に示すように、図１の光路変換
手段５０と光散乱体６０の代わりに、散乱性と指向性を
有する光路変換手段（散乱性の光路変換手段）７０とし
てホログラムを配置した構成とした。
手段５０と光散乱体６０の代わりに、散乱性と指向性を
有する光路変換手段（散乱性の光路変換手段）７０とし
てホログラムを配置した構成とした。
【００４０】上記のホログラムは、図８，９の模式図に
示すようにして作製される。干渉性の良い光源としてレ
ーザを用い、平行な参照光１５１と物体光１５０をホト
ポリマ７１（ＤＭＰ−１２８）に照射した。参照光１５
１と物体光１５０の干渉によりホトポリマ７１上に屈折
率が変調された回折格子が形成される。
示すようにして作製される。干渉性の良い光源としてレ
ーザを用い、平行な参照光１５１と物体光１５０をホト
ポリマ７１（ＤＭＰ−１２８）に照射した。参照光１５
１と物体光１５０の干渉によりホトポリマ７１上に屈折
率が変調された回折格子が形成される。
【００４１】こうして作製されたホログラムの光路変換
手段７０に参照光１５１と同じ方向から入射光１５３を
照射すると、ホログラム効果により出射光１５２の方向
に回折，出射する。これにより、効率良く光路変換を達
成することができる。
手段７０に参照光１５１と同じ方向から入射光１５３を
照射すると、ホログラム効果により出射光１５２の方向
に回折，出射する。これにより、効率良く光路変換を達
成することができる。
【００４２】また、拡散性の光を得たい場合には、図９
に示すように物体光として集光した物体光１５４を入射
して上記と同様に作製することによりホログラムが得ら
れる。このホログラムの光路変換手段７０に、参照光１
５１と同一方向から入射光１５３を入射すると、ホログ
ラム効果により拡散した出射光１５５が得られる。
に示すように物体光として集光した物体光１５４を入射
して上記と同様に作製することによりホログラムが得ら
れる。このホログラムの光路変換手段７０に、参照光１
５１と同一方向から入射光１５３を入射すると、ホログ
ラム効果により拡散した出射光１５５が得られる。
【００４３】このように、物体光の拡散状態を調節する
ことで、任意の拡散性を持つホログラムが作製でき、偏
光分離手段４０からの出射光を楔型導光体出射面の法線
方向に変換または拡散することができる。
ことで、任意の拡散性を持つホログラムが作製でき、偏
光分離手段４０からの出射光を楔型導光体出射面の法線
方向に変換または拡散することができる。
【００４４】図５に示すように上記照明装置上に、偏光
を制御し表示を行うＴＮ液晶を用いたアクティブ素子を
備えたＴＦＴ型液晶表示素子２００を配置した。液晶表
示素子２００の偏光板の偏光軸と照明装置の偏光方向を
ほぼ一致させることにより、明るさが従来の照明装置を
用いた場合の約１.５倍の、高視野角特性も備えた液晶
表示装置を得ることができた。
を制御し表示を行うＴＮ液晶を用いたアクティブ素子を
備えたＴＦＴ型液晶表示素子２００を配置した。液晶表
示素子２００の偏光板の偏光軸と照明装置の偏光方向を
ほぼ一致させることにより、明るさが従来の照明装置を
用いた場合の約１.５倍の、高視野角特性も備えた液晶
表示装置を得ることができた。
【００４５】また、図６に示すように上記照明装置上
に、偏光を制御し表示を行うＴＮ液晶を用いたアクティ
ブ素子を備えたＴＦＴ型液晶表示素子２００を配置し
た。液晶表示素子の偏光板の偏光軸と照明装置の偏光方
向をほぼ一致させた。この時の照明装置は、光路変換手
段７０として図８に示す指向性の高いホログラムを使用
し、液晶表示素子２００の表示面側に光散乱体を配置し
た。
に、偏光を制御し表示を行うＴＮ液晶を用いたアクティ
ブ素子を備えたＴＦＴ型液晶表示素子２００を配置し
た。液晶表示素子の偏光板の偏光軸と照明装置の偏光方
向をほぼ一致させた。この時の照明装置は、光路変換手
段７０として図８に示す指向性の高いホログラムを使用
し、液晶表示素子２００の表示面側に光散乱体を配置し
た。
【００４６】なお、この場合、光散乱体が偏光を崩さな
いものであれば、液晶表示装置のどの位置に配置するか
は限定されない。しかし、透過率、コントラスト比は、
液晶表示素子面を垂直に透過するとより高くなるため
に、指向性が大きい照明装置では、光散乱体は液晶表示
素子の表示面側に配置することが有効である。
いものであれば、液晶表示装置のどの位置に配置するか
は限定されない。しかし、透過率、コントラスト比は、
液晶表示素子面を垂直に透過するとより高くなるため
に、指向性が大きい照明装置では、光散乱体は液晶表示
素子の表示面側に配置することが有効である。
【００４７】以上のように、照明装置からの出射光を光
路変換手段により液晶表示素子の表示面に対してほぼ垂
直に変換し、液晶表示素子透過後散乱させて、視野角を
拡げる構成と、液晶表示素子の入射光に偏光を維持し散
乱させて、視野角特性を拡げる構成がある。
路変換手段により液晶表示素子の表示面に対してほぼ垂
直に変換し、液晶表示素子透過後散乱させて、視野角を
拡げる構成と、液晶表示素子の入射光に偏光を維持し散
乱させて、視野角特性を拡げる構成がある。
【００４８】前者の場合は、画素間のぼけが生じないよ
うに照明装置からの出射光の平行度を高める必要があ
る。また、後者の場合は、視野角特性の良い液晶表示素
子を用いるのが有効である。
うに照明装置からの出射光の平行度を高める必要があ
る。また、後者の場合は、視野角特性の良い液晶表示素
子を用いるのが有効である。
【００４９】視野角特性の良い液晶表示素子として、マ
ルチドメイン、ランダムドメインのＴＮ型液晶素子、表
示面に平行な電圧を印加し液晶層の配向状態を制御する
横電界方式のＴＮ型液晶素子がある。
ルチドメイン、ランダムドメインのＴＮ型液晶素子、表
示面に平行な電圧を印加し液晶層の配向状態を制御する
横電界方式のＴＮ型液晶素子がある。
【００５０】また、図１，３に示すように、偏光分離手
段でＰ偏光を効率良く透過し、反射されたＳ偏光を効率
良くＰ偏光に変換するため、偏光解消子３２を配置する
ことが好ましい。偏光解消子３２としては、Ｓ偏光がＰ
偏光に変換されるように往復の位相差が波長の１／２で
あることが好ましいが、Ｐ偏光に変換されたものだけ偏
光分離手段を透過し、Ｓ偏光は反射を繰り返し、最終的
には全てＰ偏光に変換され出射されるので位相差は特に
限定されない。
段でＰ偏光を効率良く透過し、反射されたＳ偏光を効率
良くＰ偏光に変換するため、偏光解消子３２を配置する
ことが好ましい。偏光解消子３２としては、Ｓ偏光がＰ
偏光に変換されるように往復の位相差が波長の１／２で
あることが好ましいが、Ｐ偏光に変換されたものだけ偏
光分離手段を透過し、Ｓ偏光は反射を繰り返し、最終的
には全てＰ偏光に変換され出射されるので位相差は特に
限定されない。
【００５１】なお、偏光解消子３２としては、ポリカー
ボネート等を延伸した位相差フィルムを使用できるが、
同じ特性を有するものであれば特にこれに限定されな
い。
ボネート等を延伸した位相差フィルムを使用できるが、
同じ特性を有するものであれば特にこれに限定されな
い。
【００５２】本実施例では、楔型導光体としてアクリル
樹脂を用いたが、ガラス、ポリカーボネート、ポリウレ
タン、ポリスチレン、シリコーン等の透明媒体を使用す
ることができる。
樹脂を用いたが、ガラス、ポリカーボネート、ポリウレ
タン、ポリスチレン、シリコーン等の透明媒体を使用す
ることができる。
【００５３】さらにまた、偏光分離手段として、ポリカ
ーボネート支持体上にＺｒＯ2とＭｇＦ2の多層膜を用い
たが、上記以外にＧｅ、Ｙ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ｚｎ
Ｓ、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5等を使用することがで
き、これらに限定されない。
ーボネート支持体上にＺｒＯ2とＭｇＦ2の多層膜を用い
たが、上記以外にＧｅ、Ｙ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｓｉ、Ｚｎ
Ｓ、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、Ｔａ2Ｏ5等を使用することがで
き、これらに限定されない。
【００５４】〔実施例 ２〕図１において、光路変換手
段５０と光散乱体６０との界面における反射を低減する
ために、三井・デュポンフロロケミカル製 ＴＥＦＬＯ
Ｎ ＡＦ １６００（屈折率１.３１）膜を接着，介在
させた前記楔型照明装置は、反射が低減され、より明る
さを向上することができる。
段５０と光散乱体６０との界面における反射を低減する
ために、三井・デュポンフロロケミカル製 ＴＥＦＬＯ
Ｎ ＡＦ １６００（屈折率１.３１）膜を接着，介在
させた前記楔型照明装置は、反射が低減され、より明る
さを向上することができる。
【００５５】図３の光路変換手段５０の上面に、図４の
光路変換手段７０の上面に同様にＴＥＦＬＯＮ ＡＦ
１６００（屈折率１.３１）膜を接着，介在させた前記
楔型照明装置は、いずれも反射を低減することができ、
約５％明るさが増した。
光路変換手段７０の上面に同様にＴＥＦＬＯＮ ＡＦ
１６００（屈折率１.３１）膜を接着，介在させた前記
楔型照明装置は、いずれも反射を低減することができ、
約５％明るさが増した。
【００５６】図５において、液晶表示素子２００と光散
乱体６０との間、および光散乱体６０と光路変換手段５
０との間にＴＥＦＬＯＮ ＡＦ １６００（屈折率１.
３１）膜を接着，介在させることで、上記と同様に明る
さが向上した液晶表示装置を得た。この時、光路変換手
段５０と偏光分離器４０との間に低屈折率媒体を配置す
ると、偏光分離器４０からの出射角が小さくなるため、
頂角５１を更に小さくして、光散乱体６０にほぼ垂直に
入射するようにした。
乱体６０との間、および光散乱体６０と光路変換手段５
０との間にＴＥＦＬＯＮ ＡＦ １６００（屈折率１.
３１）膜を接着，介在させることで、上記と同様に明る
さが向上した液晶表示装置を得た。この時、光路変換手
段５０と偏光分離器４０との間に低屈折率媒体を配置す
ると、偏光分離器４０からの出射角が小さくなるため、
頂角５１を更に小さくして、光散乱体６０にほぼ垂直に
入射するようにした。
【００５７】また、図６において、液晶表示素子２００
と光路変換手段７０との間、および、光路変換手段７０
と偏光分離機４０との間にＴＥＦＬＯＮ ＡＦ １６０
０膜を配置しても、同様に明るさが向上した。この時、
偏光分離器４０からの出射角が変わる（低屈折率透明媒
体を介在させると出射角が小さくなる）ため、ＴＥＦＬ
ＯＮ ＡＦ １６００膜の介在させることを前提に、光
路変換手段７０を作製する必要がある。
と光路変換手段７０との間、および、光路変換手段７０
と偏光分離機４０との間にＴＥＦＬＯＮ ＡＦ １６０
０膜を配置しても、同様に明るさが向上した。この時、
偏光分離器４０からの出射角が変わる（低屈折率透明媒
体を介在させると出射角が小さくなる）ため、ＴＥＦＬ
ＯＮ ＡＦ １６００膜の介在させることを前提に、光
路変換手段７０を作製する必要がある。
【００５８】以上実施例１、２のような構成とすること
で、偏光度の高い低消費電力で明るい照明装置を得るこ
とができる。さらには、このような照明装置に偏光を制
御して表示を行うＴＮ液晶を用いたアクティブ駆動のＴ
ＦＴ型液晶表示装置、ＴＮ液晶を用いた単純マトリクス
駆動のＳＴＮ型液晶表示装置に適用することにより、明
るく、かつ、低消費電力の液晶表示装置を提供できる。
で、偏光度の高い低消費電力で明るい照明装置を得るこ
とができる。さらには、このような照明装置に偏光を制
御して表示を行うＴＮ液晶を用いたアクティブ駆動のＴ
ＦＴ型液晶表示装置、ＴＮ液晶を用いた単純マトリクス
駆動のＳＴＮ型液晶表示装置に適用することにより、明
るく、かつ、低消費電力の液晶表示装置を提供できる。
【００５９】
【発明の効果】本発明の楔型導光体を用いた照明装置の
出射光の出射角度は大きく、平坦な多層膜からなる偏光
分離器により、低コストで作製容易な照明装置を提供す
ることができる。また、本発明の楔型導光体の斜め出射
の偏光を液晶表示素子にほぼ垂直に入射するよう光路変
換手段を設けることで、明るくコントラスト比の高い液
晶表示装置を提供することができる。
出射光の出射角度は大きく、平坦な多層膜からなる偏光
分離器により、低コストで作製容易な照明装置を提供す
ることができる。また、本発明の楔型導光体の斜め出射
の偏光を液晶表示素子にほぼ垂直に入射するよう光路変
換手段を設けることで、明るくコントラスト比の高い液
晶表示装置を提供することができる。
【００６０】さらにまた、本発明の楔型導光体の各構成
層の間に低屈折率透明媒体を介在させることで、各構成
層間での反射を低減でき、より明るい照明装置が得られ
る。
層の間に低屈折率透明媒体を介在させることで、各構成
層間での反射を低減でき、より明るい照明装置が得られ
る。
【図１】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。
である。
【図２】本発明の照明装置の作用を示す模式断面図であ
る。
る。
【図３】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。
である。
【図４】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。
である。
【図５】本発明の照明装置を用いた液晶表示装置の一実
施例を示す模式断面図である。
施例を示す模式断面図である。
【図６】本発明の照明装置を用いた液晶表示装置の一実
施例を示す模式断面図である。
施例を示す模式断面図である。
【図７】本発明の照明装置の一実施例の特性図である。
【図８】本発明の照明装置に用いる光路変換手段の製法
の一例を示す模式断面図である。
の一例を示す模式断面図である。
【図９】本発明の照明装置に用いる光路変換手段の製法
の一例を示す模式断面図である。
の一例を示す模式断面図である。
【図１０】本発明の誘電体多層膜からなる偏光分離器の
模式断面図である。
模式断面図である。
【図１１】Ｓ、Ｐ両偏光の透過率と波長の関係を示す図
である。
である。
１０…冷陰極蛍光ランプ、１１…ランプ用反射板、３０
…楔型導光体、３１…反射板、３２…偏光解消子、４０
…偏光分離器、４１,４２…透明媒体、４３…支持体、
４５…傾斜角、５０…光路変換手段、５１…頂角、６０
…光散乱体、７０…光路変換手段（散乱性の光路変換手
段）、７１…ホトポリマ、１００〜１０７…光の経路、
２００…液晶表示素子、１５０…物体光、１５１…参照
光、１５２…出射光、１５３…入射光、１５４…集光し
た物体光、１５５…拡散した出射光。
…楔型導光体、３１…反射板、３２…偏光解消子、４０
…偏光分離器、４１,４２…透明媒体、４３…支持体、
４５…傾斜角、５０…光路変換手段、５１…頂角、６０
…光散乱体、７０…光路変換手段（散乱性の光路変換手
段）、７１…ホトポリマ、１００〜１０７…光の経路、
２００…液晶表示素子、１５０…物体光、１５１…参照
光、１５２…出射光、１５３…入射光、１５４…集光し
た物体光、１５５…拡散した出射光。
Claims (17)
- 【請求項１】 光源と該光源に近接配置された導光体を
備えた照明装置であって、前記導光体の厚さが前記光源
から離れるに従い薄くなるように形成され、かつ、導光
体からの出射光の指向性が大きく、該導光体の出射側に
偏光分離手段、該偏光分離手段上に光路変換手段を備え
たことを特徴とする照明装置。 - 【請求項２】 光源と該光源に近接配置された導光体を
備えた照明装置であって、前記導光体が光源から離れる
に従い薄くなる楔型導光体で、該楔型導光体の出射側に
偏光分離手段を備え、該偏光分離手段上に光路変換手段
を備えたことを特徴とする照明装置。 - 【請求項３】 光源と該光源に近接配置された導光体を
備えた照明装置であって、前記導光体が光源から離れる
に従い薄くなる楔型導光体で、該楔型導光体の出射側に
偏光分離手段を備え、該偏光分離手段上に光を導光体の
出射面のほぼ法線方向に出射する光路変換手段を備えた
ことを特徴とする照明装置。 - 【請求項４】 光源と該光源に近接配置された導光体を
備えた照明装置であって、前記導光体が光源から離れる
に従い薄くなる楔型導光体で、該楔型導光体の出射側に
偏光分離手段を備え、該偏光分離手段上に光を導光体の
出射面のほぼ法線方向に光強度の最大値を持ち、散乱性
の光に変換，出射する光路変換手段を備えたことを特徴
とする照明装置。 - 【請求項５】 光源と該光源に近接配置された導光体を
備えた照明装置であって、前記導光体が光源から離れる
に従い薄くなる楔型導光体で、該楔型導光体の出射側に
偏光分離手段を備え、該偏光分離手段上に光を導光体の
出射面のほぼ法線方向に出射する光路変換手段を有し、
該光路変換手段上に偏光能と散乱性とを有する光散乱体
を備えたことを特徴とする照明装置。 - 【請求項６】 前記光路変換手段が散乱性と指向性とを
有するホログラムである請求項５に記載の照明装置。 - 【請求項７】 前記偏光分離手段が屈折率の異なる平坦
な多層膜で構成されている請求項１〜６のいずれかに記
載の照明装置。 - 【請求項８】 前記導体上の偏光分離手段または光路変
換手段に、これらの屈折率よりも低屈折率の透明媒体が
配設されている請求項１〜７のいずれかに記載の照明装
置。 - 【請求項９】 一対の偏光板を備え光の偏光状態を制御
することにより画像表示する液晶表示装置であって、 光源と該光源に近接配置された導光体を備え、前記導光
体の厚さが前記光源から離れるに従い薄くなるように形
成され、かつ、導光体からの出射光の指向性が大きく、
該導光体の出射側に偏光分離手段、該偏光分離手段上に
光路変換手段を備えた照明装置を液晶表示素子の背面に
配置したことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項１０】 一対の偏光板を備え光の偏光状態を制
御することにより画像表示するた液晶表示装置であっ
て、 光源と該光源に近接配置された導光体を備え、前記導光
体が光源から離れるに従い薄くなる楔型導光体で、該楔
型導光体の出射側に偏光分離手段を備え、該偏光分離手
段上に光路変換手段を備えた照明装置を液晶表示素子の
背面に配置したことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項１１】 一対の偏光板を備え光の偏光状態を制
御することにより画像表示するた液晶表示装置であっ
て、 光源と該光源に近接配置された導光体を備え、該導光体
が光源から離れるに従い薄くなる楔型導光体で、該楔型
導光体の出射側に偏光分離手段を備え、該偏光分離手段
上に光を導光体の出射面のほぼ法線方向に出射する光路
変換手段を備えた照明装置を液晶表示素子の背面に配置
したことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項１２】 光源と該光源に近接配置された導光体
を備えた照明装置であって、前記導光体が光源から離れ
るに従い薄くなる楔型導光体で、該楔型導光体の出射側
に偏光分離手段を備え、該偏光分離手段上に光を導光体
の出射面のほぼ法線方向に光強度の最大値を持ち、散乱
性の光に変換，出射する光路変換手段を備えた照明装置
を液晶表示素子の背面に配置したことを特徴とする液晶
表示装置。 - 【請求項１３】 前記照明装置の偏光分離手段が屈折率
の異なる平坦な多層膜で構成されている請求項８〜１２
のいずれかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項１４】 前記液晶表示素子の表面側に光散乱層
が配置されている請求項８〜１３のいずれかに記載の液
晶表示装置。 - 【請求項１５】 前記液晶表示素子の一対の偏光板間に
光散乱性を有する光散乱層が配置されている請求項８〜
１４のいずれかに記載の液晶表示装置。 - 【請求項１６】 前記照明装置の導体上の偏光分離手段
または光路変換手段に、これらの屈折率よりも低屈折率
の透明媒体が配設されている請求項８〜１５のいずれか
に記載の液晶表示装置。 - 【請求項１７】 前記照明装置の出射光の平均的な偏光
軸と、液晶表示素子の光入射側偏光板の偏光軸とがほぼ
一致するよう構成された照明装置が、液晶表示素子の背
面に配置されている請求項８〜１６のいずれかに記載の
液晶表示装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7304518A JPH09146092A (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 照明装置およびそれを用いた液晶表示装置 |
| US08/752,795 US6104454A (en) | 1995-11-22 | 1996-11-20 | Liquid crystal display |
| KR1019960056071A KR970059780A (ko) | 1995-11-22 | 1996-11-21 | 조명장치 및 이를 사용한 액정표시장치 |
| US09/349,154 US6222598B1 (en) | 1995-11-22 | 1999-07-08 | Liquid crystal display |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7304518A JPH09146092A (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 照明装置およびそれを用いた液晶表示装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09146092A true JPH09146092A (ja) | 1997-06-06 |
Family
ID=17933997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7304518A Pending JPH09146092A (ja) | 1995-11-22 | 1995-11-22 | 照明装置およびそれを用いた液晶表示装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09146092A (ja) |
Cited By (16)
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-
1995
- 1995-11-22 JP JP7304518A patent/JPH09146092A/ja active Pending
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