JPH09293406A - 偏光性面光源装置 - Google Patents
偏光性面光源装置Info
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- JPH09293406A JPH09293406A JP8131244A JP13124496A JPH09293406A JP H09293406 A JPH09293406 A JP H09293406A JP 8131244 A JP8131244 A JP 8131244A JP 13124496 A JP13124496 A JP 13124496A JP H09293406 A JPH09293406 A JP H09293406A
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- guide plate
- light guide
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ブリュースター効果による偏光分離と、光散
乱に伴う偏光解消の併用に基づいて、直線偏光を発生す
る偏光性面光源装置の実現。 【解決手段】 導光板１１の端面から入射された光は、
導光板中で前方に散乱されつつ伝播し、導光板の表面と
裏面から斜めに出射する。導光板の裏面から出射した光
は光反射層１３で反射され、導光板に再入射する。導光
板の表面から出射した光は、偏光分離層２０に斜めに入
射し、ブリュースター効果によって、Ｐ波は主として透
過するのに対して、Ｓ波の大半は反射される。Ｓ波は、
光散乱層３１で反射されると同時に偏光性を失って、反
射層で反射されて偏光分離層２０に再度入射される。Ｐ
波は偏光分離層を透過し易く、Ｓ波は反射され易い。こ
のように偏光分離層における直線偏光の透過と反射を反
復することによって、偏光分離層から主にＰ波が斜めに
出射され、伝播方向は光偏向層によって制御される。
乱に伴う偏光解消の併用に基づいて、直線偏光を発生す
る偏光性面光源装置の実現。 【解決手段】 導光板１１の端面から入射された光は、
導光板中で前方に散乱されつつ伝播し、導光板の表面と
裏面から斜めに出射する。導光板の裏面から出射した光
は光反射層１３で反射され、導光板に再入射する。導光
板の表面から出射した光は、偏光分離層２０に斜めに入
射し、ブリュースター効果によって、Ｐ波は主として透
過するのに対して、Ｓ波の大半は反射される。Ｓ波は、
光散乱層３１で反射されると同時に偏光性を失って、反
射層で反射されて偏光分離層２０に再度入射される。Ｐ
波は偏光分離層を透過し易く、Ｓ波は反射され易い。こ
のように偏光分離層における直線偏光の透過と反射を反
復することによって、偏光分離層から主にＰ波が斜めに
出射され、伝播方向は光偏向層によって制御される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、棒状の光源灯で発
生した光束を導光板の端面から入射し、導光板中を伝播
させつつ導光板の表面から出射させる方式の端面入射
（エッジライト）型の面光源装置において、非偏光性の
光源光を直線偏光性の光束に変換して出射する偏光性面
光源装置に関するものであり、汎用型液晶表示装置のよ
うに、直線偏光を用いる画像表示装置における光利用率
の大幅な向上に役立つ。
生した光束を導光板の端面から入射し、導光板中を伝播
させつつ導光板の表面から出射させる方式の端面入射
（エッジライト）型の面光源装置において、非偏光性の
光源光を直線偏光性の光束に変換して出射する偏光性面
光源装置に関するものであり、汎用型液晶表示装置のよ
うに、直線偏光を用いる画像表示装置における光利用率
の大幅な向上に役立つ。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、ブラウン管式の表示装
置に較べて、「平板状であるため狭い空間でも設置でき
る」、「軽量であるため運び易い」、「ディジタル映像
であるため高速の映像通信に馴染む」、「低電圧で駆動
されるため消費電力が少ない」などの利点を持ってお
り、有力な映像情報発生手段として急成長の途上にあ
る。平板状の液晶表示装置に適した光源装置として、図
２に断面構造を示すように、棒状の光源灯５２、光源灯
で発生した光の有効利用を図る反射体５４、端面から入
射した光を導く導光板５１、導光板の裏面から出射した
光を導光板に戻す反射層５３、導光板の表面から斜めに
出射した光の進行方向を法線方向へ向ける光偏向層５
５、などから成る端面入射型の面光源装置が開発されて
いる。このような端面入射型の面光源装置に用いられて
いる導光板は、微細な凹凸構造の成型やドット印刷を透
明な樹脂板の裏面に施して光の均一拡散を図った非散乱
導光板と、光散乱機能を持つ微粒子を透明樹脂に分散し
て成型した散乱導光板に大別される。発光面積が比較的
狭い面光源装置では、棒状の光源灯１本を１端面に装着
し、導光距離の増加に伴って板厚を薄くすることによっ
て輝度の低下を捕正した楔型の導光板が多用されてい
る。大面積且つ高輝度の面発光を要する場合には、平板
状の導光板における複数の端面に、棒状の光源灯を２本
以上、あるいはＬ字型またはコ字型の光源灯を１本装着
するのが、通例である。この場合における輝度の均一化
対策として、非散乱導光板では、凹凸構造やドット印刷
のパターンが工夫されているのに対して、散乱導光板に
ついては、微粒子の濃度が異なる２種の散乱導光板に相
補的な凹凸構造を設けて接合する２色成型が有効であ
る。
置に較べて、「平板状であるため狭い空間でも設置でき
る」、「軽量であるため運び易い」、「ディジタル映像
であるため高速の映像通信に馴染む」、「低電圧で駆動
されるため消費電力が少ない」などの利点を持ってお
り、有力な映像情報発生手段として急成長の途上にあ
る。平板状の液晶表示装置に適した光源装置として、図
２に断面構造を示すように、棒状の光源灯５２、光源灯
で発生した光の有効利用を図る反射体５４、端面から入
射した光を導く導光板５１、導光板の裏面から出射した
光を導光板に戻す反射層５３、導光板の表面から斜めに
出射した光の進行方向を法線方向へ向ける光偏向層５
５、などから成る端面入射型の面光源装置が開発されて
いる。このような端面入射型の面光源装置に用いられて
いる導光板は、微細な凹凸構造の成型やドット印刷を透
明な樹脂板の裏面に施して光の均一拡散を図った非散乱
導光板と、光散乱機能を持つ微粒子を透明樹脂に分散し
て成型した散乱導光板に大別される。発光面積が比較的
狭い面光源装置では、棒状の光源灯１本を１端面に装着
し、導光距離の増加に伴って板厚を薄くすることによっ
て輝度の低下を捕正した楔型の導光板が多用されてい
る。大面積且つ高輝度の面発光を要する場合には、平板
状の導光板における複数の端面に、棒状の光源灯を２本
以上、あるいはＬ字型またはコ字型の光源灯を１本装着
するのが、通例である。この場合における輝度の均一化
対策として、非散乱導光板では、凹凸構造やドット印刷
のパターンが工夫されているのに対して、散乱導光板に
ついては、微粒子の濃度が異なる２種の散乱導光板に相
補的な凹凸構造を設けて接合する２色成型が有効であ
る。
【０００３】液晶表示装置の光利用率は、主として［偏
光フィルタの光透過率（〜40％）］×［液晶パネルの開
口率（30〜85％）］×［色フィルタの光透過率（〜20
％）］によって規制されるが、単板式では１〜３％、３
板式でも３〜９％に過ぎない。従って、映写室の照明光
に対する映像光のコントラスト（相対輝度）が低くなる
ため、特に大画面の投射映像は、暗室内で観視せざるを
得ないのが実情である。液晶表示装置に装着した光源の
出力を増強すれば、映像光のコントラストは増加する
が、消費電力が増えると同時に、発熱量が増加するた
め、ポリ沃素の配向を利用した偏光フィルタ（耐熱温度
60℃）をはじめとする各種の素子に高耐熱性が要請され
る。
光フィルタの光透過率（〜40％）］×［液晶パネルの開
口率（30〜85％）］×［色フィルタの光透過率（〜20
％）］によって規制されるが、単板式では１〜３％、３
板式でも３〜９％に過ぎない。従って、映写室の照明光
に対する映像光のコントラスト（相対輝度）が低くなる
ため、特に大画面の投射映像は、暗室内で観視せざるを
得ないのが実情である。液晶表示装置に装着した光源の
出力を増強すれば、映像光のコントラストは増加する
が、消費電力が増えると同時に、発熱量が増加するた
め、ポリ沃素の配向を利用した偏光フィルタ（耐熱温度
60℃）をはじめとする各種の素子に高耐熱性が要請され
る。
【０００４】光源光（非偏光）の中から直線偏光を偏光
フィルタで抽出する過程では、光の50％以上が失われる
が、光源光を直線偏光に変換し、この振動面と偏光フィ
ルタを透過する光の振動面を一致させると、光の利用率
は著しく増加する。そこで、マクニール（MacNeille)型
の偏光ビームスプリッタと反射鏡から成る偏光変換器
（M.Imai，M.Sakamoto and N．Nishida, Japan Displa
y '92 Digest, pp.235-238, 1992.)が提案されたが、嵩
高く且つ高価であることに難点がある。また、導光板の
表面から出射した光を高屈折率層（透明な基板に二酸化
チタンを蒸着）に斜めに入射してＰ波（電界ベクトルの
振動面が入射面に平行なParallel成分）を優先的に透過
すると共に、1/4-波長板を介して導光板の裏面に設けた
反射層によって、偏光分離層で反射されたＳ波（電界ベ
クトルの振動面が入射面に垂直なSenkrecht成分）をＰ
波に変換し、導光板の表面から出射させる方式で、非偏
光をＰ波に変換する偏光性面光源装置（T.Gunjima,M.
Ozeki,Y.Ooi,Asia Display'95， pp.731- 734,199
5．）も提案されている。との提案は、次に説明す
るブリュースター(Brewster)効果の活用に立脚してい
る。
フィルタで抽出する過程では、光の50％以上が失われる
が、光源光を直線偏光に変換し、この振動面と偏光フィ
ルタを透過する光の振動面を一致させると、光の利用率
は著しく増加する。そこで、マクニール（MacNeille)型
の偏光ビームスプリッタと反射鏡から成る偏光変換器
（M.Imai，M.Sakamoto and N．Nishida, Japan Displa
y '92 Digest, pp.235-238, 1992.)が提案されたが、嵩
高く且つ高価であることに難点がある。また、導光板の
表面から出射した光を高屈折率層（透明な基板に二酸化
チタンを蒸着）に斜めに入射してＰ波（電界ベクトルの
振動面が入射面に平行なParallel成分）を優先的に透過
すると共に、1/4-波長板を介して導光板の裏面に設けた
反射層によって、偏光分離層で反射されたＳ波（電界ベ
クトルの振動面が入射面に垂直なSenkrecht成分）をＰ
波に変換し、導光板の表面から出射させる方式で、非偏
光をＰ波に変換する偏光性面光源装置（T.Gunjima,M.
Ozeki,Y.Ooi,Asia Display'95， pp.731- 734,199
5．）も提案されている。との提案は、次に説明す
るブリュースター(Brewster)効果の活用に立脚してい
る。
【０００５】図３に示すように、相対屈折率Ｎを有する
誘電体ｎに、単色光が入射角φで入射し、出射角ψで出
射する光学系では、スネル(Snell）の法則によって式
（１）が成立すると共に、Ｐ波の反射率RpとＳ波の反射
率Rsは、それぞれ式（２）および（３）で与えられる。 Ｎ＝ sinφ/sinψ （１） Rp＝ tan 2（φ−ψ)/tan 2 （φ＋ψ） （２） Rs＝ sin 2（φ−ψ)/sin 2 （φ＋ψ） （３） ここで、φ＋ψ＝π/2の関係が成り立つ場合には、tan
2 （φ＋ψ）＝∞でありRp＝０となるので、反射光はＳ
波だけを含む。このような条件を満たす入射角φ＝tan
-1Ｎは、偏光角またはブリュースター角と呼ばれ、例え
ばＮ＝1.52ならばφ＝56°40′となる。偏光角に近い入
射角で誘電体に光を入射すると、透過光の大部分はＰ波
となり、反射光の大部分はＳ波となる。
誘電体ｎに、単色光が入射角φで入射し、出射角ψで出
射する光学系では、スネル(Snell）の法則によって式
（１）が成立すると共に、Ｐ波の反射率RpとＳ波の反射
率Rsは、それぞれ式（２）および（３）で与えられる。 Ｎ＝ sinφ/sinψ （１） Rp＝ tan 2（φ−ψ)/tan 2 （φ＋ψ） （２） Rs＝ sin 2（φ−ψ)/sin 2 （φ＋ψ） （３） ここで、φ＋ψ＝π/2の関係が成り立つ場合には、tan
2 （φ＋ψ）＝∞でありRp＝０となるので、反射光はＳ
波だけを含む。このような条件を満たす入射角φ＝tan
-1Ｎは、偏光角またはブリュースター角と呼ばれ、例え
ばＮ＝1.52ならばφ＝56°40′となる。偏光角に近い入
射角で誘電体に光を入射すると、透過光の大部分はＰ波
となり、反射光の大部分はＳ波となる。
【０００６】図４に示すように、直角プリズム９１の斜
面９１ａに高屈折率と低屈折率の誘電体の多層膜９２を
蒸着し、多層膜を蒸着していない直角プリズム９１’と
接合したマクニール型の偏光ビームスプリッタにおい
て、プリズムを介して人射した光が、多層膜の各境界で
偏光角の条件を満足すれば、式（４）が成り立つ。 N(O)/cos｛φ(0) ｝＝N(H)/cos｛ψ(H) ｝＝N(L)/cos｛ψ(L) ｝ （４） 図５に示すように、N(O)、N(H)、N(L)はそれぞれプリズ
ム９１、高屈折率膜９２ａ、低屈折率膜９２ｂの屈折
率、φ(0) はプリズムへの入射角、ψ(H) とψ(L)はそ
れぞれ高屈折率膜と低屈折率膜の屈折角であり、スネル
の法則によって式（５）が成立する。 N(0) sin｛φ(0) ｝＝ N(H)sin｛ψ(H) ｝＝ N(L)sin｛ψ(L) ｝ （５） Ｐ波の反射率が０になる条件を求めると、式（４）およ
び（５）から式（６）が得られる。 N(0) 2sin 2 ｛φ(0) ｝＝N(H) 2N(L) 2／｛N(H) 2＋N(L) 2｝ （６） 式（４）〜（６）は、誘電体多層膜の膜厚とは無関係で
あり、これらの光学条件が満たされている限り、Ｐ波の
反射率は０になる。また、多層膜の各層の光路長を1/2-
波長に設定すると、各境界毎に反射光の位相が整合さ
れ、Ｓ波の反射率が高くなる。
面９１ａに高屈折率と低屈折率の誘電体の多層膜９２を
蒸着し、多層膜を蒸着していない直角プリズム９１’と
接合したマクニール型の偏光ビームスプリッタにおい
て、プリズムを介して人射した光が、多層膜の各境界で
偏光角の条件を満足すれば、式（４）が成り立つ。 N(O)/cos｛φ(0) ｝＝N(H)/cos｛ψ(H) ｝＝N(L)/cos｛ψ(L) ｝ （４） 図５に示すように、N(O)、N(H)、N(L)はそれぞれプリズ
ム９１、高屈折率膜９２ａ、低屈折率膜９２ｂの屈折
率、φ(0) はプリズムへの入射角、ψ(H) とψ(L)はそ
れぞれ高屈折率膜と低屈折率膜の屈折角であり、スネル
の法則によって式（５）が成立する。 N(0) sin｛φ(0) ｝＝ N(H)sin｛ψ(H) ｝＝ N(L)sin｛ψ(L) ｝ （５） Ｐ波の反射率が０になる条件を求めると、式（４）およ
び（５）から式（６）が得られる。 N(0) 2sin 2 ｛φ(0) ｝＝N(H) 2N(L) 2／｛N(H) 2＋N(L) 2｝ （６） 式（４）〜（６）は、誘電体多層膜の膜厚とは無関係で
あり、これらの光学条件が満たされている限り、Ｐ波の
反射率は０になる。また、多層膜の各層の光路長を1/2-
波長に設定すると、各境界毎に反射光の位相が整合さ
れ、Ｓ波の反射率が高くなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】偏光性面光源装置の
特徴は、高屈折率層でＰ波を透過させると共に、Ｓ波を
反射後、1/4-波長板中を往復させてＰ波に変換すること
にあるが、この変換率が波長によって異なることと、1/
4-波長板が比較的高価であることに問題がある。
特徴は、高屈折率層でＰ波を透過させると共に、Ｓ波を
反射後、1/4-波長板中を往復させてＰ波に変換すること
にあるが、この変換率が波長によって異なることと、1/
4-波長板が比較的高価であることに問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、ブリュ
ースター効果によるＰ波の選択的透過と、導光板に分散
させた微粒子による反射（Ｓ）波の光散乱に伴う偏光状
態の解消を併用することによって、光源光（非偏光）を
Ｐ波（直線偏光）に変換することにある。即ち、本発明
では、高屈折率層または誘電体多層膜でＰ波を透過させ
ると同時に、反射（Ｓ）波を微粒子で散乱させて非偏光
に戻し、高屈折率層または多層膜に再入射させてＰ波を
透過させる操作の反復によって、Ｐ波を濃縮しながら出
射させる。白色光で映像を表示する場合のように、光源
の波長特性の保存を要する際には、いわゆるミー散乱
(G.Mie，Ann.d.Physic. (4) Vol.25(1908) p.37 ）の構
成要件として、屈折率が導光板と異なる誘電体であるこ
とと、粒径が可視光の波長より幾分大きいことが、微粒
子に要請される。
ースター効果によるＰ波の選択的透過と、導光板に分散
させた微粒子による反射（Ｓ）波の光散乱に伴う偏光状
態の解消を併用することによって、光源光（非偏光）を
Ｐ波（直線偏光）に変換することにある。即ち、本発明
では、高屈折率層または誘電体多層膜でＰ波を透過させ
ると同時に、反射（Ｓ）波を微粒子で散乱させて非偏光
に戻し、高屈折率層または多層膜に再入射させてＰ波を
透過させる操作の反復によって、Ｐ波を濃縮しながら出
射させる。白色光で映像を表示する場合のように、光源
の波長特性の保存を要する際には、いわゆるミー散乱
(G.Mie，Ann.d.Physic. (4) Vol.25(1908) p.37 ）の構
成要件として、屈折率が導光板と異なる誘電体であるこ
とと、粒径が可視光の波長より幾分大きいことが、微粒
子に要請される。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に用いる導光板は、粒径が
可視光の波長より幾分大きい（数〜数10μm)透明微粒子
を、これとは屈折率が異なる透明樹脂中に分散させた状
態で成型したものであり、端面から入射した光を前方に
散乱しつつ表面と裏面で全反射を繰り返しながら伝播さ
せる。導光板の形状としては、図６に示すように、棒状
の光源灯１２を導光板１１の１端面に１本装着する場合
には、導光方向に沿って板厚を漸減することによって輝
度を均整化した楔型や、図７に示すように、棒状の光源
灯１２、１２’を対向する導光板１１，１１’の２端面
に各１本装着する場合には、導光方向に沿って微粒子の
濃度が小さい領域Ａと大きい領域Ｂを設け微粒子の濃度
を変化させることによって輝度の増強と均整化を両立さ
せた平板型を採用できる。
可視光の波長より幾分大きい（数〜数10μm)透明微粒子
を、これとは屈折率が異なる透明樹脂中に分散させた状
態で成型したものであり、端面から入射した光を前方に
散乱しつつ表面と裏面で全反射を繰り返しながら伝播さ
せる。導光板の形状としては、図６に示すように、棒状
の光源灯１２を導光板１１の１端面に１本装着する場合
には、導光方向に沿って板厚を漸減することによって輝
度を均整化した楔型や、図７に示すように、棒状の光源
灯１２、１２’を対向する導光板１１，１１’の２端面
に各１本装着する場合には、導光方向に沿って微粒子の
濃度が小さい領域Ａと大きい領域Ｂを設け微粒子の濃度
を変化させることによって輝度の増強と均整化を両立さ
せた平板型を採用できる。
【００１０】このような導光板の裏面に反射層を装着す
ると、この裏面から出射した光は反射されて導光板に再
び入射され、表面の法線に対して60〜70°傾いた角度で
出射される。導光板が１灯式の楔型である場合には主に
１方向、また２灯式の平板型である場合には主に面対称
性の２方向に、光は出射される。導光板の表面に沿って
偏光分離層として高屈折率層や誘電体多層膜を装着する
と、これらの層に対して、導光板から出射した光が斜め
に入射するので、ブリュースター効果によって偏光分離
を生じ易い。導光板に用いる樹脂の屈折率が高くなる
と、この表面における光の出射角は大きくなるが、汎用
性の光学用樹脂については、屈折率が1.40〜1.70の範囲
にあるので、出射角は極端には変化しない。
ると、この裏面から出射した光は反射されて導光板に再
び入射され、表面の法線に対して60〜70°傾いた角度で
出射される。導光板が１灯式の楔型である場合には主に
１方向、また２灯式の平板型である場合には主に面対称
性の２方向に、光は出射される。導光板の表面に沿って
偏光分離層として高屈折率層や誘電体多層膜を装着する
と、これらの層に対して、導光板から出射した光が斜め
に入射するので、ブリュースター効果によって偏光分離
を生じ易い。導光板に用いる樹脂の屈折率が高くなる
と、この表面における光の出射角は大きくなるが、汎用
性の光学用樹脂については、屈折率が1.40〜1.70の範囲
にあるので、出射角は極端には変化しない。
【００１１】高屈折率層として、ポリエステルフィルム
のように、屈折率が比較的高い透明フィルムを１枚用い
ただけでも、ある程度の偏光分離は可能であるが、図８
に示すように、このような透明フィルム２０１を重ねて
偏光分離層２０を形成し、その導光端２０ｂに光散乱層
３１を介して光反射層３３を装着し、フィルムの界面で
の反射を繰り返しながらフィルム内またはフィルム間を
伝播して入射したＳ波の偏光状態を解消して偏光分離層
に逆進させると、出射するＰ波の偏光度と輝度が増強さ
れる。例えば、図９に示すように酸化チタンと酸化珪素
を、それぞれ高屈折率成分および低屈折率成分として透
明フィルムに交互に蒸着し、式（６）に則って屈折率を
最適化した誘電体多層膜２０２を導光板１１の表面１１
ａに装着した場合についても、偏光分離層２０の導光端
２０ｂに光散乱層３１を介して光反射層３３を装着する
と、出射するＰ波の偏光度と輝度が高められる。偏光分
離層の屈折率に異方性が存在すると、この層を透過する
直線偏光が楕円偏光に変換される結果、偏光度が低下す
るので、偏光分離層の屈折率は等方性であることが望ま
しい。また、光散乱層３１については、レイリー（Rayl
eigh) 散乱により白色光の着色を抑制する条件として、
粒径が可視光の波長より幾分大きいことが望ましい。
のように、屈折率が比較的高い透明フィルムを１枚用い
ただけでも、ある程度の偏光分離は可能であるが、図８
に示すように、このような透明フィルム２０１を重ねて
偏光分離層２０を形成し、その導光端２０ｂに光散乱層
３１を介して光反射層３３を装着し、フィルムの界面で
の反射を繰り返しながらフィルム内またはフィルム間を
伝播して入射したＳ波の偏光状態を解消して偏光分離層
に逆進させると、出射するＰ波の偏光度と輝度が増強さ
れる。例えば、図９に示すように酸化チタンと酸化珪素
を、それぞれ高屈折率成分および低屈折率成分として透
明フィルムに交互に蒸着し、式（６）に則って屈折率を
最適化した誘電体多層膜２０２を導光板１１の表面１１
ａに装着した場合についても、偏光分離層２０の導光端
２０ｂに光散乱層３１を介して光反射層３３を装着する
と、出射するＰ波の偏光度と輝度が高められる。偏光分
離層の屈折率に異方性が存在すると、この層を透過する
直線偏光が楕円偏光に変換される結果、偏光度が低下す
るので、偏光分離層の屈折率は等方性であることが望ま
しい。また、光散乱層３１については、レイリー（Rayl
eigh) 散乱により白色光の着色を抑制する条件として、
粒径が可視光の波長より幾分大きいことが望ましい。
【００１２】例えば、図10および11に示すように、マイ
クロプリズム・アレイのような光偏向層４０を、高屈折
率層２０１または誘電体多層膜２０２から成る偏光分離
層２０の表面２０ａに装着すると、Ｐ波（直線偏光）の
進行方向が制御され、出光面の法線方向に伝播させるこ
とも可能である。この直線偏光の振動面を偏光フィルタ
を介して、液晶パネルに入射する直線偏光の振動面に一
致させると、光の利用率が飛躍的に増加すると共に、偏
光フィルタの吸光による発熱が著しく抑制される。例え
ば、本発明の偏光性面光源装置から出射した光の偏光度
が80％前後ならば、液晶パネルの光利用率は、ほゞ倍増
される。この偏光性面光源装置から出射した光の偏光度
が99.9％以上に達すると、液晶パネルの入光面に装着さ
れている偏光フィルタは不要（但し、液晶パネルの出光
面に装着する検光子用の偏光フィルタは必要）になり、
耐熱性に関する問題が大幅に軽減される。
クロプリズム・アレイのような光偏向層４０を、高屈折
率層２０１または誘電体多層膜２０２から成る偏光分離
層２０の表面２０ａに装着すると、Ｐ波（直線偏光）の
進行方向が制御され、出光面の法線方向に伝播させるこ
とも可能である。この直線偏光の振動面を偏光フィルタ
を介して、液晶パネルに入射する直線偏光の振動面に一
致させると、光の利用率が飛躍的に増加すると共に、偏
光フィルタの吸光による発熱が著しく抑制される。例え
ば、本発明の偏光性面光源装置から出射した光の偏光度
が80％前後ならば、液晶パネルの光利用率は、ほゞ倍増
される。この偏光性面光源装置から出射した光の偏光度
が99.9％以上に達すると、液晶パネルの入光面に装着さ
れている偏光フィルタは不要（但し、液晶パネルの出光
面に装着する検光子用の偏光フィルタは必要）になり、
耐熱性に関する問題が大幅に軽減される。
【００１３】本発明の偏光性面光源装置は、光源灯から
発生した光（非偏光）を直線偏光に変換して出射する端
面入射式の薄板状面発光手段を提供し、例えば液晶表示
装置のように、直線偏光を利用する装置の光利用率と耐
熱性の増強に役立つ。
発生した光（非偏光）を直線偏光に変換して出射する端
面入射式の薄板状面発光手段を提供し、例えば液晶表示
装置のように、直線偏光を利用する装置の光利用率と耐
熱性の増強に役立つ。
【００１４】
（実施例１）重量式フィーダを用いて、ポリメタクリル
酸メチルのペレット 100重量部と、平均粒径17μm のシ
リコーン樹脂の微粒子 0.1重量部を、２軸押出機（スク
リュー仕様: L/D=32、直径44mm、耐摩耗性、耐腐食性）
に供給し、 240℃に加熱したシリンダ中で混練後、射出
成型機に移し、シリンダ温度 230℃、金型温度60℃、型
締圧100t/cm 2 の条件で、幅 100mm、長さ 100mm、光入
射端の板厚 6mm、これと対向する端の板厚 1mmの楔型に
成型することによって、光散乱性を有する導光板を作製
した。図１に示すように、管径 3mm、管長 138mm、中心
輝度 30,000cd/m 2 の棒状の光源灯１２（冷陰極型の蛍
光ランプ）を、該導光板１１の光入射端１１ｄに装着し
た。光源灯の導光板に対面していない部分と、導光板の
光入射端以外の端面１１ｂを、光反射膜３３（ポリエス
テル・フィルム上に白色顔料の微粒子を塗布した拡散反
射層）で被覆すると共に、該導光板の裏面１１ｃに、空
気層を介して前記の光反射膜１３を装着することによっ
て漏光を防ぎ、光利用率の向上を図った。次いで、ビス
フェノールＡポリカーボネート・フィルム２０３（屈折
率1.5868、膜厚 200μm)を０〜10枚重ねて偏光分離層２
０を形成し、空気層を介して該導光板の表面１１ａ（出
光面）に装着すると共に、平均粒径 2μm のシリコーン
樹脂の微粒子をポリメタクリル酸メチル樹脂中に 8wt％
分散させた光散乱層３１を介して前記の光反射膜３３
を、該偏光分離層の導光端に装着した。プロピレンとエ
チレンのランダム共重合体の透明シートの裏面にＶ溝の
アレイ４１を形成することによって、光偏向層４０を作
製し、偏光分離層の表面に装着した。このような手順で
偏光性面光源装置を作製後、出光面を偏光フィルタ（図
示していない）で覆うと共に、該偏光フィルタを出光面
内で回転（偏光の透過率が最大になる場合の電界の振動
方向が、該導光板の光入射端面に平行になる角度を０°
に設定）させ、トプコン（株）製のBM-5型輝度計を用い
て該面の法線方向に関する輝度を測定した。この出射光
の輝度について、電界の振動方向が光入射端面に対して
垂直なＰ波と平行なＳ波が、それぞれ最大値および最小
値を呈した。図13に示すように、該フィルムの積層枚数
が１枚、５枚、１０枚と増加するに伴って、Ｐ波の偏光
度（＝［最大値］／［最大値＋最小値］）は60％、72
％、80％のように向上した。
酸メチルのペレット 100重量部と、平均粒径17μm のシ
リコーン樹脂の微粒子 0.1重量部を、２軸押出機（スク
リュー仕様: L/D=32、直径44mm、耐摩耗性、耐腐食性）
に供給し、 240℃に加熱したシリンダ中で混練後、射出
成型機に移し、シリンダ温度 230℃、金型温度60℃、型
締圧100t/cm 2 の条件で、幅 100mm、長さ 100mm、光入
射端の板厚 6mm、これと対向する端の板厚 1mmの楔型に
成型することによって、光散乱性を有する導光板を作製
した。図１に示すように、管径 3mm、管長 138mm、中心
輝度 30,000cd/m 2 の棒状の光源灯１２（冷陰極型の蛍
光ランプ）を、該導光板１１の光入射端１１ｄに装着し
た。光源灯の導光板に対面していない部分と、導光板の
光入射端以外の端面１１ｂを、光反射膜３３（ポリエス
テル・フィルム上に白色顔料の微粒子を塗布した拡散反
射層）で被覆すると共に、該導光板の裏面１１ｃに、空
気層を介して前記の光反射膜１３を装着することによっ
て漏光を防ぎ、光利用率の向上を図った。次いで、ビス
フェノールＡポリカーボネート・フィルム２０３（屈折
率1.5868、膜厚 200μm)を０〜10枚重ねて偏光分離層２
０を形成し、空気層を介して該導光板の表面１１ａ（出
光面）に装着すると共に、平均粒径 2μm のシリコーン
樹脂の微粒子をポリメタクリル酸メチル樹脂中に 8wt％
分散させた光散乱層３１を介して前記の光反射膜３３
を、該偏光分離層の導光端に装着した。プロピレンとエ
チレンのランダム共重合体の透明シートの裏面にＶ溝の
アレイ４１を形成することによって、光偏向層４０を作
製し、偏光分離層の表面に装着した。このような手順で
偏光性面光源装置を作製後、出光面を偏光フィルタ（図
示していない）で覆うと共に、該偏光フィルタを出光面
内で回転（偏光の透過率が最大になる場合の電界の振動
方向が、該導光板の光入射端面に平行になる角度を０°
に設定）させ、トプコン（株）製のBM-5型輝度計を用い
て該面の法線方向に関する輝度を測定した。この出射光
の輝度について、電界の振動方向が光入射端面に対して
垂直なＰ波と平行なＳ波が、それぞれ最大値および最小
値を呈した。図13に示すように、該フィルムの積層枚数
が１枚、５枚、１０枚と増加するに伴って、Ｐ波の偏光
度（＝［最大値］／［最大値＋最小値］）は60％、72
％、80％のように向上した。
【００１５】（実施例２）実施例１と同じ条件で、光散
乱性の楔型導光板に棒状の光源灯と光反射層を装着する
と共に、図12に示すように、該導光板の表面（出光面）
に前記のビスフェノールＡポリカーボネート・フィルム
を６枚重ねて装着して偏光分離層を形成し、この面の法
線に対して＋64°方向に出射した光の偏光状態を測定し
た結果、Ｐ波の偏光度は80％であった。
乱性の楔型導光板に棒状の光源灯と光反射層を装着する
と共に、図12に示すように、該導光板の表面（出光面）
に前記のビスフェノールＡポリカーボネート・フィルム
を６枚重ねて装着して偏光分離層を形成し、この面の法
線に対して＋64°方向に出射した光の偏光状態を測定し
た結果、Ｐ波の偏光度は80％であった。
【００１６】（実施例３）実施例２と同様な条件で、棒
状の光源灯と光反射層を装着した１対の楔型導光板１
１、１１’を、図14に示すように、光源灯１２、１２’
を外側に置いた状態で対向して接合した。該導光板の出
光面上に、前記のビスフェノールＡポリカーボネート・
フィルムを６枚重ねて偏光分離層を形成し、この面の法
線に対して±64°方向に出射した光の偏光状態を測定し
た結果、Ｐ波の偏光度は80％であった。
状の光源灯と光反射層を装着した１対の楔型導光板１
１、１１’を、図14に示すように、光源灯１２、１２’
を外側に置いた状態で対向して接合した。該導光板の出
光面上に、前記のビスフェノールＡポリカーボネート・
フィルムを６枚重ねて偏光分離層を形成し、この面の法
線に対して±64°方向に出射した光の偏光状態を測定し
た結果、Ｐ波の偏光度は80％であった。
【００１７】（実施例４）ポリメタクリル酸メチルに対
し、平均粒径 4.5μm のシリコーン樹脂の微粒子を 0.2
wt％分散させた光散乱性樹脂Ａと、該微粒子を 0.4wt％
分散させた光散乱性樹脂Ｂを調製し、図15に示すよう
に、相補的な面を成型して接合する方式で、幅121mm 、
長さ 92mm 、板厚 5.0mmの平板型の導光板１１”を作製
した。ここで、ＡとＢの断面構造を調節することによっ
て、該導光板から出射する光の輝度が均一分布するよう
に、導光板中における微粒子の濃度分布を最適化した。
該導光板の出光面上に、前記のビスフェノールＡポリカ
ーボネート・フィルムを５枚重ねて偏光分離層を形成
し、この面の法線に対して±60°方向に出射した光の偏
光状態を測定した結果、Ｐ波の偏光度は80％であった。
し、平均粒径 4.5μm のシリコーン樹脂の微粒子を 0.2
wt％分散させた光散乱性樹脂Ａと、該微粒子を 0.4wt％
分散させた光散乱性樹脂Ｂを調製し、図15に示すよう
に、相補的な面を成型して接合する方式で、幅121mm 、
長さ 92mm 、板厚 5.0mmの平板型の導光板１１”を作製
した。ここで、ＡとＢの断面構造を調節することによっ
て、該導光板から出射する光の輝度が均一分布するよう
に、導光板中における微粒子の濃度分布を最適化した。
該導光板の出光面上に、前記のビスフェノールＡポリカ
ーボネート・フィルムを５枚重ねて偏光分離層を形成
し、この面の法線に対して±60°方向に出射した光の偏
光状態を測定した結果、Ｐ波の偏光度は80％であった。
【００１８】（実施例５）実施例１と同じ条件で、光散
乱性の楔型導光板に棒状の光源灯と光反射層を装着し
た。板厚 5.0mmのガラス基板に酸化チタンを蒸着した誘
電体膜２０４を、図16に示すように、２枚重ねて該導光
板の出光面に装着して偏光分離層に供した。この面の法
線に対して＋70°方向に出射した光について、Ｐ波の偏
光度は82％であった。
乱性の楔型導光板に棒状の光源灯と光反射層を装着し
た。板厚 5.0mmのガラス基板に酸化チタンを蒸着した誘
電体膜２０４を、図16に示すように、２枚重ねて該導光
板の出光面に装着して偏光分離層に供した。この面の法
線に対して＋70°方向に出射した光について、Ｐ波の偏
光度は82％であった。
【００１９】
【発明の効果】以上に記述したように、本発明の偏光性
面光源装置は、ブリュースター効果による偏光分離と、
光散乱に伴う偏光解消の併用に特徴を有し、導光板の端
面から入射した非偏光を直線偏光に変換して出射する機
能を持っている。従って、液晶表示装置のように、偏光
フィルタを用いて光源光から直線偏光を抽出して映像を
表示する装置に、本発明の偏光性面光源装置を適用する
と、偏光フィルタによる光の吸収が著しく軽減される結
果、光源光の利用率と偏光フィルタの熱劣化防止を大幅
に増強できるようになった。
面光源装置は、ブリュースター効果による偏光分離と、
光散乱に伴う偏光解消の併用に特徴を有し、導光板の端
面から入射した非偏光を直線偏光に変換して出射する機
能を持っている。従って、液晶表示装置のように、偏光
フィルタを用いて光源光から直線偏光を抽出して映像を
表示する装置に、本発明の偏光性面光源装置を適用する
と、偏光フィルタによる光の吸収が著しく軽減される結
果、光源光の利用率と偏光フィルタの熱劣化防止を大幅
に増強できるようになった。
【００２０】
【図１】本発明の偏光性面光源装置
【図２】従来の面光源装置の断面図
【図３】スネルの法則
【図４】マクニール型偏光ビームスプリッタ
【図５】多層膜におけるスネルの法則
【図６】楔型の散乱導光板を用いた面光源装置
【図７】散乱子濃度を変化させた導光板を用いた面光源
装置
装置
【図８】偏光分離層をシートで形成した面光源装置の側
面図
面図
【図９】偏光分離層を誘電体多層膜で形成した面光源装
置の側面図
置の側面図
【図１０】シートから成る偏光分離層の表面に光偏向層
を設けた面光源装置の側面図
を設けた面光源装置の側面図
【図１１】誘電体多層膜から成る偏光分離層の表面に光
偏向層を設けた面光源装置の側面図
偏向層を設けた面光源装置の側面図
【図１２】偏光分離層をシートで形成した面光源装置
【図１３】図１２の面光源装置について偏光度を測定し
たグラフ
たグラフ
【図１４】２灯式の偏光性面光源装置
【図１５】２灯式の偏光性面光源装置
【図１６】偏光分離層を誘電体多層膜で形成した面光源
装置
装置
１０・・・面光源装置 １１・・・導光板 １１ａ・・表面（出光面） １２・・・光源灯 １３・・・光反射層（導光板の裏面側） ２０・・・偏光分離層 ２０ａ・・出光面（表面） ２０ｂ・・導光端 ３１・・・光散乱層 ３３・・・光反射層（偏光分離層の導光端側） ４０・・・光偏向層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 酒井 丈也 名古屋市中区上前津１丁目４番５号 林テ レンプ株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】透明樹脂から成る端面入射型の導光板、該
導光板の端面に装着した棒状の光源灯、および該導光板
の裏面に装着した光反射層を、主要な構成要素とする面
光源装置において、 光散乱機能を有する微粒子を透明樹脂中に分散して該導
光板を成型して、透明シートから成る偏光分離層を該導
光板の表面（出光面）に置くと同時に、該偏光分離層の
導光端に光散乱層を介して光反射層を装着し、該導光板
の表面から出射して該偏光分離層を斜めに透過する光束
に直線偏光性を付与すると共に、該偏光分離層で反射さ
れた非透過性の直線偏光を散乱させて偏光状態を解消
後、該偏光分離層に再び入射することによって、該偏光
分離層を斜めに透過する直線偏光を増強したことを特徴
とする偏光性面光源装置。 - 【請求項２】請求項１に記した構成を有する偏光性面光
源装置において、 透明シートから成る偏光分離層の代りに、誘電体多層膜
で構成した偏光分離層を該導光板の表面に置いたことを
特徴とする偏光性面光源装置。 - 【請求項３】請求項１に記した構成を有する偏光性面光
源装置において、 透明シートから成る偏光分離層を該導光板の表面に置く
代りに、誘電体多層膜を該導光板の表面に一体形成した
ことを特徴とする偏光性面光源装置。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項２ないし請求項３に
記した構成を有する偏光性面光源装置において、 透過光の偏光状態を損わない光偏向層を偏光分離層の出
光面（表面）に装着することによって、直線偏光の出射
方向を制御したことを特徴とする偏光性面光源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8131244A JPH09293406A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 偏光性面光源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8131244A JPH09293406A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 偏光性面光源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09293406A true JPH09293406A (ja) | 1997-11-11 |
Family
ID=15053381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8131244A Pending JPH09293406A (ja) | 1996-04-26 | 1996-04-26 | 偏光性面光源装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09293406A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1443264A2 (en) | 2003-02-03 | 2004-08-04 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Light emitting apparatus |
| US6952310B1 (en) | 1999-05-12 | 2005-10-04 | Nitto Denko Corporation | Light pipe and polarized-light source |
| JP2006003914A (ja) * | 2000-06-23 | 2006-01-05 | Samsung Electronics Co Ltd | 新規な導光板構造を有する液晶表示装置 |
| US7268483B2 (en) | 2002-12-26 | 2007-09-11 | Nitto Denko Corporation | Optical element, as well as polarized-light-emitting surface light source and display device using the same |
| JP2009070826A (ja) * | 2005-08-17 | 2009-04-02 | Fujifilm Corp | 面状照明装置 |
-
1996
- 1996-04-26 JP JP8131244A patent/JPH09293406A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6952310B1 (en) | 1999-05-12 | 2005-10-04 | Nitto Denko Corporation | Light pipe and polarized-light source |
| US7446938B2 (en) | 1999-05-12 | 2008-11-04 | Nitto Denko Corporation | Light pipe and polarized-light source |
| US7515339B2 (en) | 1999-05-12 | 2009-04-07 | Nitto Denko Corporation | Light pipe and polarized-light source |
| US7532398B2 (en) | 1999-05-12 | 2009-05-12 | Nitto Denko Corporation | Light pipe and polarized-light source |
| JP2006003914A (ja) * | 2000-06-23 | 2006-01-05 | Samsung Electronics Co Ltd | 新規な導光板構造を有する液晶表示装置 |
| US7268483B2 (en) | 2002-12-26 | 2007-09-11 | Nitto Denko Corporation | Optical element, as well as polarized-light-emitting surface light source and display device using the same |
| EP1443264A2 (en) | 2003-02-03 | 2004-08-04 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Light emitting apparatus |
| US7101054B2 (en) | 2003-02-03 | 2006-09-05 | Honda Motor Co., Ltd. | Light emitting apparatus |
| JP2009070826A (ja) * | 2005-08-17 | 2009-04-02 | Fujifilm Corp | 面状照明装置 |
| US7826703B2 (en) | 2005-08-17 | 2010-11-02 | Fujifilm Corporation | Planar illuminating device |
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