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JPH11352479A - バックライト装置及び透過型表示装置 - Google Patents

バックライト装置及び透過型表示装置

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Publication number
JPH11352479A
JPH11352479A JP10164868A JP16486898A JPH11352479A JP H11352479 A JPH11352479 A JP H11352479A JP 10164868 A JP10164868 A JP 10164868A JP 16486898 A JP16486898 A JP 16486898A JP H11352479 A JPH11352479 A JP H11352479A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
sheet
liquid crystal
polarization separation
prism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10164868A
Other languages
English (en)
Inventor
Keiji Kajima
啓二 鹿島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dai Nippon Printing Co Ltd filed Critical Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority to JP10164868A priority Critical patent/JPH11352479A/ja
Priority to US09/325,127 priority patent/US6259496B1/en
Publication of JPH11352479A publication Critical patent/JPH11352479A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バックライト装置及びこれを含む液晶表示装
置において、バックライト装置からの照明光の輝度を向
上させる。 【解決手段】 導光体12、光源14、プリズムシート
16、偏光分離シート18及び光反射シート20を備え
たバックライト装置10において、光反射シート20を
直平面状の正反射面20Aを備えて構成し、この正反射
面20Aの法線と、前記プリズムシート16、偏光分離
シート18の法線とを実質的に一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、透過型の液晶表
示装置を背面から照明する際に用いられるバックライト
装置、及び、このバックライト装置を用いた透過型液晶
表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータ、テレビジョン等のディス
プレイとして用いられる液晶表示装置は、偏光板に光を
透過させることによって得られた偏光光を液晶層で変調
するものであり、例えば、図13に示される従来の代表
的な液晶表示装置1は、バックライト装置2の光源3か
ら出射された光を略板状の導光体4の一側端面4Aから
入射させ、図において上面となる出光面4Bから出射さ
せ、この光を拡散シート5により若干拡散させた後、プ
リズムシート6により集光して、液晶表示パネル7をそ
の背面から指向性のある拡散光で照明するように構成さ
れている。
【0003】前記バックライト装置2において、前記一
側端面4Aから入射した光源光は、導光体4内で全反射
を繰り返しながら進行し、且つ、その光の一部が、導光
体4の出光面4Bと反対側の裏面4Cに配置された光拡
散体4Dにより反射されて、出光面4Bから拡散シート
5を経て液晶表示パネル7方向に出射され、又、導光体
4における前記裏面4Cから、図において下方に出射し
た光は、下方に配置された光反射シート8によって反射
され、再度導光体4内に戻されるようになっている。な
お、光拡散体4Dに替えて、導光体4の表面及び/又は
裏面を詳細な凹凸面としたり、多数の微細なV溝を設け
ることもある。
【0004】前記プリズムシート6は、三角柱プリズム
(断面形状が三角形、又は、頂点が丸みを帯びた三角
形)からなる単位プリズム6A、又は、断面形状が半円
形又は半楕円形である柱状の単位レンズ(図示省略)
を、その稜線が平行となるように複数配置して備えてい
る。
【0005】又、前記液晶表示パネル7は、液晶セル7
A及び偏光板7B、7Cから構成され、前記液晶セル7
Aは、液晶層(TN型液晶、STN型液晶、IPS用液
晶、VA用液晶、等)をガラス基板やプラスチック製基
板(共に図示省略)で挟持したものであり、前記偏光板
7B、7Cは、前記基板の外側(図13において上下)
を挟持した構成とされている。
【0006】図14に示される他の従来の液晶表示装置
1Aは、バックライト装置2Aにおけるプリズムシート
6の方向が反対、即ち、単位プリズム6Aが図13の場
合と反対の下向きに配置され、又、拡散シート5がプリ
ズムシート6の上側に配置されている点において、図1
3の液晶表示装置1と相違する。なお、光拡散体4Dに
替えて、導光体4の表面及び/又は裏面を詳細な凹凸面
としたり、多数の微細なV溝を設けることもあるのは前
述と同様である。
【0007】他の構成は、図13の液晶表示装置1と同
一であるので、同一部分に同一符号を付することにより
説明を省略する。
【0008】図15に示される、更に他の液晶表示装置
1Bにおけるバックライト装置2Bは、前記図14に示
されるバックライト装置2Aにおける拡散シート5に代
えて、その三角柱プリズムの方向がプリズムシート6と
直交する方向の第2のプリズムシート9を設けた点にお
いて、バックライト装置2Aと相違する。
【0009】他の構成は、図14の液晶表示装置1Aに
おけると同一であるので、同一部分に同一の符号を付す
ることにより説明を省略する。
【0010】前記いずれの液晶表示装置1、1A、1B
においても、液晶セル7Aは、偏光板7B、7Cに挟持
される構成であり、偏光板7B、7Cが入射光の略50
%を吸収してしまうために、光の利用効率(透過率)が
低く、液晶表示パネル7の表面における十分な明るさを
得るためには、より多くの光源光を偏光板7Bに入射さ
せる必要があったが、このようにすると、バックライト
装置における光源3の消費電力が増大するのみならず、
該光源3からの熱が液晶セル7Aにおける液晶層に悪影
響を与えて、液晶表示パネル7における表示が不明瞭と
なってしまう等の問題点を生じる。
【0011】これに対して、例えば、特開平3−459
06号公報に開示されるように、バックライト装置から
の無偏光光を、コレステリック液晶層からなる偏光分離
シートにより互いに旋光方向が逆の関係にある2つの円
偏光に分離した後に、一方の偏光光を液晶表示パネルに
入射させ、他方の偏光成分をバックライト装置側に戻し
て、そのバックライト装置内の曲面ミラーにより、再度
偏光分離シート側に導いて再利用し、光利用効率を向上
させるようにしたものがある。
【0012】又、特開平6−324333号公報に開示
されるように、光源からの無偏光光を、拡散器(光拡散
シートに相当する)、及び、ビーム集中素子(プリズム
シートに相当する)を通してコレステリックフィルタに
照射し、ここで反射された偏光光を、前記拡散器を通し
て偏光を解消し、再びコレステリックフィルタに照射し
て再利用する技術がある。
【0013】更に、特表平9−506985号公報に開
示されるように、光源からの無偏光光を、光学構造体
(プリズムシートに相当する)を通して反射偏光子に照
射し、反射された偏光光を、拡散反射面で反射して再び
反射偏光子に照射して再利用するものがある。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】前記特開平3−459
06号公報に開示されるものは、プリズムシートを用い
るものではないので、プリズムシートで集光した拡散光
をコレステリック液晶層で偏光分離する場合に対応でき
ず、又、コレステリック液晶層から反射された偏光光を
曲面ミラーにより反射しているために、光の再利用効率
が高くないという問題点がある。
【0015】又、前記特開平6−324333号公報及
び特表平9−506985号公報で開示されているもの
は、プリズムシートの光出射面側(光源から遠い側)に
偏光分離シートを配置して、更に液晶セルをその上に配
置した従来型の光吸収型偏光板を通して輝度を測定した
ところ、理論的には輝度(光利用効率)が2倍になるは
ずのものが、実際には1.6倍程度にしかならないとい
う問題点がある。
【0016】この発明は、上記従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、比較的簡単な構成により、光の利
用効率を更に向上できるようにしたバックライト装置、
及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明は、請求項1の
ように、透光性材料からなる板状体であって、少なくと
も一側端面から導入された光を一方の面である光放出面
から出射するようにされた導光体と、この導光体の少な
くとも前記一側端面から内部に光を入射させる光源と、
1次元又は2次元方向に配列された複数の単位プリズム
を備え、且つ、前記導光体における前記光放出面側に設
けられ、該光放出面から入射する光の進行方向を特定方
向にシフトさせて出射するプリズムシートと、このプリ
ズムシートからの入射光中の一方の偏光成分を透過し、
他方の偏光成分を反射する偏光分離シートと、前記導光
体の前記光放出面と反対側に配置され、導光体からの光
を前記偏光分離シート方向へ反射する光反射シートとを
有してなり、前記光反射シートは、前記導光体側に、前
記偏光分離シートと略平行な直平面状の正反射面を備え
ていることを特徴とするバックライト装置により、上記
目的を達成するものである。
【0018】又、前記偏光分離シートの法線方向と、前
記プリズムシートからの光の特定方向とが、実質的に一
致するようにしてもよい。
【0019】更に、前記プリズムシートにおける前記単
位プリズムの断面形状が、プリズムシートの法線に対し
て左右対称とされ、且つ、このプリズムシートの法線方
向と前記光反射シートの法線方向が実質的に一致するよ
うにしてもよい。
【0020】更に又、コレステリック液晶層からなる旋
光選択層と、1/4波長位相差層とを含んで構成し、前
記コレステリック液晶層が、入射光のうちの一方向の旋
光成分と、これと逆回りの旋光成分とを分離するように
してもよい。
【0021】又、前記偏光分離シートを、各層が複屈折
性を有する3層以上の平面状多層構造とし、平面内で互
いに垂直な振動方向を持つ2つの光のうちの一方に対す
る厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差と、他方
に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率との差
が異なるようにしてもよい。
【0022】透過型液晶表示装置に関する発明は、請求
項6のように、平面状の透過型液晶表示パネルと、この
透過型液晶表示パネルの背面に配置され、出射光により
該透過型液晶表示パネルを背面から照射するようにされ
た、請求項1乃至5のいずれかのバックライト装置を備
えて構成することにより、上記目的を達成するものであ
る。
【0023】この発明においては、光反射シートが偏光
分離シートと略平行な直平面状の正反射面を有するの
で、偏光分離シートからの反射光を、再度偏光分離シー
トに向けて効率良く反射させ、光の利用効率を大幅に向
上させることができる。
【0024】特に、偏光分離シートが光を実質的に正反
射する特性を有し、且つ、偏光分離シートの法線方向
と、プリズムシートからの光の特定方向とが、実質的に
一致していることにより、プリズムシートから偏光分離
シートに入射する光と偏光分離シートで反射されてプリ
ズムシート内に戻る光の経路がほぼ一致するので、プリ
ズムシートによる光進行方向シフト作用をほぼキャンセ
ルして、効率を向上させることができる。
【0025】又、プリズムシートの法線方向と光反射シ
ートにおける正反射面の法線方向を実質的に一致させ、
且つ、プリズムシートの断面形状が実質的に左右対称な
形状とすることによって、光反射シートで正反射された
偏光分離シートからの光が、前記法線方向と平行な任意
な直線を対称軸として、プリズムシート内を対称な経路
を辿って再び偏光分離シートに入射するので、更に光利
用効率が向上される。
【0026】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して説明する。
【0027】図1に示されるように、本発明に係るバッ
クライト装置10は、透光性材料からなる板状体であっ
て、一側端面12Aから導入された光を一方の面である
光放出面12Bから出射するようにされた導光体12
と、この導光体12の前記一側端面12Aから内部に光
を入射させる線状の光源14と、前記導光体12におけ
る前記光放出面12B側に設けられ、該光放出面12B
から入射する光の進行方向を特定方向にシフトさせて出
光するプリズムシート16と、このプリズムシート16
の図において上側に配置され、プリズムシート16から
の入射光中の一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成分
を反射する偏光分離シート18と、前記導光体12の前
記光放出面と反対側の裏面12Cに対向して配置され、
導光体12からの光を前記偏光分離シート18方向へ反
射する光反射シート20と、前記導光体12の光放出面
12Bとプリズム16との間に、これらと平行に配置さ
れた光拡散シート22と、を備えて構成されている。
【0028】前記バックライト装置10は、前記偏光分
離シート18と、及びプリズムシート16と平行に配置
された直平面状の正反射面20Aを備え、又、前記プリ
ズムシート16による光のシフト方向(特定方向)と、
前記偏光分離シート18の法線と、前記光反射シート2
0の正反射面20Aにおける法線とが実質的に一致する
ように配置されている。
【0029】前記光源14は、前記導光体12における
一側端面12Aと平行に配置された冷陰極管等の線状光
源を用いるか、又は複数の発光ダイオード等の点状光源
を一側端面12Aに沿って線状に配置して構成する。
【0030】前記導光体12は、その形状が、表面(光
放出面12B側)及び裏面12Cとが平行な平行平板状
又は一側端面12A側が厚く、ここから反対側端面に接
近する位置ほど薄くなるくさび形状とされ、ポリメチル
メタクリレート(PMMA)等のアクリル樹脂、ポリカ
ーボネイト樹脂、ガラス等の、光を効率良く透過させる
材質から構成されている。
【0031】又、導光体12の裏面12Cには、ドット
状あるいはストライプ状に印刷等の手段によって形成さ
れた光拡散物質の膜からなる光拡散層12Dが設けられ
ている。この光拡散層12Dを形成する光拡散物質は、
SiOx,TiO2 ,BaSO4 ,PMMA製ビーズ、
微細な気泡、等を含有する透光性樹脂、等からなってい
る。
【0032】なお、導光体12の裏面12Cに微細な凹
凸を形成して光を拡散するようにしてもよい。又、前記
導光体12を構成する光透過性の樹脂あるいはガラス中
に、微細な屈折率分布を形成する光拡散材を含ませて、
いわゆる光散乱型導光板としてもよい。
【0033】前記プリズムシート16は、例えば特開昭
60−70601号公報、特開平2−84618号公
報、実開平3−69184号公報、特開平7−1913
19号公報等に開示されるように、単位プリズム(単位
レンズ)16Aが平面に沿って1次元又は2次元方向に
規則的に配置され、これによって面光源からの光を特定
の方向(多くの場合、出光面の法線方向)にシフトし、
集中させる構造とされている。又、前記プリズムシート
16における単位プリズム16Aは、その断面形状が、
断面の中心を通る法線に対して左右対称となるようにさ
れている。
【0034】このプリズムシート16を形成する透明な
材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PE
T)、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹
脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリ
カーボネイト樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルペン
テン樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリエステルアクリレー
ト、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等の
オリゴマー及び/又はアクリレート系のモノマー等から
なる電離放射線硬化性樹脂を、紫外線又は電子線等の電
磁放射線で硬化させた樹脂等で透明性の良いものが用い
られる。このような樹脂の場合、その屈折率が通常1.
4〜1.6程度のものを用いる。又、樹脂以外でも、透
明であればガラス、セラミクス等でもよい。
【0035】前記偏光分離シート18は、プリズムシー
ト16側からの光の一方の偏光成分を透過して、図1に
おいて上方に出光させ、他方の偏光成分をプリズムシー
ト16方向に反射するものである。
【0036】具体的には、前記偏光分離シート18は、
図2に示されるように、光入射面側から順に、PET層
18D、コレステリック液晶層18C、1/4波長位相
差層18B、及び、TAC層18Aを積層して構成され
ている。
【0037】ここで、前記コレステリック液晶層18C
は、入射する光のうち、一方向の旋光成分と、これと逆
回りの旋光成分とを分離する機能を有するようにするこ
とができる。
【0038】一般的に、コレステリック液晶はフィジカ
ルな分子配列に基づいて、上記のような旋光選択特性を
発現するが、プレーナ配列のヘリカル軸に入射した光は
右旋光光と左旋光光の2つの円偏光に分かれ、一方は透
過し他方は反射される。
【0039】この現象は、円偏光2色性として知られて
おり、円偏光の旋光方向を入射光に対して適宜選択する
と、コレステリック液晶のヘリカル軸方向と同一の旋光
方向を持つ円偏光が選択的に散乱反射される。
【0040】この場合の最大の旋光光散乱は、次の
(1)式の波長λ0 で生じる。
【0041】λ0 =nav・p …(1)
【0042】ここで、pはヘリカルピッチ、navはヘリ
カル軸に直交する平面内の平均屈折率である。
【0043】このときの反射光の波長バンド幅Δλは、
次の(2)式で示される。
【0044】Δλ=n・p …(2)
【0045】ここで、Δn=n(‖)−n(直角)であ
る。n(‖)はヘリカル軸に直交する面内における最大
の屈折率、n(直角)はヘリカル軸に平行な面内におけ
る最大の屈折率である。
【0046】又、プレーナ配列のヘリカル軸に対して斜
めに入射した光の選択散乱光の波長λφは、λ0 に比べ
て短波長側にシフトすることが知られている。
【0047】コレステリック液晶の材料としては、特開
平8−146416号公報で開示されているような物質
や、シッフ塩基、アゾ系、エステル系、ビフェニル系等
のネマチック液晶化合物の末端基に光学活性の2−メチ
ルブチル基、2−メチルブトキシ基、4−メチルヘキシ
ル基を結合したカイラルネマチック液晶化合物が望まし
い。
【0048】又、一般に高分子液晶は、液晶を呈するメ
ソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖及び側鎖の位置に
導入した高分子であるが、高分子コレステリック液晶
も、例えばコレステリル基を側鎖に導入することで得ら
れる。
【0049】コレステリック液晶による偏光分離作用
は、コレステリック液晶で一方の円偏光成分(右回りは
左回り)が透過され、他方の円偏光成分が反射される。
【0050】液晶表示装置の背面照明光としては、通
常、直線偏光を入射光として利用するので、上記のよう
に、コレステリック液晶層18Cに加えて、1/4波長
位相差層18Bを併用することが望ましい。
【0051】なお、このコレステリック液晶18C及び
1/4波長位相差層18Bの作用については、例えば、
「SID 96 DIGEST,p110〜113,P
olarizing Color Filters Made from Cholester
ic LC Silicone 」等の文献に開示されている。
【0052】コレステリック液晶層18Cによる偏光分
離作用が最大となる光線入射角は、コレステリック液晶
の配向方向に依存するが、ヘリカル軸を偏光分離シート
18に立てた法線方向にほぼ一致するようにすることが
好ましい。又、配向方法としては、公知のラビングを利
用する方法、偏光UVを利用する方法等がある。
【0053】上記のような偏光分離シート18に光が入
射すると、コレステリック液晶層18Cにおいて、一方
の円偏光成分(右回り又は左回り)が透過され、1/4
波長位相差層18Bにおいて該透過した円偏光が直線偏
光に変換され、TAC層18Dを通って図6において上
面(出光面)から出射される。
【0054】前記光反射シート20は、その、導光体1
2側の正反射面20Aが反射率80%以上の鏡面であれ
ばよく、その材質は限定されないが、例えば銀、アルミ
ニウム、金、銅、ニッケル、クロム等の鏡面性を有する
金属が好ましく、特に反射率及び鏡面性の観点から銀が
好ましい。
【0055】具体的には、前記光反射シート20は、図
3に示されるように、PET等のプラスチックフィルム
の表面に銀を100〜1000 の厚さに蒸着して鏡面
反射率が80%以上の薄膜状の正反射面20Aを形成し
た総厚0.1〜1mm程度のシートから構成する。
【0056】ここで、前記光反射シート20における正
反射とは、図3に示されるように、正反射面20Aに立
てた法線21に対して角度θで入射した光線が、前記法
線21を対称軸として角度θ(法線21を角度0と定義
する)で反射される関係を言うが、光反射シート20の
製造上の理由等により、若干の拡散反射成分を含んでも
よい。
【0057】前記光拡散シート22は導光体12からの
光を若干拡散してプリズムシート16に入光させるもの
であるが、拡散が過剰にならないように、そのヘーズ値
が95%を超えない範囲、より好ましくは10〜50%
の範囲に設定されている。
【0058】次に、上記バックライト装置10の作用に
ついて説明する。
【0059】光源14から出射された光は、導光体12
の一側端面12から入射し、光放出面12Bと裏面12
Cとの間で全反射を繰り返しながら、一側端面12Aと
反対側の端面に向かって進行する。導光体12内を進行
する光の一部は、前記裏面12Cに形成された光拡散層
12Dによって進行方向を変えられ、光放出面12Bか
ら導光体12外に出光する。
【0060】又、導光体12の裏面12Cから出射した
光は、前記光反射シート20によって反射され、再度導
光体12内へ戻される。
【0061】前記光放出面12Bから出射した光は、光
拡散シート22で若干拡散されてからプリズムシート1
6に入射する。この入射光のうちの一方の円偏光成分
は、前記偏光分離シート18におけるコレステリック液
晶層18Cによって透過され、又、逆回りの円偏光成分
は反射される。
【0062】コレステリック液晶層18Cを透過した一
方の円偏光成分は、1/4波長位相差層18Bによって
直線偏光に変換され、TAC層18Aを通って、図にお
いて上面(出光面)から出射される。
【0063】一方、コレステリック液晶層18Cにおい
て反射された逆回りの円偏光成分は、前記プリズムシー
ト16、光拡散シート22及び導光体12を通り、その
際、偏光状態が若干乱されて裏面12Cから出射し、光
反射シート20において正反射されることにより、導光
体12、光拡散シート22及びプリズムシート16を通
り、その際、偏光状態が若干乱されて再度、偏光分離シ
ート18に入射する。
【0064】このように、導光体12の光放出面12B
から出射された光が、上記のような経路(光路)を辿る
ことによって、偏光分離シート18からの反射光が、偏
光状態を変えられて再び該偏光分離シート18に入射す
るので、偏光分離シート18を透過する特定(右又は左
旋光の円偏光成分のうちのいずれか)の偏光成分が増大
する。
【0065】なお、光拡散シート22がなくても、光
が、プリズムシート16、導光体12を透過する際に偏
光状態が乱されるので光拡散シート22は必須の条件で
はない。
【0066】この過程で、光反射シート20が正反射機
能を有することにより、光源14からの照明光はそのほ
とんどが利用され、光の利用効率が大幅に向上される。
【0067】これは、図4に示されるように、偏光分離
シート18に立てた法線19に対して角度φで反射され
た光が、光反射シート20で正反射され、再び偏光分離
シート18に角度φで入射するので、光が確実に偏光分
離シート18に戻るからである。
【0068】もし、光反射シート20の正反射面20A
が拡散反射する場合は、反射光はあらゆる方向に拡散反
射するので、迷光が生じ、光のロスとなり、光利用効率
は大幅に低下する。
【0069】特に、上記実施の形態の例においては、図
5に示されるように、プリズムシート16による光の特
定方向(プリズムシート16の作用によって、拡散光線
が集中している方向)と、光反射シート20の正反射面
20Aにおける法線21の方向とが実質的に一致してい
るので、偏光分離シート18への光の入射角度が実質的
に0度となり、偏光分離シート18において反射された
一方の円偏光光は、光反射シート20において反射され
た後、同一の光路を辿って確実にプリズムシート16を
経て偏光分離シート18に到達する。
【0070】又、プリズムシート16は、前述のよう
に、その断面形状が、プリズムシート16の法線17に
対して左右対称な形状であるので、プリズムシート16
の法線17の方向と光反射シート20の法線21の方向
が実質的に一致し、前述と同様に、高い効率で反射光が
偏光分離シート18に戻される。
【0071】即ち、偏光分離シート18、プリズムシー
ト16、光反射シート20は、図6に示されるように、
実質的に各法線の方向が一致し、且つ、偏光分離シート
18、光反射シート20は実質的に正反射する反射特性
を有し、且つ、プリズムシート16の断面形状が前述の
如く、前記法線17に対して左右対称形であり、又、プ
リズムシート16からの指向性のある拡散光の最大強度
方向が偏光分離シート18の法線19の方向に実質的に
一致しているので、プリズムシート16からの指向性の
ある拡散光の大部分のうち、偏光分離シート18におい
て反射された他方の円偏光成分は、プリズムシート16
を透過する際に偏光状態がシフトされ、光反射シート2
0で実質的に正反射され、再度プリズムシート16を透
過する際に偏光状態がシフトされ、偏光分離シート18
に戻され、戻された光の一部が透過され、残りが再度反
射される。
【0072】このようにして、プリズムシート16から
出射した光の大部分が、上記経路を何回も往復する間
に、偏光分離シート18を透過するので、極めて効率の
良い偏光バックライトが得られる。
【0073】ここで、図6においては、上記光のサイク
ルにおける光路が閉じているが、実際はバックライト装
置を構成する部品の製造上の公差、バックライトの組立
上の公差等によって、光路は完全に閉じていないので、
この光路に、前記光源14からの光が入ることができ
る。
【0074】従って、若干斜め方向から偏光分離シート
18に入射した光は、前記光路を複数回往復し、ついに
は前記光路から外れるが、その間に前記一方の円偏光成
分として偏光分離シート18を透過する。
【0075】前記光反射シート20は、その光学的特性
が、実質的に正反射するものであればよく、円偏光の回
転方向(旋光方向)を逆転させる特性は特に必要ではな
い。
【0076】これは、偏光分離シート18におけるコレ
ステリック液晶層18Bから反射した光が、光反射シー
ト20によって反射されても、プリズムシート16にお
いてその偏光状態がシフトされるので、光反射シート2
0における旋光の逆転特性は無駄となるからである。
【0077】なお、上記実施の形態の例に係るバックラ
イト装置10においては、導光体12の形状が、一側端
面12Aから反対方向に向かって薄くなるくさび形状と
されている。
【0078】これは、図7(A)に示されるように、平
行平板状の導光体24であれば特に問題はないが、通
常、このようなくさび形状の導光体12は、頂角α=1
0°程度のプリズムの先端を除いた台形状とされてい
る。
【0079】従って、前述のように、偏光分離シート1
8におけるコレステリック液晶層18Cから反射した光
が光反射シート20との間で多数回往復する場合、くさ
び形状の導光体12によるプリズム作用を受けて、図5
あるいは図6に示される光路から徐々にずれていくこと
になる。
【0080】多くの場合、偏光分離シート18と光反射
シート20間の数回の光の往復によって、その光量の大
部分が偏光分離シート18を透過し、図7(A)に示さ
れる平行平板状の導光体24と比較して光の利用効率が
大幅に低くはならない。
【0081】しかしながら、これを厳密に考慮した場合
は、図7(B)に示されるように、くさび形状の導光体
によるプリズム作用の影響を小さくすべく、導光体26
における光放出面26B及び裏面26Cが、前記光反射
シート20、偏光分離シート18あるいはプリズムシー
ト16に対してα/2傾くように、導光体26を設定す
ると良い。
【0082】次に、図8を参照して、本発明の他の実施
の形態の例について説明する。
【0083】図8のバックライト装置11は、偏光分離
シート40を、各層が複屈折性を有する4層の平面状多
層構造体としたものであり、平面内で互いに垂直な振動
方向を持つ2つの光のうちの一方に対して厚さ方向に隣
接する層間における屈折率の差が実質的にゼロであり、
他方に対して厚さ方向に隣接する層間における屈折率の
差が実質的にゼロでないようにし、前記一方の光を透過
し、他方の光を反射するようにしたものである。他の構
成は前記バックライト装置10と同一である。
【0084】上記の偏光分離シート40を構成する複屈
折性層40A〜40Dは、各々、例えば特開平3−75
705号公報等に開示されているように、ポリカーボネ
ート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポルビニルアルコー
ル系樹脂、酢酸セルロース系樹脂等の面内複屈折性(屈
折率異方性)を示す物質を延伸等の方法によって得るこ
とができる。
【0085】更に具体的には、図9に拡大して示される
ように、偏光分離シート40を4枚の複屈折性層40A
〜40Dから構成し、図9において符号X及びYで示さ
れるように、平面内で互いに直交する2方向の光振動方
向を設定した場合、各複屈折性層40A〜40Dの屈折
率は次のようになる。
【0086】例えば、複屈折性層40A、40B、40
C及び40Dのx軸方向に振動する光線に対する屈折率
は実質的にnx で同じであり、したがって、x軸方向で
の隣接する層間の屈折率差Δnx (=|nx −nx |)
は実質的にゼロである。
【0087】そして、複屈折性層40A及び複屈折性層
40Cのy軸方向に振動する光線に対する屈折率は、共
にny1であり、複屈折性層40B及び複屈折性層40D
のy軸方向に振動する光線に対する屈折率は、共にny2
(ny1≠ny2)であり、したがって、y軸方向での隣接
する層間の屈折率差Δny (=|ny1−ny2|)は実質
的にゼロでは無い。
【0088】これらより、x軸方向での隣接層間の屈折
率差Δnx と、y軸方向での隣接する層間の屈折率差Δ
y とは実質的に異なるような状態(nx ≠ny )であ
る。
【0089】このような、平面内で互いに直交する2方
向の光振動方向に於いて、一方の方向での隣接層間の屈
折率差と、他方の方向での隣接層間の屈折率差とが異な
る平面状多層構造体からなる偏光分離体を用いると、偏
光を分離できる。
【0090】つまり、屈折率差の大きい方の方向(例え
ばy軸方向)に振動する光の反射は屈折率差の小さい方
の方向(例えばx軸方向)に振動する光の反射よりも大
きく、屈折率差の小さい方の方向(例えばx軸方向)に
振動する光の透過は屈折率差の大きい方の方向(例えば
y軸方向)に振動する光の透過よりも大きい。
【0091】そして、より好ましい態様は、小さい方の
屈折率差が実質的にゼロの場合である。そうすれば、小
さい方の屈折率差を与える方向に振動する光は反射せず
透過する。
【0092】つまり、平面内で互いに直交する2方向の
光振動方向に於いて、一方の方向(例えばx軸方向)で
は隣接層間の屈折率が実質的に同じであり、もう一方の
方向(例えばy軸方向)では隣接層間の屈折率差が異な
る平面状多層構造からなる偏光分離体を用いている。こ
のような偏光分離体を用いると、より好ましい状態で偏
光を分離(例えば、x軸方向に振動する光を透過し、y
軸方向に振動する光を反射)することが出来る。もちろ
ん、この場合でも、大きい方の屈折率差の値が大きい方
が偏光分離性能が高い。
【0093】その理由は、上記の例で説明すると、x軸
方向に振動する光にとって、平面状多層構造体内の屈折
率は実質的に均一なので、平面状多層構造体の入射角及
び出射角の2か所で僅かな表面反射が起こるだけであ
る。
【0094】しかし、y軸方向に振動する光にとって
は、平面状多層構造体内の屈折率は隣接するそれぞれの
層間で異なっているので、平面状層構造体の入射面及び
出射面、並びに平面状多層構造体内のそれぞれの層間で
表面(界面)反射が起こる。従って、偏光分離体の層数
が多ければ多いほど表面(界面)反射が起こり、y軸方
向に振動する光を反射するのである。
【0095】なお、上記図8、9における偏光分離シー
トは4層構造とされているが、本発明はこれに限定され
るものでなく、少なくとも3層、理想的には5層以上が
よい。又、偏光分離シートを構成する複屈折性層の積層
数が多いほど、前述の表面反射が生じ、確実に他方向に
振動する光を反射することができる。実際は、100層
程度まで積層することがある。
【0096】又、偏光分離シート40における偏光分離
作用が最大となる光線の入射角は、該偏光分離シート4
0の表面に立てた法線方向である。
【0097】なお、偏光分離の状態を測定する方法とし
ては、互いに光の振動方向が直交するような直線偏光を
用いることが出来る。
【0098】次に、図10に示される、本発明の実施の
形態の例に係る液晶表示装置50について説明する。
【0099】この液晶表示装置50は、前記図1に示さ
れるようなバックライト装置10の出光面側に、液晶パ
ネル52を配置したものである。
【0100】この液晶表示装置50は、透過型であり、
液晶画面を形成する各画素を前記面バックライト装置1
0からの出射光によって裏側から照明され、液晶パネル
52における表面及び裏面の偏光板54A、54Bのう
ち、裏面(バックライト側)の偏光板54Bの偏光透過
軸と面バックライト装置10から出光する偏光軸をほぼ
一致させて、効率よく偏光光を透過させるようにしたも
のである。
【0101】この液晶表示装置50においては、前述の
如く、バックライト装置10からの照明光のロスが非常
に少ないので、明るい画像を形成することができる。
【0102】なお、上記実施の形態の例において、プリ
ズムシートは1枚であるが、本発明はこれに限定される
ものでなく、例えば図11、図12に示されるバックラ
イト装置11A、11Bのように、プリズムシート16
に、更に、第2のプリズムシート36を加えて、プリズ
ムシートを2枚組合せてもよい。その場合、図12に示
されるように、一方のプリズムシート36(又は16)
を、その単位プリズムが光反射シート20側となるよう
に、且つ、プリズムシート16、36間に光拡散シート
22を配置しても良い。
【0103】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。
【0104】本発明の第1実施例は、図1、図2に示さ
れるコレステリック液晶層18Cを含む偏光分離シート
18を用いたバックライト装置10についてのものであ
る。
【0105】このバックライト装置10における導光体
12は、図2に示されるような、コレステリック液晶層
18C、及び、1/4波長位相差層18Bを含むもので
あり、光反射シート20は蒸着された銀の薄膜からなる
正反射面20Aを備えたPETシートから構成されてい
る。
【0106】前記導光体12からの拡散光の最大強度方
向は、頂角90°の三角柱形状で断面が左右対称形の単
位プリズムを有するプリズムシート16、36によっ
て、偏光分離シート18、プリズムシート16、光反射
シート20の法線方向にほぼ一致するようにしている。
【0107】又、液晶パネル(図示省略)における導光
体12側の偏光板の偏光光の透過方向軸と、偏光分離シ
ート18から出射する光線の偏光軸を一致させて、効率
良く偏光光が透過するように配置している。
【0108】第2実施例は、第1実施例におけるプリズ
ムシート16に加え、図11に示されるように、単位プ
リズムが上向きの第2のプリズムシート36を設けたも
のであり、他は第1実施例と同一とした。
【0109】表1に示されるように、これら第1、第2
実施例における前記光反射シート20に替えて白色PE
Tフィルム(東レ製、E60L)からなる光反射板に置
き換えたものを第1比較例及び第2比較例とし、各々偏
光分離シートがある場合とない場合について、液晶パネ
ルを透過モードにして、その表面側の偏光板から出射さ
れる光線の最大輝度を測定したところ、表1に示される
ようになった。
【0110】即ち、従来の光反射板を用いた場合と比較
して、偏光分離シートを用いた場合の輝度上昇率が約1
0%向上した。
【0111】
【表1】
【0112】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、導
光体、光反射シート、及び、偏光分離シートを用いた面
光源装置において、出射光の大幅な輝度向上を図ること
ができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るバックライト装置の実施の形態の
第1例を示す拡大断面図
【図2】同バックライト装置における偏光分離シートを
拡大して示す斜視図
【図3】同バックライト装置における偏光分離シートで
の光の反射状態を示す拡大断面図
【図4】同バックライト装置における光反射シートでの
光の反射状態を示す拡大断面図
【図5】同バックライト装置におけるプリズムシートと
光反射シートにおける反射光の光路を示す光学配置図
【図6】同バックライト装置における偏光分離シート、
プリズムシート、及び、光反射シートにおける反射光の
光路を示す光学配置図
【図7】同バックライト装置における光反射シートの実
施の形態を示す断面図
【図8】同バックライト装置の他の実施の形態の例を示
す拡大断面図
【図9】同バックライト装置における偏光分離シートを
示す斜視図
【図10】本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の例
を示す略示断面図
【図11】本発明に係るバックライト装置の実施の形態
の第3例の要部を示す斜視図
【図12】同実施の形態の第4例の要部を示す斜視図
【図13】従来のバックライト装置を含む液晶表示装置
を示す略示断面図
【図14】他の従来のバックライト装置を含む液晶表示
装置を示す略示断面図
【図15】更に他の従来のバックライト装置を含む液晶
表示装置を示す略示断面図
【符号の説明】
10、11、11A、11B…バックライト装置 12、24、26…導光体 12A…一側端面 12B、26B…光放出面 12C、26C…裏面 12D、22…光拡散層 14…光源 16…プリズムシート 16A…単位プリズム 17、19、21…法線 18、40…偏光分離シート 18B…コレステリック液晶層 20…光反射シート 20A…正反射面 36…第2のプリズムシート 50…液晶表示装置 52…液晶パネル 54A、54B…偏光板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】透光性材料からなる板状体であって、少な
    くとも一側端面から導入された光を一方の面である光放
    出面から出射するようにされた導光体と、この導光体の
    少なくとも前記一側端面から内部に光を入射させる光源
    と、1次元又は2次元方向に配列された複数の単位プリ
    ズムを備え、且つ、前記導光体における前記光放出面側
    に設けられ、該光放出面から入射する光の進行方向を特
    定方向にシフトさせて出射するプリズムシートと、この
    プリズムシートからの入射光中の一方の偏光成分を透過
    し、他方の偏光成分を反射する偏光分離シートと、前記
    導光体の前記光放出面と反対側に配置され、導光体から
    の光を前記偏光分離シート方向へ反射する光反射シート
    とを有してなり、前記光反射シートは、前記導光体側
    に、前記偏光分離シートと略平行な直平面状の正反射面
    を備えていることを特徴とするバックライト装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記偏光分離シートの
    法線方向と、前記プリズムシートからの光の特定方向と
    が、実質的に一致していることを特徴とするバックライ
    ト装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、前記プリズムシ
    ートにおける前記単位プリズムの断面形状が、プリズム
    シートの法線に対して左右対称とされ、且つ、このプリ
    ズムシートの法線方向と前記光反射シートの法線方向が
    実質的に一致していることを特徴とするバックライト装
    置。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3において、前記偏光分
    離シートを、コレステリック液晶層からなる旋光選択層
    と、1/4波長位相差層とを含んで構成し、前記コレス
    テリック液晶層が、入射光のうちの一方向の旋光成分
    と、これと逆回りの旋光成分とを分離するようにしたこ
    とを特徴とするバックライト装置。
  5. 【請求項5】請求項1、2又は3において、前記偏光分
    離シートを、各層が複屈折性を有する3層以上の平面状
    多層構造とし、平面内で互いに垂直な振動方向を持つ2
    つの光のうちの一方に対する厚さ方向に隣接する層間に
    おける屈折率の差と、他方に対する厚さ方向に隣接する
    層間における屈折率との差が異なることを特徴とするバ
    ックライト装置。
  6. 【請求項6】平面状の透過型液晶表示パネルと、この透
    過型液晶表示パネルの背面に配置され、出射光により該
    透過型液晶表示パネルを背面から照射するようにされ
    た、請求項1乃至5のいずれかのバックライト装置と、
    を備えてなる透過型液晶表示装置。
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