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KR100222622B1 - 표시 장치 - Google Patents

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KR100222622B1
KR100222622B1 KR1019950030356A KR19950030356A KR100222622B1 KR 100222622 B1 KR100222622 B1 KR 100222622B1 KR 1019950030356 A KR1019950030356 A KR 1019950030356A KR 19950030356 A KR19950030356 A KR 19950030356A KR 100222622 B1 KR100222622 B1 KR 100222622B1
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KR
South Korea
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polarization
light
component
light guide
splitting element
Prior art date
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KR1019950030356A
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English (en)
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KR960011512A (ko
Inventor
가즈끼 다이라
요시노리 히구찌
Original Assignee
니시무로 타이죠
가부시키가이샤 도시바
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Priority claimed from JP7227988A external-priority patent/JPH0973083A/ja
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Abstract

발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 조명광을 직시형 표시 화면으로 인도하는 발광체, 조명광을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사시키는 편광 분리 소자, 반사된 제2편광 성분을 제1편광성분으로 변환하는 편광 변환 소자, 변환된 제1편광 성분을 편광 분리 소자로 되돌리는 반사판, 및 상기 편광 분리 소자를 투과한 제1편광성분의 진동 방향을 변환시켜서 상기 조명광을 얻는 1/2 파장 필름을 구비하는 표시 장치.

Description

표시 장치
제1도는 종래의 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도.
제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도.
제3도는 본 발명의 제1실시예의 원리를 설명하는 예시도.
제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도.
제5(a)도 내지 제5(c)도는 액정 패널의 편광판의 투과축에 대해 제1, 제2 및 제3실시예를 통해 설명하는 예시도.
제6도는 본 발명의 제4실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도.
제7도는 본 발명의 제5실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도.
제8(a)도 및 제8(b)도는 본 발명의 제6실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도.
제9도는 본 발명의 제7실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도.
제10도는 본 발명의 제8실시예에 따른 표시 장치의 설명하는 예시도.
제11(a)도 및 제11(b)도는 본 발명의 제9실시예에 따른 표시 장치의 설명하는 예시도.
제12(a)도 및 제12(b)도는 본 발명의 제9실시예에 따른 표시 장치의 설명하는 예시도.
제13(a)도 및 제13(b)도는 본 발명의 제10실시예에 따른 표시 장치의 설명하는 예시도.
제14도는 본 발명의 제11실시예에 따른 표시 장치의 설명하는 예시도.
제15도는 본 발명의 제11실시예에 따른 표시 원리의 설명하는 예시도.
제16도는 본 발명의 제12실시예에 따른 조명 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도.
제17도는 광원과 편광 분리 수단의 광학 특성의 관계를 도시하는 예시도.
제18(a)도 및 제18(b)도는 편광 분리 수단으로의 입사 각도를 도시하는 예시도.
제18(c)도는 입사 각도에 따른 편광 분리 수단의 광학 특성의 변화를 도시하는 예시도.
제19(a)도는 제16도의 실시예의 변형례를 도시하는 예시도.
제19(b)도는 제19(a)도의 조명장치의 광학계와 편광의 관계를 도시하는 예시도.
제20도는 편광 변환 수단, 위상 변환 수단의 후단에 또 제2광안내수단을 구비한 조명 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 예시도.
제21도는 광원과 편광 변화 수단 사이에 도광판을 구비한 조명 장치의 일례를 도시하는 예시도.
제22도는 제21도에 도시한 조명 장치의 한 변형례를 도시하는 예시도.
제23도는 광 안내 수단 또는 편광 변환 수단으로서 가능하는 보조 도광판의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도.
제24도는 보조 도광판의 또 다른 일례를 개략적으로 도시하는 단면도.
제25도는 보조 도광판의 또 다른 일례를 개략적으로 도시하는 단면도.
제26도는 보조 도광판의 또다른 일례를 개략적으로 도시하는 단면도.
제27도는 편광 분리 수단으로의 입사각과 편광 분리 기능의 관계를 도시하는 그래프.
제28도는 보조 도광판의 유무와 편광 분리능의 관계를 도시하는 예시도.
제29도는 보조 도광판을 구비한 조명 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 예시도.
제30도는 보조 도광판을 구비한 조명 장치의 일례를 도시하는 단면도.
제31도는 본 발명의 액정 표시 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도.
제32도는 제31도에 도시한 액정 표시 장치에 대응하는 광학계의 광학 부품의 배치와 편광의 관계를 도시하는 예시도.
제33도 내지 제35도는 편광의 형상을 모식적으로 도시하는 예시도.
제36도는 본 발명의 표시 장치의 다른 일례의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도.
제37도는 본 발명의 액정 표시 장치의 또다른 일례의 구성을 개략적으로 설명하는 단면도.
제38도는 HOE의 유무와 출사광의 최대 휘도 방향의 관계를 도시하는 그래프.
제39도는 본 발명의 액정 표시 장치의 또다른 일례의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
101 : 형광관 102,1102 : 리플렉터
103 : 도광판 104 : 빛
105,203 : PBS 시트 106 : 광학 다층막
109 : 프리즘 시트 111,204 : 1/2 파장 필름
205 : 입사측 편광판 306 : 조명광
604 : 1/4 파장 필름 1101 : 냉음극 형광관
1103,1104,1105 : 콜레스테릭 액정 시트 1106,1107 : 유리 기판
[발명의 이용 분야]
본 발명은 평면 직사형 표시 장치, 특히 액정 표시 장치에 관한 것이다.
[종래 기술]
액정 표시 장치는 박형, 경량, 저소비 전력이라는 특징을 갖기 때문에, 다양한 분야로 그 이용이 확대되고 있다. 현재 가장 많이 채택되고 있는 액정 표시 장치의 표시 방식은 액정을 끼운 유리 기판의 양측에 편광판을 설치하고, 액정의 배향 상태를 전기적으로 제어해서 입사한 빛의 편광 상태를 변화시키므로서 빛의 투과와 비투과, 즉 명암 표시를 하는 방식이다. 액정의 표시 방식은 비발광형이기 때문에 화면 휘도를 확보하고 양호한 화질을 얻기 위해서는 조명 장치를 액정 표시 패널 배면에 구비해서 배후로부터 조명할 필요가 있다.
이러한 조명 장치에서는 제1도에 도시한 바와 같이 냉음극관 등의 형광관 발광체(101)로부터의 백색광을 직접 또는 리플렉터(102)로 반사한 후 도광판(103)으로 입사시킨다. 도광판(103)내에서는 빛이 전반사를 일으켜서 대부분 감쇄하는 일 없이 반사를 반복한다. 그러나, 도광판(103)의 하면은 백색으로 인쇄돠어 있어서(도면에는 생략) 빛이 인쇄면으로 입사한 경우에 확산 반사 효과에 의해 반사 방향이 변화해서 도광판(103)으로부터 조명 방향으로 출사한다.
도광판(103)의 상부에는 화면 표시 영역에 대한 조도 분포를 균일화하기 위한 확산판(201)과 출사 방향을 적정한 각도로 제어하기 위한 프리즘 시트(109)를 구비하고, 도광판(103)의 하부에는 백색 반사판(114)을 구비하는 경우가 많다. 이 와 같은 조명 장치를 액정 패널의 하부에 구비함으로서 밝고 콘트라스트가 높은 액정 표시 장치를 실현한다.
그런데, 발광체로부터의 빛은 일반적으로는 비편광이기 때문에 종래의 조명장치로부터 출사한 빛은 액정 패널의 광입사 측에 설치된 편광판을 투과할 때 편광판의 투과축에 일치하지 않는 약 1/2 성분의 빛이 흡수되므로써 유효한 조명광은 조명 장치로부터 조사되는 빛의 1/2이하가 되어 광이용 효율이 떨어지는 문제가 있었다. 때문에 충분히 휘도가 높은 액정 표시 장치를 실현하기 위해서는 광원의 발광량을 증가시킬 필요가 있는데, 그 결과로서 소비 전력의 증대가 초래되었다.
이 문제를 해결하는 한 수법으로서 광원광을 2개의 직교하는 직선 편광으로 분할하고, 한쪽의 편광 성분을 소망의 편광 성분으로 변환한 후 평광판에 입사시키는 방법이 제안되어 있다(예를 들어 특개평 2-64613호). 그러나, 종래부터 제안되고 있는 이들 수법은 편광 변환을 시행하기 위해 원리적으로는 3차원의 넓은 공간을 필요로 하기 때문에 투사형 액정 표시 장치 등 평면성을 그다지 필요로 하지 않는 액정 표시 장치에서는 가능하지만, 직시형 액정 표시 장치에서는 액정 표시 장치의 박형, 경량이라고 하는 특징이 상실되는 결점이 있었다.
[발명의 개요]
본 발명의 목적은 직시형 표시 장치의 박형, 경량 특징을 유지하면서 광이용효율의 향상을 가능하게하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 조명광을 직시형 표시 장치로 인도하는 도광체, 조명광을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사하는 편광 분리 소자, 반사된 제2편광성분을 제1편광성분으로 변환하고 편광 분리 소자로 되돌리는 변환 반사 부재, 및 상기 편광 분리 소자를 투과한 제1편광성분의 진동 방향을 변환시켜서 상기 조명광을 얻는 편광 변환 수단을 구비하는 표시 장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 빛을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사하는, 콜레스테릭 액정 시트로 이루어지는 편광 분리 소자, 및 반사된 제2편광성분을 제1편광성분으로 변환하고 편광 분리 소자로 되돌리는 반사 부재를 구비하는 표시 장치가 제공된다.
[양호한 실시예의 설명]
본 발명의 표시 장치는 표시 화면, 형광관 등으로 이루어지는 발광체, 균일한 발광 휘도를 얻기 위한 도광체, 표시 화면의 조명광으로서 이용되지 않는 빛을 반사시켜서 다시 유효한 조명광으로 만들기 위해 형성된 반사면, 및 경계면에서의 반사 및 투과에 의해 편광 성분을 분리하기 위한 편광 분리 소자를 구비한다.
편광 분리 소자는 빛의 입사각이 경사지게 되는 경계면에 설치된 유전체 다층막 간섭면으로 이루어지는 편광 비임 스플리터(이하 PBS로 칭함), 또는 입사측 경사면이 편광각으로 설정된 경계면 혹은 증명 파장 영역에 간섭을 일으키는 콜레스테릭 액정으로 할 수 있다.
편광 분리 소자의 구체척 구성으로서는 조명 영역 전면에 병렬 배치된 다수의 타부품과는 별체로 구성도는 편광 비임 스플리터, 마찬가지로 조명부 전면에 설치된 프리즘 시트의 프리즘 면에 다층 코팅하므로써 PBS 작용을 갖는 프리즘 시트, 발광체와 도광체 사이에 설치된 PBS 주상체(柱狀體, 발광체로부터 도광체로 빛을 입사시킬 때 빛의 입사각을 제어하기 위한 도광 제어체의 경사면에 다층 코팅하므로써 PBS 작용을 갖는 도광 제어체, 및 조명광으로서의 출사 각도가 편광 각도 부근이 되는 도광체, 증명 파장 영역에 간섭에 의해 원편광 선택성을 갖는 콜레스테릭 액정을 각 파장 마다 적층한 콜레스테릭 액정 시트 중의 어느 것을 채택할 수 있다. 혹은, 이들 수단 중에서 복수개를 겸비한 것으로서 구성할 수도 있다.
상기 변환·반사 부재는 상기 도광체의 표시 장치측 또는 반대측에 배치된 편광 변환 소자와 상기 도광체의 표시 장치의 반대측에 배치된 반사판으로 구성할 수 있다.
편광 변환 소자의 기재의 재질로서는 유리 외에, 플라스틱으로서 폴리카보네이트(PC), 폴리 메틸 메타크릴레이트(PMMA), 스틸렌 아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 메틸 메타크릴레이트, 사이클로헥실 메타크릴레이트, 아릴지그라이퀄 카보네이트, CR39등이 이용될 수 있다.
편광 변환 소자는 조명부 전면 또는 발광체 또는 그 양쪽에 설치된 편광 분리 소자와 반사판 사이에 설치된 확산체, 또는 복굴절 위상차 필름 또는 그 조합에 의해 구성될 수 있다. 또한, 복굴절 위상차 필름은 분리된 편광이 직접 편광인 경우, 빛의 입사각에 대해 1회 투과의 경우는 1/2 파장 필름, 반사를 포함하는 2회 투과의 경우는 1/4파장 필름이 되는 특성을 갖는 것을 사용할 수 있고, 원편광인 경우에는 1회 투과로서 1/4 파장 필름이 되는 특성을 갖는 것을 사용할 수 있다.
조명 장치로부터 조명광으로서 출사된 편광광을, 액정 패널의 입사측 편광판의 투과측 방향에 일치시켜서 최대 투과율을 얻을 수 있는 조건이 되기 위해서는 1/2 파장 필름을 입사측 편광판과 광출사면 사이에, 그 진행축 방향이 출사 편광방향과 편광판 투과축이 이루는 각도를 1/2로 분할하는 방향으로서 삽입하든가, 또는 상기 조명부 전면에 설치된 PBS 시트를 화면 테두리에 대해 경사 방향으로 설치해서 직접 출사한 편광광이 편광판 투과축 방향에 일치하게 한다. 또, 액정 패널의 입사측 편광판을 반드시 구비할 필요는 없다.
편광 변환 소자로서 1/4 파장 필름을 반사를 포함하는 2회 투과의 경우에 이용하는 경우, 그 진행축을 입사해서 오는 편광 방향에 대해 45방향을 이루도록 해서 직선 편광이 원편광으로 변환되도록 하는 것이 바람직하며, 1회 투과의 경우에 이용할 때는 원편광이 소망의 직선 편광으로 변환되도록 그 진행축이 출사하는 직선 편광에 대해 45방향을 이루도록 한다.
이 외에, 본 발명의 표시 장치를 구성하는 광학 부품 중 도광체는 투명 평판상으로 평행 평판형, 쐐기형의 어떤 형이어도 되며, 도광판의 하부에는 백색의 인쇄 또는 쐐기상 또는 구형상의 요철이 조도 분포를 균일화하도록 배치되어도 된다.
반사체는 광택성이 있는 백색 반사판 또는 A1 등의 거울면이 바람직하다. 거울면을 이용하는 경우, 표면에 요철을 붙여서 확산 반사성 또는 특정 방향에 강한 반사특성을 갖게 해도 된다. 확산판, 프리즘 시트는 조명광의 출사 방향을 균일화 또는 집광화할 목적으로 구비해도 되지만, 본 발명의 효과를 얻기 위해 반드시 필요한 것은 아니다.
본 발명의 표시 장치에서는 발광체로부터 출사한 빛은 도광체로 입사하고 반사와 굴절을 반복한 후 표시 화면에 대한 조명광으로서 출사한다. 이때, 편광 분리 소자에 의해 소망의 편광광만이 조명광으로서 출사하고, 비소망의 편광광은 편광 분리 소자에 의해 흡수되는 일 없이 도광체측 또는 광원측으로 되돌아간다. 이 편광광은 확산체에 의해 비편광의 빛이 되든가 또는 복굴절 위상차 필름에 의해 소망의 편광 성분으로 변환시켜서 다시 조명광으로서 출사한다. 이 때문에, 종래에 패널의 입사측 편광판에서 흡수되어 조명광으로서 이용되지 않았던 광성분이 조명광으로서 유효하게 이용된다.
이하, 본 발명의 여러 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 또, 이하의 실시예에서는 액정 동작 모드로서 편광판을 이용하는 TN 모드 또는 STN 모드를 이용한 투과형 액정 패널을 배면으로부터 조명하는 경우에 대해 설명한다.
제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는, 옆에서 본 단면도이다. 제2도에 도시되어 있는 표시 장치에서는 발광체로서 냉음극 형광관(101), 배면에 빛을 반사하는 리플렉터(102)가 설치되어 있고, 형광광(101)으로부터 나온 빛은 직접 또는 리플렉터(102)에서 반사되어 도광판(103)으로 입사한다. 이 빛(104)은 비편광광(도면에서 N으로 표시)이다. 도광판(103)으로 입사한 빛(104)은 전반사를 반복한 후 도광판(103)으로부터 출사해서 PBS 시트(105)로 입사한다.
PBS 시트(105)는 시트면 방향에 대해 거의 45경사의 경계면을 이루고 있고, 이 면에 광학 다층막(106)이 형성되어 있지만, 이 광학 다층막(106)에 대해 입사면 내에 포함되는 편광 성분으로 정의되는 직선 편광광(107: 도면의 P)은 다층막(106)과의 간섭 효과에 의해 투과하고 프리즘 시트(109)의 집광 작용에 의해 집광된다. 한편, 도광판(103)으로부터 출사하는 빛 가운데 직교하는 편광 성분광(108: 도면의 S)은 다층막(106)과의 간섭 효과에 의해 반사된다. 프리즘 시트(109)에는 프리즘 면이 홈 형상으로 형성되어 있다. 이 프리즘 면(110)과 PBS 시트(105)를 투과한 입사 편광광(107)의 관계는 입사광이 프리즘 면에 대해 P파가 되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 제2도에 도시한 바와 같이 다층막의 면방향과 화면 표시 영역이 평행인 경우, 프리즘 시트(109)를 출사한 빛(107)이 편광 방향은 일반적으로 액정 패널의 입사측 편광판(도시되지 않음)의 투과 축에 일치하지 않는다. 왜냐하면, 일반적으로 액정 패널의 편광판은 시각을 확보하기 위해 제5도에 도시한 바와 같이 편광판의 투과축이 표시 영역의 변에 대해 45방향으로 취해지기 때문이다. 이 프리즘 시트(109)를 투과해서 집광된 빛은 제1편광변환소자인 1/2 파장 필름(111)으로 입사한다. 1/2 파장 필름(111)의 진행축은 프리즘(109)을 출사한 편광광의 진동 방향과 액정 패널의 입사측 편광판의 투과축이 이루는 각도의 1/2 방향으로 거의 일치하고 있다. 1/2 파장 필름(111)은 입사한 편광광과 진행축이 이루는 각 도에 대해 편광광과 진행축의 방향 쪽으로 2배의 각도를 회전시키는 작용을 갖기 때문에, 이 배치에 의해 프리즘 시트(109)를 출사한 편광광의 진동 방향은 액정 패널의 입사측 편광판의 투과축에 일치하게 되어 편광판에서 대부분 흡수되지 않고 유효한 조명관(112)으로서 작용하게 된다. 단지, 편광판의 투과축 방향이 화면 표시 영역의 변 방향과 평행하게 되어 있는 경우 등, PBS 시트(105)를 출사한 P파의 방향이 일치하고 있는 경우에는 1/2 파장 필름(111)을 생략할 수 있는 것은 말할 것도 없다.
한편, PBS 시트 다층막 면(106)에서 반사된 S파(108)는 그 편광 성분을 변경하지 않고 다층막 면(106)에서 2회 반사하므로써 그 강도를 대부분 감소시키지 않은 채 입사해 온 방향으로 다시 도광판으로 입사한다. 도광판으로 입사한 빛은 그 입사 각도와 도광판의 반사면이 이루는 각도의 관계에 따라 다시 전반사를 되풀이하든가, 도광판(103)을 투과한다. 전반사한 빛은 도면에는 도시되지 않지만, 도광판(103)내에서 전반사를 반복하는 중에 편광도가 감소하고 형광관으로부터 출사한 빛과 마찬가지로 비편광광이 되며 상기 작용에 의해다시 PBS 시트(105), 프리즘 시트(109), 1/2 파장 필름(111)을 경유한 후, 일부의 광성분이 유효한 조명광(112)으로서 이용된다.
도광판(103)을 투과한 빛은 도광판(103)의 하부에 설치된 제2편광변환 소자인 1/4 파장 필름(113)으로 입사한다. 1/4 파장 필름(113)은 PBS 시트(105)에서 반사된 S파(108)의 진동 방향에 대해 진행축은 45의 방향으로 배치한다. 이 배치에 의해 1/4 파장 필름(113)으로 입사한 직선 편광은 원편광으로 변환되는데, 1/4 파장 필름의 하부에 추가로 밀착 설치된 반사판(114)에 의해 반사되고 다시 1/4 파장 필름(113)을 투과할 때 입사한 편광의 진동 방향에 대해 직교하는 성분이 되어 출사하게 된다. 이 편광의 진동 방향은 PBS 시트(105)로의 입사시 투과 가능한 P파에 상당하기 때문에 유효한 조명관(112)으로서 액정 패널로 입사하게 된다.
이와 같이 종래에는 액정 패널의 입사측 편광판에 의해 흡수되어 조명광으로서 이용되지 않았던 광성분을 본 실시예의 구성에 의해 입사측 편광판에 흡수시키지 않고 유효한 조명광으로서 이용할 수 있기 때문에 광이용 효율이 향상된 밝은 액정 패널용 조명 장치를 실현할 수 있다.
상술한 본 실시예에서 편광 변환 소자인 1/2, 1/4 파장 필름은 중심 파장을 가시 영역의 임의의 파장 위치에 설정할 수 있으나, 바람직하게는 가장 비시감도가 높은 녹색 파장 영역에 설정하는 것이 바람직하다. 또, 이들 위상차 필름 중 1/2 파장 필름(111)은 액정 패널의 입사측 편광판에, 1/4 파장 필름은 반사판(114)에 각각 밀착해서 대향시키는 것이 바람직하다. 반사판(114)은 반사율이 높은 A1 증착면 등 거울면이어도 되고, 어느 정도 확산성을 갖게 하기 위해 광택 처리를 한 백색판을 이용해도 된다.
또한, 무아레 발생을 방지하기 위해 PBS 시트, 프리즘 시트의 피치는 액정 패널의 화소 배열 주기에 대해 무아레를 발생시키지 않도록 모두 동일 피치로 하든지, 피치를 좁게 또는 굵게 해서 피치를 아주 다른 조건으로 하든지, 피치를 임의로 배열하든지, 혹은 프리즘 시트와 액정 패널 사이에 공극을 설치하는 것이 바람직하다. 더구나, 확산 투과 효과를 갖는 확산판을 조명 분포의 적정화, 무아레 발생 방지의 목적으로 프리즘 시트(109)의 상면 또는 프리즘 시트(109)와 PBS 시트(105)의 사이 또는 프리즘 시트(109)와 도광판(103)사이 또는 도광판(103)과 1/4 파장 필름(113) 사이에 1개 또는 복수개의 삽입 개소를 조합시켜서 삽입하는 것도 가능하다.
상술한 표시 장치 각각의 광학 부품의 광학적 배치와 빛의 진동 방향의 관계 및 그 작용을 제3도에 도시한다.
도광판(103)내에서 전반사를 반복한 광원광은 비편광광(도면의 N)이기 때문에 서로 직교하는 P성분(도면 중의 P)과 S성분(도면 중의 S) 양쪽의 성분을 거의 동일하게 갖고 있다. 이 빛의 PBS 시트(203)로 입사하면, P파는 투과하고 S파는 반사된다. 투과한 P파는 1/2 파장 필름(204)을 투과하는데, 파장 필름의 진행축(도면 중의 F)이 P방향에 대해 22.5방향이 되므로 P파의 회전각은 진행축 방향으로 45(1/P+S)로 표시)가 된다. 이 방향은 액정 패널의 입사측 편광판(205)의 투과축(도면 중의 T)에 일치하기 때문에, 대부분 흡수되지 않고 투과돼서 조명광으로서 이용된다.
한편, PBS 시트(203)에서 반사된 S성분광은 도광판(103)의 하부에 설치된 1/4 파장 필름(202)으로 입사되는데, 1/4 파장 필름(202)의 진행축(도면 중의 F)은 S방향에 대해 45방향이 되기 때문에 투과광은 원편광(도면 중의 C)이 된다. 이 원편광은 반사판(201)에서의 반사에 의해 그 회전 방향이 역방향이 되기 때문에, 반사판(201)에서 반사되어 다시 1/4 파장 필름(202)을 투과한 때는 진동 방향이 P방향이 된다. 따라서, 이 광성분은 직접 PBS 시트(203)로 입사해서 투과하는 P파와 동일 성분이 되기 때문에, 종래에 흡수되었던 S편광 성분이 조명광으로서 유효하게 이용되게 된다.
제4도는 본 발명의 제2실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도이다. 본 실시예는 이미 설명한 제1실시예의 구성 중 반사판(201)의 상부에 설치된 제2편광변환소자인 1/4 파장 필름(202)을 제거하고 PBS 시트(109)와 도광판(103)사이에 확산 시트(301)를 끼운 구조를 취하고 있다.
도광판(103)을 출사한 비편광광(302 : 도면중의 N)은 확산 시트(301)에 의해 화면 표시 영역의 조도 분포가 최적화되도록 적당히 확산된 후, PBS 시트(105)로 입사한다. PBS 시트의 다층막 면(106)을 투과하는 P파 성분에 대해서는 제1실시예와 마찬가지로 프리즘 시트(109)에 의한 집광, 1/2 파장 필름(111)에 의한 도광(導光)의 회전을 받아 유효한 조명광으로서 액정 패널로 입사한다.
반사된 S파 성분(303)은 다시 확산 시트(301)로 입사하는데, 확산 시트에서 투과 또는 약간 반사될 때 확산 효과에 의해 비편광의 빛(304 : 도면중의 N)이 된다. 따라서, PBS 시트(106)에 의해 반사된 S편광 성분(303)은 P파와 S파가 혼합한 비편광(304)으로 변환되기 때문에, 도광판(103)의 하부 또는 반사판(114)에서 반사되고 다시 PBS 시트(106)로 입사되면 입사광에 포함된 P파 성분(305)이 선택적으로 투과되어 조명광(306)으로서 유효하게 이용되게 된다. 본 실시예에서도 제1실시예와 같이 위상차 필름의 조건, 반사판의 특성, PBS 시트, 프리즘 시트의 피치, 확산판의 도입의 유무 등, 각종 구성을 취하는 것이 가능하다.
제5(a)도 내지 제5(c)도는 본 발명의 제3실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도이다. 제1실시예에서 설명한 바와 같이 액정 패널의 편광판 투과축은 시각 확보 차원에서 제5(a)도에 도시한 바와 같이 액정 표시 영역의 변에 대해 45방향으로 배치되어 있다. 도면에서는 입사축 편광판의 투과축을 점선, 출사측 편광판의 투과축을 실선 화살표로 나타냈다. 이 때문에, 제1 및 제2실시예에서는 제5(b)도에 도시한 바와 같이 PBS 시트의 다층막 면의 형성 방향(106)을 화면 표시 영역의 변 방향으로 한 경우, 1/2 파장 필름에 의해 투과 P편광광을 입사측 편광판의 투과축에 일치하도록 45회전시키고 있다.
이에 대해 본 실시예에서는 제5c도에 도시한 바와 같이 PBS 시트의 다층막면의 형성 방향(106)을 화면 표시 영역의 변 방향에 대해 45방향으로 배치했다. 이와 같은 구조를 취해서 PBS 시트를 투과한 P파는 1/2 파장 필름에 의해 편광 변환을 받지 않고도 편광판의 투과축 방향에 일치하기 때문에, 제1 및 제2실시예에서의 1/2 파장 필름을 생략할 수 있고, 이로써 비용 절감이 가능하게 된다. 또, 편광 변환 소자의 파장 분산으로 생기는 화이트 밸런스의 열화도 없어진다. 더욱이, PBS 시트의 방향은 액정 패널의 화소 배열 방향에 대해서도 45방향이 되기 때문에 2가지 주기 구조 배열의 간섭 효과로 인해 생기는 무아레의 발생은 시인(視認)되기 어려운 고주파 성분이 되어 표시 화상의 열화를 억제하는 효과도 얻어진다.
제6도는 본 발명의 제4실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도이다. 본 실시예에서는 프리즘 시트(109)의 프리즘 경계면(501)에 다층 반사막을 형성하고, 프리즘 시트(109)에 본래의 기능인 집광 작용과 제1 및 제2실시예에서의 PBS 시트와 같은 편광 분리 소자의 기능을 모두 갖추게 한 것을 특징으로 하고 있다.
도광판을 출사한 비편광광(502)은 프리즘 시트(109)로 입사해서 다층막과의 간섭 효과에 의해 P파(503)는 투과하고 비소망의 S파(504)는 반사된다. 투과한 P파(503)는 프리즘 집광 작용에 의해 최적의 방향으로 조명광으로서 출사되고 도 1/2 파장 필름(111)에 의해 소망의 편광 방향으로 변환된다. 반사된 S파(504)는 다층막 면에서의 2회 반사로 인해 도광판(103)으로 재입사한다. 이하, 제1실시예와 같이 1/4 파장 필름(113), 반사판(114)에 의해 P편광광(505)으로 변환되고 프리즘 시트(109)를 투과해서 조명광으로서 이용된다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 프리즘 시트에 편광 분리 작용을 갖게 해서 부품 수를 증가시키지 않고 또 표시 장치의 두께를 증가시키지 않으면서 얇은 표시 장치를 실현할 수 있다. 또, 본 실시예에서도 제2실시예와 조합해서 1/4 파장 필름(113)을 제거하고 확산판(201)을 부가할 수 있는 것을 말할 것도 없다.
제7도는 본 발명의 제5실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도이다. 본 실시예에서는 형광관(101)으로부터 도광판(103)으로 입사하는 광 경로사이에 PBS 주상체(601)가 배치되어 있다. PBS 주상체(601)의 하면에는 반사경(603)이 A1 증착 등에 의해 형성되어 있고, 광입사 면인 형광관 측에는 1/4 파장 필름(604)이 배치되어 있다. 액정 패널 조명 영역의 구성은 밑으로부터 반사판(114), 도광판(103), 프리즘 시트(109), 1/2 파장 필름(111)으로 구성되어 있다.
형광관(101)으로부터 출사한 비편광광(605)은 1/4 파장 필름(604)을 투과하지만, 비편광광이어서 편광 변환 작용은 받지 않는다. PBS 주상체(601)로 입사한 빛은 다층막 감섭면(602)에서 P파(606)는 투과하여 도광판(103)으로 입사하지만, S파(607)는 반사된다. 투과한 P파(606)는 도광판(103)에서의 전반사, 프리즘 시트(109)에서의 집광, 1/2 파장 필름(111)에서의 편광 회전을 받아 조명광으로서 이용된다. 이들 부품 내, 부품 간에서의 반사는 거의 거울면 반사이므로 P편광광은 그 편광도를 대부분 감소시키지 않고 편광광인 채로 유효하게 이용된다.
한편, 반사된 S파(607)는 거울면(603)에 의해 반사되고 다시 다층막 간섭면(602)에서 반사되어 형광관 측으로 출사한다. 이 때, 1/4 파장 필름(604)의 통과시에 S성분의 직선 편광으로부터 원 편광으로 변환되는데, 형광관(101)의 관면(管面), 리플렉터(102)에 의해 반사되어 다시 1/4 파장 필름(604)을 통과할 때 P파(609)로 변환되기 때문에, 이번은 PBS(601)를 투과해서 도광판(103)으로 입사하고 직접 도광판으로 입사한 P파(606)와 마찬가지로 조명광으로서 이용되게 된다. 따라서, 본 실시예에서의 구성으로 광이용 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예와 제1 내지 제4실시예를 조합한 구성을 취하는 것도 가능하다. 이 때, PBS 주상체(601)로부터 출사하는 편광 성분과 PBS 시트 또는 편광 분리 기능 부착 프리즘 시트의 투과광 편광 성분이 대응하는 배치가 되도록 할 필요가 있는 것은 말할 것도 없다.
제8(a)도는 본 발명의 제6실시예에 따른 표시 장치의 구성을 도시한 예시도이다. 본 실시예의 구성은 제7도의 제5실시예의 구성에 더해 PBS 주상체(601)와 도광판(103)사이에 1/2 파장 필름(701)을 끼운 것을 특징으로 하고 있다. PBS 주상체(601)를 출사한 P파(609)는 도광판(103)으로 입사할 때 진행파가 P파(609)에 대해 45방향이 된 1/2 파장 필름(701)에 의해 S파(702)로 변환된다. 또, 마찬가지로 도시하지는 않았으나, 진행축을방향으로 취하면 P파와 S파의 양 성분을 포함한 2방향의 직선 편광이 1/4 파장 필름을 대신해서 삽입하면 타원 편광 또는 원편광이 얻어진다.
이와 같이 PBS 주상체(601)와 도광판(103)사이에 편광 변환 소자인 1/2 파장 필름 또는 1/4 파장 필름을 삽입해서 임의의 편광 성분을 취한 빛을 도광판 내로 입사시킬 수 있어서 프리즘 시트(109)로 입사하는 빛의 편광 상태를 자유롭게 설계, 최적화할 수 있다.
또한, 본 실시예는 제8(b)도에 도시한 바와 같이 화면 표시 영역의 장변 방향, 단변 방향 각각에 형광관을 설치한 경우 또는 L자형 형광관을 사용한 경우는 도광판으로 입사시키는 편광 방향을 서로 직교시켜야 하기 때문에 한 쪽을 PBS 주상체(601)의 출사 후에 편광 변환 가능한 본 실시예로 하고, 다른 쪽을 본 실시예 또는 제7도의 제5실시예로 할 필요가 있다.
제9도는 본 발명의 제7실시예에 따른 표시 장치의 구성을 도시한 예시도이다. 이 실시예는 제7도에 도시하고 실시예에 대해 PBS(601)와 레플렉터(102)사이에 있는 1/4 파장 필름(604)의 위치를 형광관(101), 리플렉터(102)의 표면으로 변경한 것을 특징으로 한다. 이와 같은 배치를 취해서 제5실시예와 동일한 효과가 얻어질 수 있을 뿐만 아니라 1/4 파장 필름(604)이 반사면에 밀착해 있기 때문에 빛의 입사 및 반사시 1/4 파장 필름(604)내를 2회 통과할 때 투과 영역은 거의 같은 부분이 된다. 따라서, 1/4 파장 필름(604)의 특성을 각 부위 마다 최적화해서 편광 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
제10도는 본 발명의 제8실시예에 따른 표시 장치의 구성을 도시한 예시도이다. 본 실시예에서는 제7도의 제5실시예와 비교해서 PBS(601)의 다층막 간섭면(602)을 도시한 바와 같이 2면 설치했다. 이러한 구성을 취하므로서 제5실시예와 비교해서, 반사되어 형광관 측으로 재입사하는 S파(607)의 반사 회수를 1회 감소시킬 수 있어서 반사시 광강도의 감소를 억제할 수 있다.
제11(a) 및 11(b)도는 본 발명의 제9실시예에 따른 표시 장치의 구성을 도시하는 예시도이다. 본 실시예에서는 형광관(101)으로부터 도광판(103)으로 입사하는 광 경로 사이에 도광판(103)으로 입사하는 빛의 입사 각도 분포를 적정하게 제어하는 도광 제어체(1001)가 배치되어 있다. 이 도광 제어체(1001)는 광출사면(1003)에 편광 분리 기능을 갖는 다층막 간섭면, 그리고 상하부에 거울면(1004)을 구비하고 있다.
제11(a)도는 블록형 도광 제어체, 제11(b)도는 오목형 도광 제어체를 사용한 실시예이다. 도광 제어체(1001)는 제12(a) 및 제12(b)도에 도시한 바와 같이 광원으로부터의 빛을 도광판(103)으로 입사할 때의 입사 각도 분포(1002)를 전반사를 일으키는 적정한 각도 분포로 제어하는 기능을 갖는다. 입사 각도 분포는 도광 제어체(1001)의 굴절률과 광출사면(1003)의 각도에 의해 결정된다.
본 실시예에서는 광출사면(1003)에 다층막 간섭면을 설치하므로써, 반사된 S파(607)는 반사 거울면(1004)에서 반사한 후 제5실시예와 마찬가지로 1/4 파장 필름(604)의 2회 투과에 의해 P파(606)로 변환되어 도광판으로 입사한다. 여기서, 다층막 간섭면은 본래의 도광 제어체의 기능인 광출사 방향의 제어에 대해서는 기여하지 않기 때문에, 하나의 도광 제어체에 도광 제어 기능과 편광 분리 기능을 합체할 수 있다.
이와 같은 본 실시예의 구성을 취하므로써 도광 제어 기능과 편광 변환 기능을 종래의 구성에 비해 부재나 장치의 증대화를 초래하지 않고 갖출 수 있게 된다. 또, 본 실시예에서 1/4 파장 필름(604)의 위치를 제11(a) 및 제11(b)도의 위치로부터 반사면(1004)사이에 삽입해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 다층막 간섭면(1003)으로부터 반사면(1004)으로 입사하는 빛은 경사 입사가 되기 때문에 이들 경사 입사 성분광에 대해 1/4 파장 필름이 되도록 지연을 최적화할 필요가 있다.
제13(a) 및 제13(b)도는 본 발명의 제10실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도이다. 본 실시예에서는 광 입사측에 경사 입사면을 설치해서 도광판으로의 입사각을 제어하는 방식의 도광 제어체(1001)에 편광 분리 기능을 갖게 한 것을 특징으로 하고 있다. 본 실시예에서는 경사 입사면(1003)에 광원 측으로부터 1/4 파장 필름(604), 보호층, 다층막 간섭 면을 순차 형성했다.
이러한 구성에서의 작용과 그 효과는 제9실시예와 마찬가지이지만, 편광 분리 기능을 갖는 다층막 간섭 면과 편광 변환 기능을 갖는 1/4 파장 필름이 대부분 접하고 있기 때문에 반사된 S파를 효율 높게 원편광화하는 것이 가능하다. 또, 1/4 파장 필름(604)과 형광관(101), 리플렉터(102)에서 반사하는 거리를 가깝게 할 수있기 때문에 반사에 의한 광 강도의 감소를 억제할 수 있다.
상술한 본 발명의 제6 내지 제10실시예의 구성에 대해서도 제5실시예와 마찬가지로 제1 내지 제4실시예와 조합해서 사용할 수 있다.
제14도는 본 발명의 제11실시예에 따른 표시 장치의 구성을 설명하는 예시도이다. 본 실시예의 특징은 도광판(103)의 하부에 단면 톱날 형상의 오목부(1201)를 설치한 것을 특징으로 하고 있다. 본 실시예의 편광 분리의 원리는 브루우스터의 각 B=tan-1(n2/n1)(n1: 입사측 매질 굴절률, n2: 출사측 매질 굴절률)로 표현되는 각도의 경계면에서의 굴절, 반사를 이용한 것이다.
형광관(101)을 출사한 빛(1202)은 비편광광으로 도광판(103)으로 입사해서 전반사를 반복한다. 이 빛의 도광판(1202)의 하부에 설치된 오목부(1201)로 입사하면, 경계면에 대한 입사각이 전반사 영역으로부터 벗어나기 때문에 도광판(103)으로부터 출사해서 프리즘 시트(109)에 의해 적정한 각도로 출사 각도를 제어한후, 1/2 파장 필름(111)을 투과해서 조명광이 된다. 이 때, 오목부의 각도와 빛의 입사각의 관계를 적정하게 제어해서 편광 분리를 행할 수 있다. 이하, 이 부분에 대해 상술한다.
제15도는 제14도에서의 도광체(103)와 하부에 설치된 오목부(1201)를 확대해서 도시한 에시도이다. 비편광광(1301)이 도광판 저면에 대해 α의 각도로 입사하는 경우를 고려한다. 이 때, 오목부의 광 반사 경계면(1306)에 대한 입사 각도가 B를 이루고 있으면 S파 성분 중 약 15%가 반사되지만, P파 성분은 거의 모두 투과한다. 반사된 S파(1302)는 도광판(103)의 상부 경계면에 대한 입사 각도가 전반사가 되지 않은 각도 조건이기 때문에 도광판을 출사해서 편광 조명광으로서 이용된다.
한편, 광 반사 경계면(1306)을 투과하는 약 85%의 S파 성분과 P파 성분 모두 (1303)는 일단 도광판을 출사하지만, 직접 또는 반사판(114)에서 반사된 후 경계면(1307)으로 재입사하고 인접하는 오목부의 광반사 경계면에서 편광 선택 반사를 받든지, 도광판 저면 또는 상면에서 전반사를 반복하게 된다. 전반사가 되는 경우는 편광 방향에 대해 경사 반사를 반복해서 P파 성분으로부터 S파 성분으로의 변환이 적당하게 일어난다. 또, 반사에 의한 편광의 변환기 충분히 행해지지 않는 경우는 경계면(1307)에 λ/2 필름을 설치해서 편광을 회전시키든가, 약한 확산면으로서 비편광의 빛이 되어도 된다. 이와 같은 도광판 저면에 최적인 각도 성분의 오목부를 설치해서 편광도가 높은 조명광을 효율 높게 추출할 수 있게 된다.
도광판 재료로서 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 이용한 경우, 굴절률은 약1.5이기 때문에 광출사측을 공기(굴절률 1.0)로 하면, 전반사를 반복하는 빛(1301)의 입사각도 α의 범위는 0 α48.2이다. 따라서, 이 범위에 있는 빛의 한 성분이 경계면(1306)과 편광각 B의 관계를 이루기 위해서는 오목부의 경계면(1306)과 도광판 하부 평면부가 이루는 각도를 14.3 56.3,바람직하게는 26.3 36.3영역에 설정하면 된다.
또한, 폴리카보네이트(PC)를 도광판 재료로서 선택한 경우는 굴절률이 약 1.6이 되기 때문에 0 α51.3의 조건으로부터 16.0 58.0, 바람직하게는 28.0 38.0로 하는 것이 바람직하다. 광출사면을 포함하는 오목부를 이 각도 범위로 선택하고, 오목부에 대한 이 높이를 최적화해서 조명 영역 전면에 걸쳐 균일한 조도, 편광도를 갖는 조명광을 얻을 수 있다.
더구나, 본 실시예는 제1 내지 제4실시예의 어떤 것 또는 제5 내지 제10실시예의 어떤 것과 조합해서 또는 제1 내지 제4실시예의 어떤 것 및 제5 내지 제10실시예의 어떤 것을 적당히 조합해서 적용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 제1 내지 제11실시예에 의하면 발광체로부터 출사한 빛 중 소망하는 편광광을 조명광으로서 출사시키는 동시에 비소망의 편광광은 편광 분리 소자에 의해 흡수되지 않고 도광체 측으로 되돌려서 비편광의 빛이 되든가, 또는 소망의 편광 성분으로 변환되고 다시 편광 분리 소자로 입사된다. 이 때문에 종래 액정 패널의 입사측 편광판에서 흡수되어 조명광으로서 이용되지 않았던 광성분이 조명광으로서 유효하게 이용되며, 따라서 편광광을 이용하는 평면형 액정 표시 장치로서 종래보다도 광 이용 효율이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
제16도는 본 발명의 제12실시예에 따른 조명 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
이 조명 장치는 광원으로서는 냉음극 형광관(1101)을 이용하고 있다. 이 냉음극 형광관(1101)은 청록적(靑綠赤)의 각 색에 대응하는 각각 420450, 520570, 590630에 주 발광 스펙트럼을 포함하는 3파장 관이다. 이 냉음극 형광관(1101)을 둘러싸도록 단면이 U자형인 리플렉터(1102)가 배치되어 있어서 빛을 소정 방향으로 반사하도록 되어 있다.
리플렉터(1102)의 개구부 측에는 제1편광은 투과하고 제2편광은 반사하는 편광 분리 소자가 배치되어 있다. 편광 분리 소자로서는 광원의 주 발광 스펙트럼의 파장 영역에 대응해서 간섭 파장 영역을 갖는 3층의 클레스테릭 액정 시트(1103, 1104, 1105)를 적층해서 유리 기판(1106, 1107)에 끼워 이용하고 있다.
편광 분리 소자로서 각각의 콜레스테릭 액정층 사이에 유리층을 설치해서 이용하도록 해도 된다. 더욱이, 이들 콜레스테릭 액정 층을 유리 사이에 끼우고 각각 별체로 제작해서 대향시키도록 해도 된다. 이 경우, 유리 간의 굴절률 매칭을 취하도록 하면 된다. 이들 유리층은 적어도 1mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
이들 콜레스테릭 액정 시트(1103, 1104, 1105)는 동일 극성을 갖는 원편광이 투과 또는 반사되도록 배치되어 있다. 또, 콜레스테릭 액정 시트의 개수는 광원의 주 발광 스펙트럼의 수, 파장 영역 등에 따라 사용하도록 하면 된다.
이들 콜레스테릭 액정 시트는 비편광 입사에 대해 각각의 간섭 파장 영역에서 50%의 투과(제1원편광성분)와 50% 반사(제2원편광성분)를 일으켜서 실질적으로 빛의 손실은 거의 없다. 또, 간섭 파장 영역 이외에서는 10%가 투과된다. 따라서, 이와 같은 특성을 갖는 콜레스테릭 액정 시트로 이루어지는 편광 분리 소자에 비편광의 백색광을 입사하면 효율이 아주 높게 2개의 원편광으로 분리할 수 있다.
제16도에 도시한 조명 장치에서 냉음극 형광관(1101)의 표면, 리플렉터(1102), 유리 기판(1106)은 광 안내 수단 또는 편광 변환 소자로서 기능한다.
냉음극 형광관(1101)으로부터 조사된 빛은 직접 또는 리플렉터(1102)에 의해 반사되어 편광 분리 소자인 클레스테릭 액정 시트(1103, 1104, 1105)로 입사한다. 편광 분리 소자로 입사한 광원광은 제1원편광과 제2원편광으로 분리되고, 제1원편광은 편광 분리 소자를 투과해서 광원과 반대측으로 출사한다. 제2원편광은 광원측으로 반사된다. 이 제2원편광은 냉음극 형광관(1101)의 표면, 리플렉터(1102), 유리 기판(1106)에 의해 반사되고 다시 편광 분리 소자로 유도된다. 반사시 원편광의 극성은 변환되기 때문에 제2원편광은 제1원편광으로 변환된다. 제1원편광이 제2원편광으로 변환되는 경우도 있지만, 제2원편광은 편광 분리 소자를 투과할 수 없어서 반사된다. 따라서, 본 실시예의 조명 장치에 의하면 광원인 냉음극 형광관(1101)으로부터 출사한 빛을 거의 손실하지 않고 제1원편광으로서 유리 기판(1107) 측으로 출사할 수 있다.
제17도는 편광 분리 소자로서 콜레스테릭 액정 시트를 사용한 경우의 광원과 콜레스테릭 액정 시트의 광학 특성의 관계를 도시한 것이다.
광원은 주 발광 스펙트럼이 3개 있는 3파장 형광관을 사용하고 있다. 각각의 발광 스펙트럼은 440의 청(B)색 발광 스펙트럼(1201), 550의 녹(G)색 발광 스펙트럼(1202), 610의 적(R)색 발광 스펙트럼(1203)이며, 각 스펙트럼의 절반폭은 10정도가 된다.
한편, BGR 각각의 발광 스펙트럼에 대응하는 콜레스테릭 액정 시트의 비편광입사의 조건에서의 투과율 특성은 청색에 간섭 파장 영역을 갖는 1204, 녹색에 간 섭 파장 영역을 갖는 1205, 적색에 간섭 파장 영역을 갖는 1206과 같이 되어 있다. 이들 간섭 파장 영역은 상술한 광원의 주 발광 스펙트럼의 피크를 충분히 포함하도록 한다. 또, 후술하는 바와 같이 간섭 파장 영역의 중심보다도 단파장측에 주 발광 스펙트럼의 피크가 있도록 간섭 파장 영역과 주 발광 스펙트럼의 상대적 관계를 정해도 된다.
콜레스테릭 액정의 간섭 파장 영역은 제18(a)도에 도시한 바와 같이 빛이 수직으로 입사하는 경우와 제18(b)도에 도시한 바와 같이 빛이 경사지게 입사하는 경우에는 다른 영역이 된다.
즉, 제18c도에 도시한 바와 가이 수직 입사시 간섭 파장 영역(1301)을 기준으로 하면, 빛이 경사지게 입사하는 조건에서는 단파장 측으로 시프트한 간섭 파장영역(1302)이 된다. 이 때문에 경사 입사하는 빛에 대해서도 발광 스펙트럼(1303)이 간섭 파장 영역에 포함되도록 장파장 측에 간섭 파장 영역을 넓게 취해 두어도 된다.
또한, 광원의 발광 스펙트럼의 피크 파장은 콜레스테릭 액정의 단파장 측의 간섭단(干涉端) 파장과의 차(1207) 보다도 장파장 측의 간섭단 파장과의 차(1208)가 커지도록 해도 된다.
제19(a)도는 편광 분리 소자의 광원과 반대측에 편광 변환 소자를 갖춘 제16도의 실시예의 변형례이다. 이 조명 장치에서는 편광 변환 소자로서 PVA로 이루어지는 1/4 파장 필름(1108)을 콜레스테릭 액정 시트를 끼우는 광원과 반대측의 유리기판에 점착해서 사용하고 있다. 이 편광 분리 소자의 후단에 편광 변환 소자를 배치하면 직선 편광을 추출할 수 있다. 편광 변환 소자는 추출하고 싶은 직선 편광의 방위에 따라 점착 방향을 조절하도록 하면 된다. 제19(b)도에 이 조명 장치의 광학계와 편광의 관계를 도시했다.
광원(1401)으로부터 출사하는 무편광(도면 중의 N)의 광원광은 편광 분리 소자(1402)로 입사해서 투과측, 즉 빛에 마주해서 보았을 때 극성이 시계 방향(C+)의 원편광과 반시계 방향(C-)의 원편광으로 분리된다. 여기서는 시계 방향의 원편광을 제1원편광으로 하고, 반시계 방향의 원편광을 제2원편광으로서 하고 있으나, 역의 경우에도 마찬가지이다.
제2원편광(C-)은 반사되어 광원측으로 되돌아기지만, 광원 표면, 리플렉터, 유리 경계면, 거울면 등의 편광 변환면(1403)에 의해 원편광의 극성이 반전(C+)해서 편광 분리 소자의 투과광이 된다. 극성이 갖춰진 원편광은 편광 변환 소자(1404)를 투과할 때 직선 편광(도면 중의 S)으로 변환된다.
제20도는 편광 변환 소자, 편광 변환 소자의 후단에 추가로 제2도광체를 갖춘 조명 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 예시도이다.
광원(1501), 리플렉터(1502), 콜레스테릭 액정 시트로 이루어지는 편광 분리 소자(1503), PVA 1/4 파장 필름으로 이루어지는 편광 변환 소자(1504)에 의해 직선 편광을 도광판(1506) 측으로 출사한다. 또, 후술하는 제24도에 도시한 보조 도광판(1505)을 제1도광체의 일부로서 광원과 편광 분리 소자 사이에 배치하고 있다.
제2도광체는 PMMA의 도광관(1506), 알루미늄 증착에 의해 제작된 거울면 반사 시트(1507), 프리즘 시트(1058)로 그 주요부가 구성되어 있다. 도광판(1506)의 단면으로부터 입사한 직선 편광은 도광판 경계면에서 전반사를 받으며 진행한다. 이 경우, 직선 편광의 진동면이 반사면에 대해 S편광 입사의 조건이 되도록 편광 변화 소자(1504)를 배치한다. 따라서, 도광판(1506) 내에서 직선 편광의 진동면의 회전, 편광 해소가 일어나는 일은 없다. 또, 도광판(1506)의 복굴절은 무시할 수 있을 정도로 작기 때문에 도광판(1506)내를 진행하는 것에 따른 편광 해소도 일어나지 않고 빛의 편광 상태는 보존된다.
도광된(1506)에는 V자 홈(1509)이 파여 알루미늄 반사면이 형성되어 있다. 이 부분에서 반사되면 반사각이 변화해서 전반사 조건으로부터 벗어나기 때문에 도광판(1506)으로부터 빛이 출사한다. V자 홈(1509)도 직선 편광의 진동면에 대해 S 편광 입사 조건이 되도록 형성되어 있어서 편광 성분은 유지된다. 따라서, 광원으로부터 출사한 빛을 거의 손실시키지 않고 진동면이 구비된 직선 편광으로서 도광판 상측 주면으로부터 출사할 수 있다.
도광판(1506)을 출사한 빛을 집광하고 휘도를 향상시키기 위한 프리즘 시트(1508)를 설치해도 된다. 또, 프리즘 시트(1508)는 1개만이 아니라 2개 사용하도록 해도 된다.
도광판(1506)의 V자 홈(1509)은 출사하는 빛의 휘도를 균일화하기 위해 광원에 근접한 측을 소(疎), 먼 측을 밀(密)로 하도록 해도 된다. 도, V자 홈(1509)에 알루미늄 반사 면을 형성하지 않고, 일단 도광판의 하측으로 한번 출사시켜서 거울면 반사 시트(1507)에서 반사되도록 해도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, V자 홈(1509)을 대신해서 V자형의 돌기를 설치해서 반사 각도를 바꿔도 된다.
제21도는 광원과 편광 변환 소자 사이에 도광판을 구비한 조명 장치의 일례를 도시하는 예시도이다. 이와 같은 배치로 한 경우에는 제20도에 도시한 조명 장치에서 제2도광체에 대응하는 부분, 즉 도광판(1601), 거울면 반사 시트(1602)는, 예컨대 리플렉터(1603)와 마찬가지로 제1광안내수단 또는 편광 변환 수단을 구성한다. 제21도에 도시한 조명 장치에서는 콜레스테릭 액정 시트로 이루어지는 편광 분리 소자(1604)를 도광판(1601) 상측의 주면 전체에 설치하고 있다. 도광판(1601)의 구성은 제16도의 실시예와 마찬가지이다.
광원(1605)으로부터 출사한 무편광광(도면중의 N)은 직접 또는 리플렉터(1603)에서 반사되어 도광판(1601)의 단면으로부터 입사하고, 도광판(1601)내를 전반사에 의해 진행한다. 이 빛은 도광판(1601)내 또는 도광판(1601)의 하측에 형성된 V자 홈(1606)의 반사면에 의해 반사되어 도광판(1601)으로부터 출사하고 편광 분리 소자(1604)로 입사한다.
편광 분리 소자(1604)로 입사한 무편광광인 광원광은 제1원편광과 제2원편광으로 분리되고, 제1원편광은 편광 분리 수단(1604)을 투과해서 도량판과 반대측으로 출사한다. 제1원편광(도면 중의 C-)은 도광판(1601) 측으로 반사되고 도광판(1601)을 통과해서 알루미늄 증착에 의해 형성된 거울면 반사 시트(1602)에서 반사된다. 이때, 제2원편광은 제1원편광으로 변환되어 편광 분리 소자의 투과광이 된다. 따라서, 광원으로부터 조사되는 빛의 거의 전부의 부분은 전부의 부분은 전부 제1원편광으로서 편광 분리 소자(1604)로부터 출사한다.
편광 분리 수단(1604)의 후단에 예컨대 1/4 파장 필름 등의 편광 변환 소자를 설치하면, 직선 편광으로서 추출할 수 있는 것은 상술한 바와 같다.
또한, 편광 분리 소자(1604)의 전후에 예컨대 불투명 유리, 홀로그래픽 광학소자, 프리즘 시트, 보조 도광판, 마이크로 렌즈, 홀로그래픽 렌즈 어레이, AR 코팅 필름 등을 제1 또는 제2도광체의 일부로서 설치해도 된다.
제22도는 직하 방식의 조명 장치에 본 발명을 적용한 제21도에 도시한 조명장치의 한 변형례이다. 도광판(1701)의 하부에 광원(1702), 리플렉터(1703)를 갖추고 있다. 도광판으로서 예컨대 제23도에 도시한 보조 도광판을 사용하도록 하면, 편광 분리 소자(1704)로 효율적으로 빛을 인도하며, 또 원편광의 극성을 변환할 수 있다.
제23도는 도광체 또는 편광 변환 소자로서 기능하는 보조 도광판의 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 보조 도광판(1801)에는 알루미늄 증착 반사면(1802)이 주기적으로 배열되어 있고, 광원 측으로부터의 확산광은 반사면(1802)에서 반사를 반복하면서 출사하고 프리즘상 시트(1803)에 의해 평형광이 되어 편광 분리 소자(1804)로 입사한다.
제24도는 보조 도광판의 다른 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 보조 도광판(1901)은 투명한 도광판(1902)과 거울면(1903)의 조합으로 구성되어 있다. 보조 도광판을 진행하고 빛은 돌기부(1904)에서 평행광이 되어 편광 분리 소자(1905)로 입사한다. 한편, 편광 분리 소자(1905)로부터 반사된 제2원편광은 거울면(1903)에서 다시 반사되고, 이때 제1원편광으로 변환된다. 이와 같이 거울면(1903)을 설치함으로써 빛이 난반사되는 일이 없어지고 효율적으로 편광 분리 소자(1905)로 인도될 수 있다.
제25도는 보조 도광판의 또다른 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 보조 도광판(2001)은 전반사에 의해 다중 반사를 일으키는 각도로 형성되어 있도, 광원으로부터의 확산광은 전반사에 의해 집광되거나 또는 전반사를 벗어난 각도로 굴절되어 평행광이 된다. 이 경우, 거울면 반사가 없으므로 다중 반사에 의한 광손실은 거의 생기지 않고 광원광을 편광 분리 소자(2002)로 인도할 수 있다.
제26도는 보조 도광판의 또다른 일례를 개략적으로 도시하는 단면도이다. 보조 도광판(1201)에는 원주 형상의 지름이 다른 복수의 구멍(2102)이 형성되어 있고, 광출사측에는 반사면(2103)이 형성되어 있다. 광원으로부터 확산광은 원주구멍(2102)을 반사 경계면으로 해서 전반사 또는 굴절을 일으키면서 진행한다. 구멍의 크기, 형상을 최적화하므로서 빛은 반사면(2103)을 설치하고 있는 이외의 부분으로부터 효율적으로 편광 분리 소자(2104)로 입사할 수 있다. 편광 분리 소자(2104)로부터 반사된 빛은 반사면(2103)에서 거울면 반사되므로 효율적으로 제2원편광을 제1원편광으로 변환할 수 있다.
제27도는 편광 분리 소자에 대한 광 입사 각도와 편광도의 관계를 도시한 예시도이다. 광 입사 각도가 커짐에 따라 편광도가 저하, 즉 제1원편광과 제2원편광의 분리 성능이 열화된다. 따라서, 상술한 보조 도광판을 설치하므로서 작은 입사각으로 빛을 입사시키도록 하면 빛의 이용률은 높게 되어 조명 장치의 휘도가 향상한다.
제28도는 보조 도광판을 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 편광 분리 성능을 도시하는 예시도이다.
제29도는 보조 도광판을 구비한 조명 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 예시도이다. 편광 분리 소자(2401)의 기능을 충분히 발휘시키기 위해서 편광 분리 소자(2401)의 광입사측에 도광체 또는 편광 변환 소자로서 기능하는 보조 도광판(2402)을 설치한 것이다. 편광 분리 소자(2401)를 광원(2403) 및 리플렉터(2404)와 도광판(2405)사이에 설치한 조명 장치의, 광원(2403)과 편광 분리 소자(2401)사이에 보조 도광판을 배치하고 있다.
제30도는 편광 분리 소자(2501)를 도광판(2502)의 광출사면 전면에 설치한 조명 장치의, 도광판(2502)과 편광 분리 소자(2501)사이에 보조 도광판(2503)을 배치하고 있다.
이상 설명한 조명 장치는 편광 현미경을 시작으로 해서 편광을 이용하는 광학계에 폭넓게 적용할 수 있는 것이다. 예컨대, 액정 표시 장치, 투사형 표시 장치의 광학계에 적용할 수 있다.
제31도는 본 발명의 액정 표시 장치의 일례를 개략적으로 도시한 단면도이다. 이 액정 표시 장치는 액정측(2601)의 광입사측과 출사측에 각각 편광판(2602, 2603)을 갖는 액정 패널(2604)과, 광운(2605)과, 편광 분리 소자인 복수의 콜레스테릭 액정 시트(2606)와, 보조 도광판(2608)과, 편광 변환 소자인 1/4파장 필름(2609)과, 직선 편광의 변환 소자인 1/2 파장 필름(2610)과, 편광 분리 소자의 투과광을 액정 패널로 인도하는 제2도광체로서 도광판(2611), 거울면 반사 시트(2612)와 프리즘 시트(2613)를 구비한 것이다. 또, 이 액정 표시 장치의 액정 동작 모드는 TN이지만, 다른 동작 모드를 사용한 액정 표시 장치에 적용해도 된다.
이 액정 표시 장치의 조명 장치에 대응하는 부분의 기본적 구성은 상술한 각 조명 장치와 마찬가지이다. 즉, 광원으로부터 발사된 광원광은 제1도광체, 편광변환 소자인 리플렉터(2614), 보조 도광판(2608)과 콜레스테릭 액정 시트(2606)에 의해 극성이 갖춰진 제1원편광이 된다.
극성이 갖춰진 제1원편광은 1/4 파장 필름(2609)에 의해 직선 편광(도면 중의 S)으로 변환되어 도광판(2611)으로 입사한다. 이 때, 도광판의 상하 전반사면에 대해 편광 방향을 S편광 입사가 되도록 1/4 파장 필름을 설치하고 있다. 도광판의 하측 주면의 하부에는 알루미늄 증착에 의해 제작된 거울면 반사 시트(2612)가 배치되고 상측 주면의 상부에는 프리즘 시트(2613)가 배치되어 있다.
편광 변환 소자인 1/2 파장 필름(2610)은 프리즘 시트(2613)와 액정 패널(2604)사이에 배치되어 있다. 이 편광 변환 소자는 전단의 편광 변환 소자인 1/4 파장 필름(2609)에 의해 얻어진 직선 편광의 진동면을 액정 패널의 입사측 편광판의 광투과축과 일치시키기 위한 수단이기 때문에, 1/4 파장 필름(2609)과 입사측 편광판(2602)사이의 어느 위치에 배치돼도 된다. 또, 복수개 배치되어야 된다.
도광판(2611)으로 입사한 직선 편광은 도광판(2611) 경계면에서 전반사를 받으면서 진행하지만, 직선 편광의 진동면이 반사면에 대해 S편광 입사의 조건이 되고 있기 때문에 진동면의 회전, 편광 해소는 일어나지 않는다. 또, 도광판(2611)의 복굴절은 무시할 수 있는 정도로 작기 때문에 도광관(2611)내를 진행하는 것에 의한 편광 해소도 일어나지 않고 빛의 편광 상태는 유지된다.
도광판(2611)을 출사한 빛은 프리즘 시트(2613)를 의해 출사 방향이 정렬되어 1/2 파장 피름(2610)으로 입사한다.
도광판(2611), 프리즘 시트(2613)를 출사한 직선 편광의 진동 방향은 이 경우 액정 패널(2604)의 표시 화면의 상하변 방향에 수직인 방향이 된다. 이 액정패널(2604)의 편광판 투과축은 표시 화면의 상하변 방향으로부터 45경사져 있기 때문에, 직선 편광의 진동 방향과 편광판 투과축을 일치시키기 위해 1/2 파장 필름(2610)에 의해 편광 방향을 45회전(도면 중의 S+45)시켜서 액정 패널의 입사측 편광판(2602)으로 인도한다. 회전시킨 직선 편광의 진동 방향은 45로 제한하지 않으며 액정 패널의 편광판 투과축에 일치시키도록 1/2 파장 필름을 배치하면 된다.
프리즘 시트(2613)를 배치하는 방향은 입사광이 S편광인 경우에는 제31도에 도시한 방향으로부터 90회전시켜도 된다. P편광의 경우에는 제31도에 도시한 방향으로 하는 것이 양호하다.
또한, 프리즘 시트(2613)와 1/2 파장 필름(2610)의 순서를 바꿔도 된다.
이와 같은 구성에 의해 장치를 대형화하지 않으면서 종래에는 액정 패널의 입사측 편광판에 의해 흡수되어 조명광으로서 이용되지 않았던 광성분이 흡수되는 일 없이 유효한 조명광으로서 이용할 수 있기 때문에 광이용 효율이 향상되고 휘도가 높은 액정 표시 장치가 된다. 또, 소비 전력도 낮아진다.
제31도에 예시한 액정 표시 장치에 대응하는 광학계의 광학 부품의 배치와 편광의 관계를 제32도에 도시했다. 여기서 예시하는 편광 분리 소자(2702)는 제1원편광을 투과하고 제2원편광을 반사하는 것을 사용하고 있다.
광원(2701)으로부터 출사하는 무편광(도면 중의 N)의 광원광은 편광 분리 소자(2702)로 입사해서 투과측, 즉 빛을 정면으로 보았을 때에 극성이 시계방향(C+)의 원편광과 반시계 방향(C-)의 원편광으로 분리된다. 여기서는 시계 방향의 원편광을 제1원편광으로 하고 반시계 방향의 원형광을 제2원편광으로 하고 있지만, 반대의 경우도 마찬가지이다.
제2원편광(C-)은 반사되어 광원측으로 되돌아가지만, 광원 표면, 리플렉터, 유리 경계면, 거울면 등의 편광 변환면(2703)에 의해 원편광의 극성이 반전(C+)하여 편광 분리 소자의 투과광이 된다. 지금까지 설명한 바와 같이 이들 편광 분리 소자(2702)는 제1도광체와 겸용해도 된다.
극성이 갖춰진 원편광은 편광 변환 소자(2704)를 투과할 때 직선 편광(도면중의 S)으로 변환된다. 이 때의 진행축(F)과 입사 원편광(C+), 출사 직선 편광(S)의 관계는 제33도에 도시한 대로이다.
직선 편광은, 예컨대 제31도에 도시한 액정 표시 장치에서는 제2도광체의 일부인 도광판 반사면에서 편광 상태를 유지하면서 출사 방향을 바꾸고, 1/2 파장 필름(2705)으로 입사한다. 액정 패널의 입사측 편광판(2706)의 투과측(T)이, 예컨대 제34도에 도시한 바와 같이 S편광 방향으로부터 45회전한 위치에 있는 경우에는 제35도에 도시한 바와 같이 1/2 파장 필름의 진행축을 편광판 투과축과 직선 편광 성분의 각도를 2분하는 22.5로 하면 편광판 투과광(S+45)이 된다.
편광 분리 소자(2702)를 투과하는 원편광의 극성은 반사되거나 또는 투과되는 극성이 갖춰져 있으면 되고, 시계 방향의 원편광(제1원편광)이 반사되고 반시계 방향의 원편광(제2원편광)이 투과되도록 해도 된다. 또, 도광판으로 입사하는 직선 편광이 S편광이 아니고 P편광이어도 된다. 이들 조건에 맞춰 1/4 파장 필름, 1/2 파장 필름의 진행축을 조정해서 최종적으로 액정 패널의 편광판 투과축을 투과하도록 하면 된다.
제36도는 본 발명의 액정 표시 장치의 다른 일례의 구성을 설명하는 예시도이다. 이 액정 표시 장치에서 편광 분리 소자는 도광판 상측 주면 전체에 배치되어 있다. 또, 액정의 동작 모드는 STN이지만, 다른 동작 모드를 이용한 액정 표시 장치에 적용해도 된다.
냉음극 형광관(3101), 리플렉터(3102)로 구성되는 광원부로부터 출사한 무편광의 광원광(도면 중의 N)은 도광판(3103)내를 전반사에 의해 진행한다. 도광판의 V자 홈(3104)에서의 반사에 의해 복수의 콜레스테릭 액정 시트가 투명 필름 기판에 끼워진 편광 분리 소자(3104)로 입사한다.
편광 분리 소자(3104)로 입사한 무편광의 광원광은 극성이 다른 제1원편광과 제2원편광의 2가지 원편광 성분으로 분리된다. 반사광 성분(도면 중의 C-)인 제2원편광은 도광판(3103)을 통과하고 알루미늄 증착 반사면(3105)에서의 반사에 의해 편광 성분이 반전(C+)해서 편광 분리 소자의 투과광이 된다.
편광 분리 소자를 투과한 원편광 성분은 편광 변환 소자인 1/4 파장 필름(3107)에 의해 액정 패널(3106)의 입사측 편광판(3109)의 편광판 투과축에 일치하는 직선 편광으로 변환된 후, 액정 패널의 입사측 편광판(3109)으로 입사한다. 따라서, 지금까지 이용할 수 없었던 광원광의 절반인 성분을 이용할 수 있어서 휘도가 높고 소비 전력이 적으며 광이용 효율이 높은 액정 표시 장치가 된다.
또한, 제36도에 도시한 바와 같이 프리즘 시트(3108)에 의해 집광되고 나서 액정 패널(3106)의 입사측 편광판(3109)으로 입사하도록 해도 된다. 또, 프리즘 시트(3108)는 복수개 이용해도 된다. 더구나, 편광 분리 소자(3104)의 전단에 배치해도 된다. 이 경우의 프리즘 시트는 제1도광체의 일부를 구성하게 된다.
제37도는 본 발명의 액정 표시 장치의 또다른 일례로 구성을 개략적으로 설명하는 단면도이다. 이 액정 표시 장치에서는 제31도에 도시한 액정 표시 장치에서 도광판(3201)의 하부에 설치한 V자 홈(3202)을 상면 측에 설치하도록 하고 있다. V자 홈(3202)은 V자형 돌기를 해도 된다.
이와 같은 구성으로 한 경우, 금속 반사 시트를 사용할 필요가 없으며 전반사 조건을 벗어나서 도광판(3201)을 출사하는 빛은 금속 반사에 의한 손실을 받지 않는다. 이 때문에 보다 높은 효율로 빛을 반사시킬 수 있다. 그러나, 도광판(3201)을 출사하는 빛은 경사 방향으로 출사하는 성분이 대부분을 점하기 때문에 제38도에 도시한 바와 같이 최대 휘도 방향이 화면 수직 방향을 벗어난다. HOE(3203 : 홀로그래픽 광학 소자)를 새롭게 부가해서 편광을 보존한 채 제38도에 도시한 바와 같이 최대 휘도 방향과 화면 수직 방향을 일치시키는 것이다.
HOE(3203)는 제37도에 도시한 액정 표시 장치만이 아니라 다른 액정 표시 장치나 조명 장치에서 휘도 방향을 최적화할 목적으로 제2도광체의 일부로서 사용해도 된다. 또, HOE(3203)를 배치하는 위치도 프리즘 시트(3204), 1/2 파장 필름(3205)과 교체해서 배치해도 된다.
제39도는 본 발명의 액정 표시 장치의 또 다른 일례의 구성을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 이 액정 표시 장치에서는 액정 패널(3401)의 시각을 개선할 목적으로 제2도광체의 일부로서 확산판을 사용하도록 한 것이다. 확산판은 예컨대 HOE 확산판(3402)을 사용해도 된다.
이 액정 표시 장치에서는 1/2 파장 필름(3403)을 출사하는 빛은 HOE 확산판(3402)에 의해 편광 상태를 보존한 채 표시 화면의 경사 방향으로 확산된다. 이 때문에 제25도에 도시한 바와 같이 액정 패널(3401)을 통과한 후의 화면 휘도 분포는 HOE 확산판(3402)을 설치하지 않은 상태와 비교해서 경사 방향의 휘도가 균일화된다. 더욱이, 출사한 빛의 편광 상태를 보존할 수 있기 때문에 통상의 백색 확산판을 사용한 경우와 비교해서 액정 패널(3401)의 편광판에서의 빛의 흡수를 줄여서, 즉 화면 전체의 휘도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이 확산 시트는 제39도에 예시한 액정 표시 장치만이 아니라 다른 액정 표시 장치나 조명 장치에서 휘도 방향을 최적화 할 목적으로 제2도광체의 일부로서 이용해도 된다. 또, 프리즘 시트(3403), 1/2 파장 필름(3403)과 바뀌서 배치해도 된다.
이상과 같이 본 발명의 조명 장치에 의하면, 광원광을 극성이 갖춰진 원편광으로서 효율적으로 출사시킬 수 있다. 또, 광원광을 진동면이 갖춰진 직선 편광으로서 효율적으로 출사시킬 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치에 의하면 장치를 대형화하지 않으면서 광원광의 이용률을 향상시키고 표시 휘도를 높게 할 수 있다. 또, 소비 전력도 작게 할 수 있다.

Claims (8)

  1. 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 조명광을 직시형 표시 화면으로 인도하는 도광체, 조명광을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제2편광성분을 투과시키며 제2편광 성분을 반사시키는 편광 분리 소자, 반사된 제2편광성분을 제1편광성분으로 변환하고 편광 분리 소자로 되돌리는 변환·반사 부재, 및 상기 편광 분리 소자를 투과한 제1편광성분의 진동 방향을 변환시켜서 상기 조명광을 얻는 편광 변환 수단을 구비하고, 상기 편광 분리 소자는 상기 도광체의 표시 장치측에 배치된 시트 형상의 편광 비임 스플리터이며, 상기 변환·반사 부재는 상기 도광체의 상기 직시형(直視型) 표시 화면의 반대측에 배치된 반사판 및 상기 도광체와 상기 반사판 사이에 배치되는 편광 변환 소자를 구비하며, 상기 편광 변환 소자는 1/4 파장 필름인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  2. 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 조명광을 직시형 표시 화면으로 인도하는 도광체, 조명광을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사시키는 편광분리소자, 반사된 제2편광성분을 제1편광성분으로 변환하고 편광 분리 소자로 되돌리는 변환·반사 부재, 및 상기 편광 분리 소자를 투과한 제1편광성분의 진동 방향을 변환시켜서 상기 조명광을 얻는 편광 변환 수단을 구비하고, 상기 편광 분리 소자는 상기 발광체와 상기 도광체 사이에 배치된 주상(柱狀) 편광 비임 스플러터이며, 상기 변환·반사 부재는 상기 발광체와 상기 주상 편광 비임 스플리터 사이에 배치된 편광 변환 소자 및 상기 주상 편광 비임 스플리터의 광 경로와 평행면에 형성된 반사경을 구비하며, 상기 편광 변환 소자는 1/4 파장 필름인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  3. 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 조명광을 직시현 표시 화면으로 인도하는 도광체, 조명광을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사시키는 편광 분리 소자, 반사된 제2편광성분을 제1편광성분으로 변환하고 편광 분리 소자로 되돌리는 변환·반사 부재, 및 상기 편광 분리 소자를 투과한 제1편광성분의 진동 방향을 변환시켜서 상기 조명광을 얻는 편광 변환 수단을 구비하고, 상기 변환·반사 부재는 상기 도광체의 상기 표시 장치와는 반대측 면에 형성된, 입사측에 경사면을 갖는 요철면이며, 상기 요철면의 입사측 경사면은 입사광의 입사각이 다음 식 B= tan-1(n2/n1) [식에서 n1은 입사측 매질 굴절률, n2는 출사측 매질 굴절률임]으로 표현되는 브루우스터의 각 또는 그 근방이 되는 경사 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  4. 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 조명광을 직시형 표시 화면으로 인도하는 도광체, 조명광을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광 성분을 투과시키켜 제2편광성분을 반사시키는 편광 분리 소자, 반사된 제2편광성분을 제1편광성분으로 변환하고 편광 분리 소자로 되돌리는 변환·반사 부재, 및 상기 편광 분리 소자를 투과한 제1편광성분의 진동 방향을 변환시켜서 상기 조명광을 얻는 편광 변환 수단을 구비하며, 상기 편광 변환 수단은 1/2 파장 필름인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  5. 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 조명광을 직시형 표시 화면으로 인도하는 도광체, 조명광을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광 성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사시키는 편광 분리 소자, 반사된 제2편광성분을 제1편광성분으로 변환하고 편광 분리 소자로 되돌리는 변환·반사 부재, 및 상기 편광 부닐 소자를 투과한 제1편광성분의 진동 방향을 변환시켜서 상기 조명광을 얻는 편광 변환 수단을 구비하고, 상기 편광 분리 소자와 상기 편광 변환 수단 사이에 프리즘 시트가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  6. 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 빛을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사시키는 콜레스테릭 액정 시트로 이루어지는 편광 분리 소자, 및 반사된 제2편광 성분을 제1편광성분으로 변환해서 편광 분리 소자로 되돌리는 반사 부재를 구비하고, 상기 발광체는 3개의 2주 발광 스펙트럼을 갖는 3파장 형광관인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  7. 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 빛을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사시키는 콜레스테릭 액정 시트로 이루어지는 편광 분리 소자, 및 반사된 제2편광성분을 제1편광성분으로 변환해서 편광 분리 소자로 되돌리는 반사 부재를 구비하고, 상기 편광 분리 소자와 직시형 표시 화면 사이에 배치된 편광 변환 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  8. 발광체, 직시형 표시 화면, 상기 발광체로부터의 빛을 선택적으로 제1 및 제2의 2개의 편광 성분으로 분리하고 제1편광 성분을 투과시키며 제2편광성분을 반사시키는 콜레스테릭 액정 시트로 이루어지는 편광 분리 소자, 및 반사된 제2편광 성분을 제1편광성분으로 변환해서 편광 분리 소자로 되돌리는 반사 부재를 구비하고, 상기 편광 변환 수단의 1/4 파장 필름인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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