JPH06337413A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】光源２１は面状導光体２４の側部から光が入射
されるように配置されているとともに、面状導光体２４
の光出射面側に偏光分離器２８が設置された照明装置
と、偏光分離器２８のさらに外側に配置された偏光軸回
転器３０と、偏光軸回転器３０のさらに外側に配置され
た液晶パネル３１とからなる。 【効果】視角方向が照明装置の位置に制約されない、光
の利用効率の高い液晶表示装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】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液晶表示方式を用いた液晶表示
素子の背後に設ける平面状照明装置、およびそれを用い
た直視型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示素子、特にカラー表示素
子を用いた液晶表示装置の技術進歩は目ざましく、ＣＲ
Ｔに劣らぬ表示品位のディスプレイが数多く見られるよ
うになった。

【０００３】数年前までは平面照明装置であるバックラ
イトを用いない反射型液晶表示素子が主流であったが、
現在は白黒表示においてもほとんどバックライトを用い
る透過型液晶表示素子に置き換わっている。また、ノー
トパソコンが普及段階に入り、バックライト搭載型が市
場を席巻するに至った。カラー表示液晶ディスプレイで
は、バックライトな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液晶表示装置において必須
のデバイスとなっている。

【０００４】カラー液晶表示装置は、大別してＴＦＴを
用いたアクティブマトリクス駆動によるＴＮ液晶表示装
置とマルチプレックス駆動のＳＴＮ液晶表示装置との２
方式があり、いずれも液晶層をガラス基板で保持した素
子の光入射側および光出射側に偏光板が装着された構成
となっていて、直線偏光入射光の偏光状態を変調して液
晶表示方式を行うものである。

【０００５】しかしながら、液晶表示素子入射光の偏光
方向は不揃いでランダム偏光であるため、ＴＮ型および
ＳＴＮ型いずれの液晶素子の場合も表示素子の入射側に
装着された偏光板により入射光のうち半分以上が吸収さ
れてしまい光利用効率が低く、結果的に暗い表示画面と
なってしまった。あるいは、明るくするためには電力消
費量が増加してしまうといった問題があった。

【０００６】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、特にカラーノートパソコ
ンでは要求輝度だけでなく薄型化・軽量化・省電力化
（バッテリー駆動が前提）は至上命題である。

【０００７】平面照明装置を作るには種々の方式がある
が、大別して２種に分類される。一般的に最も多い方式
は内部照光方式あるいは直下型といわれる方式で、光源
が照光面の内側にある方式である。一方、エッジライト
型は光源が照光面の外に配置され、照光面である透明な
アクリル樹脂板などからなる導光体の一辺もしくは二辺
に蛍光ランプ（多くは冷陰極放電管）等の例えば略線状
発光体を密着させ、反射体からなるランプカバーを設け
て導光体内に光を導入する方式である。カラーノートパ
ソコンでは特に薄型化・軽量化が要求されるため、エッ
ジライト型バックライトが有効である。エッジライト型
バックライトの導光体に求められる必要な機能は、端部
より入射した光を前方に送る機能と、送られた光を液晶
表示素子側に出射する機能である。前者の機能は使用す
る材料および界面反射特性に応じて決まり、後者の機能
は全反射条件を回避する導光体表面の形状に応じて決ま
る。この全反射条件を回避する導光体表面の形状に関し
て、導光体表面に白色の拡散材を形成する方法と導光体
表面にレンチキュラーあるいはプリズムのフレネル形状
を形成する方法が知られている。

【０００８】一方、透過型プロジェクターに液晶表示装
置をその光変調器として使う場合のように装置の奥行き
に対して許容度が大きい場合には、光源ランプの光利用
効率を向上するために、光源ランプと液晶表示装置と間
に無偏光光をお互いに直交する偏光光に分離する偏光分
離器を介在させ、一方の光は偏光分離器を直接出射さ
せ、他方の光は光源ランプに集束させて再び光源光とし
て、使用することが、提案されている（例えば特願平４
−１８４４２９号）。

【０００９】しかし、この方法を、直視型液晶表示装置
について単純に適用したのでは、直視型液晶表示装置の
持つ、薄型でコンパクトという特長を損なうことにな
り、好ましくない面がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記の欠
点を解決するために、偏光分離器として多層膜偏光板を
使用することを提案している（特願平４−２９８０２１
号など）。

【００１１】偏光分離器は特定方向の偏光軸を持った光
は透過しやすいが、特定方向に対して垂直な方向の偏光
軸を持った光に対しては反射しやすい特性を持たせてお
く。偏光分離器を反射された光は、偏光軸を９０°回転
させて再び偏光分離器に入射するようにすれば、偏光分
離器を透過する。その結果、偏光分離器を透過した光は
特定方向に偏った偏光を持った光となり、しかも特定方
向の光量は増大する。偏光分離器を透過してくる偏光軸
と、液晶パネルの偏光分離器側の偏光板の軸方向をほぼ
合わせておけば、偏光分離器から出射する光をほぼ１０
０％利用することが可能となり、光源からの光の利用効
率が高くなる。

【００１２】図３は偏光分離器を用いたエッジライト型
バックライトの代表的な例である。図で８は例えば干渉
膜を利用した偏光分離器を示している。この場合、特定
方向に偏った偏光軸方向は、線状光源である蛍光ランプ
１に対して垂直方向となる。なお、ここで、２はランプ
カバー、３は反射体、４は導光体、５はλ／４の位相差
板、６は反射面、７はレンチキュラーレンズ、９はプリ
ズムアレイ、１１は液晶パネル、１２は入射側偏光板、
１３は出射側偏光板である。

【００１３】偏光分離器としては他に、相対的に屈折率
が大きな透過性材料層と相対的に屈折率が小さな透過性
材料層を積層した構造の多層構造体や、均質な透光性材
料中に偏平な気泡層が層状にに分散されたような構造体
が考えられる。しかしこの場合でも、特定方向に偏った
偏光軸方向は、線状光源である蛍光ランプ１に対して垂
直方向となる。

【００１４】前述の例の欠点は偏光分離器から出て来る
光の偏光軸は、面状導光体の側部に配置された光源によ
って決められていた。例えば図３の時は、線状光源に対
して垂直方向に偏った方向に偏光した光が出る。故に液
晶パネルが利用する光の量を最大にするためには、液晶
パネルの偏光分離器側の偏光板の軸方向を、偏光分離器
から出射する光の偏光軸方向に合わせなければならなか
った。液晶パネルは視角にコントラストの高い方向、低
い方向があり、通常は液晶パネルを見る方向に最大にな
るように設計されている。この視角は偏光板等の角度に
よっても影響を受ける。照明装置によって液晶パネルの
偏光分離器側の偏光板の角度が制約を受けると、自由に
視角方向を決めることが出来ないという、素子設計上制
約を受ける問題があった。

【００１５】本発明は、従来技術の前述の欠点の解決を
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、光源と光源に近接配置さ
れた面状導光体とからなる照明装置であって、光源は面
状導光体の側部から光が入射されるように配置されてい
るとともに、面状導光体の光出射面側に偏光分離器が設
置された照明装置と、偏光分離器のさらに外側に配置さ
れた偏光軸回転器と、偏光軸回転器のさらに外側に配置
された液晶パネルとからなる液晶表示装置を提供するも
のである。

【００１７】一般に光の偏光軸を回転させるには、光が
複屈折を有する媒質を透過したり、旋光性を有する媒質
を透過したりすることにより行えることが知られてい
る。また、複屈折をもつ媒質が、多層に光学軸を回転さ
せながら重ね合されていても偏光軸は回転する。

【００１８】特に、直線偏光が複屈折を持つ物質に入射
すると、出射する光としては楕円偏光が得られる。楕円
率や楕円長軸方向は、複屈折媒質の複屈折の大きさや光
軸方向によって決定される。ところが、入射光波長λの
１／２の大きさの複屈折を持つ物質に直線偏光が入射す
ると、出射光は常に直線偏光となる。また、入射する直
線偏光の偏光軸方向に対して、λ／２の複屈折を持つ媒
質の進相軸方向がθ傾いていると、出射する直線偏光は
入射する直線偏光の偏光軸方向に対して２θ傾いて出射
する。

【００１９】この性質を利用すれば、任意の方向に偏光
している直線偏光の偏光軸を、ある特定な方向に直線偏
光のまま変換することが可能である。

【００２０】液晶表示装置に要求される波長領域は可視
光全てであり、λ／２板の複屈折の大きさの設定をどの
波長で行うかで特性が大きく異なる。通常はλ／２板と
しては軽さ・薄さ・コストなどの面から判断して、平板
状のフィルムを用いることが好ましい。可視光全てにλ
／２を満足するフイルムは有り得ない。よって５５０ｎ
ｍの波長でλ／２を満足するフイルムを一般的に用い
る。つまり複屈折が２７５ｎｍ近傍のフイルムである。

【００２１】光量最大が偏光軸回転器を進行する方向
は、偏光軸回転器の平板に対して垂直方向とは限らな
い。故に偏光軸回転器の複屈折の大きさλ／２は、光線
の軌跡での大きさを意味しているとする。つまりフィル
ムの複屈折の大きさの設定は、構成による光量最大の軌
跡などを考慮して最適に設計する必要がある。

【００２２】フィルムの材質としては、ＰＶＡ（ポリビ
ニルアルコール）、ＰＣ（ポリカーボネイト）、ＰＳ
（ポリスチレン）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチ
ル）などが用いられる。

【００２３】フィルムの複屈折性は一般に、一軸延伸す
ることにより一軸性屈折率楕円体がえられる。延伸軸方
向の屈折率と延伸軸垂直方向の屈折率の差が発生し、厚
み方向に複屈折が発生する。

【００２４】

【実施例】図１および図２を参照しながら、本発明の実
施例について説明する。

【００２５】照光面である透明なアクリル樹脂板導光体
２４の一辺に蛍光ランプ２１（冷陰極放電管）を密着さ
せ、反射体２３を含むランプカバー２２を設けて導光体
内に光を導入するエッジライト型バックライトを用い
た。

【００２６】蛍光ランプ２１としては、汎用のノートパ
ソコンの側面長（１２５ｍｍ）に対応した長さを有し、
管径が３ｍｍある２Ｗ冷陰極放電管を使用した。また、
ランプカバー２２としては、冷陰極放電管を包み込むよ
うな円筒形あるいは楕円筒形の反射鏡を、導光体２４と
しては、アクリル樹脂製の透光性導光板（ｎ＝１. ４
９）で大きさは１２８ｍｍ×２２５ｍｍ×２．８ｍｍの
ものを用いた。

【００２７】さらに、導光体２４の裏面および蛍光ラン
プ設置面に対向する導光体側面にλ／４位相差板２５を
設け、その上にＡｌ金属反射膜からなる反射面２６を形
成した。

【００２８】レンチキュラーレンズアレイ２７を用い、
凸部が偏光分離器２８に面するように配置した。レンチ
キュラーレンズアレイの厚さは２ｍｍでアレイのピッチ
は約３０μｍとした。レンチキュラーレンズアレイ２７
と導光体２４は同じ材質のアクリル樹脂を用いた。また
レンチキュラーレンズアレイ２７と導光体２４の間には
屈折率がアクリル樹脂と同じ１．４９の光学接着剤を用
いた。

【００２９】偏光分離器２８としては、均質なガラス基
板（ｎ＝１. ５２）の表面に、酸化チタニア（ＴｉＯ
₂ ：ｎ＝２．３５）を一層成膜し、導光体２３の光出射
面側に装着した。この偏光分離器のブリュースター角は
７２°となった。つまり７２°の入射角のＰ偏光に関し
ては、ほぼ１００％透過し反射はほとんど無いが、Ｓ偏
光は約１５％しか透過せず８５％が反射する。

【００３０】今回用いた偏光分離器から出射する光の偏
光は、線状光源に対して垂直方向に偏っている。

【００３１】また、プリズムアレイ２９として、断面形
状が頂角６５゜の２等辺三角形のプリズムアレイを用
い、頂角が偏光分離器２８に面するように配置した。プ
リズムアレイ板の厚さは２ｍｍでプリズムアレイのピッ
チは約３０μｍとした。これにより光量最大の進行方向
が、導光板に対して垂直方向の光量を、増大させること
が可能となった。

【００３２】さらにその外側に、λ／２の位相差板３０
を設置した。λ／２位相差板の進相軸方向は、光源垂直
方向に対してθ＝４５°すなわち図２のように傾けて設
置した。材質はＰＣ（ポリカーボネート）を用い、５５
０ｎｍの波長で測定したときのλ／２となる複屈折を有
した。なお、図２で、４１は蛍光ランプ、４２は導光
板、４３はλ／２板の進相軸方向、４４は入射側偏光板
偏光軸、４５は出射側偏光板偏光軸、４６は入射側のラ
ビング方向、４７は出射側のラビング方向である。

【００３３】液晶パネル３１は、複屈折を有するフイル
ムが２枚積層されたカラー表示のＴＦＴ液晶表示セルを
用いた。入射側偏光板３２としては、通常の光吸収型有
機偏光板を用いた。偏光軸はθ＝９０°である。出射側
偏光板３３も通常の光吸収型有機偏光板を用いた。偏光
軸はθ＝０°である。入射側のラビング方向はθ＝９０
°、出射側のラビング方向はθ＝０°である。

【００３４】偏光分離器から出て来る光は、光源に対し
て垂直方向の直線偏光が多いために、今回用いた入射側
の偏光板の偏光軸が９０度の時、液晶表示装置としての
輝度に対して、λ／２位相差板を４５度傾けて用いるこ
とにより約３倍の輝度アップがはかられ、光の利用効率
が上がった。

【００３５】さらに、前述の実施例の偏光分離器とλ／
２位相差板の役割を兼ね備えるものとして、それらに代
えて、ＰＣの位相差板にチタニアを１層製膜して用い
た。その干渉膜側を光源側に向けて、レンチキュラーレ
ンズとプリズムアレイの間に設置した。ＰＣの位相差板
は入射角約６０度の入射光に対して５５０ｎｍの波長で
測定したときに、λ／２となる複屈折を有した。これに
より前述の実施例とほぼ同様の結果が得られた。

【００３６】

【発明の効果】本発明により、視角方向が照明装置の位
置に制約されない、光の利用効率の高い液晶表示装置が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示した断面図

【図２】本発明の実施例の光学軸配置図

【図３】従来例を示した断面図

【符号の説明】

１：蛍光ランプ ２：ランプカバー ３：反射体 ４：導光体 ５：λ／４位相差板 ６：反射面 ７：レンチキュラーレンズアレイ ８：偏光分離器 ９：プリズムアレイ １１：液晶パネル １２：入射側偏光板 １３：出射側偏光板 ２１：蛍光ランプ ２２：ランプカバー ２３：反射体 ２４：導光体 ２５：λ／４位相差板 ２６：反射面 ２７：レンチキュラーレンズアレイ ２８：偏光分離器 ２９：プリズムアレイ ３０：λ／２位相差板 ３１：液晶パネル ３２：入射側偏光板 ３３：出射側偏光板 ４１：蛍光ランプ ４２：導光板 ４３：λ／２板の進相軸方向 ４４：入射側偏光板偏光軸 ４５：出射側偏光板偏光軸 ４６：入射側のラビング方向 ４７：出射側のラビング方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 哲郎 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町松原1160番 地 エイ・ジー・テクノロジー株式会社内 (72)発明者 中川 豊 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町松原1160番 地 エイ・ジー・テクノロジー株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と光源に近接配置された面状導光体と
   からなる照明装置であって、光源は面状導光体の側部か
   ら光が入射されるように配置されているとともに、面状
   導光体の光出射面側に偏光分離器が設置された照明装置
   と、偏光分離器のさらに外側に配置された偏光軸回転器
   と、偏光軸回転器のさらに外側に配置された液晶パネル
   とからなる液晶表示装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の偏光軸回転器は、略波長の
   ２分の１の複屈折を持った位相差板であり、位相差板の
   進相軸または遅相軸が、偏光分離器から出射する光の主
   要な偏光軸方向に対して、θ傾いて配置されている場合
   に、位相差板のさらに外側に、照明装置側の偏光板の偏
   光軸が偏光分離器から出射する光の主要な偏光軸方向に
   対して略２θ傾いているように液晶パネルが配置されて
   いることを特徴とする液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２記載の液晶表示装
   置において、偏光分離器が相対的に屈折率が大きな透過
   性材料層と相対的に屈折率が小さな透過性材料層を積層
   した構造の多層構造体であることを特徴とする液晶表示
   装置。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２記載の液晶表示装
   置において、偏光分離器が少なくとも１層の誘電体干渉
   膜を透明基板上に有するものであることを特徴とする液
   晶表示装置。