JPH0887011A - 表示装置 - Google Patents

表示装置

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JPH0887011A
JPH0887011A JP6222192A JP22219294A JPH0887011A JP H0887011 A JPH0887011 A JP H0887011A JP 6222192 A JP6222192 A JP 6222192A JP 22219294 A JP22219294 A JP 22219294A JP H0887011 A JPH0887011 A JP H0887011A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光利用効率の向上を可能とする表示装置を提
供することを目的とする。 【構成】 発光体と、直視型表示画面と、前記発光体か
らの光を直視型表示画面に導く導光体と、照明光を選択
的に２つの偏光成分に分離し、所望の偏光成分を透過せ
しめ、不所望の偏光成分を反射する偏光分離素子と、反
射された不所望の偏光成分を所望の偏光成分に変換し、
偏光分離素子に戻す変換・反射部材とを具備することを
特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、平面直視型表示装置、
特に液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電
力であるという特徴を有するため、広範な分野への利用
がなされている。現在最も多く採用されている液晶表示
装置の表示方式は、液晶を狭持したガラス基板の両側に
偏光板を設け、液晶の配向状態を電気的に制御すること
で入射した光の偏光状態を変化させることにより光の透
過、非透過すなわち明暗表示を行う方式である。液晶の
表示方式は非発光型であるため、画面輝度を確保し、良
好な画質を得るためには、照明装置を液晶表示パネル背
面に備え、背後から照明する必要がある。
【０００３】かかる照明装置では、図１５に示すよう
に、冷陰極管などの蛍光管発光体１０１からの白色光
を、直接またはリフレクタ１０２により反射した後、導
光板１０３に入射させる。導光板１０３内では光は全反
射を生じ、ほとんど減衰することなく反射を繰り返す
が、導光板１０３の下面には白色の印刷が施されており
（図中省略）、光が印刷面に入射した場合、拡散反射効
果により反射方向が変化して導光板１０３から照明方向
に出射する。
【０００４】導光板１０３の上部には、画面表示領域へ
の照度分布を均一化するための拡散板２０１、出射方向
を適正な角度に制御するためのプリズムシート１０９、
導光板１０３の下部には、白色の反射板１１４を備えて
いることが多い。このような照明装置を液晶パネルの下
部に備えることで、明るくコントラストの高い液晶表示
装置を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、発光体から
の光は一般には非偏光であるため、従来の照明装置から
出射した光は、液晶パネルの光入射側に設けられた偏光
板を透過する際に、偏光板の透過軸に一致しない約半分
の成分の光が吸収されてしまい、有効な照明光は照明装
置から照射される光の１／２以下となり、光利用効率が
低下するという問題があった。このため、十分に輝度の
高い液晶表示装置を実現するためには、光源の発光量を
増加させる必要があり、結果として消費電力の増大を招
いていた。
【０００６】この問題を解決する一手法として、光源光
を二つの直交する直線偏光に分割し、一方の偏光成分を
所望する偏光成分に変換した後、偏光板に入射させる方
法が提案されている（例えば特開平２−６４６１３
号）。しかし、これら従来より提案されている手法は、
偏光変換を行うために原理的に３次元的に広い空間が新
たに必要となるため、投射型液晶表示装置など平面性を
さほど必要としない液晶表示装置では可能であるが、直
視型液晶表示装置においては液晶表示装置の薄型、軽量
と言った特徴が失われてしまうという欠点があった。本
発明は、かかる事情に鑑みなされ、直視型表示装置の薄
型、軽量を維持しつつ、光利用効率の向上を可能とする
表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、発光体と、直視型表示画面と、前記発光
体からの光を直視型表示画面に導く導光体と、照明光を
選択的に２つの偏光成分に分離し、所望の偏光成分を透
過せしめ、不所望の偏光成分を反射する偏光分離素子
と、反射された不所望の偏光成分を所望の偏光成分に変
換し、偏光分離素子に戻す変換・反射部材とを具備する
ことを特徴とする表示装置を提供する。
【０００８】より具体的には、本発明の表示装置は、表
示画面、蛍光管などからなる発光体、均一な発光輝度を
得るための導光体、表示画面の照明光として利用されな
い光を反射して再び有効な照明光とするために形成され
た反射面、境界面での反射、透過により偏光成分を分離
するための偏光分離素子を具備する。偏光分離素子は、
光の入射角が斜めとなるような境界面に設けられた誘電
体多層膜干渉面からなる偏光ビームスプリッター（以下
ＰＢＳと略記）であるか、又は入射側傾斜面がブリュー
スター角に設定された境界面とすることが出来る。
【０００９】偏光分離素子の具体的構成としては、照明
領域全面に多数並列配置された他部品とは別体からなる
偏光ビームスプリッター、同様に照明部全面に設けられ
たプリズムシートのプリズム面に多層コートすることに
よってＰＢＳ作用を有するプリズムシート、発光体と導
光体との間に設けられたＰＢＳ柱状体、発光体から導光
体に光を入射させる際に光の入射角を制御するための導
光制御体の斜面に多層コートすることによってＰＢＳ作
用を有する導光制御体、及び照明光としての出射角度が
ブリュースター角度近傍となるような導光体のいずれか
を採用することが出来る。あるいは、これらの手段の複
数を兼ね備えたものとしてて構成することが出来る。
【００１０】偏光変換素子の材質としては、ガラスの
他、プラスチックとしてポリカーボネート（ＰＣ）、ポ
リメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、スチレンアクリ
ロニトリル、ポリスチレン、メチルメタクリレート、シ
クロヘキシルメタクリレート、アリルジグライコールカ
ーボネート、ＣＲ３９などが利用できる。
【００１１】偏光変換素子は、照明部全面もしくは発光
体もしくはその両方に設けられた偏光分離素子と反射対
の間に設けられた拡散体、もしくは複屈折位相差フィル
ムもしくはその組み合わせにより構成することが出来
る。また、複屈折位相差フィルムは、光の入射角に対し
て１回透過の場合は１／２波長フィルム、反射を含む２
回透過の場合は１／４波長フィルムとなるような特性を
持つものを用いることが出来る。
【００１２】照明装置から照明光として出射された偏光
光を、液晶パネルの入射側偏光板の透過軸方向に一致さ
せて最大透過率を得られるような条件とするためには、
１／２波長フィルムを入射側偏光板と光出射面の間に、
その進相軸方向が出射偏光方向と偏光板透過軸の成す角
度を１／２に分割するような方向として挿入するか、又
は上記した照明部全面に設けられたＰＢＳシートを画面
枠に対して斜め方向に設置して直接出射した偏光光が偏
光板透過軸方向に一致するようにする。また、液晶パネ
ルの入射側偏光板は必ずしも具備されていなくても良
い。
【００１３】偏光変換素子として１／４波長フィルムを
用いる場合、その進相軸を入射してくる偏光方向に対し
４５°方向を成すようにして、直線偏光が円偏光に変換
されるようにするのが望ましい。
【００１４】そのほか、本発明の表示装置を構成する光
学部品のうち導光体は、透明平板状で平行平板型、くさ
び型どちらの形状をしていてもよく、導光板の下部には
白色の印刷またはくさび状または球状の凹凸が照度分布
を均一化するように配置されてもよい。反射体は、光沢
性のある白色反射板またはＡｌなどの鏡面が望ましい。
鏡面を用いる場合、表面に凹凸をつけて拡散反射性、も
しくは特定方向に強い反射特性を持たせても良い。拡散
板、プリズムシートは照明光の出射方向を均一化、もし
くは集光化する目的で具備しても良いが、本発明の効果
を得るために必ずしも必要不可欠ではない。
【００１５】
【作用】本発明の表示装置では、発光体から出射した光
は導光体に入射し、反射屈折を繰り返した後、表示画面
への照明光として出射する。この際、偏光分離素子によ
り所望する偏光光のみが照明光として出射するが、不所
望の偏光光は偏光分離素子により吸収されることなく導
光体側に戻される。この偏光光は、拡散体による非偏光
光化されるか、又は複屈折位相差フィルムにより所望の
偏光成分に変換され、再び照明光として出射する。この
ため、従来、液晶パネルの入射側偏光板で吸収され、照
明光として利用されなかった光成分が、照明光として有
効に利用される。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の種々の実施例を示し、本発明
をより詳細に説明する。なお、以下の実施例では、液晶
動作モードとして偏光板を利用するＴＮモードもしくは
ＳＴＮモードを用いた透過型液晶パネルを背面から照明
する場合について説明する。
【００１７】図１は、本発明の第１の実施例に係る表示
装置の構成を説明する、横向きから見た断面図である。
図１に示す表示装置では、発光体として冷陰極蛍光管１
０１、背面に光を反射するリフレクタ１０２が設けられ
ており、蛍光管１０１から発せられた光は直接あるいは
リフレクタ１０２で反射され、導光板１０３に入射す
る。この光１０４は、非偏光光（図中Ｎで表示）であ
る。導光板１０３に入射した光１０４は、全反射を繰り
返した後、導光板１０３から出射し、ＰＢＳシート１０
５に入射する。
【００１８】ＰＢＳシート１０５は、シート面方向に対
してほぼ４５°をなす境界面をなしており、その面に光
学多層膜１０６が施されてている。この光学多層膜１０
６に対し入射面内に含まれる偏光成分で定義される直線
偏光光（図中Ｐ）１０７は、多層膜１０６との干渉効果
により透過し、プリズムシート１０９の集光作用により
集光される。一方、導光板１０３から出射する光のう
ち、直交する偏光成分光（図中Ｓ）１０８は、多層膜１
０６との干渉効果により反射される。プリズムシート１
０９にはプリズム面が溝状に形成されているが、このプ
リズム面１１０とＰＢＳシート１０５を透過した入射偏
光光１０７の関係は、入射光がプリズム面に対しＰ波と
なるように形成されていることが望ましい。
【００１９】また、図１に示すように多層膜面方向と画
面表示領域が平行となっている場合、プリズムシート１
０９を出射した光１０７の偏光方向は、一般的に液晶パ
ネルの入射側偏光板（図中省略）の透過軸に一致してい
ない。なぜなら、一般に液晶パネルの偏光板は視角を確
保するため、図４（ａ）に示すように、偏光板の透過軸
が表示領域の辺に対し４５°方向にとられるからであ
る。このプリズムシート１０９を透過して集光された光
は、第１の偏光変換素子である１／２波長フィルム１１
１に入射する。１／２波長フィルム１１１の進相軸は、
プリズムシート１０９を出射した偏光光の振動方向と液
晶パネルの入射側偏光板の透過軸のなす角度の１／２の
方向にほぼ一致している。１／２波長フィルム１１１
は、入射した偏光光と進相軸のなす角度に対し偏光光と
進相軸の方向に向かって２倍の角度回転させる作用を持
つので、この配置により、プリズムシート１０９を出射
した偏光光の振動方向は、液晶パネルの入射側偏光板の
透過軸に一致することとなり、偏光板でほとんど吸収さ
れることなく有効な照明光１１２として作用することと
なる。ただし、偏光板の透過軸方向が画面表示領域の辺
方向と平行な方向となっている場合などＰＢＳシート１
０５を出射したＰ波の方向が一致している場合は、１／
２波長フィルム１１１を省略できることはいうまでもな
い。
【００２０】一方、ＰＢＳシートの多層膜面１０６にお
いて反射されたＳ波１０８は、その偏光成分を変更する
ことなく多層膜面１０６で２回反射することにより、そ
の強度をほとんど減ずることなく入射してきた方向に再
度導光板に入射する。導光板に入射した光は、その入射
角度と導光板反射面のなす角度の関係によって再び全反
射を繰り返すか、導光板１０３を透過する。全反射した
光は、図中には示さないが、導光板１０３中で全反射を
繰り返すうちに偏光度が減少し、蛍光管から出射した光
と同様非偏光光となり、上記した作用によって再びＰＢ
Ｓシート１０５、プリズムシート１０９、１／２波長フ
ィルム１１１を経た後、一部の光成分が有効な照明光１
１２として利用される。
【００２１】導光板１０３を透過した光は、導光板１０
３の下部に設けられた第２の偏光変換素子である１／４
波長フィルム１１３に入射する。１／４波長フィルム１
１３はＰＢＳシート１０５において反射されたＳ波１０
８の振動方向に対し進相軸を４５°の方向に配置する。
この配置によって、１／４波長フィルム１１３に入射し
た直線偏光は円偏光に変換されるが、１／４波長フィル
ムの更に下部に密着して設けられた反射板１１４により
反射され、再度１／４波長フィルム１１３を透過する際
に入射した偏光の振動方向に対し直交する成分となって
出射することとなる。この偏光の振動方向は、ＰＢＳシ
ート１０５への入射時において透過可能なＰ波に相当す
るため、有効な照明光１１２として液晶パネルに入射す
ることとなる。
【００２２】このように、従来は液晶パネルの入射側偏
光板によって吸収され照明光として利用されていなかっ
た光成分を、本実施例の構成により入射側偏光板に吸収
されることなく有効な照明光として利用することができ
るため、光利用効率の向上した明るい液晶パネル用照明
装置を実現することができる。
【００２３】以上述べた本実施例において、偏光変換素
子である１／２、１／４波長フィルムは、中心波長とし
て可視域の任意の波長位置に設定できるが、望ましくは
最も比視感度が高い緑の波長領域に設定されるのがよ
い。更に、これら位相差フィルムのうち１／２波長フィ
ルム１１１は液晶パネルの入射側偏光板に、１／４波長
フィルムは反射板１１４にそれぞれ密着して張り合わせ
られていることが望ましい。反射板１１４は反射率の高
いＡｌ蒸着面など鏡面でも良く、ある程度拡散性を持た
せるために光沢処理を施した白色板を用いても良い。
【００２４】また、モアレの発生を防ぐため、ＰＢＳシ
ート、プリズムシートのピッチは、液晶パネルの画素配
列周期に対しモアレを生じないように全く同一ピッチと
するか、ピッチを細かくあるいは粗くして著しくピッチ
の異なる条件とするか、ピッチをランダム配列とする
か、もしくはプリズムシートと液晶パネルの間に空隙を
設けることが望ましい。更に、拡散透過効果をもつ拡散
板を照明分布の適正化、モアレ発生の防止の目的でプリ
ズムシート１０９の上面もしくはプリズムシート１０９
とＰＢＳシート１０５の間もしくはプリズムシート１０
５と導光板１０３の間もしくは導光板１０３と１／４波
長フィルム１１３の間に一枚、あるいは複数枚、挿入箇
所を組み合わせて挿入することも可能である。
【００２５】上述した表示装置のそれぞれの光学部品の
光学的配置と光の振動方向との関係及びその作用を図２
に示す。導光板１０３内で全反射を繰り返した光源光は
非偏光光（図中Ｎ）であるため、互いに直交するＰ成分
（図中Ｐと表示）とＳ成分（図中Ｓと表示）の両方の成
分をほぼ等しく有している。この光がＰＢＳシート２０
３に入射すると、Ｐ波は透過し、Ｓ波は反射される。透
過したＰ波は１／２波長フィルム２０４を透過するが、
波長フィルムの進相軸（図中Ｆと表示）がＰ方向に対し
て２２．５°方向となっているため、Ｐ波の回転角は進
相軸方向に４５°（１／√２（Ｐ＋Ｓ）と表示）とな
る。この方向は液晶パネルの入射側偏光板２０５の透過
軸（図中Ｔ）に一致しているため、ほとんど吸収される
ことなく透過し、すなわち照明光として利用される。
【００２６】一方、ＰＢＳシート２０３で反射されたＳ
成分光は、導光板１０３の下部に設けられた１／４波長
フィルム２０２に入射するが、１／４波長フィルム２０
２の進相軸（図中Ｆと表示）はＳ方向に対して４５°の
方向となっているため、透過光は円偏光（図中Ｃと表
示）となる。この円偏光は反射板２０１での反射によっ
てその回転方向が逆向きになるため、反射板２０１で反
射されて再度１／４波長フィルム２０２を透過した際に
は、振動方向がＰ方向となる。従って、この光成分は、
直接ＰＢＳシート２０３に入射して透過するＰ波と同成
分になるので、従来吸収されていたＳ偏光成分が照明光
として有効に利用されることになる。
【００２７】図３は、本発明の第２の実施例に係る表示
装置の構成を説明する図である。本実施例は、さきに説
明した第１の実施例における構成のうち、反射板２０１
の上部に設けられた第２の偏光変換素子である１／４波
長フィルム２０２を取り除き、ＰＢＳシート１０９と導
光板１０３の間に拡散シート３０１を挟み込んだ構造と
なっている。
【００２８】導光板１０３を出射した非偏光光（図中
Ｎ）３０２は、拡散シート３０１により画面表示領域の
照度分布が最適化されるよう適宜拡散された後、ＰＢＳ
シート１０５に入射する。ＰＢＳシートの多層膜面１０
６を透過するＰ波成分については第１の実施例と同様、
プリズムシート１０９による集光、１／２波長フィルム
１１１による導光の回転をうけ、有効な照明光として液
晶パネルに入射する。
【００２９】反射されたＳ波成分３０３は再度拡散シー
ト３０１に入射するが、拡散シートで透過またはわずか
に反射される際に拡散効果により非偏光光化（図中Ｎ、
３０４）される。従って、ＰＢＳシート１０６によって
反射されたＳ偏光成分３０３は、Ｐ波とＳ波の混合した
非偏光３０４に変換されるため、導光板１０３の下部も
しくは反射板１１４で反射され、再度ＰＢＳシート１０
６に入射すると、入射光に含まれたＰ波成分３０５が選
択的に透過され、照明光３０６として有効に利用される
ことになる。本実施例においても実施例１のように、位
相差フィルムの条件、反射板の特性、ＰＢＳシート、プ
リズムシートのピッチ、拡散板の導入の有無など、各種
の構成をとることが可能である。
【００３０】図４は、本発明の第３の実施例に係る表示
装置の構成を説明する図である。第１の実施例で述べた
ように、液晶パネルの偏光板透過軸は、視角確保の要請
から図４（ａ）に示すように、液晶表示領域の辺に対し
４５°方向に配置されている。図中では入射側偏光板の
透過軸を点線、出射側偏光板の透過軸を実線矢印で示し
た。このため、第１、第２の実施例においては、図４
（ｂ）に示すように、ＰＢＳシートの多層膜面の形成方
向１０６を画面表示領域の辺方向とした場合、１／２波
長フィルムによって透過Ｐ偏光光を入射側偏光板の透過
軸に一致するように４５°回転させている。
【００３１】これに対し、本実施例では、図４（ｃ）に
示すように、ＰＢＳシートの多層膜面の形成方向１０６
を画面表示領域の辺方向に対して４５°の方向に配置し
た。このような構造を取ることで、ＰＢＳシートを透過
したＰ波は、１／２波長フィルムによって偏光変換を受
けずとも偏光板の透過軸方向に一致するので、第１、第
２の実施例における１／２波長フィルムを省略すること
が可能となり、それによってコストを低減することが出
来る。また、偏光変換素子の波長分散によって生ずるホ
ワイトバランスの劣化も無くなる。更に、ＰＢＳシート
の方向は液晶パネルの画素配列方向に対しても４５°方
向となるので、二つの周期構造配列の干渉効果によって
生ずるモアレの発生は、視認されにくい高周波成分とな
り、表示画像劣化を抑制する効果も得られる。
【００３２】図５は、本発明の第４の実施例に係る表示
装置の構成を説明する図である。本実施例では、プリズ
ムシート１０９のプリズム境界面５０１に多層反射膜を
施し、プリズムシート１０９に本来の機能である集光作
用と第１、第２の実施例におけるＰＢＳシートのような
偏光分離素子の機能とをあわせ持たせたことを特徴とし
ている。
【００３３】導光板を出射した非偏光光５０２は、プリ
ズムシート１０９に入射し、多層膜との干渉効果により
Ｐ波５０３は透過し、不所望のＳ波５０４は反射され
る。透過したＰ波５０３はプリズムの集光作用により最
適な方向に照明光として出射され、更に１／２波長フィ
ルム１１１によって所望する偏光方向に変換される。反
射されたＳ波５０４は、多層膜面での２回の反射によっ
て導光板１０３へ再入射する。以降、第１の実施例のよ
うに、１／４波長フィルム１１３、反射板１１４により
Ｐ偏光光５０５に変換され、プリズムシート１０９を透
過して照明光として利用される。
【００３４】このように、本実施例によると、プリズム
シートに偏光分離作用を持たせることで部品数を増加さ
せることがなく、また表示装置の厚みを増加させること
もなく、薄い表示装置を実現できる。なお、本実施例に
おいても第２の実施例と組み合わせて１／４波長フィル
ム１１３を取り除き、拡散板２０１を付加することが可
能なのは言うまでもない。
【００３５】図６は、本発明の第５の実施例に係る表示
装置の構成を説明する図である。本実施例においては、
蛍光管１０１から導光板１０３に入射する光路間にＰＢ
Ｓ柱状体６０１が配置されている。ＰＢＳ柱状体６０１
の下面には反射鏡６０３がＡｌ蒸着などにより形成され
ており、光入射面である蛍光管側には１／４波長フィル
ム６０４が配置されている。液晶パネル照明領域の構成
は、下から反射板１１４、導光板１０３、プリズムシー
ト１０９、１／２波長フィルム１１１からなっている。
【００３６】蛍光管１０１から出射した非偏光光６０５
は、１／４波長フィルム６０４を透過するが非偏光光で
あるため偏光変換作用は受けない。ＰＢＳ柱状体６０１
に入射した光は、多層膜干渉面６０２においてＰ波６０
６は透過し導光板１０３に入射するが。Ｓ波６０７は反
射される。透過したＰ波６０６は、導光板１０３での全
反射、プリズムシート１０９での集光、１／２波長フィ
ルム１１１での偏光回転を受け、照明光として利用され
る。これらの部品内、部品間での反射はほぼ鏡面反射な
ので、Ｐ偏光光はその偏光度をほとんど減ずること無く
偏光光のまま有効に利用される。
【００３７】一方、反射されたＳ波６０７は、鏡面６０
３により反射され、再度多層膜干渉面６０２で反射さ
れ、蛍光管側へ出射する。この際、１／４波長フィルム
６０４を通過時にＳ成分の直線偏光から円偏光へ変換さ
れるが、蛍光管１０１の管面、リフレクタ１０２により
反射されて再び１／４波長フィルム６０４を透過する際
にＰ波６０９に変換されるため、今度はＰＢＳ６０１を
透過して導光板１０３に入射し、直接導光板に入射した
Ｐ波６０６と同様照明光として利用されることとなる。
従って、本実施例における構成で光利用効率を向上させ
ることが可能である。
【００３８】また、本実施例と第１〜４の実施例を組み
合わせた構成をとることも可能である。この際、ＰＢＳ
柱状体６０１から出射する偏光成分とＰＢＳシート、ま
たは偏光分離機能付きプリズムシートの透過光偏光成分
が対応するような配置となるようにする必要があるのは
言うまでもない。
【００３９】図７（ａ）は、本発明の第６の実施例に係
る表示装置の構成を示した図である。本実施例における
構成は、図６における第５の実施例の構成に加え、ＰＢ
Ｓ柱状体６０１と導光板１０３の間に１／２波長フィル
ム７０１を挟持したことを特徴としている。ＰＢＳ柱状
体６０１を出射したＰ波６０９は、導光板１０３に入射
する際に進相軸がＰ波６０９に対して４５°方向となっ
た１／２波長フィルム７０１によってＳ波７０２に変換
される。また、同様に図示はしないが進相軸をθ方向に
とればＰ波とＳ波の両成分を含んだ２θ方向の直線偏光
が、１／４波長フィルムを代わりに挿入すれば楕円偏光
または円偏光が得られる。
【００４０】このように、ＰＢＳ柱状体６０１と導光板
１０３との間に偏光変換素子である１／２波長フィルム
もしくは１／４波長フィルムを挿入することで、任意の
偏光成分をもった光を導光板内に入射させることがで
き、プリズムシート１０９に入射する光の偏光状態を自
由に設計、最適化することができる。
【００４１】また、本実施例は、図７（ｂ）に示すよう
に、画面表示領域の長辺方向、短辺方向のそれぞれに蛍
光管を設けた場合、またはＬ字型蛍光管を使用した場合
は、導光板に入射させる偏光方向を互いに直交させなく
てはならないので、一方をＰＢＳ柱状体６０１を出射後
に偏光変換可能な本実施例、他方を本実施例もしくは図
６における第５の実施例とする必要がある。
【００４２】図８は、本発明の第７の実施例に係る表示
装置の構成を示した図である。この実施例は、図６に示
す第５の実施例に対し、ＰＢＳ６０１とリフレクタ１０
２間にある１／４波長フィルム６０４の位置を蛍光管１
０１、リフレクタ１０２の表面に変更したことを特徴と
する。このような配置をとることで、第５の実施例と同
一の効果が得られるだけでなく、１／４波長フィルム６
０４が反射面に密着しているために、光が入射、反射時
の２回、１／４波長フィルム６０４内を通る際、透過領
域はほぼ同じ部分となる。従って、１／４波長フィルム
６０４の特性を各部位毎に最適化することで偏光変換効
率を向上させることが可能である。
【００４３】図９は、本発明の第８の実施例に係る表示
装置の構成を示した図である。本実施例においては図６
における第５の実施例と比較してＰＢＳ６０１の多層膜
干渉面６０２を図に示すように２面設けた。この構成と
することで、第５の実施例と比較した場合反射されて蛍
光管側に再入射するＳ波６０７の反射回数を１回減らす
ことができ、反射時の光強度の減少を抑えることが可能
となる。
【００４４】図１０（ａ）、（ｂ）は本発明の第９の実
施例に係る表示装置の構成を示す図である。本実施例に
おいては、蛍光管１０１から導光板１０３に入射する光
路間に、導光板１０３に入射する光の入射角度分布を適
正に制御する導光制御体１００１が配置されている。こ
の導光制御体１００１は、光出射面１００３に偏光分離
機能を有する多層膜干渉面、上下部に鏡面１００４を具
備している。
【００４５】図１０（ａ）は凸型の導光制御体、図１０
（ｂ）は凹型の導光制御体を使用した実施例である。導
光制御体１００１は、図１１（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、光源からの光を導光板１０３に入射する際の入射角
度分布１００２を全反射の生じる適正な角度分布に制御
する機能を有する。入射角度分布は、導光制御体１００
１の屈折率と光出射面１００３の角度により決定され
る。
【００４６】本実施例では、光出射面１００３に多層膜
干渉面を設けることで、反射されたＳ波６０７は反射鏡
面１００４で反射した後、実施例５と同様に１／４波長
フィルム６０４の２回透過によりＰ波６０６に変換され
導光板に入射する。ここで、多層膜干渉面は、本来の導
光制御体の機能である光出射方向の制御については寄与
しないため、一つの導光制御体に導光制御機能と偏光分
離機能を合わせ持たせることが可能である。
【００４７】このように、本実施例の構成をとること
で、導光制御機能と偏光変換機能を従来の構成に比べ部
材や装置の増大化を招くことなく有することが可能とな
る。また、本実施例において、１／４波長フィルム６０
４の位置を図１０（ａ）、（ｂ）の位置から反射面１０
０４の間に挿入しても同様の効果を得ることができる。
この場合、多層膜干渉面１００３から反射面１００４に
入射する光は斜入射となるのでこれら斜入射成分光に対
して１／４波長フィルムとなるようにリタデーションを
最適化する必要がある。
【００４８】図１２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１０
の実施例に係る表示装置の構成を説明する図である。本
実施例では、光入射側に斜入射面を設けて導光板への入
射角を制御する方式の導光制御体１００１に偏光分離機
能を持たせたことを特徴としている。本実施例では、斜
入射面１００３に光源側から１／４波長フィルム６０
４、保護層、多層膜干渉面を順次形成した。
【００４９】この構成における作用とその効果は第９の
実施例と同様であるが、偏光分離機能を持つ多層膜干渉
面と偏光変換機能を持つ１／４波長フィルムが殆ど接し
ているため、反射されたＳ波を効率よく円偏光化するこ
とが可能となる。また、１／４波長フィルム６０４と蛍
光管１０１、リフレクタ１０２で反射する距離を近くす
ることができるので、反射による光強度の減少を抑える
ことができる。
【００５０】以上述べた本発明の第６〜第１０の実施例
の構成についても、第５の実施例と同様第１〜第４の実
施例と組み合わせて使用することが可能である。図１３
は本発明の第１１の実施例に係る表示装置の構成を説明
する図である。本実施例の特徴は、導光板１０３の下部
に、断面鋸刃状の凹部１２０１を設けたことを特徴とし
ている。本実施例における偏光分離の原理は、ブリュー
スター角θB ＝tan -1（ｎ2 ／ｎ1 ）（ｎ1 ：入射側媒
質屈折率、ｎ2 ：出射側媒質屈折率）で表される角度で
の境界面での屈折、反射を利用したものである。
【００５１】蛍光管１０１を出射した光１２０２は非偏
光光であり、導光板１０３に入射し全反射を繰り返す。
この光が導光板１２０２の下部に設けられた凹部１２０
１に入射すると、境界面への入射角が全反射領域から外
れるため、導光板１０３から出射してプリズムシート１
０９により適正な角度に出射角度を制御された後、１／
２波長フィルム１１１を透過し、照明光となる。このと
き、凹部の角度と光の入射角の関係を適正に制御するこ
とで偏光分離を行うことができる。以下、この部分につ
いて詳述する。
【００５２】図１４は、図１３における導光体１０３と
下部に設けられた凹部１２０１を拡大して示した図であ
る。非偏光光１３０１が導光板底面に対しαの角度で入
射する場合を考える。このとき、凹部の光反射境界面１
３０６に対する入射角度がθＢを成していれば、Ｓ波成
分のうち約１５％が反射されるが、Ｐ波成分はほぼすべ
て透過する。反射されたＳ波１３０２は、導光板１０３
の上部境界面に対する入射角度が全反射とならない角度
条件となるので、導光板を出射し、偏光照明光として利
用される。
【００５３】一方、光反射境界面１３０６を透過する約
８５％のＳ波成分とＰ波成分のすべて１３０３は、一旦
導光板を出射するが、直接または反射板１１４で反射し
た後境界面１３０７に再入射し、隣接する凹部の光反射
境界面で偏光選択反射を受けるか、導光板底面または上
面で全反射を繰り返すこととなる。全反射となる場合
は、偏光方向に対し斜め反射を繰り返すことでＰ波成分
からＳ波成分への変換が適宜生じる。また、反射による
偏光の変換が十分に行われない場合は、境界面１３０７
にλ／２フィルムを設けて偏光を回転させるか、弱い拡
散面として非偏光光化しても良い。このように、導光板
底面に最適な角度成分の凹部を設けることで、偏光度の
高い照明光を効率よく取り出すことが可能となる。
【００５４】導光板材料としてポリメチルメタクリレー
ト（ＰＭＭＡ）を利用した場合、屈折率は約１．５であ
るので、光出射側を空気（屈折率１．０）とすると、全
反射を繰り返す光１３０１の入射角度αの範囲は０°＜
α＜４８．２°である。従って、この範囲にある光の一
成分が境界面１３０６とブリュースター角θＢの関係を
成すためには、凹部の境界面１３０６と導光板下部平面
部の成す角度θを１４．３°＜θ＜５６．３°、望まし
くは２６．３°＜θ＜３６．３°の領域に設定すれば良
い。
【００５５】また、ポリカーボネート（ＰＣ）を導光板
材料として選択した場合は、屈折率が約１．６となるの
で、０°＜α＜５１．３°の条件から、１６．０°＜θ
＜５８．０°、望ましくは２８．０°＜θ＜３８．０°
とするのが良い。光出射面を含む凹部をこの角度範囲に
選び、凹部のへこみの高さを最適化することで、照明領
域全面にわたって均一な照度、偏光度を持つ照明光を得
ることが可能である。
【００５６】なお、本実施例は、第１〜４の実施例のい
ずれか、若しくは第５〜１０の実施例のいずれかと組み
合わせて、又は第１〜４の実施例のいずれか及び第５〜
１０の実施例のいずれかを適宜組み合わせて適用するこ
とが可能である。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発光体から出射した光のうち所望する偏光光を照明光と
して出射させるとともに、不所望の偏光光は偏光分離素
子により吸収されることなく導光体側に戻され、非偏光
光化されるか、又は所望の偏光成分に変換されて、再び
偏光分離素子に入射される。このため、従来、液晶パネ
ルの入射側偏光板で吸収され、照明光として利用されな
かった光成分が、照明光として有効に利用され、従っ
て、偏光光を利用する平面型液晶表示装置として従来よ
りも光利用効率の高い表示装置を実現することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る表示装置の構成を
説明する図。
【図２】本発明の第１の実施例の原理を説明する図。
【図３】本発明の第２の実施例に係る表示装置の構成を
説明する図。
【図４】液晶パネルの偏光板の透過軸、及び第１、第２
及び第３の実施例を説明する図。
【図５】本発明の第４の実施例に係る表示装置の構成を
説明する図。
【図６】本発明の第５の実施例に係る表示装置の構成を
説明する図。
【図７】本発明の第６の実施例に係る表示装置の構成を
説明する図。
【図８】本発明の第７の実施例に係る表示装置の構成を
説明する図。
【図９】本発明の第８の実施例に係る表示装置の構成を
説明する図。
【図１０】本発明の第９の実施例に係る表示装置の構成
を説明する図。
【図１１】本発明の第９の実施例に係る表示装置の作用
を説明する図。
【図１２】本発明の第１０の実施例に係る表示装置の構
成を説明する図。
【図１３】本発明の第１１の実施例に係る表示装置の構
成を説明する図。
【図１４】本発明の第１１の実施例に係る表示装置の原
理を説明する図。
【図１５】従来の表示装置の構成を説明する図。
【符号の説明】
１０１…蛍光管、１０２…リフレクタ、１０３…導光
板、１２０１…凸部、１４０１…凹部、１０５，２０
３、…ＰＢＳシート、１０６，６０２…多層膜、１０９
…プリズムシート、１１０，５０１、…プリズム面、１
１１，２０４，７０１…１／２波長フィルム、１１３，
２０２，６０４…１／４波長フィルム、１１４，２０１
…反射板、２０５…入射側偏光板、３０１…拡散シー
ト、６０１…ＰＢＳ、６０３，１００４…反射鏡、１０
０１…導光制御体、１００３，１３０６，１３０７…光
出射面、１０４，３０２，３０４，５０２，６０５，１
２０２，１３０１…非偏光光、１０７，３０５，５０
３，５０５，６０６，６０９…偏光光（Ｐ波）、１０
８，３０３，５０４，６０７，７０２…偏光光（Ｓ
波）、１１２，３０６，１３０２…照明光、１３０３…
部分偏光

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発光体と、直視型表示画面と、前記発光
    体からの光を直視型表示画面に導く導光体と、照明光を
    選択的に２つの偏光成分に分離し、所望の偏光成分を透
    過せしめ、不所望の偏光成分を反射する偏光分離素子
    と、反射された不所望の偏光成分を所望の偏光成分に変
    換し、偏光分離素子に戻す変換・反射部材とを具備する
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 【請求項２】 前記偏光分離素子は、前記導光体の表示
    装置側に配置されたシ−ト状偏光ビ−ムスプリッタ−で
    あり、前記変換・反射部材は、前記導光体の表示装置側
    又は反対側に配置された偏光変換素子と、前記導光体の
    表示装置とは反対側に配置された反射板とを具備するこ
    とを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
  3. 【請求項３】 前記偏光分離素子は、前記発光体と前記
    導光体との間に配置された柱状偏光ビ−ムスプリッタ−
    であり、前記変換・反射部材は、前記発光体と前記柱状
    偏光ビ−ムスプリッタ−との間に配置された偏光変換素
    子と、前記柱状偏光ビ−ムスプリッタ−の光路と平行面
    に形成された反射鏡とを具備することを特徴とする請求
    項１に記載の表示装置。
  4. 【請求項４】 前記変換・反射部材は、前記導光体の前
    記表示装置とは反対側の面に形成された、入射側に傾斜
    面を有する凹凸面であり、前記凹凸面の入射側傾斜面
    は、入射光の入射角が下記の式で表されるブリュースタ
    ー角又はその近傍となるような傾斜角度を有することを
    特徴とする請求項１に記載の表示装置。 θB ＝tan -1（ｎ2 ／ｎ1 ） （式中、ｎ1 は入射側媒質屈折率、ｎ2 は出射側媒質屈
    折率である。）
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