JPH09105929A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】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回
転器３０と、偏光回転器３０のさらに外側に配置された
液晶パネル３１とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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面状光源、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、２種に大別される。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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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の
間に無偏光光を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（例えば特開平４
−１８４４２９号）。

【００１１】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。

【００１２】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（特開平７−４９４９６号）。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】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１００％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。

【００１４】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。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。

【００１５】液晶パネルは視角によってコントラストの
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。

【００１６】前述の例の欠点を解決するため、発明者ら
は、偏光回転器をさらに使用することを提案している
（特開平６−３３７４１３号）。

【００１７】偏光分離器が少なくとも１層の誘電体干渉
膜透明な支持体である場合、透明な支持体が光学的に等
方性の場合には上記特開平６−３３７４１３号提案によ
ってほぼ上記問題点は解決されるけれども、透光性材料
が複屈折性材料の場合には必ずしも特開平６−３３７４
１３号によっては解決できなかった。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分
散されたような構造体が考えられる。この場合も、用い
られる材料が複屈折率性を示す場合には必ずしも特開平
６−３３７４１３号によっては解決できなかった。

【００１８】

【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、該光源からの光
を側面から入射するように配置した面状導光体と、該面
状導光体の光反射面側に設けた面状の偏光変換器と、前
記面状導光体の光出射面側に設けた偏光分離器と、該偏
光分離器の外側に設けた液晶パネルと、からなる液晶表
示装置において、前記偏光分離器の屈折率および前記偏
光変換器の位相差に基づき、前記液晶パネルを通して見
る光のコントラストが最も高くなるように、前記偏光分
離器および前記偏光変換器を配置して光の偏光軸方向を
設定したことを特徴とする液晶表示装置を提供する。

【００１９】好ましい実施例においては、偏光分離器と
液晶パネルとの間に偏光回転器を設け、前記偏光分離器
の位相差および前記偏光変換器の位相差に加え前記偏光
回転器の位相差に基づいて、前記光の偏光軸方向を設定
したことを特徴としている。

【００２０】さらに好ましい実施例においては、前記偏
光分離器は、少なくとも１層の誘電体干渉膜を有する複
屈折性を有する透明な支持体を備え、該支持体の進相軸
方向が、前記面状導光体の光出射方向とほぼ一致するか
又はほぼ直交の関係にあることを特徴としている。

【００２１】さらに別の好ましい実施例においては、前
記偏光変換器はλ／４位相差板からなり、前記偏光回転
器はλ／２位相差板からなり、前記偏光分離器の支持体
は一軸性の複屈折性を示す樹脂フィルムであることを特
徴としている。

【００２２】さらに別の好ましい実施例においては、前
記面状導光体の背面に前記λ／４位相差板からなる偏光
変換器を設け、該偏光変換器の背面に金属反射膜を形成
し、前記偏光分離器と前記λ／２位相差板からなる偏光
回転器との間に前記導光体に対する垂直方向の光量を増
大させるためのプリズムアレイを設け、前記液晶パネル
は、その両面に複屈折を有するフィルムを積層したカラ
ー表示のＴＦＴ液晶表示セルからなることを特徴として
いる。

【００２３】さらに別の好ましい実施例においては、前
記偏光分離器は、ポリカーボネートフィルムの両表面に
酸化チタンを積層して構成し、前記λ／２位相差板は、
ポリカーボネートからなり、その進相軸方向は、前記偏
光分離器の進相軸方向に対し４５°傾けて配置されたこ
とを特徴としている。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。

【００２４】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。

【００２５】それ故、偏光分離器が少なくとも１層の誘
電体干渉膜透明な支持体である場合や相対的に屈折率が
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分散されたような構造体であ
って、用いられる材料が複屈折率性を示す場合には偏光
回転器から出射する偏光の偏光軸が液晶パネルを見る方
向にコントラストが最も高くなるように、偏光変換器、
偏光回転器と共に偏光分離器に使用された材料の位相差
と複屈折性を示す透明な支持体の進相軸の方向がおのお
の選択されねばならない。それ故、偏光変換器と偏光回
転器のうちどちらかが省略可能の場合もあり得る。

【００２６】特に、偏光変換器として入射光波長λの１
／４の大きさの位相差を持ち、偏光回転器が入射光波長
λの１／２の大きさの位相差を持つ場合には、偏光分離
器が少なくとも１層の誘電体干渉膜を有する複屈折性を
示す透明な支持体であって、複屈折性を示す透明な支持
体の進相軸の方向が前記面状導光体の光出射方向とほぼ
一致するかほぼ直交の関係にあることが好ましい。

【００２７】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、通常は位相差板としては軽さ・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。可視光全てに位相差条件を満足するこ
とは出来ないので波長として５５０ｎｍの波長を一般的
に用いる。

【００２８】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得られる。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。

【００２９】

【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。

【００３０】照光面である透明なアクリル樹脂板導光体
２４の一辺（端部）２４ａ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。

【００３１】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。透光性導光板の裏面には光を液晶表示素
子側に取り出すための白点印刷を行った。

【００３２】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。

【００３３】偏光分離器２８としては、位相差７０ナノ
ミクロンのポリカーボネートフィルムの表面に、酸化チ
タン（ＴｉＯ₂ ：ｎ＝２．３５）を裏表二層成膜し、導
光体２４の光出射面側にその進相軸が冷陰極放電管の長
手方向と平行になるように装着した。

【００３４】今回用いた偏光分離器から出射する光の偏
光は、線状光源に対してほぼ垂直方向に偏っている。

【００３５】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２００μｍ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。

【００３６】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。材質はポリカーボネートを用い、５５０ｎｍ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（図１の
導光体２４）、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。また、４８は偏光分離器２８の支持体の進行軸方
向を示す。

【００３７】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。

【００３８】偏光分離器から出て来る光は光源に対して
ほぼ垂直方向の直線偏光であり、光の利用効率が上が
り、最適な液晶パネルを見る方向（図１の矢印Ｃ方向）
にコントラストが最も高くなるように出来た。

【００３９】本実施例では、反射面２６の裏面からλ／
２位相差板３０の表面（面状光源部）の厚みが６．５ｍ
ｍとなった。このように本発明によって装置の小型化を
達成することができる。面状光源部の厚みは１５ｍｍ以
内、好ましくは１０ｍｍ以内とすることができる。

【００４０】

【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。

【００４１】特に本発明では、光の利用効率を高めるた
めに偏光分離器を用いた液晶表示装置において、偏光分
離器が複屈折性を有する場合に、その屈折率を加味して
光の偏光軸方向を設定することにより、液晶パネルを通
した光のコントラストが見る方向に最高となるように構
成することができ、従って、偏光分離器の基板としてガ
ラス以外にも複屈折性をもたせた樹脂フィルムを用いる
ことができ、装置の軽量化が図られる。又、本発明で用
いる平面状照明装置或いは面状光源は極薄に形成するこ
とができ、液晶表示装置全体での薄型化をも達成するこ
とができる。

【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。

【符号の説明】

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 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 ４８：偏光分離器の支持体の進相軸方向

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源と、 該光源からの光を側面から入射するように配置した面状
   導光体と、 該面状導光体の光反射面側に設けた面状の偏光変換器
   と、 前記面状導光体の光出射面側に設けた偏光分離器と、 該偏光分離器の外側に設けた液晶パネルと、からなる液
   晶表示装置において、 前記偏光分離器の屈折率および前記偏光変換器の位相差
   に基づき、前記液晶パネルを通して見る光のコントラス
   トが最も高くなるように、前記偏光分離器および前記偏
   光変換器を配置して光の偏光軸方向を設定したことを特
   徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】偏光分離器と液晶パネルとの間に偏光回転
   器を設け、前記偏光分離器の位相差および前記偏光変換
   器の位相差に加え前記偏光回転器の位相差に基づいて、
   前記光の偏光軸方向を設定したことを特徴とする請求項
   １に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】前記偏光分離器は、少なくとも１層の誘電
   体干渉膜を有する複屈折性を有する透明な支持体を備
   え、 該支持体の進相軸方向が、前記面状導光体の光出射面と
   ほぼ一致するか又はほぼ直交の関係にあることを特徴と
   する請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】前記偏光変換器はλ／４位相差板からな
   り、前記偏光回転器はλ／２位相差板からなり、前記偏
   光分離器の支持体は一軸性の複屈折性を示す樹脂フィル
   ムであることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装
   置。
5. 【請求項５】前記面状導光体の背面に前記λ／４位相差
   板からなる偏光変換器を設け、 該偏光変換器の背面に金属反射膜を形成し、 前記偏光分離器と前記λ／２位相差板からなる偏光回転
   器との間に前記導光体に対する垂直方向の光量を増大さ
   せるためのプリズムアレイを設けたことを特徴とする請
   求項４に記載の液晶表示装置。
6. 【請求項６】前記偏光分離器は、ポリカーボネートフィ
   ルムの両表面に酸化チタンを積層して構成し、 前記λ／２位相差板は、ポリカーボネートからなり、そ
   の進相軸方向は、前記偏光分離器の進相軸方向に対し４
   ５°傾けて配置されたことを特徴とする請求項５に記載
   の液晶表示装置。