JPH09152604A

JPH09152604A - 面状発光装置

Info

Publication number: JPH09152604A
Application number: JP7312459A
Authority: JP
Inventors: Takenobu Hatasawa; 剛信畠澤
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-10
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: JP3530291B2

Abstract

(57)【要約】【課題】偏光分離の精度を高め、光を有効に利用する
ことにより、輝度が高く、しかも画質感に優れた面状発
光装置を提供する。【解決手段】屈折率が互いに異なる二つの媒質が隣接し
てなる導光板と、この導光板の入射面近傍に配置された
線状の光源と、この導光板の入射面とは反対側の端面近
傍に配置された１／４波長板と、この１／４波長板の外
側に配置された第１の反射板と、導光板の出射面とは反
対の面近傍に配置された第２の反射板とを備え、導光板
を構成する一方の媒質が薄膜状のチップからなり、この
チップが入射光の進行方向に対して傾斜した状態で、も
う一方の媒質中に均一に分散されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無偏光の光を光源
とする面状発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータやワードプロセ
ッサなどのディスプレイには、液晶ディスプレイ装置が
用いられている。この種の装置では、バックライトの出
射光を光拡散シートやプリズムシート等によって拡散・
集光することにより、画面を見る人にとって非常に明る
く、見やすいように設計がなされている。

【０００３】しかし、実際には、導光板や液晶セルを通
過する際に光の吸収があるため、バックライトの光と画
面を通して見る光とでは、大きな差が生じている。特
に、導光板を通過する際には、Ｐ偏光、Ｓ偏光のうち一
方だけが透過し、もう一方は吸収されるため、５０％以
上の光が損失する。そこで、従来ではこの導光板による
吸収を削減する工夫がなされている。

【０００４】例えば、特開平７−６４０８５号公報に
は、プリズムアレイの凹凸面に誘電体干渉膜を１層以上
積層し、プリズムアレイと誘電体干渉膜との界面、また
は積層された誘電体干渉膜間の界面でＳ偏光とＰ偏光に
分離し、一方の偏光を透過させ、もう一方の偏光を全反
射を繰り返す構成とすることによって、再び光拡散シー
ト、または導光板のドット印刷に当たるようにし、そし
て、この光拡散シート、またはドット印刷に当たった光
は拡散され、偏光は無偏光に変換され再利用される構成
のものが開示されている。この技術では、Ｓ偏光やＰ偏
光の分離は完全ではないものの、一方の偏光が多く出射
されるように工夫されており、これにより導光板を通過
する光を多くすることができるようになっている。

【０００５】また他の例として、特開平６−２７４２０
号公報には、入射光を偏光ビームスプリッタでＳ偏光と
Ｐ偏光に分離し、Ｓ偏光を１／２波長板に通してＰ偏光
に変換した後、コンデンサーレンズで元のＰ偏光と合成
し、凹面鏡で液晶セルに入射させる技術が開示されてい
る。

【０００６】このようにこれらの技術は、バックライト
の出射光が導光板を通過する際に、Ｐ偏光またはＳ偏光
のうち、一方の偏光のみを透過し、もう一方の偏光を吸
収する構成としたものである。そこで、予め導光板に入
射する光をＰ偏光またはＳ偏光に統一するか、もしくは
大部分を一方の偏光として、導光板に入射させることに
より高輝度化、低消費電力化が図られたものとなってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者の従来
技術では、プリズムアレイへの入射光がプリズムアレイ
に対して垂直に入射されることが前提であり、実際には
拡散シートを介した光は拡散光であるから、効率が悪
い。さらに、界面でのＰ偏光またはＳ偏光の分離は媒質
の屈折率差にもよるが、数％程度のＳ偏光を取り除いて
再利用するにすぎない。したがって、光の利用が、充分
なされていない。

【０００８】また、後者の従来技術では、Ｐ偏光または
Ｓ偏光の分離、及びＳ偏光をＰ偏光に変換して元のＰ偏
光と合成することはできるものの、凹面鏡とコンデンサ
レンズ間、凹面鏡と液晶セル間に距離が必要であるため
装置のコンパクト化を阻害する上、偏光ビームスプリッ
タやコンデンサレンズ等の高価な光学部品が必要となる
ためコスト高となる不具合がある。

【０００９】さらに、これらの従来技術では、光拡散シ
ートの凹凸による山や谷の部分を上面から観察すると線
状に見えるが、この線と液晶の画素ピッチによってモア
レと呼ばれる干渉現象を起こし、液晶ディスプレイを見
る際に画質の悪さを感じさせるといった問題もある。

【００１０】本発明はこれらの点に鑑みてなされたもの
で、高輝度であり、かつ、画質感に優れ、しかも構成の
簡単な面状発光装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の面状発光装置は、屈折率が互いに異なる
二つの媒質が隣接してなるとともに、一方の端面が入射
面とされており、かつ、この入射面と直交する面のうち
１つの面が出射面とされており、この入射面から入射し
た光を偏波面が互いに直交する第１，第２の偏光に分離
し、第１の偏光を上記出射面から出射させ、第２の偏光
を上記入射面とは反対側の端面側に向けて進行させる導
光板と、この導光板の入射面近傍に配置された線状の光
源と、上記導光板の入射面とは反対側の端面近傍に配置
され、第２の偏光の偏光面を９０度回転させるための１
／４波長板と、この１／４波長板の外側に配置され、こ
の１／４波長板を通過してきた第２の偏光を反射させる
ことにより、この１／４波長板を介して上記導光板にこ
の第２の偏光を入射させるための第１の反射板と、上記
導光板の出射面とは反対の面近傍に配置された第２の反
射板とを備えた面状発光装置であって、上記導光板を構
成する一方の媒質が薄膜状のチップからなり、このチッ
プが入射光の進行方向に対して傾斜した状態で、もう一
方の媒質中に均一に分散されていることによって特徴付
けられる。

【００１２】なお、このチップは、入射光の進行方向に
対して３０°〜６０°の傾斜角度で配置されるのが好ま
しく、４５°が最も好ましい。このように傾斜角度を３
０°〜６０°とする理由は、光源である例えば蛍光管な
どの線状の光源からの光は広がりをもつため、この自然
偏光のうちＳ偏光のみを反射するための角度、すなわ
ち、ブリュースタ角になる角度が１つに定まらないため
である。しかし、光源からの光が一番多く導光板に入射
する角度は入射面に垂直な方向であることを考慮すれ
ば、その光を出射面に垂直な方向に出射するためには、
傾斜角度を４５°とするのが最も好ましいといえる。

【００１３】

【作用】薄膜状のチップは、導光板内の各所でそれぞれ
最適な界面分布が形成される。したがって、偏光分離が
最適に行われる。

【００１４】これは、線状の光源からの光が一番多く導
光板に入射する角度は入射面に垂直な方向であり、この
光がチップに入射し、おおむねブリュースタ角となるも
う一方の媒質との界面でほぼＳ偏光のみとなる光を出射
面に垂直に出射し、残りのＳ偏光とＰ偏光は透過し、次
の界面で再びＳ偏光の一部を出射面に垂直に出射する。
これを繰り返し、入射面とは反対側の端面に到達すると
きはＰ偏光のみとなる。次に、Ｐ偏光が１／４波長板を
通過し、第１の反射板によって反射したＰ偏光が再び１
／４波長板を通過することによって、Ｐ偏光はＳ偏光に
変換される。このＳ偏光の一部が同様に出射面に垂直に
出射し、最終的には出射方向にはおおむね偏光の揃った
光が出射される。

【００１５】また、導光板には凹凸がなく、一様である
からモアレを起こすこともなく、画質感を損ねることが
ない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
好適な実施の形態について説明する。図１はその実施に
際して用いるのに適した面状発光装置の構成例を模式的
に示す縦断面図である。また、図２はその面状発光装置
の構成をなす導光板１０を示す模式図で、（ａ）はその
斜視図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は断面図である。

【００１７】この例において、導光板１０は、アクリル
系樹脂からなり、屈折率が互いに異なる二つの媒質３，
８からなり、一方の媒質は薄膜状のチップ８（屈折率＝
１．５３）からなり、このチップ８が入射光の進行方向
に対して４５°傾斜した状態で、もう一方の媒質３（屈
折率＝１．４９）中に均一に分散されている。また、媒
質３は可視光の照射によって硬化するものとなってい
る。

【００１８】さて、この導光板１０の一方の端面１０ａ
側には線状光源として蛍光管１が配設されており、この
蛍光管１はランプリフレクタ２に覆われている。また、
導光板１０のもう一方の端面１０ｂ側には、反射ミラー
６が配設され、この反射ミラー６ともう一方の端面１０
ｂとの間には１／４波長板５が配設されている。また、
この導光板１０の裏面１０ｃ近傍には下面ミラー７が、
また残りの側端面２面（図示せず）にもそれぞれ反射ミ
ラーが配設されている。

【００１９】また、上記したように、導光板１０の構成
において、媒質８を４５°の傾斜角で配置した場合、蛍
光管１からの光が入射面に垂直な方向であれば、光が一
番多く導光板１０内に入射されるとともに、光をディス
プレイの垂直方向に出射することが可能になる。これに
より、蛍光管１からの光が広がりをもった光であるた
め、ブリュースタ角とする角度が１つに定まらないこと
による不具合はない。

【００２０】以上の構成による面状発光装置の作用を図
３を参照しながら説明する。まず、図３（ａ）に示すよ
うに、蛍光管１からの自然偏光は導光板１０の入光面と
なる端面１０ａに垂直に入射される。この光はチップ８
に入射し、媒質３との界面で反射するとともに透過す
る。ここでは全体の数％程度の反射率である。これが式
（１）に示すブリュースタ角φであればＳ偏光のみを反
射する。このブリュースタ角φは媒質の屈折率に依る、
Ｓ偏光のみを反射する角度である。なお、式（１）にお
いて、ｎ_A，ｎ_Bはそれぞれ媒質Ａ，Ｂの屈折率であ
る。

【００２１】

【数１】

【００２２】次に、透過光はなおＳ偏光とＰ偏光の両方
を含む自然偏向光であるが、次の媒質８と媒質３との界
面で再びＳ偏光だけが数％分離される。これを繰り返し
てＳ偏光は出射面に垂直な方向に出射する。一方、透過
光は順次媒質８と媒質３との界面でＳ偏光を減少するの
で、最終的にはＰ偏光のみが残る。

【００２３】そして、図３（ｂ）に示すように、このＰ
偏光は１／４波長板５を透過した後、反射ミラー６によ
って反射し、その反射光は再び１／４波長板５を透過す
る。これにより、Ｐ偏光は１／２波長板を通過したこと
と同等となり、このＰ偏光はＳ偏光に変換される。こう
してＳ偏光に変換された光は、再び導光板１０に入射さ
れる。

【００２４】そして、図３（ｃ）に示すように、このＳ
偏光のみの光は、数％ずつ反射され、その反射光は下面
ミラー６で反射された後、出射面から出射される。この
ようにして、最終的には出射面から、おおむね偏向の揃
った光が出射され、面内の出射分布の均一性が実現され
る。しかも、本発明の実施の形態では、従来の技術にあ
るようなビームスプリッタやコンデンサーレンズ等の高
価な光学部品を用いる必要もない。また、従来の技術に
あるような、画質の悪さの原因であった干渉現象を起こ
すこともなく、したがって、画質感を損ねることもな
い。

【００２５】

【実施例】以下に実施例を２例、比較例を２例示し、こ
れらの評価方法及び評価結果を示す。（実施例１）〔１〕硬化用分散液の作製まず、媒質Ａとして可視光硬化型のアクリル系樹脂（屈
折率ｎ＝１．４９）を用意し、これに対して媒質Ｂとし
て、アクリル系樹脂（屈折率ｎ＝１．５３）を直径１．
５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのディスク状に成形したものを
用意した。

【００２６】次に、媒質Ａ４０ｇに対し６０ｇの媒質Ｂ
を加え、攪拌した後気泡が抜けるまで静置しておくこと
によって、硬化用分散液を得た。〔２〕導光板の作製図４に示した、縦１５ｃｍ，横２２ｃｍ，厚み３ｍｍの
直方体形状の樹脂充填用の穴３３を有した光硬化槽３０
に、導光板の端部となるアクリル系樹脂からなる三角柱
状部材３２を配置した後、予め用意しておいた硬化用分
散液を、注入口３１から注入して穴３３に満たし、分散
中の媒質Ｂが導光板の光線進行方向に対して４５度すな
わち、光硬化槽底部に配置した三角柱状部材３２をの上
面に対してディスク面を向けて沈降配列するように適度
に振動を与え静置した。

【００２７】次に、導光板のもう一方の端部となるアク
リル系樹脂からなる三角柱状部材（図示せず）を、充填
した硬化用分散液の上部に配置した後、キセノンランプ
を光源として５０ｍＷで３０分照射し、硬化用分散液を
硬化させた後、光硬化槽を分離開口し、出来上がった導
光板を取り出した。この導光板を用いた装置が実施例１
である。（実施例２）図５に示した光硬化槽４０に、導光板の端
部となるアクリル系樹脂からなる三角柱状部材４２を配
置した後、予め用意しておいた硬化用分散液を、注入口
４１から注入して穴４３に満たし、分散中の媒質Ｂが導
光板の光線進行方向に対して４５度すなわち、光硬化槽
底部に配置した三角柱状部材３２をの上面に対してディ
スク面を向けて沈降配列するように適度に振動を与え静
置した。

【００２８】次に、導光板のもう一方の端部となるアク
リル系樹脂からなる三角柱状部材（図示せず）を、充填
した硬化用分散液の上部に配置した後、光硬化槽４０を
４５度傾けた状態でキセノンランプを光源として５０ｍ
Ｗで３０分照射し、硬化用分散液を硬化させた後、光硬
化槽を分離開口し、出来上がった導光板を取り出した。
この導光板を用いた装置が実施例２である。（比較例１）ドット印刷パターンと拡散反射シートと蛍
光管とリフレクタとアクリル導光体とを備えた従来のバ
ックライトに光拡散シート（ビーズコーティングタイ
プ）と頂角がおおむね９０°のプリズムシートを２枚直
交した状態で配置した装置が、比較例２である。（比較例２）特開平７−６４０８５に記載の偏光素子を
用いたものを比較例３である。

【００２９】以上の２つの実施例及び２つの比較例の面
状発光装置のそれぞれに対し、以下に示す評価方法によ
り評価を行う。（１）画面中央での導光板を透過した光の輝度を測定
し、評価を行う。（２）導光板を透過する光の透過光量を測定し、導光板
の手前と後でどれだけの光が透過したかを評価する。（３）各例の装置に５種類の液晶セルを組み合わせ、点
灯時に、人間の目で画質感（干渉縞の発生の確認）を評
価する。組み合わせによって１つでも画質感の悪いもの
があった時、この評価項目に対しては不適とみなすもの
とする。

【００３０】この評価結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】この結果から明らかなように、本願実施例
では輝度、透過光量ともに比較例に比べ、大きい値とな
り、また、画質感も良好なものとなった。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の面状発光装
置は、導光板を構成する一方の媒質を薄膜状のチップと
し、このチップを入射光の進行方向に対して傾斜した状
態で、もう一方の媒質中に均一に分散した構成としたの
で、光を有効に利用することができ、輝度の高い、しか
も画質感に優れた発光を実現することができる。しか
も、簡単な構成で実現でき、コンパクト化を可能とする
とともに、製造コストを低く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に適用される面状発光装置
の構成を模式的に示す縦断面図

【図２】本発明の実施の形態に適用される面状発光装置
の導光板を示す模式的に示す図

【図３】本発明の実施の形態に適用される面状発光装置
の作用を説明するための図

【図４】本発明の実施の形態に適用される面状発光装置
の導光板を製造方法を説明するための図

【図５】本発明の実施の形態に適用される面状発光装置
の導光板を製造方法を説明するための図

【符号の説明】

１蛍光管５１／４波長板６反射板７下面ミラー８チップ（媒質Ｂ）３媒質（媒質Ａ）１０導光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈折率が互いに異なる二つの媒質が隣接
してなるとともに、一方の端面が入射面とされており、
かつ、この入射面と直交する面のうち１つの面が出射面
とされており、この入射面から入射した光を偏波面が互
いに直交する第１，第２の偏光に分離し、第１の偏光を
上記出射面から出射させ、第２の偏光を上記入射面とは
反対側の端面側に向けて進行させる導光板と、この導光板の入射面近傍に配置された線状の光源と、上記導光板の入射面とは反対側の端面近傍に配置され、
第２の偏光の偏光面を９０度回転させるための１／４波
長板と、この１／４波長板の外側に配置され、この１／４波長板
を通過してきた第２の偏光を反射させることにより、こ
の１／４波長板を介して上記導光板にこの第２の偏光を
入射させるための第１の反射板と、上記導光板の出射面とは反対の面近傍に配置された第２
の反射板と、を備えた面状発光装置であって、上記導光
板を構成する一方の媒質が薄膜状のチップからなり、こ
のチップが入射光の進行方向に対して傾斜した状態で、
もう一方の媒質中に均一に分散されていることを特徴と
する面状発光装置。