JPH1020125A

JPH1020125A - 面光源装置および液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1020125A
Application number: JP8169508A
Authority: JP
Inventors: Yasuhisa Tojo; 泰久東條; Ikuo Hiyama; 郁夫檜山
Original assignee: Hitachi Ltd; Nitto Denko Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Nitto Denko Corp
Priority date: 1996-06-28
Filing date: 1996-06-28
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、製造コストを低く抑えること
ができるとともに、出射光の偏光度を上げ、全光線に対
する光利用効率の高い面光源装置およびこれを備えた液
晶表示装置を提供する。【解決手段】面光源装置は、表面側が光出射面側とさ
れた面状導光体２と、この導光体２の側端面から光が入
射されるように配置された光源３と、その導光体２の光
出射面２ａとは反対の面側に設けられた反射板４とを有
し、導光体２の出射側表面に屈折率１．７以上の高屈折
率層７を設ける。また、液晶表示装置は、この面光源装
置を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光を発生させる
面光源装置、特に液晶表示素子のバックライトに用いら
れる面光源装置およびこれを用いた液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばワードプロセッサや液晶テレビ、
パーソナルコンピュータ等に用いられる液晶表示装置に
おいては、文字や画像を見やすくするために液晶表示素
子の背面（裏面）側に面光源装置が備えられるのが通例
であるが、その際、装置全体の薄型化を図る等の観点か
ら、いわゆるエッジライト型の面光源装置が用いられる
場合が多い。これは、液晶表示素子の背面側に面状導光
体（導光板）を設け、その導光体の側端面に近接させて
例えば冷陰極管からなる光源を配置し、この光源の光を
導光体の側端面から導光体内に導入した上で、その液晶
表示素子側に位置する面から出射するようにしたもので
ある。

【０００３】ところで、液晶表示装置においては、一般
に、液晶層を２枚のガラス基板で保持してなる液晶表示
素子の光入射側に第１の偏光板が、また光出射側に第２
の偏光板が、それぞれの偏光軸が所定の角度で交差する
ように配置される。そして、第１の偏光板を透過した光
が、さらに液晶層を通って第２の偏光板を透過したのち
に映像として表示されるようになっているが、その場
合、液晶表示素子に入射する光はランダム偏光であり、
第１の偏光板を透過する際にその入射光のうち半分以上
が当該偏光板により吸収されてしまうため、その分だけ
光利用効率が低下するという問題が生じていた。

【０００４】そこで、このような問題に対処するため、
従来においては、面光源装置から液晶表示素子に入射さ
せるべき光を予め偏光させておくことにより、第１の偏
光板の光透過率を高めて光利用効率を向上させることが
提案されている。その一例として、特開平６−２６５８
９２号公報には、面状導光体の光出射面側に、その出射
光を導光体表面の法線方向に集光するプリズムシートを
設け、このプリズムシートの上に、断面が三角形状の柱
状プリズムアレイのアレイ状部分に偏光分離層を積層し
てなる偏光分離器を配置した面光源装置およびこれを備
えた液晶表示装置が記載されている。これによれば、導
光板から出て偏光分離器を透過したＰ偏光成分はプリズ
ムシートを透過したのち液晶表示素子へ入るが、Ｓ偏光
成分は偏光分離器で反射されて導光体へ戻され、さらに
その導光体の表面で反射を繰り返しているうちに各光の
位相が変化してＰ偏光成分に変換される場合が生じるか
ら、導光体の出射光におけるＰ偏光成分の比率を高める
ことができる。

【０００５】また、他の例として特開平７−２６１１２
２号公報には、一様な散乱性が付与された楔形の光散乱
導光体からなる平行光束化素子の光取出面側に、空気層
を挟んで偏光分離板が配置され、その外側に空気層を挟
んで光出射方向修正素子が配置され、また、その平行光
束化素子の背面側に反射部材が配置された構成の面光源
装置が記載されている。これによれば、光散乱導光体の
平行光束化機能と、ブリュースター角条件に関連した偏
光成分の反射／透過特性とを組み合わせて利用すること
により、相対的に高いエネルギ利用効率で所定の方向の
偏光成分を多く含んだ光束を生成することができるよう
になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−２６５８９２号公報に記載された面光源装置等にお
いては、構造の複雑な偏光分離器、具体的には、高屈折
率の物質と低屈折率の物質とを交互に積層して多層構造
の偏光分離層を形成し、これを上述の柱状プリズムアレ
イのアレイ状部分に積層することにより得られる偏光分
離器を用いる必要があるため、コストが高く付くという
問題がある。また、このような複雑な積層構造の偏光分
離器を導光体と液晶表示素子との間に配置すると、その
偏光分離器において光が反射、散乱さらには吸収されて
比較的多くの光学ロスを生じることから、液晶表示素子
に入射される第１の偏光板と同じ偏光方向の光成分の比
率は増加するものの、全光線に関しては偏光分離器によ
る光学ロス分だけ光利用効率が低下する問題もある。

【０００７】さらに、特開平７−２６１１２２号公報に
記載された面光源装置においては、１ｍｍの光学ガラス
板等の比較的安価な偏光分離板を用いたものが提案され
ているものの、こうした偏光分離器を用いた場合も、光
学ロスを生じる点で依然として問題をかかえており、さ
らにその取り扱いも難しく、薄型化の要求にも逆行する
ものとなっている。またこういった偏光分離器はフィル
ムタイプのものと板状タイプのものに分けられるが、特
にフィルムタイプのものは導光体との間に接触面と非接
触面ができ、画像に悪影響を及ぼしやすい問題をかかえ
ており、板状タイプのものは厚みが増す上に柔軟性に欠
け、衝撃に弱く、応力がかかると、位相差が発生し偏光
分離特性が下がりやすい問題がある。

【０００８】本発明は、このような問題に対処するもの
で、簡単な構成とし、製造コストを低く抑えることがで
きるとともに、出射光の偏光度を上げ、全光線に対する
光利用効率の高い面光源装置およびこれを備えた液晶表
示装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のため、本
願の各発明は、それぞれ次のように構成したことを特徴
とする。

【００１０】まず、請求項１に記載の発明では、図１に
例示するように、表面側が光出射面２ａ側とされた面状
導光体２と、この導光体２の側端面２ｂから光が入射さ
れるように配置された光源３と、導光体２の光出射面２
ａとは反対の面（背面）側に設けられた反射板４とを有
する面光源装置１において、導光体２の出射側表面２ａ
に屈折率１．７以上の高屈折率層７を設けた構成とす
る。この高屈折率層７の屈折率はより高い方が好まし
く、透明性が高い方が好ましい。さらに、この高屈折率
層７の光学厚みは中心波長の１／４程度に制御すること
が好ましい。この高屈折率層７としては、上記したよう
に屈折率およびその扱いやすさやコスト面を考慮する
と、例えば、酸化チタンを用いることが好ましい。

【００１１】また、高屈折率層があれば、例えば、低屈
折率層／高屈折率層の２層構造や低屈折率層／高屈折率
層／低屈折率層等の多層構造とすることもできる。ま
た、請求項２に記載の発明では、上記導光体の光出射面
側、光反射面側および上記導光体内部のうち少なくとも
いずれかに、入射した光の偏光状態を変える偏光変換手
段が設けられているとともに、上記導光体の光出射側表
面には屈折率１．７以上の高屈折率層を設けた構成とす
る。例えば、図２に示すように、導光体２の出射面２ａ
側（同図（ａ）の場合）、あるいは導光体２と反射板４
との間（同図（ｂ）の場合）、もしくはその両方（同図
（ｃ）の場合）に、入射した光の偏光状態を変える偏光
変換手段５を配置し、また、導光体２の出射側表面２ａ
には屈折率１．７以上の高屈折率層７を設けた構成があ
る。

【００１２】また、請求項３に記載の発明では、請求項
２の構成に加えて、上記導光体の出射光の出射角が光出
射面の法線に対し主に６０°〜９０°の範囲に存在する
ように構成されている。この構成は、図３に示すよう
に、面状導光体２として、その出射光の出射角φが光出
射面２ａの法線ｍに対し主に６０°〜９０°の範囲に存
在する導光体が使用され、導光体２の出射面２ａ側（同
図（ａ）の場合）、あるいは導光体２と反射板４との間
（同図（ｂ）の場合）、もしくはその両方（同図（ｃ）
の場合）に、入射した光の偏光状態を変える偏光変換手
段５が配置され、また、導光体２の出射側表面２ａには
屈折率１．７以上の高屈折率層７を設けたものとなって
いる。

【００１３】また、請求項４に記載の発明では、上記偏
光変換手段が偏光軸方向を回転させる位相差板であり、
この位相差板は上記導光体の光出射面側、またはその導
光体と上記反射板との間、もしくはその両方に、当該導
光体に密着した状態で配置されたものとなっている。

【００１４】さらに、請求項５に記載の発明では、上記
偏光変換手段は、上記導光体内部の光反射面側、または
上記高屈折率層の下側に位置する当該導光体内部、もし
くは上記反射板に散乱性が付与されたものとなってい
る。

【００１５】また、請求項６に記載の発明では、図４に
例示するように、面状導光体２１がその光出射方向にお
ける断面形状が楔形であり、その背面側を傾斜面２１ｃ
とするとともに、上記偏光変換手段に代えて、この傾斜
面２１ｃでの光を反射させることにより、その光の偏光
を他の偏光に変換するよう構成されている。

【００１６】さらに、請求項７に記載の発明では、高屈
折率層７として金属酸化物が使用されている。また、請
求項８に記載の面光源装置１４は、図５に例示するよう
に、上記各発明に係る面光源装置１または１１〜１３の
いずれかにおいて、面状導光体の光出射面側には面状導
光体の出射光をその光出射面の法線方向に向ける光方向
制御手段８を最も表側に位置するように配置したことを
特徴とする。

【００１７】さらに、図６に例示するように、請求項９
に記載の発明に係る液晶表示装置３０は、請求項８に記
載の面光源装置１４と、光入射側と光出射側とにそれぞ
れ偏光板３１、３２が配置された液晶表示素子３３とを
備え、かつ、このうちの面光源装置１４を、その出射光
の平均的な偏光軸方向と液晶表示素子３３における光入
射側の偏光板３１の偏光軸方向とが略一致するようにし
た状態で、液晶表示素子３３の背面に配置したことを特
徴とする。

【００１８】次に、以上の各発明の構成要素等について
さらに詳しく説明する。（１）面状導光体について本発明で用いられる面状導光体の出射側表面には屈折率
１．７以上の高屈折率層が設けられている。例えば、屈
折率１．７以上のプラスチックやガラスで面状導光体全
体を作製しても良いし、蒸着やゾルゲル法等の公知の方
法で面状導光体出射面側に高屈折率層を形成しても良い
し、無機あるいは有機の高屈折率層を形成したフィルム
を粘着剤や接着剤で面状導光体の出射面側に密着固定さ
せてもよい。このような高屈折率を有する物質には、例
えば、有機化合物としてはポリメチルメタクリレート、
ポリベンジルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレ
ート、ポリジアリルフタレート、ポリスチレン、ポリＰ
−ブロモフェニルメタクリレート、ポリペンタクロロフ
ェニルメタクリレート、ポリクロロスチレン、ポリαナ
フチルメタクリレートポリビニルナフタレン、ポリビニ
ルカルバゾール、ポリペンタブロモフェニルメタクリレ
ート等の誘電体で、屈折率が１．７以上のもの（注：こ
れらのポリマの多くは屈折率が１．６〜１．７である
が、置換基を適宜工夫することによって、屈折率を１．
７以上とすることができる）を、単独あるいは併用して
好適に用いることができ、無機化合物としては酸化チタ
ン、五酸化タンタル、酸化スズ、ITO 、ZrO₂、Zns 、ゲ
ルマニウム、硅素、LiNbO₃、LiTaO₃、BaTiO₃、GaAs、Zn
O 等を、単独あるいは併用して好適に用いることができ
る。なお、これらの無機化合物の中で、酸化チタンは屈
折率が２以上であり、しかもゾルゲル法の実績があるこ
とから、高屈折率層を形成する最も好適な物質と考えら
れる。

【００１９】なお、これらの高屈折率層は出射面全面に
均一に形成されていてもよいし、形成部分と非形成部分
が合ってもよい。また、高屈折率部分の屈折率は均一で
もよいし、不均一であってもよい。さらに、屈折率傾斜
材料を用いてもよい。

【００２０】また、高屈折率層さえあれば、例えば、低
屈折率層／高屈折率層の２層構造や低屈折率層／高屈折
率層／低屈折率層等の多層構造とすることもできる。本
発明において面状導光体の出射光の出射角が主に６０°
〜９０°の範囲に存在するとは、導光体の或る断面（光
出射面に対して直交する方向の断面）において、その中
心からの出射光を−８５°から＋８５°まで５°刻みで
輝度測定をしたときに、最も輝度の高い点が＋６０°〜
＋９０°または−６０°〜−９０°の範囲にあることを
意味する。このような特性を有する面状導光体であれ
ば、その形状や材質等は問わない。

【００２１】このような特性を付与する方法としては、
例えば、散乱導光体を用いる、変形導光体を用い
る、網状拡散反射剤印刷（いわゆるバックプリント）
の拡散性を調整する、薄型の導光体を用いるなどの各
種方法がある。

【００２２】散乱導光体を用いる場合この場合は、面状導光体の材質は特に限定されず、公知
の全ての材料を使用することができる。例えば、アクリ
ル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シリコーン系樹脂等の
有機材料を単独で、あるいは混合して使用できるし、各
種ガラス等の無機材料も使用できる。

【００２３】導光体に光散乱性を付与するには、例え
ば、特開昭５４−１０５５６２号公報や特開昭５９−８
１６８３号公報等に示されているように、主材料である
透明樹脂中に屈折率の異なる微粒子等を分散させればよ
い。また、特開平６−３４７６１６号公報や特開平６−
３２４３３０号公報等に示されているように、複数の屈
折率の違う樹脂の混練などによる、主材料と副材料の高
分子によって形成されるミクロな相分離構造によっても
散乱性を付与しうる。さらに、エポキシ樹脂などのよう
に、それ自体が散乱性を有する材料を用いても、所要の
特性を持った散乱導光体を得ることができる。

【００２４】ここで、上述のような散乱性を有する材料
を用いると、なぜ、出射光の出射角が光出射面の法線に
対して主に６０°〜９０°の範囲に存在する導光体が容
易に得られるのか、その理由について説明する。

【００２５】光源（ランプ）からの光は通常直接、ある
いはランプホルダー等に反射された後、導光体の光源側
の側端面から入射する。こうして導光体に入射した光
は、そのままでは様々な角度を持っている。そして、空
気の屈折率が１、導光体に使用されうる材料は概ね１．
４〜１．６程度の屈折率を有しているので、水平面に対
してたかだか−４５°〜＋４５°（この角度は屈折率に
よって若干異なる）の角度範囲にある。図７に示した例
では、こういった光は、図中の導光体２’、２の上辺に
当たるか下辺に当たるか、（あるいは導光体の長さ／厚
さ比を考えると、極めて稀に対辺に当たるが、これは無
視する）どちらかである。導光体に散乱性がほとんど無
ければ、同図（ａ）に示すように、ある角度α（単位は
度、以下同じ）で出射した光は上辺で反射し、入射角は
９０°−αとなる。

【００２６】しかし、導光体が散乱性を持っている場合
は、同図（ｂ）に示すように、導光体２の上辺に当たる
ときの入射角は、その散乱性と導光体２中の移動距離に
応じて９０°−（α−β₁）から９０°−（α＋β₂）
の範囲において、ある確率をもって分布する。そして、
図中の導光体２の上辺に到達したときの入射角が臨界角
よりも大きければ、全反射して光の成分は全て反射され
て、下面に向かう。もしも、臨界角よりも入射角が小さ
ければ、光の一部が出射する。

【００２７】このように導光体２の出射角が散乱性によ
り連続的に揺らぐことから、導光体２の散乱性を適当に
調整すれば、β₁、β₂の値を十分に小さくすることが
でき、したがって出射角の範囲を正面方向（図中の上方
向）を０°としたときに、６０°〜９０°の範囲に出射
角のピークが位置するように調整することができる。

【００２８】変形導光体を用いる場合変形導光体としては、例えば図４に示すように、出射面
２１ａに対して反射面２１ｃが所定角度θだけ傾斜して
なる楔形の導光体２１を挙げることができる。この場合
の角度θは０．２°〜５°以内が望ましく、１°〜２°
の範囲が更に望ましい。このような変形導光体は、射出
成形により作製できる。その場合の材料としては、アク
リル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、シリコーン系樹脂等
の有機材料を単独であるいは混合して用いることができ
るし、ガラスなどの無機材料を用いることもできる。こ
のように導光体の形状により、その出射光の出射角が主
に６０°〜９０°の範囲となるように制御することは各
種考えられる。なお、図４は、導光体２１の裏面２１ｃ
側に反射板４を設けた状態を示したものである。

【００２９】ここで、変形導光体（楔形）によると、な
ぜ、上述した所要の出射特性が得られるのか、同図を参
照しつつその理由について説明する。導光体２１の光源
側の端面２１ｂから入射した光は、上記の場合と同様
に、せいぜい−４５°〜＋４５°の角度範囲にある。図
４の例では、こういった光は、導光体２１の上辺に当た
るか下辺に当たるか、（あるいは導光体の長さ／厚さ比
を考えると、極めて稀に対辺に当たるが、これは無視す
る）どちらかである。導光体２１の入射側の端面２１ｂ
に立てた法線に対し、ある角度αで出射した光は図中の
導光体２１の上辺で反射して、その反射後の角度は−α
となる。次いで、光は導光体２１の下辺で反射するが、
このとき下辺が角度θの斜辺であるので、反射後の角度
はα＋２θとなる。次に、上辺に当たると、角度は−
（α＋２θ）となり、その次の反射では、α＋４θとな
る。以下同様に、導光体２１の光源側の端面２１ｂから
入射した光は、導光体２１の下辺で反射するごとに＋２
θずつ角度を大きくしていきながら導光体２１内を進ん
でいくことがわかる（最初に導光体２１の下辺で反射し
ても同様）。

【００３０】さて、導光体２１の屈折率は空気よりも大
きいから、入射角が臨界角よりも大きいと、全反射条件
を満たし、全ての光は反射する。上記導光体２１では、
光が図中の水平面となす角度（α、α＋２θ、α＋４
θ、・・・・）が次第に大きくなるため、入射角［＝９
０°−（光が水平面となす角度）］は２θ刻みで小さく
なり、臨界角を超えた瞬間、その時点で一部出射を始め
る。したがって、この光線に関しては出射するときの入
射角は順番に、臨界角近くの或る角度Ａ、Ａ−２θ、Ａ
−４θ、Ａ−６θ・・・となり、出射角は、導光体の屈
折率をｎ₁とすれば、それぞれ、ｓｉｎ^-1｛（ｓｉｎ
Ａ）×ｎ₁｝、ｓｉｎ^-1［｛ｓｉｎ（Ａ−２θ）｝×ｎ
₁］、ｓｉｎ^-1［｛ｓｉｎ（Ａ−４θ）｝×ｎ₁］、・
・・となる。ここで、θが適当な値であれば、正面方向
（図中の上方向）を０°としたときに６０°〜９０°の
範囲に出射角のピークが存在するようその出射角の範囲
を調整することができる。

【００３１】網状拡散反射剤印刷（バックプリン
ト）の拡散性を調整する場合通常の導光体では、その下面（光出射側とは反対側に位
置する面）にスクリーン印刷等の方法により形成された
拡散反射剤層が設けられている場合が多い。その場合、
図９（ａ）に示すように、導光体２２’の拡散反射部２
２ｃ’に入った光ａ’は略完全拡散反射となり、出射角
の範囲は−９０°〜＋９０°の広範囲となる。しかし、
例えば拡散反射剤の濃度を薄くするなどして拡散性を制
限すると、同図（ｂ）に示すように、導光体２２の拡散
反射部２２ｃに入った光ａは前方散乱を起こす割合が高
くなり、換言すれば反射光において正反射成分の割合が
多くなる。したがって、このような拡散性を調整した導
光板２２を使用することによっても、出射光の出射角が
主に６０°〜９０°の範囲となるように制御しうる。

【００３２】また、拡散反射剤層を設けないタイプの導
光体では、その光出射面またはその反対側の面に微細な
凹凸を設けて、この微細凹凸部分によって、導光体内に
導かれた光を出射させるようにしたものもあるが、この
種の導光体においても、微細凹凸部分の設計次第で、出
射光の出射角が主に６０°〜９０°の範囲となるように
制御することができる。

【００３３】薄型の導光体を用いる場合一般に、導光体の厚みを薄くすると出射角が大きくなる
が、このような性質を利用して導光体を薄型化すること
によっても、出射光の出射角が主に６０°〜９０°の範
囲となるように制御することができる。薄型化する場合
には、導光体の主要部分の厚みは３ｍｍ以下とするのが
好ましく、２．５ｍｍ以下とするのが更に好ましい。

【００３４】なお、このような薄型導光体を用いた場合
に、上述した所定の出射特性が得られることの説明は省
略するが、いずれにせよ、正面方向を０°としたときに
出射光の出射角が主に６０°〜９０°の範囲となるよう
な出射特性を有する導光体は、各種の方法で得ることが
できる。（２）偏光変換手段及び位相差板について請求項１に記載の発明では、積極的には偏光変換を行っ
ていない。これは、あえて特別の偏光変換のための手段
を設けなくても、ある程度の偏光変換は導光体内で自然
に起こることを利用したものである。

【００３５】また、請求項２以下の発明においては、積
極的には偏光変換を行うための手段を設けている。請求
項４の発明では、位相差板が設けられている。この偏光
変換を行うための手段として、有機物質からなるフィル
ムや粘着剤、無機物質からなる被膜などが用いられる。
これらの偏光変換部材は導光体と密着あるいは圧着して
いる必要がある。また、後に詳述する反射板を兼ねた金
属面を導光体の下面（裏面）側に形成してもよい。これ
らの部材は、一般的にはＳ偏光からＰ偏光への変換効率
が高いほど好ましい。このような観点から、光学的厚み
を調整した位相差板を単数あるいは複数で使用すること
が最も好ましい。

【００３６】また位相差板は、例えばポリカーボネート
等の有機フィルムを延伸することによって得られる。こ
の種の部材は導光体の表面（光出射面）または裏面に直
接形成するか、粘着剤を用いて密着させることが好まし
い。粘着剤を用いる場合は、光学吸収のなるべく少ない
ものを用いるのが良い。

【００３７】また、請求項５では、他の偏光変換手段と
して、導光体内部の光反射面側、または高屈折率層の下
側に位置する導光体内部、もしくは反射板に散乱性が付
与された構成のものとなっている。このような散乱性は
例えば微細な凹凸を形成したり、屈折率の異なる複数の
素材を混合して使用したり、基材とは異なる屈折率の微
粒子を混合して使うなどの公知の方法が使用することが
できる。

【００３８】さらに、請求項６では、導光体の斜面にお
ける反射を利用するものである。これは、例えば導光体
の下面を、変換したいＳ偏光の振動方向に対して、平行
でない面とすることによって、このＳ偏光がこの面で反
射するとＳ偏光の一部は偏光に変換される。

【００３９】なお、請求項には明記していないが、これ
らの他にも、各種の有機物質からなるフィルムや粘着
剤、無機物質からなる被膜、導光体自体の構造や、反射
板を金属面で構成することによって偏光を変換するこが
できる。（３）反射板について反射板の種類は特に限定されないが、反射率が８５％以
上のものを用いるのが好ましく、反射率９０％以上のも
のが更に好ましい。反射板の素材は特に限定されない
が、反射面は例えばアルミニウムや銀などの金属面とす
るのが好適である。ただし、白色のポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）等を使用しても構わない。

【００４０】反射板は、導光体に対して独立に設けても
よい。また、導光体に対し、反射板の四隅または両辺も
しくは数カ所を固定しても良く、さらには全面密着させ
ても良い。（４）光源について光源としては、背後がランプホルダーによって覆われた
ランプを用い得る。その場合のランプおよびランプホル
ダーは、特に限定されない。通常の面光源やバックライ
トなどに使用されているもの（例えば、冷陰極管）が好
適に使用され得る。光源からの光が導光体に入射すると
き、横方向（導光体内への光の導入方向）のコリメート
化が行われていると、光が効率良く導光体内に導入され
るので望ましい。このような横方向のコリメート化は、
例えば、公知のシリンドリカルレンズ等の各種凹／凸レ
ンズ、反射鏡、光ファイバなどを組み合わせることによ
って実現できる。

【００４１】なお、光源は、導光体の一方の側端面にの
み設けてもよいし（いわゆる一灯式の場合）、両側端面
に設けてもよい（いわゆる二灯式の場合）。（５）光方向制御手段について面光源装置を液晶表示装置に組み込む際には、面光源装
置の出射光の出射角を光出射面の法線方向に向ける必要
がある。そこで、請求項５に記載の発明では光方向制御
手段を備え、導光体から出射された主に６０°〜９０°
の範囲にある出射光をその光方向制御手段によって法線
方向に向ける。このような光方向制御手段としては、例
えば、通常の面光源に使用されているプリズムシート、
すなわち片面に断面が三角形のプリズムを規則的に多数
形成してなるシートで、プリズム効果によって所定方向
に光を向けさせるようにしたもの等を挙げることができ
るが、本発明では、公知のプリズムシートのほか、その
他のレンズ、反射板、透過反射板を組合せて、出射光を
正面方向へと向ける各種の光制御板あるいは光制御装置
が好適に使用される。

【００４２】なお、プリズムシートを用いる場合は、各
プリズムの頂角が２０°〜６０°のものが望ましい。ま
た、プリズムシート等の下面（導光体側）は平滑面とさ
れているのが望ましい。さらに、プリズムシートは、１
枚でも複数枚でも構わない。（６）その他の手段について本発明の面光源装置においては、以上の構成要素とは別
に、Ｐ偏光の比率を高める他の手段を必要に応じて用い
ることができる。また、必要に応じて拡散板等を配置し
てもよい。ただし、これらは本発明において必須のもの
ではない。

【００４３】＜作用＞次に、上述したように、導光体の
出射面側に高屈折率層を設けるとなぜＰ偏光の割合が上
がるかといった点について、本発明の原理を図８を参照
しながら説明する。なお、同図には導光体２と反射板４
との間に偏光変換部材５を配置した例を示したが、偏光
変換部材が導光体２の光出射面（表面ないし上面）２ａ
側に配置されていても、またはその両方に配置されてい
ても、同様である。

【００４４】導光体２からの出射光の透過率は、入射各
がブリュースター角や臨界角の近傍では、はるかに、入
射角が０度に近い場合でも若干、Ｐ偏光の方が多く、Ｓ
偏光の方が少ないことは一般に知られている。即ち、当
初Ｐ偏光の割合（Ｉ_P) とＳ偏光の割合（Ｉ_S) とが等
しくても、第１回目の出射が起こった時点での出射光の
中ではＰ偏光の割合がＳ偏光に比べ多く（Ｉ_P＞Ｉ_S)
、逆に反射光の中では、Ｐ偏光の割合がＳ偏光に比べ
少なくなっている（Ｉ_S＞Ｉ_P) 。この反射光は次に、
図中の導光体２の下面側で反射する際、偏光変換手段が
あれば効率的にＳ偏光をＰ偏光に変換し、あるいはＰ偏
光をＳ偏光に変換するが（だだし、偏光変換手段がなく
ても若干は変換される）、元の反射光の中にはＳ偏光の
方が多いため、導光体２の下面側から反射してくる光は
もとの反射光に比べれば、Ｐ偏光の割合が多くなる。
〔Ｉ_P（変換前）＜Ｉ_P（変換後），Ｉ_S（変換前）＞
Ｉ_S（変換後）〕さて、偏光成分を変換されたこの反射光は再び図中の導
光体２の上辺へと向かう。このときもＰ偏光のほうが多
く出射され、Ｓ偏光は比較的出射されない。この動作を
繰り返して、ほとんどの光が出射した後、出射光全体の
偏光成分をみてみると、Ｐ偏光の割合が増えている。

【００４５】このように通常の導光体を使用した場合で
も、Ｐ偏光の割合はごくわずかではあるが増える。さら
に、本発明ではこの偏光度をさらにあげるための手段と
して、偏光変換手段を設け、さらに導光体２の出射面側
に高屈折率層７を設けた。この高屈折率層７として酸化
チタンを用い、この酸化チタンをアクリルからなる導光
体２の出射面側に積層した。図１０に通常のアクリル板
とその表面に酸化チタン（屈折率２．１）を積層したア
クリル板に対するＰ偏光およびＳ偏光の反射率をグラフ
で示す。この図面において横軸には空気面に出射したと
きの出射角、縦軸には反射率をとる。この図面から明ら
かなように、通常のアクリル板に比べて、表面に酸化チ
タンを積層した場合にはＰ偏光とＳ偏光の反射率の差が
はるかに増大していることがわかる。特に、出射角が６
０度から９０度の範囲では、Ｐ偏光の反射率は下がり、
Ｓ偏光の反射率は上がるので、出射光の出射角をこの範
囲に制御することによって、Ｐ偏光の割合を増加させる
ことができる。

【００４６】また、偏光変換効率を高めるには、位相差
板を用いて位相差を理論的な計算値に近づけることが、
さらに有効である。ただし、必要に応じては、この位相
差板に限る必要はなく、他の偏光変換手段を用いても同
様である。

【００４７】以上のように、容易に作製出来る特殊な出
射角度特性をもつ導光体と比較的安価にできる偏光変換
手段とを組み合わせ、導光体の出射面側に高屈折率層を
形成するだけで、導光体からの出射光のＰ偏光成分の割
合を増やすことができる。したがって、これを用いた液
晶表示装置は入射側の偏光板で吸収される光を減らすこ
とが出来、その分、光利用効率が高められることとな
る。また、導光体からの出射光の平均偏光軸と、液晶表
示装置の入射側偏光板の偏光軸を略一致させれば、従来
は液晶表示装置の入射側偏光板に吸収されて熱に変換さ
れていた無駄な光を大幅に減らすことができる。これに
より、さらに、光利用効率が従来よりも高められること
となる。

【００４８】

【実施例】以下、本発明の実施例を比較例とともに説明
する。＜実施例１＞図１１は本実施例の面光源装置を備えた液
晶表示装置４０の基本的構成を示すもので、この液晶表
示装置４０は、液晶表示素子４１の背面（図中の下面）
側に面光源装置５１を配置した構成である。ここで、液
晶表示素子４１には、その光入射側（上面側）と光出射
側（下面側）にそれぞれ偏光板（図示せず）が配置され
ている。

【００４９】面光源装置５１は、反射板５４と、図中の
上面（表面）側が光出射面５２ａ側とされた面状導光体
５２と、プリズムシート５７とをこの順に積層し、この
うちの導光体５２の一側端面５２ｂに、光源を構成する
ランプ５３を配置するとともに、その背面に反射体から
なるランプカバー５９を備えた構成である。ここで、プ
リズムシート５７は、図中の液晶表示素子４１側に位置
する面に、二等辺三角形のプリズム（図示せず）を多数
並べて形成したシートによって構成されている。そし
て、ランプ５３から出た光が直接あるいはランプカバー
５９で反射されて導光体５２内にその側端面５２ｂから
導入され、この導入された光が光出射面５２ａとその反
対側の図中の下面あるいは反射板５４との間で全反射を
繰り返しながら散乱されるとともに、その反射または散
乱された光が光出射面５２ａから出射されて、プリズム
シート５７によって正面方向（図中の上方向）に集光さ
れるようになっている。

【００５０】以上に加えて、この面光源装置５１におい
ては、本実施例の特徴部分として、次のような構成が採
用されている。すなわち、上記導光体５２として、図１
２に示すように、裏面７２ｃに白色拡散反射剤のドット
印刷を行った直方体のアクリル板からなる導光体の出射
面側に、ゾルゲル法により酸化チタン（屈折率＝２．
１）を形成した。厚みを測定したところ約８０ｎｍであ
った。

【００５１】上記のようにして得られた導光体５２を、
未だプリズムシート５７をセットしない状態で図１１に
示すように配置し、ランプ５３の長さ方向（同図で紙面
を貫通する方向）に対して垂直な断面において、その光
出射面５２ａの中心（図中の導光体５２の横方向の中
央）からの出射光を−８５°〜＋８５°まで５度刻みで
輝度測定したところ、最も輝度の高い点が１０°の方向
にあった。

【００５２】次に、この導光体５２から出射された光が
主に光出射面５２ａの法線の方向に向かうように、その
光出射面５２Ａ側に上述のプリズムシート（プリズムの
頂角は９０°）５７を１枚配置することで、図１１に示
した本実施例の面光源装置５１を得た。

【００５３】さらに、こうして得られた面光源装置５１
を液晶表示素子４１の背面側に配置することで本実施例
の液晶表示装置４０を得た。この場合において、液晶表
示素子４１としては、ＶＧＡ対応画素数を有するＲＧＢ
カラーＴＦＴ駆動ＴＮ液晶表示セルを使用した。また、
その液晶表示素子４１の背面側に面光源装置５１を配置
する際、導光体５２の出射光の偏光軸と液晶表示素子４
１の光入射側偏光板（図示せず）の偏光軸とを略一致さ
せた。さらに、液晶表示素子４１における光出射側の偏
光板については光吸収型有機偏光板を用い、その偏光軸
の向きは、光入射側偏光板の偏光軸に対して９０°だけ
回転した方向とした。＜実施例２＞実施例１の導光体の裏面に偏光変換手段と
して、Δｎｄ＝１２０ｎｍの位相差板５５を光軸がラン
プと４５度をなすように密着して貼り付けた。なお、こ
の導光体の未だプリズムシートをセットしない状態での
最も輝度の高い点は、１０度にあった。

【００５４】本実施例の面光源装置を用いて、実施例１
と同様にして図１３に示す液晶表示装置を作製した。＜実施例３＞実施例１の導光体の代わりに、以下の方法
で作った導光体を使用した。

【００５５】まず、メチルメタクリレート４０重量部と
ビニルフェニルアクリレート１０重量部に、ベンゾイル
パーオキサイド０．２５重量部とｎ−ブチルメルカプタ
ン０．０７５重量部を加え、ガラスセルの中で７０℃で
１６時間重合した後、８０℃で８時間熱処理を行って、
光散乱性硬化物を得た。そして、この硬化物を縦２１０
ｍｍ、横１６０ｍｍ、厚さ４ｍｍになるように切削及び
研磨して導光体５２とし、この導光体５２の表面及び裏
面について鏡面仕上げを行い、さらに導光体５２の出射
面側に真空蒸着法により厚さ８０ｎｍの酸化チタン層を
形成した。なお、この導光体５２の未だプリズムシート
をセットしない状態で、実施例１と同様に５度刻みで輝
度を測定したところ、最も輝度の高い点は８０°にあっ
た。

【００５６】この導光体を使った点と、プリズムシート
の頂角を４０°にした点以外は実施例１と同様に液晶表
示装置を作製した。＜実施例４＞実施例３の導光体の下面にさらにΔｎｄ＝
１２０ｎｍの位相差板５５を光軸がランプと４５度をな
すように密着して貼り付けた。なお、この導光体の未だ
プリズムシートをセットしない状態での最も輝度の高い
点は、８０度にあった。

【００５７】本実施例の面光源装置を用いて、実施例３
と同様にして液晶表示装置を作製した。＜実施例５＞図１４は実施例５の面光源装置の構成を示
す図で、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は底面図、同
図（ｃ）は微小突起の形状を示す斜視図である。本実施
例５は、図１４に示すような導光体８２をアクリル樹脂
で作製した。この導光体８２では拡散反射剤のバックプ
リントの代わりに、導光体８２の反射面側に四角錐の溝
８２ａが多数形成されており、この溝８２ａの数はラン
プ８３から離れるほど密に形成されている。この導光体
８２の出射面側には、厚さ７０μｍのポリペンタブロモ
フェニルメタクリレート層（図示せず）が高屈折率層と
して設けられている。なお、この導光体の未だプリズム
シートをセットしない状態での最も輝度の高い点は、４
０度にあった。

【００５８】本実施例の面光源装置を用いて、実施例１
と同様にして液晶表示装置を作製した。＜比較例１＞実施例１で導光体の酸化チタン層を省いた
こと以外は実施例１と同様とした。＜比較例２＞実施例２で導光体の酸化チタン層を省いた
こと以外は実施例２と同様とした。＜比較例３＞実施例３で導光体の酸化チタン層を省いた
こと以外は実施例３と同様とした。＜比較例４＞実施例４で導光体の酸化チタン層を省いた
こと以外は実施例４と同様とした。＜比較例５＞実施例５で導光体のポリペンタブロモフェ
ニルメタクリレート層を省いたこと以外は、実施例５と
同様とした。＜評価＞以上の各実施例１〜５および比較例１〜５で得
られた液晶表示装置について、それらの正面方向の明る
さの比を求めたところ、下の表１に示すような結果が得
られた。

【００５９】

【表１】

【００６０】この表１から、本発明実施例１〜５の液晶
表示装置では導光体の出射面側に高屈折率層を設けるこ
とで、比較例１〜５の液晶表示装置と比べて、正面方向
の明るさが少なくとも１０〜３０％程度は増大している
ことがわかる。このように、本発明の各実施例によれ
ば、光利用効率を高めることができ、特に正面方向にお
ける視認性の向上が確かめられた。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導光体の出射側表面に屈折率１．７以上の高屈折率層を
設けた構成としたので、Ｐ偏光とＳ偏光の反射率の差が
増大し、出射光のＰ偏光成分の割合を増加させることが
できる。また、上記の構成に加え、導光体の光出射面側
または光反射面側、あるいは導光体内部のうち少なくと
もいずれかに偏光変換手段を設けた場合は、偏光変換効
率を高めることができ、従来のように偏光分離器など高
価で複雑な部材を付加する必要もなく、簡単な構成とす
ることができる。この結果、安いコストで導光体から直
接所要の偏光を引き出すことができる。さらに、導光体
の出射光の出射角が光出射面の法線にたいし６０°〜９
０°の範囲に存在するように構成した場合は、特にＰ偏
光の反射率は下がり、Ｓ偏光の反射率は上がるという非
常に有利な偏光特性をもたせることができ、さらに、光
利用効率の優れた液晶表示装置が得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面光源装置の構成図

【図２】本発明の他の面光源装置の構成を説明するため
に使用したもので、（ａ）は導光体の表面側に偏光変換
部材を配置した例を示す面光源装置の構成図、（ｂ）は
導光体の裏面と反射板との間に偏光変換部材を配置した
例を示す面光源装置の構成図、（ｃ）は導光体の表面側
および裏面側に偏光変換部材を配置した例を示す面光源
装置の構成図

【図３】本発明の更に他の面光源装置の構成を説明する
ために使用したもので、（ａ）は導光体の表面側に偏光
変換部材を配置した例を示す面光源装置の構成図、
（ｂ）は導光体の裏面と反射板との間に偏光変換部材を
配置した例を示す面光源装置の構成図、（ｃ）は導光体
の表面側および裏面側に偏光変換部材を配置した例を示
す面光源装置の構成図

【図４】本発明における面状導光体の一例として楔形の
変形導光体を用いた場合に所要の出射特性が得られる理
由を説明するために使用した説明図

【図５】本発明の更に他の面光源装置を示すもので、図
１、図２および図３ののいずれかの面光源装置の表側に
さらに光方向制御手段を配置した例を示す構成図

【図６】本発明の液晶表示装置の構成を例示した構成図

【図７】本発明における面状導光体の一例として散乱導
光体を用いた場合に所要の出射特性が得られる理由を説
明するために使用したもので、（ａ）は散乱性が無い場
合の導光体における光の入・反射状態を示す説明図、
（ｂ）は散乱性がある場合の導光体における入・反射状
態を示す説明図

【図８】本発明の面光源装置の作用を説明するために使
用した説明図

【図９】導光体の裏面側に通常設けられる拡散反射剤層
の拡散性を調整すれば、本発明で使用される所要の出射
特性を有する面状導光体が得られる理由を説明するため
に使用したもので、（ａ）は拡散性が調整されていない
通常の拡散反射剤層に光が入射した場合の反射光の方向
性を示す説明図、（ｂ）は拡散性が調節された拡散反射
剤層に光が入射した場合の反射光の方向性を示す説明図

【図１０】本発明に適用される導光体の作用を説明する
ための図で、アクリル板と表面に酸化チタンを積層した
アクリル板のそれぞれに対し、出射光の出射角と反射率
との相関関係を示す図

【図１１】本発明の実施例１、３、５に係る面光源装置
およびこれを備えてなる液晶表示装置の構成を示す図

【図１２】本発明の実施例１、３、５に係る面光源装置
に適用される面状導光体の形状を示す斜視図

【図１３】本発明の実施例２、４に係る面光源装置およ
びこれを備えてなる液晶表示装置の構成を示す図

【図１４】本発明の実施例５に係る面光源装置を説明す
るための図

【符号の説明】

１，１１，１２，１３，１４，５１・・・面光源装置２，２１，２２，５２，７２，８２・・・面状導光体２ａ，２１ａ，５２ａ・・・光出射面３，５３、８３・・・ランプ４，５４・・・反射板５，５５・・・偏光変換手段７・・・高屈折率層８，５７・・・光方向制御手段３０・・・液晶表示装置３３，４１・・・液晶表示素子３１、３２・・・偏光板ｍ・・・法線 φ・・・出射角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面側が光出射面側とされた面状導光体
と、この導光体の側端面から光が入射されるように配置
された光源と、その導光体の光出射面とは反対の面側に
設けられた反射板とを有する面光源装置であって、上記
導光体の出射側表面には屈折率１．７以上の高屈折率層
が設けられていることを特徴とする面光源装置。
【請求項２】表面側が光出射面側とされた面状導光体
と、この導光体の側端面から光が入射されるように配置
された光源と、その導光体の光出射面とは反対の面側に
設けられた反射板とを有する面光源装置であって、上記
導光体の光出射面側、光反射面側および上記導光体内部
のうち少なくともいずれかに、入射した光の偏光状態を
変える偏光変換手段が設けられているとともに、上記導
光体の光出射側表面には屈折率１．７以上の高屈折率層
が設けられていることを特徴とする面光源装置。
【請求項３】表面側が光出射面側とされた面状導光体
と、この導光体の側端面から光が入射されるように配置
された光源と、その導光体の光出射面とは反対の面側に
設けられた反射板とを有する面光源装置であって、上記
導光体の出射光の出射角が光出射面の法線に対し主に６
０°〜９０°の範囲に存在するとともに、上記導光体の
光出射面側、光反射面側および上記導光体内部のうち少
なくともいずれかに、入射した光の偏光状態を変える偏
光変換手段が設けられ、かつ上記導光体の光出射側表面
には屈折率１．７以上の高屈折率層が設けられているこ
とを特徴とする面光源装置。
【請求項４】上記偏光変換手段が位相差板であり、こ
の位相差板は上記導光体の光出射面側、またはその導光
体と上記反射板との間、もしくはその両方に、当該導光
体に密着した状態で配置されていることを特徴とする請
求項２または３に記載の面光源装置。
【請求項５】上記偏光変換手段は、上記導光体内部の
光反射面側、または上記高屈折率層の下側に位置する当
該導光体内部、もしくは上記反射板に散乱性が付与され
ていることを特徴とする請求項２または３に記載の面光
源装置。
【請求項６】上記面状導光体は、光出射方向における
断面形状が楔形であり、その背面側を傾斜面とするとと
もに、上記偏光変換手段に代えて、この傾斜面で光を反
射させることにより、その光の偏光を他の偏光に変換す
るように構成されたことを特徴とする請求項２または３
に記載の面光源装置。
【請求項７】上記高屈折率層が金属酸化物からなるこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の面光源
装置。
【請求項８】面状導光体の光出射面側には当該面状導
光体の出射光をその光出射面の法線方向に向ける光方向
制御手段が最も表側に位置するように配置されているこ
とを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の面光源
装置。
【請求項９】請求項８に記載の面光源装置と、光入射
面側と光出射面側とにそれぞれ偏光板が配置された液晶
表示素子とを有し、上記面光源装置は、その出射光の平
均的な偏光軸方向と上記液晶表示素子における光入射面
側の偏光板の偏光軸方向とが略一致するようにした状態
で、上記液晶表示素子の背面に配置されていることを特
徴とする液晶表示装置。