JPH1020310A

JPH1020310A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1020310A
Application number: JP8178940A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Mori; 康雄森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1998-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】反射偏光板を用いて輝度を向上する液晶表示装
置では、反射偏光板で反射された光のうち特定の入射角
を持つｓ波以外は正しくｐ波に変換されないので光の再
利用効率が低いという課題があった。【解決手段】上記課題を解決すすため、本発明による液
晶表示装置は、導光板３の入光面に冷陰極蛍光灯からの
出射光束の指向性を高めて導光板に導入するための集光
シート６を備えると共に、反射偏光板８から導光板３に
戻って反射シート１２の方向に出射する光束の進行方向
を１／４波長板１１の法線方向に近い方向へ角度制御す
るためのコリメータ・レンズ・シート１０を備えること
によって光の利用効率を向上して明るい表示を得るもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高輝度で小消費電
力なバックライトを備えた単純マトリックス方式液晶表
示装置、アクティブマトリックス方式液晶表示装置等の
各種の表示装置に関し、特に、表示装置の背面に面光源
装置を配置した透過型の液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マルチメディアの普及とともに、携帯性
能の向上に向け、表示装置の薄型軽量、低消費電力化が
望まれ、薄型軽量、低消費電力の表示装置として、近年
はいわゆる液晶表示装置が多用されるようになってい
る。

【０００３】液晶表示装置は、液晶表示素子の背面に設
置したバックライトと称する照明装置を有し、このバッ
クライトによる照明光で液晶表示素子に形成した画像、
文字あるいは数字を可視化するものである。

【０００４】バックライトは、光を面状に伝播させるた
めの透明な基板で形成した導光板と、この導光板の少な
くとも一側縁に沿って設置した冷陰極蛍光灯と、導光板
の上面と液晶表示素子の間に介挿したプリズムシート、
および導光板の背面に設置または形成した反射シートと
から主として構成される。

【０００５】図１は一般的な液晶表示装置の全体構成例
を説明する展開斜視図であって、１は液晶表示素子、２
はバックライト、３は導光板、４は冷陰極蛍光灯、５は
ランプ反射シート、９はプリズムシート、１２は反射シ
ート、１３は拡散シート、１４は上フレーム、１５はス
ペーサ、１６はプリント基板、１７は遮光フレーム、１
８は中間フレーム、１９は下フレーム、２０はランプカ
バーである。

【０００６】同図において、液晶表示素子１には駆動Ｉ
Ｃ等の電子部品を搭載したプリント基板１６が一体化さ
れ、その下面にバックライト２を積層した状態で中間フ
レーム１８に組付けられ、これを上フレーム１４と下フ
レーム１９で挟持して固定される。

【０００７】バックライト２は、少なくとも上記液晶表
示素子１の有効領域をカバーする広がりをもつ導光板３
と、導光板３の下面に設置した反射シート１２、導光板
３の上面に設置された拡散シート１３および拡散シート
１３と液晶表示素子１の間に設置されたプリズムシート
９、および導光板３の一端縁に沿って配置された冷陰極
蛍光灯４とランプ反射シート５ならびにランプカバー２
０とから構成される。

【０００８】なお、液晶表示素子１と上フレーム１４の
間にはスペーサ１５が介挿され、また液晶表示素子１と
バックライト２との間には、バックライト２からの光が
液晶表示素子１の有効領域外に漏れるのを防止するため
の遮光フレーム１７が設置されている。

【０００９】このような構造において、液晶表示素子１
の有効領域はバックライト２からの照明光で照明され、
液晶表示素子１に形成された画像あるいは文字・数字等
が可視的に表示される。

【００１０】図２は従来の液晶表示装置におけるバック
ライトの構造を説明する要部断面図であって、１は液晶
表示素子、２はバックライト、３は導光板、４は冷陰極
蛍光灯、４ａは冷陰極蛍光灯の給電ケーブル、５はラン
プ反射シート、９はプリズムシート、１２は反射シー
ト、１３は拡散シート、１４は上フレーム、１６はプリ
ント基板、１６ａはプリント基板に搭載した駆動ＩＣ、
１８は中間フレーム、１９は下フレームである。

【００１１】同図において、冷陰極蛍光灯４、ランプ反
射シート５、反射シート１２、導光板３、拡散シート１
３およびプリズムシート９によってバックライト（照明
光源）２が構成される。

【００１２】この照明光源であるバックライト２の上方
に液晶表示素子１が積層され、駆動ＩＣ１６ａを搭載し
たプリント基板１６と共に上フレーム１４と下フレーム
１９とで一体化して液晶表示装置が構成される。

【００１３】冷陰極蛍光灯４から導光板３の入光面に入
射する全ての光は、入光面に対する屈折角が４２°以下
で導光板内に進入し、図中に矢印で示したように導光板
３内を、導光板上面と下面での反射および、印刷パター
ンによる散乱を繰り返しながら伝播して液晶表示素子１
方向に指向され、当該液晶表示素子１を背面から照明す
る。

【００１４】このように、液晶表示装置に用いられるバ
ックライトは、樹脂板を好適とする透明板からなる導光
板の側縁に沿って設置した冷陰極管からの光を上記導光
板に伝播させることによって面状に分布させるものであ
る。

【００１５】そして、近年の液晶表示装置においては、
そのバックライトは、液晶表示装置の高輝度化、低消費
電力化のためにそれ自体の高輝度化、低消費電力化を図
る必要がある。

【００１６】この目的のため、例えばアジアディスプ
レイ’９５（ASIA DISPLAY '95）７３１〜７３４頁に示
されるように、偏光板を用いずに液晶セル部に偏光を入
射させることができる、偏光出射の可能な導光板が提案
されている。

【００１７】図３は偏光出射が可能な導光板を有するバ
ックライトの一部構造を示す概略断面図である。

【００１８】同図に示すように、導光板３の上面にレン
チキュラー・レンズ・アレイ２１が配設され、その上部
には、１／４波長の膜厚を持つ酸化チタン膜が上下面に
形成されたガラス基板８が配置され、その上部には、プ
リズムシート９が配置されている。また、導光板の下部
には、１／４波長板１１を介して、反射板１２が配置さ
れている。

【００１９】このような構造のバックライトにおいて
は、冷陰極蛍光灯４から発生した光は導光板３に入射
し、レンチキュラー・レンズ・アレイ２０の表面での屈
折透過を経て、ガラス基板８に入射する。紙面を入射面
とし、酸化チタンの屈折率を２．３とすると、ガラス基
板８に入射する光線のうち、６６．５゜の入射角で入射
する光線は、酸化チタン膜表面に、空気と酸化チタンの
媒質境界におけるブリュースター角にほぼ等しい入射角
で入射する。このとき空気と酸化チタンの媒質境界に対
して、光を構成する各偏波成分のうち、ｐ波の透過率は
１００％となる一方、ｓ波の透過率は約５３％となる。

【００２０】空気と酸化チタンの媒質境界を透過した光
は、酸化チタンとガラスの媒質境界面に、約２３゜の入
射角で入射し、この境界面でのｐ波透過率は約９８％、
ｓ波透過率は約９５％である。

【００２１】更に、酸化チタンとガラスの媒質境界を透
過した光は、ガラスと酸化チタンの媒質境界面に、約３
５゜の入射角で入射し、この境界面でのｐ波透過率は約
９８％、ｓ波透過率は約９５％である。

【００２２】更に、ガラスと酸化チタンの媒質境界を透
過した光は、酸化チタンと空気の媒質境界面に、約２４
゜の入射角で入射し、この境界面でのｐ波透過率は１０
０％、ｓ波透過率は約５３％である。ここでの透過光
は、６６．５゜の屈折角で空気中に出射する。

【００２３】これらの４つの媒質境界での透過率を積算
すると、導光板３側からガラス基板８にブリュースター
角６６．５゜の入射角で入射する光線は、ｐ波透過率が
約９７％、ｓ波透過率が約２６％となるため、顕著な偏
光分離作用が発生する。

【００２４】ガラス基板で反射されたｓ波は導光板３側
に反射され、１／４波長板１１を介して反射板１２によ
る反射を受け、導光板を通過した後ガラス基板に戻って
くる。このときｓ波は、１／４波長板１１を二回通過し
ているため、光の偏波面が９０゜回転してｐ波に変換さ
れているので、初めの入射時にガラス基板に反射された
ｓ波成分が、ｐ波としてガラス基板に再入射し透過する
こととなる。これにより、酸化チタン膜が上下面に形成
されたガラス基板８から出射する光の約８７％がｐ波と
なり、ガラス基板８を略々偏光板の代わりとして用いる
ことができる。ガラス基板８から出射する光線は、プリ
ズムシート９による角度制御を受けて、入射面内垂直方
向（ディスプレイ面の法線方向）に出射し、液晶表示素
子１（下側偏光板無し）を照明することとなる。

【００２５】これにより偏光板を用いずに、直線偏光に
近い光を液晶層に入射することができるので、入射面が
複数存在する可能性とその影響について考慮しないなら
ば、偏光板の使用枚数を２枚から１枚に減らすことがで
き、その分だけ輝度を向上することができるという効果
がある。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】上述の図３に示したバ
ックライト装置では、通常の導光板出射光は拡散性を持
っているため、三次元的描像に立って考えるならば、ガ
ラス基板８に光が入射するときの入射面は、一通りでは
なく無数に存在することが分かる。故にこのとき、たと
え個々の入射面上で偏光度１のｐ波が得られても、ガラ
ス基板を透過した光はそれらの合成波となる。相異なる
入射面を持つ光は、各々導光板３内を相異なる光路を経
て伝搬してきた光であるか、散乱によって位相情報がラ
ンダム化された光であるから、それらの合成波はもはや
完全偏光ではなく、自然光成分の混ざりあった部分偏光
となる。このような状態の光を液晶表示素子１（下側偏
光板無し）に入射させると、液晶表示素子１（下側偏光
板無し）の画素がＯＦＦ状態であっても、液晶表示素子
の上側偏光板を透過する成分が必ず発生し、偏光板を用
いて直線偏光を液晶層に入射させる通常の液晶表示装置
に比べて、コントラストが悪化するという点が課題であ
った。

【００２７】また、ガラス基板８によって反射されたｓ
波が、レンチキュラー・レンズ・アレイを経て、１／４
波長板１１にまちまちの角度で入射するために、１／４
波長板１１内で受ける移相作用が入射角毎に異なり、特
定の入射角を持つｓ波以外は正しくｐ波に変換されない
という課題があった。

【００２８】本発明の目的は、偏光板を用いずに、偏光
度の高い直線偏光を出射することができるバックライト
を備えた液晶表示装置を提供することである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明を適用した液晶表示装置は、背面に全反射を
回避するための光反射処理を施した透明板からなる導光
板と、前記導光板の少なくとも一側縁を入光面としてこ
の入光面に沿って設置した冷陰極蛍光灯と、前記冷陰極
蛍光灯の周囲に前記入光面との対面部分を除いて設置し
たランプ反射シートと、前記導光板の上面に設置した高
屈折率膜付き透明板と、前記高屈折率膜付き透明板の上
面に設置したプリズムシートと、前記導光板の下面に設
置した１／４波長板と、前記１／４波長板の下面に設置
した反射シートと、前記プリズムシートの上面に設置し
た液晶表示素子とを少なくとも有し、前記冷陰極蛍光灯
と前記導光板の入光面の間に前記冷陰極蛍光灯から出射
する光を集光して前記入光面に導入する集光シートを設
置した。

【００３０】更に、導光板の側端面と冷陰極蛍光灯との
間に集光シートを設けると共に、導光板と１／４波長板
との間にコリメータ・レンズ・シートを設ける。

【００３１】本発明のバックライトにおいては、冷陰極
蛍光灯から発生した光は集光シートにより指向性が高め
られた状態で導光板に入射するので、導光板上下面での
反射を繰り返して導光板内を伝搬する光線群の軌跡は一
平面内（例えば紙面、即ち冷陰極蛍光灯に垂直な面内）
にほぼ納まることとなり、導光板上面から出射してガラ
ス基板８に入射する光線群の入射面もほぼ同一にするこ
とができる。これにより、ガラス基板８を透過する光線
群（ｐ波）の偏波面をほぼ同一にすることができ、偏光
度の高い直線偏光を出射することができる。

【００３２】また本発明のバックライトにおいては、ガ
ラス基板８で反射される光線群（ｓ波）の偏波面もほぼ
同一になると共に、これらが導光板を経由して導光板下
部の１／４波長板１１に入射する際に、１／４波長板１
０の上部に裁置されたコリメータ・レンズ・シート１０
により、入射角がほぼ０度に軌道修正されるため、種々
の出射角で導光板下面から出射する光線群（ｓ波）がほ
ぼ同一の移相作用をコリメータ・レンズ・シート１０に
より受けることになる。これにより、ガラス基板３で反
射された光線群（ｓ波）が１／４波長板を経由して導光
板側に戻ってくるときに、何れも偏波面が９０度回転し
た直線偏光（即ち、元の入射面にとってのｐ波）として
戻ってくるので、ガラス基板３で反射されたｓ波を偏光
度の高いｐ波としてガラス基板３に再入射させることが
でき、偏光度の高い直線偏光を出射することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】図４は本発明による液晶表示装置
の一実施例を説明する要部模式図であって、１は液晶表
示素子（下側偏光板無し）、２はバックライト、３は導
光板、４は冷陰極蛍光灯、５はランプ反射シート、６は
集光シート、７は反射テープ、８は高屈折率膜付き透明
板、９はプリズムシート、１０はコリメータ・レンズ・
シート、１１は１／４波長板、１２は反射シートであ
る。

【００３４】同図において、バックライト２は断面が矩
形の透明板からなる導光板３と、その一側縁に沿って設
置した冷陰極蛍光灯４と、冷陰極蛍光灯４の導光板３と
対面する側を除いて周回設置されたランプ反射シート５
と、導光板３の上記一側縁に沿って設置した集光シート
６と、導光板３の前記冷陰極蛍光灯４とは反対の側縁に
設置された反射テープ７と、液晶表示素子１側（上面）
に載置された高屈折率膜付き透明板８と、更にその上に
裁置されたプリズムシート９と、液晶表示素子１の下面
に設置された１／４波長板１１と、反射シート１２とか
ら構成される。

【００３５】この導光板３は、例えば縦方向（垂直方
向）が１５５ｍｍ、横方向（水平方向）が２１８ｍｍ、
厚さが４ｍｍ、屈折率が１．５０近傍のアクリル樹脂板
等の透明板の背面に、全反射を回避する処理を施したも
ので構成される。全反射を回避する処理としては、光の
散乱に主に基づく処理と、光の正反射に主に基づく処理
の二通りがある。光の散乱に主に基づく処理としては、
透明板の背面に光散乱性を有するインク材料をパターン
印刷する方法と、透明板の背面に粗面加工を施す方法の
二種が代表例として挙げられる。また光の正反射に主に
基づく処理としては、透明板の背面にプリズムアレイを
形成する方法が代表例として挙げられる。

【００３６】本発明の適用に際しては、正反射をおこな
うプリズムアレイを用いることがより望ましい。

【００３７】冷陰極蛍光灯４から導光板３の入光面に入
射する光束は、当該入光面と冷陰極蛍光灯４との間に設
置された集光シート６によって集光される。

【００３８】集光シート６によって集光された光束は、
導光板３内を反射テープ７方向に、導光板３上面およ
び、反射シート１２を含む導光板下面による反射を繰り
返しつつ、ほぼ同一平面上（例えば紙面、即ち冷陰極蛍
光灯に垂直な面上）を伝播する。このとき、導光板３の
背面に施す全反射回避処理を適正化することにより、高
屈折率膜付き透明板８の表面におけるブリュースター角
とほぼ等しい出射角で、当該導光板３の上面から光束が
出射する。この出射光束のうち、ｐ波（該同一平面、例
えば紙面に平行な電界ベクトルを持つ偏波成分）が高屈
折率膜付き透明板８を透過し、該同一平面（例えば、紙
面）にほぼ平行な偏波成分のみから成る高い偏光度の直
線偏光として、液晶表示素子１（下側偏光板無し）を照
明する。

【００３９】液晶表示素子１（下側偏光板無し）は、図
示しない駆動回路で所定の画素が光透過状態とされ、バ
ックライト２からの照明光が上記光透過状態とされた画
素を通過して可視表示がなされる。

【００４０】また当該導光板３の上面から出射した光束
のうちのｓ波（該同一平面、例えば紙面に垂直な電界ベ
クトルを持つ偏波成分）は、高屈折率膜付き透明板８に
より反射され、導光板３内を通過した後、コリメータ・
レンズ・シート１０により１／４波長板１１の法線方向
に平行光化された後、１／４波長板１１を介して反射シ
ート１２による反射を受けるので、ほとんどの光線（ｓ
波）が偏波面が９０度回転した直線偏光の状態となっ
て、導光板３側に戻ってくる。故に、該同一平面（例え
ば、紙面）にほぼ平行な電界ベクトルを持つ偏波成分の
みから成る高い偏光度のｐ波として高屈折率膜付き透明
板８に再入射するため、該高屈折率膜付き透明板８を透
過し、該同一平面（例えば、紙面）にほぼ平行な偏波成
分のみから成る高い偏光度の直線偏光として、液晶表示
素子１（下側偏光板無し）を照明することとなる。

【００４１】なお反射テープ７は、導光板３から抜け出
す光を再度導光板３に戻す機能を有する。

【００４２】図５は図４におけるバックライトを構成す
る集光シートの設置状態を説明する部分破断した平面図
である。

【００４３】同図に示したように、集光シート６は導光
板３の入光面３ｂ，すなわち冷陰極蛍光灯４を設置する
側縁に近接して配置されており、冷陰極蛍光灯４から出
射する光束はこの集光シート６を通過することにより所
定の方向に集光がなされ、その後に導光板３内に入射
し、正反射と散乱を繰り返しつつ導光板３の上面から出
射する。

【００４４】図６は本発明におけるバックライトを構成
する集光シートの一例の説明図であって、（ａ）は図６
のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は集光シートを導光
板３側から見た斜視図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線で切
断した部分断面図であり、６は本例の集光シート、６ａ
は微小凸レンズである。

【００４５】この例では、導光板３は冷陰極蛍光灯設置
側縁から反射テープ７側に同一厚さの透明樹脂板であ
り、透明樹脂板内での全反射を回避する処理として、透
明樹脂板の背面にプリズムアレイが形成されている。ま
た冷陰極蛍光灯設置側縁に位置された集光シート６は冷
陰極蛍光灯４と対面する面に多数の微小凸レンズ６ａを
有し、導光板３側は平坦面となっている。

【００４６】この集光シート６により、冷陰極蛍光灯４
から出射された光は微小凸レンズ６ａにより導光板３に
対して紙面に平行な面内および紙面に垂直な面内の両面
内で集光されて導光板３に入射する。

【００４７】これにより、冷陰極蛍光灯４から出射され
た光束の大部分は導光板３の入光面に対し、紙面に平行
な面内および紙面に垂直な面内の両面内において、集光
シートがない場合よりも小さな入射角で入射する。入光
面における屈折作用を加味すると、導光板３内に進入す
る光束は、紙面に平行な面内および紙面に垂直な面内の
両面内において、更に狭い角度範囲内に集光された状態
で、導光板３内を進行することになる。この光束の進行
方向を、導光板３の背面に配設されたプリズムアレイの
斜面における正反射によって制御することにより、光線
の軌跡を紙面に平行な面内に保持したままの状態で、光
束を導光板３の上面から、高屈折率膜付き透明板８の表
面におけるブリュースター角とほぼ等しい出射角で出射
させることができる。

【００４８】この出射光束が高屈折率膜付き透明板８の
表面に入射する際の入射面は紙面に等しいので、この出
射光束のうち、入射面即ち紙面に平行な電界ベクトルを
持つ偏波成分であるｐ波が高屈折率膜付き透明板８を透
過し、その進行方向を高屈折率膜付き透明板８の上面に
設置したプリズムシートにより導光板３の上面の法線方
向に近い方向へ角度制御することによって、紙面に平行
な偏波成分のみから成る、偏光度の高い直線偏光光源が
実現される。

【００４９】また当該導光板３の上面から出射した光束
のうち、入射面即ち紙面に垂直な電界ベクトルを持つ偏
波成分であるｓ波は、高屈折率膜付き透明板８により反
射され、導光板３内を通過した後、コリメータ・レンズ
・シート１０により１／４波長板１１の法線方向に平行
光化された後、１／４波長板１１を介して反射シート１
２による反射を受けるので、ほとんどの光線（ｓ波）が
偏波面が９０度回転した直線偏光の状態となって、導光
板３側に戻ってくる。故に、該同一平面（例えば、紙
面）にほぼ平行な電界ベクトルを持つ偏波成分のみから
成る高い偏光度のｐ波として高屈折率膜付き透明板８に
再入射するため、該高屈折率膜付き透明板８を透過し、
その進行方向を高屈折率膜付き透明板８の上面に設置し
たプリズムシートにより導光板３の上面の法線方向に近
い方向へ角度制御することによって、紙面に平行な偏波
成分のみから成る、偏光度の高い直線偏光となる。

【００５０】以上から、光線の軌跡が紙面に平行な面内
に保持されたままの状態で導光板３の上面から出射する
光束に対し、これを構成するｐ波、ｓ波双方の偏波成分
が、紙面に平行な偏波成分のみから成る、偏光度の高い
直線偏光光源の放射強度に寄与することとなる。これを
用いて液晶表示素子１（下側偏光板無し）を照明するこ
とにより、液晶表示素子１の出射光について、偏光板１
枚分の放射エネルギ吸収による光損失を回避することが
でき、液晶用バックライトとして高輝度な照明光源が実
現される。

【００５１】図７は本発明による液晶表示装置の他の実
施例を説明する要部模式図であって、１は液晶表示素子
（下側偏光板無し）、２はバックライト、３は導光板、
４は冷陰極蛍光灯、５はランプ反射シート、６は集光シ
ート、７は反射テープ、８は高屈折率膜付き透明板、９
はプリズムシート、１０はコリメータレンズシート、１
１は１／４波長板、１２は反射シートである。

【００５２】同図において、バックライト２は冷陰極蛍
光灯４の長手方向と直交する方向の断面が楔形の透明板
からなる導光板３と、その一側縁に沿って設置した冷陰
極蛍光灯４と、冷陰極蛍光灯４の導光板３と対面する側
を除いて周回設置されたランプ反射シート５と、導光板
３の上記一側縁に沿って設置した集光シート６と、導光
板３の前記冷陰極蛍光灯４とは反対の側縁に設置された
反射テープ７と、液晶表示素子１側（上面）に載置され
た高屈折率膜付き透明板８と、更にその上に裁置された
プリズムシート９と、液晶表示素子１の下面に設置され
た１／４波長板１１と、反射シート１２とから構成され
る。

【００５３】この導光板３は、例えば縦方向（垂直方
向）が１５５ｍｍ、横方向（水平方向）が２１８ｍｍ、
冷陰極蛍光灯側の厚さが４ｍｍ、反射テープ側の厚さが
２ｍｍ、屈折率が１．５０近傍のアクリル樹脂板等の透
明板の背面に、入光面近傍領域での内部反射における全
反射を回避する処理を施したもので構成される。全反射
を回避する処理としては、光の散乱に主に基づく処理
と、光の正反射に主に基づく処理の二通りがある。光の
散乱に主に基づく処理としては、透明板の背面に光散乱
性を有するインク材料をパターン印刷する方法と、透明
板の背面に粗面加工を施す方法の二種が代表例として挙
げられる。また光の正反射に主に基づく処理としては、
透明板の背面にプリズムアレイを形成する方法が代表例
として挙げられる。

【００５４】冷陰極蛍光灯４から導光板３の入光面に入
射する光束は、当該入光面と冷陰極蛍光灯４との間に設
置された集光シート６によって集光される。

【００５５】集光シート６によって集光された光束は、
導光板３内を反射テープ７方向に、導光板３上面およ
び、反射シート１２を含む導光板下面による反射を繰り
返しつつ、ほぼ同一平面上（例えば紙面、即ち冷陰極蛍
光灯に垂直な面上）を伝播する。このとき、導光板３の
背面に施す全反射回避処理を適正化することにより、高
屈折率膜付き透明板８の表面におけるブリュースター角
とほぼ等しい出射角で、当該導光板３の上面から光束が
出射する。この出射光束のうち、ｐ波（該同一平面、例
えば紙面に平行な電界ベクトルを持つ偏波成分）が高屈
折率膜付き透明板８を透過し、該同一平面（例えば、紙
面）にほぼ平行な偏波成分のみから成る高い偏光度の直
線偏光として、液晶表示素子１（下側偏光板無し）を照
明する。

【００５６】液晶表示素子１（下側偏光板無し）は、図
示しない駆動回路で所定の画素が光透過状態とされ、バ
ックライト２からの照明光が上記光透過状態とされた画
素を通過して可視表示がなされる。

【００５７】また当該導光板３の上面から出射した光束
のうちのｓ波（該同一平面、例えば紙面に垂直な電界ベ
クトルを持つ偏波成分）は、高屈折率膜付き透明板８に
より反射され、導光板３内を通過した後、コリメータ・
レンズ・シート１０により１／４波長板１１の法線方向
に平行光化された後、１／４波長板１１を介して反射シ
ート１２による反射を受けるので、ほとんどの光線（ｓ
波）が偏波面が９０度回転した直線偏光の状態となっ
て、導光板３側に戻ってくる。故に、該同一平面（例え
ば、紙面）にほぼ平行な電界ベクトルを持つ偏波成分の
みから成る高い偏光度のｐ波として高屈折率膜付き透明
板８に再入射するため、該高屈折率膜付き透明板８を透
過し、該同一平面（例えば、紙面）にほぼ平行な偏波成
分のみから成る高い偏光度の直線偏光として、液晶表示
素子１（下側偏光板無し）を照明することとなる。

【００５８】なお反射テープ７は、導光板３から抜け出
す光を再度導光板３に戻す機能を有する。

【００５９】図８は本発明におけるバックライトを構成
する集光シートの第二例の説明図であって、６は図７と
同様集光シート、６ａは微小凸レンズである。

【００６０】この例では、導光板３は冷陰極蛍光灯設置
側縁から反射テープ７側に漸減する厚さとした楔形の透
明樹脂板であり、入光面近傍領域の透明樹脂板内での全
反射を回避する処理として、透明樹脂板の背面にプリズ
ムアレイが形成されている。また冷陰極蛍光灯設置側縁
に位置された集光シート６は冷陰極蛍光灯４と対面する
面に多数の微小凸レンズ６ａを有し、導光板３側は平坦
面となっている。

【００６１】この集光シート６により、冷陰極蛍光灯４
から出射された光は微小凸レンズ６ａにより導光板３に
対して紙面に平行な面内および紙面に垂直な面内の両面
内で集光されて導光板３に入射する。

【００６２】これにより、冷陰極蛍光灯４から出射され
た光束の大部分は導光板３の入光面に対し、紙面に平行
な面内および紙面に垂直な面内の両面内において、集光
シートがない場合よりも小さな入射角で入射する。入光
面における屈折作用を加味すると、導光板３内に進入す
る光束は、紙面に平行な面内および紙面に垂直な面内の
両面内において、更に狭い角度範囲内に集光された状態
で、導光板３内を進行することになる。この光束の進行
方向を、導光板３の背面に配設されたプリズムアレイの
斜面における正反射によって制御することにより、光線
の軌跡を紙面に平行な面内に保持したままの状態で、光
束を導光板３の上面から、高屈折率膜付き透明板８の表
面におけるブリュースター角とほぼ等しい出射角で出射
させることができる。

【００６３】この出射光束が高屈折率膜付き透明板８の
表面に入射する際の入射面は紙面に等しいので、この出
射光束のうち、入射面即ち紙面に平行な電界ベクトルを
持つ偏波成分であるｐ波が高屈折率膜付き透明板８を透
過し、その進行方向を高屈折率膜付き透明板８の上面に
設置したプリズムシートにより導光板３の上面の法線方
向に近い方向へ角度制御することによって、紙面に平行
な偏波成分のみから成る、偏光度の高い直線偏光光源が
実現される。

【００６４】また、当該導光板３の上面から出射した光
束のうち、入射面即ち紙面に垂直な電界ベクトルを持つ
偏波成分であるｓ波は、高屈折率膜付き透明板８により
反射され、導光板３内を通過した後、コリメータ・レン
ズ・シート１０により１／４波長板１１の法線方向に平
行光化された後、１／４波長板１１を介して反射シート
１２による反射を受けるので、ほとんどの光線（ｓ波）
が偏波面が９０度回転した直線偏光の状態となって、導
光板３側に戻ってくる。故に、該同一平面（例えば、紙
面）にほぼ平行な電界ベクトルを持つ偏波成分のみから
成る高い偏光度のｐ波として高屈折率膜付き透明板８に
再入射するため、該高屈折率膜付き透明板８を透過し、
その進行方向を高屈折率膜付き透明板８の上面に設置し
たプリズムシートにより導光板３の上面の法線方向に近
い方向へ角度制御することによって、紙面に平行な偏波
成分のみから成る、偏光度の高い直線偏光となる。

【００６５】以上から、光線の軌跡が紙面に平行な面内
に保持されたままの状態で導光板３の上面から出射する
光束に対し、これを構成するｐ波、ｓ波双方の偏波成分
が、紙面に平行な偏波成分のみから成る、偏光度の高い
直線偏光光源の放射強度に寄与することとなる。これを
用いて液晶表示素子１（下側偏光板無し）を照明するこ
とにより、液晶表示素子１の出射光について、偏光板１
枚分の放射エネルギ吸収による光損失を回避することが
でき、液晶用バックライトとして高輝度な照明光源が実
現される。

【００６６】

【発明の効果】このように、高屈折率膜付き透明板と集
光シートの組み合わせ、あるいは高屈折率膜付き透明板
と集光シートとコリメータ・レンズ・シートの組み合わ
せで構成した本発明による液晶表示装置によれば、偏光
板を用いずに偏光度の高い直線偏光を液晶層に入射させ
ることができ、偏光板を用いた場合と同等のコントラス
トを保ちながら、偏光板を１枚無くした分だけ液晶表示
素子前面の輝度が向上し、面光源装置の低消費電力化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は液晶表示装置の全体構成例を説明する
展開斜視図である。

【図２】図２は従来の液晶表示装置におけるバックラ
イトの構造を説明する要部断面図である。

【図３】図３は偏光出射が可能な導光板を有するバッ
クライトの一部構造を示す概略断面図である。

【図４】図４は本発明による液晶表示装置の一実施例
を説明する要部模式図である。

【図５】図５は図４におけるバックライトを構成する
集光シートの設置状態を説明する部分破断した平面図で
ある。

【図６】図６は本発明におけるバックライトを構成す
る集光シートの説明図である。

【図７】図７は本発明による液晶表示装置の他の実施
例を説明する要部模式図である。

【図８】図８は本発明におけるバックライトを構成す
る集光シートの第二例の説明図である。

【符号の説明】

１…液晶表示素子、２…バックライト、３…導光板、４
…ランプ反射シート、６…集光シート、７…反射テー
プ、８…高屈折率膜付き透明板、９…プリズムシート、
１０…コリメータレンズシート、１１…１／４波長板、
１２…反射シート、１３…拡散シート。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示素子と、該液晶表示素子の背面に
配置されたバックライト装置とから構成される液晶表示
装置であって、上記液晶表示素子は観察側に偏光板を備
え、上記バックライト装置は、背面に全反射を回避する
ための光反射処理を施した透明な導光板と、該導光板の
少なくとも一側縁を入光面としてこの入光面に沿って設
置した線状光源と、上記導光板の観察側に設置されて上
記導光板からの光の所定の偏光成分を透過し、かつ、他
の偏光成分を反射するための偏光分離板と、上記導光板
の背面に設置されて光の偏光方向を回転するため偏光回
転板と、該偏光回転板の背面に設置した反射シートと、
上記線状光源と上記導光板の入光面の間に配置されて上
記線状光源から出射する光を集光して上記入光面に導入
する集光シートとから構成されたことを特徴とする液晶
表示装置。
【請求項２】液晶表示素子と、該液晶表示素子の背面に
配置されたバックライト装置とから構成される液晶表示
装置であって、上記液晶表示素子は観察側に偏光板を備
え、上記バックライト装置は、背面に全反射を回避する
ための光反射処理を施した透明な導光板と、上記導光板
の観察側に設置されて上記導光板からの光の所定の偏光
成分を透過し、かつ、他の偏光成分を反射するための偏
光分離板と、上記導光板の背面に設置されて光の偏光方
向を回転するため偏光回転板と、該偏光回転基板の背面
に設置した反射シートと、上記導光板と上記偏光回転板
との間に配置されて上記導光板からの光を上記偏光回転
板の略法線方向に修正するレンズシートとから構成され
たことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】液晶表示素子と、該液晶表示素子の背面に
配置されたバックライト装置とから構成される液晶表示
装置であって、上記液晶表示素子は観察側に偏光板を備
え、上記バックライト装置は、背面に全反射を回避する
ための光反射処理を施した透明な導光板と、該導光板の
少なくとも一側縁を入光面としてこの入光面に沿って設
置した線状光源と、上記導光板の観察側に設置されて上
記導光板からの光の所定の偏光成分を透過し、かつ、他
の偏光成分を反射するための偏光分離板と、上記導光板
の背面に設置されて光の偏光方向を回転するため偏光回
転板と、該偏光回転板の背面に設置した反射シートと、
上記線状光源と上記導光板の入光面の間に配置されて上
記線状光源から出射する光を集光して上記入光面に導入
する集光シートと、上記導光板と上記偏光回転板との間
に配置されて上記導光板からの光を上記偏光回転板の略
法線方向に修正するレンズシートとから構成されたこと
を特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】前記導光板に施された光反射処理は、光散
乱性を有するインク材料を印刷した処理、あるいは粗面
加工処理、あるいはプリズムアレイを形成した処理であ
ることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３
いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項５】前記導光板は、前記入光面側の厚みの方
が、該入光面に対向する面より厚いことを特徴とする請
求項１または請求項３記載の液晶表示装置。
【請求項６】前記線状光源は冷陰極蛍光灯であることを
特徴とする請求項１または請求項３記載の液晶表示装
置。
【請求項７】前記偏光分離板はガラス基板に高屈折率膜
を貼り合わされた半透明板であることをことを特徴とす
る請求項１、請求項２または請求項３いずれかに記載の
液晶表示装置。
【請求項８】前記偏光回転板は、前記導光板を通過する
所定波長の光のほぼ１／４波長板であることを特徴とす
る請求項１、請求項２または請求項３いずれかに記載の
液晶表示装置。
【請求項９】前記集光シートには複数の微小凸レンズが
形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２ま
たは請求項３いずれかに記載の液晶表示装置。
【請求項１０】背面に全反射を回避するための光反射処
理を施した透明な導光板と、該導光板の少なくとも一側
縁を入光面として該入光面に沿って設置した冷陰極蛍光
灯と、該冷陰極蛍光灯の周囲に上記入光面との対面部分
を除いて設置したランプ反射シートと、上記導光板の上
面に設置した高屈折率膜付き透明板と、前記高屈折率膜
付き透明板の上面に設置したプリズムシートと、上記導
光板の下面に設置した１／４波長板と、該１／４波長板
の下面に設置した反射シートと、前記プリズムシートの
上面に設置した液晶表示素子とを少なくとも有し、上記
冷陰極蛍光灯と上記導光板の入光面の間に上記冷陰極蛍
光灯から出射する光を集光して上記入光面に導入する集
光シートを設置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１１】前記導光板と前記１／４波長板の間にコ
リメータ・レンズ・シートを設置したことを特徴とする
請求項１０記載の液晶表示装置。