JPH11149074A

JPH11149074A - バックライト装置及び液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11149074A
Application number: JP10223924A
Authority: JP
Inventors: Keiji Kashima; 啓二鹿島
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1998-08-07
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶表示装置に用いるバックライト装置を薄
型で、量産性に優れ、且つ光の利用効率を向上できるよ
うにする。【解決手段】バックライト装置１０は、光源１２と、
この光源光を出光面１４Ｂから出射する導光体１４と、
導光体１４からの拡散光を受光して、拡散光の最大強度
方向を出光面１６Ａの法線方向にシフトする光拡散シー
ト１６と、この光拡散シート１６からの光中の、一方の
偏光成分を透過し、他方の偏光成分を反射する偏光分離
シート１８と、を設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置等に
用いるバックライト装置、及び、これを用いた液晶表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータのディスプレイ、テ
レビジョン等の各種ディスプレイとして、液晶パネルを
その背面からバックライト装置によって照明するように
した液晶表示装置が普及している。

【０００３】このような液晶表示装置は、偏光板に光を
透過させることによって得られた偏光光を液晶層で変調
する方式のものである。

【０００４】例えば、図１８に、従来のバックライトを
含む液晶表示装置１の代表的な構成を示す。

【０００５】この液晶表示装置１において、バックライ
ト装置２は、光源３から出射された光を略板状の導光体
４の一側端面４Ａから入射させ、出光面４Ｂ（図におい
て上面）から出射させ、該出光面４Ｂから出射した光
は、拡散シート５により拡散させた後、プリズムシート
６により集光し、液晶セル７を、その背面から照明する
ようにされている。

【０００６】ここで、前記一側端面４Ａから入射した光
源光は、導光体４内で全反射をしながら進行し、且つそ
の光の一部が、裏面４Ｃに配置された光拡散体４Ｄによ
り進行方向が変更されて、出光面４Ｂから該導光体４外
に出射され、導光体４の、出光面４Ｂと反対側の裏面４
Ｃ（図において下面）から下方に出射した光は、反射シ
ート８によって反射され、再び導光体４内へ戻される。

【０００７】前記プリズムシート６は、三角柱プリズム
をその稜線が平行となるように配置したものであり、
又、液晶セル７はその表面及び裏面が偏光板９Ａ、９Ｂ
で挟持された構成となっている。

【０００８】図１９及び図２０に、更に他の従来の液晶
表示装置を示す。図１９の液晶表示装置１Ａは、そのバ
ックライト２Ａにおける拡散シート５とプリズムシート
６Ａの配置が図１８の液晶表示装置におけるバックライ
ト２Ａと反対にされると共に、プリズムシート６Ａにお
ける三角柱プリズムが、図１８の場合と反対の下向きに
配置されている点において相違する。他の構成は、図１
８と同一であるので、同一部分に同一符号を付すること
により説明を省略する。

【０００９】又、図２０の液晶表示装置１Ｂにおけるバ
ックライト２Ｂは、図１９のバックライト２Ａにおける
拡散シート５とプリズムシート６Ａとの間に、その三角
柱プリズムの方向がプリズムシート６Ａと直交する方向
とされた第３のプリズムシート６Ｂを配置したものであ
る。他の構成は、図１９の液晶表示装置１Ａと同一であ
る。

【００１０】前記いずれの液晶表示装置１、１Ａ又は１
Ｂにおいても、液晶セル７は偏光板９Ａ、９Ｂによって
挟持される構成となっていて、偏光板９Ａ、９Ｂが入射
光の約５０％を吸収してしまうために光の利用効率が低
く、十分な明るさを得るためには、より多くの光を偏光
板に入射させる必要があったが、このようにすると、光
源の消費電力が増大するのみならず、該光源からの熱が
液晶セル７における液晶に悪影響を与えて表示が見難く
なってしまう等の種々の問題点を生じていた。

【００１１】これに対して、従来、例えば、特開平４−
１８４４２９号公報、特開平６−２６５８９２号公報、
及び、特開平７−２６１１２２号公報に開示されている
ように、光源からの無偏光光を、互いに直交関係にある
２つの直線偏光に分離する偏光分離シートを用いて分離
し、分離された一方の偏光光は液晶セルに入射させ、他
方の平行成分は光源側に戻して、その光を反射等により
再度光分離シートに導いて利用し、光利用効率を向上さ
せる技術が提案されている。

【００１２】前記特開平４−１８４４２９号公報に開示
されたものは、光源からの無偏光光を、偏光分離器によ
り互いに直交関係にある２つの偏光光に分離し、一方の
偏光光を直接液晶セルに向けて出射させ、他方の偏光光
は光源側に戻して収束させた後、反射させて再び偏光分
離器に入射するようにしたものである。

【００１３】又、前記特開平６−２６５８９２号公報の
ものは、面状導光体の光出射面側に、出射する光が面状
導光体表面に対してほぼ垂直になるように、プリズムア
レイからなる光線偏向体を設け、更にその光出射面側に
例えば三角柱形状プリズムアレイの斜面部分に設けられ
た偏光分離層からなる偏光分離手段を配置したものであ
る。

【００１４】更に、前記特開平７−２６１１２２号公報
のものは、くさび形状断面を有する体積領域を含む光散
乱導光体からなる平行光束化素子の出射面側に偏光分離
シートを配置したものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平４−１８４
４２９号公報に開示のものは、投影型の液晶表示装置を
対象とするものであって、その照明装置の構成は大きな
空間的スペースを必要とし、液晶パネルの裏面に隣接し
てバックライトが設けられている平面型の液晶表示装置
は適用することができないという問題点がある。

【００１６】又、前記特開平６−２６５８９２号公報に
開示のものは、薄型の液晶表示装置に適用されるもので
あるが、三角柱状プリズムアレイからなる偏光分離手段
の構造が複雑であり、特に三角柱状プリズムアレイの斜
面に偏光分離層を形成することが難しく、量産性に乏し
いという問題点がある。

【００１７】又、特開平７−２６１１２２号公報に開示
されるものは、導光体としてくさび形状断面の特定の光
散乱導光体からなる平行光束化素子を用いるものである
ため、該光散乱導光体を特定の光散乱能に制御すること
が難しいという問題点がある。

【００１８】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、比較的簡単な構成で薄型化ができる
と共に、量産性に優れ、且つ光の利用効率を向上できる
ようにしたバックライト装置及び液晶表示装置を提供す
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明は、請求項１の
ように、光源と、表面、裏面及び側端面を備えた略板状
体であって、一側端面から入射する前記光源からの光を
前記表面である出光面から拡散光として出射する導光体
と、この導光体の出光面から出射する拡散光を一方の面
で受光し、反対側の出光面から、拡散光の最大強度方向
を該出光面の法線方向にシフトさせて出光する、少なく
とも一枚の光拡散シートと、この光拡散シートの出光面
からの光を受光して、該光中の一方の偏光成分を透過
し、他方の偏光成分を反射する偏光分離シートと、前記
導光体の裏面に配置され、光を該導光体内に反射する光
反射シートと、を有してなるバックライト装置により、
上記目的を達成するものである。

【００２０】前記偏光分離シートは、請求項２のよう
に、厚さ方向に隣接する層が互いに屈折率の異なる３層
以上の積層体とし、入射するＰ偏光及びＳ偏光の一方を
透過、他方を反射して両者を分離するようにしてもよ
い。

【００２１】前記偏光分離シートは、請求項３のよう
に、コレステリック液晶層からなる旋光選択層と、１／
４波長位相差層とを含んで構成し、前記コレステリック
液晶層が、入射する光のうちの一方向の旋光成分と、こ
れと逆回りの旋光成分とを分離するようにしてもよい。

【００２２】前記偏光分離シートは、請求項４のよう
に、各層が複屈折性を有する３層以上の平面状多層構造
とし、平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２つの光の
うちの一方に対する厚さ方向に隣接する層間における屈
折率の差と、他方に対する厚さ方向に隣接する層間にお
ける屈折率との差とが異なるように構成してもよい。

【００２３】前記光拡散シートは、請求項５のように、
入光面よりも出光面が粗面とされた透光性材料から構成
するようにしてもよい。

【００２４】又、本発明は、請求項６のように、請求項
１乃至５のいずれかのバックライト装置と、このバック
ライト装置における前記偏光分離シートの出光面側に配
置した液晶パネルと、を有してなる液晶表示装置によ
り、上記目的を達成するものである。

【００２５】この発明においては、光拡散シートによっ
て、導光体からの拡散光の最大強度方向を出光面での法
線方向により近くシフトするので、拡散光を、偏光分離
シートの偏光分離作用が最大となる光線入射角に近くす
ることができ、光拡散シート自体が偏光を無偏光な状態
へ変換する作用との相乗効果によって、極めて薄型で量
産性に優れ、且つ低コストで高効率な偏光バックライト
を得ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して詳細に説明する。

【００２７】図１のバックライト装置１０は、光源１２
と、表面、裏面及び側端面を備えた略板状体であって、
一側端面１４Ａから入射する前記光源１２からの光を前
記表面である出光面１４Ｂから拡散光として出射する導
光体１４と、この導光体１４の出光面１４Ｂから出射す
る拡散光を一方の面で受光し、反対側の出光面１６Ａ
（図２参照）から、拡散光の最大強度方向を該出光面１
６Ａの法線方向にシフトさせて出光する光拡散シート１
６と、この光拡散シート１６の出光面１６Ａからの光を
受光して、該光中の一方の偏光成分を透過し、他方の偏
光成分を反射する偏光分離シート１８と、前記導光体１
４の裏面１４Ｃ側に配置され、光を該導光体１４内に反
射する光反射シート２０と、を備えて構成されている。

【００２８】前記光源１２は、冷陰極管等の線状光源を
用いる。又、複数の点状光源を導光体１４の一側端面１
４Ａに沿って並列配置してもよい。

【００２９】前記導光体１４は、その出光面１４Ｂから
出射される拡散光のピークが、図１において符号１５で
示されるように、該出光面１４Ｂに立てた法線に対して
斜め方向となるようにするものである。

【００３０】この導光体１４は、光を効率良く透過させ
る材質から構成され、例えばＰＭＭＡ（ポリメチルメタ
クリレート）等のアクリル樹脂、ポリカーボネイト樹
脂、ガラス等を用いる。

【００３１】又、導光体１４の形状は略平板状（一側端
面１４Ａから遠ざかるに連れて薄くなるくさび形状等も
含む）であり、裏面１４Ｃにおいて、透光性樹脂そのも
のの表面が粗面となった光拡散層１４Ｄが設けられてい
る。この光拡散層１４Ｄは、通常はドット状あるいはス
トライプ状に印刷等の手段によって形成する。

【００３２】又、光拡散能は、導光体１４を構成する光
透過性樹脂中にＳi 、Ｂa 、Ｔi 等を含ませて形成して
もよい。

【００３３】前記光拡散シート１６は、例えばＰＣ（ポ
リカーボネイト）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレー
ト）等の透光性材料に光拡散手段を施してなり、光を拡
散透過するものであればよい。

【００３４】光拡散シート１６は、例えば図２に示され
るように、出光面１６Ａがエンボス加工によって入光面
１６Ｂよりも粗面とされている。この場合、光拡散シー
ト１６の材料としては、厚さ０．１〜２ｍｍのＰＣから
なるシートが用いられる。

【００３５】この光拡散シート１６は、好ましい光拡散
作用の度合いとして、ヘーズ値で１０％以上、より好ま
しくは３０％以上であり、ヘーズ値がこの範囲であれ
ば、導光体１４からの拡散光の最大強度方向を、出光面
１６Ａに立てた法線方向により近くシフトする作用が大
きくなる。

【００３６】前記偏光分離シート１８は、図３に示され
るように、互いに屈折率の異なる３枚の光透過性シート
１８Ａ〜１８Ｃを積層して構成したものである。

【００３７】これら光透過性シート１８Ａ〜１８Ｃは、
透光性があればその材質は特に限定されず、ＰＥＴ等の
ポリエステル樹脂、ＰＣ、ＰＭＭＡ等のアクリル樹脂、
ＴＡＣ（三酢酸セルロース）、ガラス、シリカ、ＩＴＯ
（Indium Tin Oxide）等を用いる。

【００３８】上記のように、相互に屈折率が異なる光透
過性シート１８Ａ〜１８Ｃの界面を光線が通過する際に
は、透過光及び反射光が偏光される現象（偏光分離作
用）が発生する。

【００３９】このような偏光分離作用は、偏光分離シー
ト１８への光の入射角によって異なるが、この入射角が
ブリュースター角の場合、即ち上記界面における屈折光
線と反射光線との間の角度が９０°となるような光線入
射角の場合、偏光分離作用が最大となる。

【００４０】ここで、光線入射角がブリュースター角の
場合は、例えば空気（屈折率ｎ＝１）中の１枚の光透過
性シート（屈折率ｎ′＞ｎ）を用いると、反射光中のＳ
偏光成分と透過光中のＰ偏光成分の強度比Ｔｓ／Ｔｐ＝
｛２ｎ′／（１＋ｎ′²）｝ ⁴となる。

【００４１】なお、強い偏光分離作用を得るためには、
前記光透過性シートは少なくとも３枚、好ましくは５枚
以上とするのがよい。

【００４２】上記のような偏光分離シート１８に光拡散
シート１６からの光が入射すると、透過光はＰ偏光成分
が多くなり、又反射光はＳ偏光成分が多くなる。

【００４３】前記光反射シート２０は、光を反射する性
質を有するものであればよく、その材質は特に限定され
ないが、例えばＰＥＴの内部に多数の気泡を含有する厚
さ０．１〜２ｍｍ程度で、拡散反射率８０％以上のシー
ト、ＰＥＴの表面にＡｌ、Ａｇ等を蒸着した厚さ０．１
〜１ｍｍ程度で、鏡面反射率が８０％以上のシート等で
あればよい。

【００４４】次に、上記バックライト装置１０の作用に
ついて説明する。

【００４５】光源１２から出射された光は、一側端面１
４Ａから導光体１４内に入り、出光面１４Ｂと裏面１４
Ｃとの間で全反射を繰り返しながら、反対側の端面に向
かって進行する。

【００４６】導光体１４内を進行する光の一部は、裏面
１４Ｃに形成された光拡散層１４Ｄによって進行方向を
変えられて、出光面１４Ｂから導光体１４内に出光す
る。

【００４７】又、導光体１４の裏面１４Ｃから図１にお
いて他方に出射した光は、光反射シート２０によって反
射されて、再び導光体１４内へ戻される。

【００４８】前記出光面１４Ｂから出射した光は、光拡
散シート１６で拡散されるが、このとき、該光拡散シー
ト１６の出光面１６Ａが入光面１６Ｂよりも粗面とされ
ているので、導光体１４からの拡散光が、その最大強度
方向を出光面１６Ａに立てた法線により近くシフトされ
る。

【００４９】偏光分離シート１８によって反射されたＳ
偏光成分の多い反射光は、光拡散シート１６、導光体１
４における光拡散層１４Ｄ、光反射シート２０等によっ
て、偏光状態から無偏光な状態へ変換され、出光面１４
Ｂから光拡散シート１６を通って偏光分離シート１８に
再度入射する。

【００５０】このように、導光体１４の出光面１４Ｂか
ら出射された光が、上記のような経路を辿ることによっ
て、光損失が少なく偏光分離シート１８を透過し、該偏
光分離シート１８の出光面からＰ偏光成分の多いバック
ライト光として出射する。

【００５１】なお、前記導光体１４は、図１に示される
ように、光拡散層１４Ｄを裏面１４Ｃに形成したもので
あるが、本発明はこれに限定されるものでなく、導光体
は、出光面から出射される拡散光のピークが、該出光面
に立てた法線に対して斜め方向の成分を有するものであ
ればよい。

【００５２】従って、例えば図４（Ａ）に示されるよう
に、出光面２４Ｂを粗面にした導光体２４、図４（Ｂ）
に示されるように、裏面２６Ｃを粗面とした導光体２６
としてもよく、更には、図４（Ｃ）に示されるように、
導光体２８の内部に光拡散材として、該導光体２８の大
部分を構成する物質（例えばＰＭＭＡ；屈折率１．４
９）とは異なる屈折率を有する透光性物質（例えばシリ
コン樹脂；屈折率１．４３）を含有させるようにしても
よい。

【００５３】又、導光体の２つの側端面から光源光を入
射させる場合、図４（Ｄ）に示されるように、導光体３
０は、２つの光源１２、１２の中間位置が最も薄くなる
ような形状とする。この場合、図において符号３１Ａ、
３１Ｂで示されるように、出光面における拡散光のピー
クは２方向に存在する。

【００５４】又、前記光拡散シート１６は、その出光面
１６Ａを入光面１６Ｂよりも粗面にする手段としてエン
ボス加工を用いているが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、他の手段によって出光面を入光面よりも粗面
にするようにしてもよい。

【００５５】例えば、図５に示される光拡散シート３２
のように、厚さ０．１〜２ｍｍのＰＥＴからなるシート
の出光面側に平均粒径１〜１０μｍのアクリルビーズ３
３をコーティングすることによって、出光面を入光面よ
りも粗面にするようにしてもよい。

【００５６】又、光拡散シートは、図２、図５に示され
るような単層構造に限定されるものでなく、例えば図６
に示されるように、複数枚の光拡散シート３４を、好ま
しくは２〜３枚の空気層を介して重ねて用いるようにし
てもよい。

【００５７】この場合、同じヘーズ値を有する同種の１
枚の光拡散シートを使用した場合と比較して、導光体か
らの拡散光の最大強度方向を光拡散シートの出光面に立
てた法線方向に更に強くシフトすることができる。

【００５８】上記のように、光拡散シートの出光面を入
光面よりも粗面とすると、同じヘーズ値を有する出光面
と入光面の粗面度合い（通常表面粗さ計等で比較され
る）が同じである光拡散シートや、同じヘーズ値を有す
る入光面が出光面よりも粗面である光拡散シートより
も、導光体からの光拡散の最大強度方向を出光面に立て
た法線方向により近くシフトする作用が大きくなる。

【００５９】なお、前記偏光分離シート１８において、
光透過性シートの界面で反射されて導光体１４側に戻っ
てきた光の偏光状態を無偏光の状態へ効率良く戻すため
には、光拡散シートのヘーズ値が１０以上、より好まし
くは３０以上であること、光反射シートの光拡散反射率
が７０以上、より好ましくは８０以上であることが条件
である。

【００６０】この実施の形態の例に係るバックライト装
置１０においては、導光体１４からの拡散光の最大強度
方向を出光面に立てた法線方向により近くシフトする作
用を有する光拡散シート１６によって拡散光の最大強度
方向を、偏光分離シート１８における偏光分離作用が最
大となる光線入射角（ブリュースター角又は法線方向）
に近くすることができるので、光拡散シート１６自体
の、偏光を無偏光な状態へ変換する作用と相まって、装
置を極めて薄型で部品点数も少なく、低コストで、量産
に適したものとすることができると共に、且つ高効率な
偏光バックライトを得ることができる。

【００６１】次に、図７を参照して、本発明の偏光分離
シートの他の実施の形態について説明する。

【００６２】この偏光分離シート３６は、光入射面側か
ら順に、ＰＥＴ層３６Ａ、コレステリック液晶層３６
Ｂ、１／４波長位相差層３６Ｃ、及び、ＴＡＣ層３６Ｄ
を積層して構成されている。

【００６３】ここで、前記コレステリック液晶層３６Ｂ
は、入射する光のうち、一方向の旋光成分と、これと逆
回りの旋光成分とを分離する機能を有するようにするこ
とができる。

【００６４】一般的に、コレステリック液晶はフィジカ
ルな分子配列に基づいて、上記のような旋光選択特性を
発現するが、プレーナ配列のヘリカル軸に入射した光は
右旋光光と左旋光光の２つの円偏光に分かれ、一方は透
過し他方は反射される。

【００６５】この現象は、円偏光２色性として知られて
おり、円偏光の旋光方向を入射光に対して適宜選択する
と、コレステリック液晶のヘリカル軸方向と同一の旋光
方向を持つ円偏光が選択的に散乱反射される。

【００６６】この場合の最大の旋光光散乱は、次の
（１）式の波長λ0 で生じる。

【００６７】λ0 ＝ｎav・ｐ …（１）ここで、ｐはヘリカルピッチ、ｎavはヘリカル軸に直交
する平面内の平均屈折率である。

【００６８】このときの反射光の波長バンド幅Δλは、
次の（２）式で示される。

【００６９】Δλ＝Δｎ・ｐ …（２）ここで、Δｎ＝ｎ（‖）−ｎ（直角）である。ｎ（‖）
はヘリカル軸に直交する面内における最大の屈折率、ｎ
（直角）はヘリカル軸に平行な面内における最大の屈折
率である。

【００７０】又、プレーナ配列のヘリカル軸に対して斜
めに入射した光の選択散乱光の波長λφは、λ0 に比べ
て短波長側にシフトすることが知られている。

【００７１】コレステリック液晶の材料としては、シッ
フ塩基、アゾ系、エステル系、ビフェニル系等のネマチ
ック液晶化合物の末端基に光学活性の２−メチルブチル
基、２−メチルブトキシ基、４−メチルヘキシル基を結
合したカイラルメマチック液晶化合物が望ましい。

【００７２】又、一般に高分子液晶は、液晶を呈するメ
ソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖及び側鎖の位置に
導入した高分子であるが、高分子コレステリック液晶
も、例えばコレステリル基を側鎖に導入することで得ら
れる。

【００７３】コレステリック液晶による偏光分離作用
は、コレステリック液晶で一方の円偏光成分（右回り又
は左回り）が透過され、他方の円偏光成分が反射され
る。

【００７４】液晶表示装置の背面照明光としては、通
常、直線偏光を入射光として利用するので、上記のよう
に、コレステリック液晶層３６Ｂに加えて、１／４波長
位相差層を併用することが望ましい。

【００７５】なお、このコレステリック液晶及び１／４
波長位相差層の作用については、例えば、「ＳＩＤ９
６ＤＩＧＥＳＴ，ｐ１１０〜１１３，Ｐolarizing Ｃ
olorＦilters Ｍade from Ｃholesteric ＬＣＳil
icone 」等の文献に開示されている。

【００７６】コレステリック液晶層３６Ｂによる偏光分
離作用が最大となる光線入射角は、コレステリック液晶
の配向方向に依存するが、ヘリカル軸を偏光分離シート
３６に立てた法線方向にほぼ一致するようにすることが
好ましい。又、配向方法としては、公知のラビングを利
用する方法、偏光ＵＶを利用する方法等がある。

【００７７】上記のような偏光分離シート３６に光が入
射すると、コレステリック液晶層３６Ｂにおいて、一方
の円偏光成分（右回り又は左回り）が透過され、１／４
波長位相差層３６Ｃにおいて該透過した円偏光が直線偏
光に変換され、ＴＡＣ層３６Ｄを通って図７において上
面（出光面）から出射される。

【００７８】一方、コレステリック液晶層３６Ｂにおい
て反射され、導光体１４方向に戻された反射光は、前記
図１における場合と同様に、光拡散シート１６、導光体
１４における光拡散層１４Ｄ、光反射シート２０等によ
って偏光状態から無偏光な状態へと変換され、再び偏光
分離シート３６に入射して再利用される。

【００７９】光拡散シート１６及び光反射シート２０に
要求されるヘーズ値及び光拡散反射率は、図１に示され
る実施の形態の例と同様である。この実施の形態の例に
おいても、前記図１の実施の形態の例の場合と同様に、
光拡散シート１６によって拡散光の最大強度方向を、偏
光分離シート３６による偏光分離作用が最大となる光線
入射角、即ちコレステリック液晶のヘリカル軸方向に近
くすることができるので、光拡散シート１６自体の、偏
光を無偏光な状態へ変換する作用と相まって、低コスト
で製造が容易な高効率偏光バックライトを得ることがで
きる。

【００８０】次に、図８を参照して、本発明における偏
光分離シートの更に他の実施の形態の例について説明す
る。

【００８１】図８の偏光分離シート３８は、各層が複屈
折性を有する４層の平面状多層構造体としたものであ
り、平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２つの光のう
ちの一方に対して厚さ方向に隣接する層間における屈折
率の差が実質的にゼロであり、他方に対して厚さ方向に
隣接する層間における屈折率の差が実質的にゼロでない
ようにし、前記一方の光を透過し、他方の光を反射する
ようにしたものである。

【００８２】上記の偏光分離シート３８を構成する複屈
折性層３８Ａ〜３８Ｄは、各々、例えば特開平３−７５
７０５号公報等に開示されているように、ポリカーボネ
ート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポルビニルアルコー
ル系樹脂、酢酸セルロース系樹脂等の面内複屈折性（屈
折率異方性）を示す物質を延伸等の方法によって得るこ
とができる。

【００８３】更に具体的には、図９に拡大して示される
ように、偏光分離シート３８を４枚の複屈折性層３８Ａ
〜３８Ｄから構成し、図９において符号Ｘ及びＹで示さ
れるように、平面内で互いに直交する２方向の光振動方
向を設定した場合、各複屈折性層３８Ａ〜３８Ｄの屈折
率は次のようになる。

【００８４】例えば、複屈折性層３８Ａ、３８Ｂ、３８
Ｃ及び３８Ｄのｘ軸方向に振動する光線に対する屈折率
は実質的にｎ_xで同じであり、したがって、ｘ軸方向で
の隣接する層間の屈折率差Δｎ_x（＝｜ｎ_x−ｎ_x｜）
は実質的にゼロである。そして、複屈折性層３８Ａ及び
複屈折性層３８Ｃのｙ軸方向に振動する光線に対する屈
折率は、共にｎ_y1であり、複屈折性層３８Ｂ及び複屈折
性層３８Ｄのｙ軸方向に振動する光線に対する屈折率
は、共にｎ_y2（ｎ_y1≠ｎ_y2）であり、したがって、ｙ軸
方向での隣接する層間の屈折率差Δｎ_y（＝｜ｎ_y1−ｎ
_y2｜）は実質的にゼロでは無い。これらより、ｘ軸方向
での隣接層間の屈折率差Δｎ_xと、ｙ軸方向での隣接す
る層間の屈折率差Δｎ_yとは実質的に異なるような状態
である。

【００８５】このような、平面内で互いに直交する２方
向の光振動方向に於いて、一方の方向での隣接層間の屈
折率差と、他方の方向での隣接層間の屈折率差とが異な
る平面状多層構造体からなる偏光分離体を用いると、偏
光を分離できる。つまり、屈折率差の大きい方の方向
（例えばｙ軸方向）に振動する光の反射は屈折率差の小
さい方の方向（例えばｘ軸方向）に振動する光の反射よ
りも大きく、屈折率差の小さい方の方向（例えばｘ軸方
向）に振動する光の透過は屈折率差の大きい方の方向
（例えばｙ軸方向）に振動する光の透過よりも大きい。

【００８６】そして、より好ましい態様は、小さい方の
屈折率差が実質的にゼロの場合である。そうすれば、小
さい方の屈折率差を与える方向に振動する光は反射せず
透過する。つまり、平面内で互いに直交する２方向の光
振動方向に於いて、一方の方向（例えばｘ軸方向）では
隣接層間の屈折率が実質的に同じであり、もう一方の方
向（例えばｙ軸方向）では隣接層間の屈折率差が異なる
平面状多層構造からなる偏光分離体を用いる。このよう
な偏光分離体を用いると、より好ましい状態で偏光を分
離（例えば、ｘ軸方向に振動する光を透過し、ｙ軸方向
に振動する光を反射）することが出来る。もちろん、こ
の場合でも、大きい方の屈折率差の値が大きい方が偏光
分離性能が高い。

【００８７】その理由は、上記の例で説明すると、ｘ軸
方向に振動する光にとって、平面状多層構造体内の屈折
率は実質的に均一なので、平面状多層構造体の入射角及
び出射角の２か所で僅かな表面反射が起こるだけであ
る。しかし、ｙ軸方向に振動する光にとっては、平面状
多層構造体内の屈折率は隣接するそれぞれの層間で異な
っているので、平面状層構造体の入射面及び出射面、並
びに平面状多層構造体内のそれぞれの層間で表面（界
面）反射が起こる。従って、偏光分離体の層数が多けれ
ば多いほど表面（界面）反射が起こり、ｙ軸方向に振動
する光を反射するのである。

【００８８】なお、上記図８及び図９における偏光分離
シートは４層構造とされているが、本発明はこれに限定
されるものでなく、少なくとも３層、理想的には５層以
上がよい。又、偏光分離シートを構成する複屈折性層の
積層数が多いほど、前述の表面反射が生じ、確実に他方
向に振動する光を反射することができる。実際は、１０
０層程度まで積層することがある。

【００８９】又、偏光分離シート３８における偏光分離
作用が最大となる光線の入射角は、該偏光分離シート３
８の表面に立てた法線方向である。

【００９０】なお、偏光分離の状態を測定する方法とし
ては、互いに光の振動方向が直交するような直線偏光を
用いることが出来る。

【００９１】この実施の形態の例においても、導光体１
４からの拡散光の最大強度方向を、光拡散シート１６に
よって、出光面に立てた法線方向により近くシフトする
ので、該拡散光の最大強度方向を、偏光分離シート３８
の偏光分離作用が最大となる光線入射角に近くすること
ができ、光拡散シート１６による、偏光を無偏光な状態
へ変換する作用と相まって、薄型で部品点数が少なく、
量産が容易且つ高効率な偏光バックライトを得ることが
できる。

【００９２】次に、図１０を参照して本発明の液晶表示
装置の実施の形態の例について説明する。

【００９３】この液晶表示装置４０は、上記導光体１
４、２４、２６、２８、３０、光拡散シート１６、３
２、３４、偏光分離シート１８、３６、３８、光反射シ
ート２０を適宜組合せて構成したバックライト装置４２
を、このバックライト装置４２によって背面が照射され
る液晶パネル４４とから構成したものであり、該液晶パ
ネル４４における表側及び裏側における偏光板４５Ａ、
４５Ｂのうち、裏側（バックライト側）の偏光板４５Ｂ
の偏光透過軸とバックライト装置４２から出光する偏光
軸をほぼ一致させて、効率良く偏光光を透過させるよう
にしたものである。

【００９４】

【実施例】本発明の第１実施例は、図３に示される偏光
分離シート１８を用いたバックライト装置１０である。

【００９５】このバックライト装置１０における導光体
１４は、その裏面にドット状の光拡散層１４Ｄを印刷形
成したものであり、偏光分離シート１８は、入射面側か
ら順にＰＣ層とＰＭＭＡ層とが交互に隣接して、合計１
００層（図３においては３層となっているが、実施例で
は１００層）積層した構成とされ、光拡散シート３２
は、図５に示されるように、厚さ１２５μｍのＰＥＴの
出光面側に平均粒径１０μｍのアクリルビーズ３３をコ
ーティングすることによって、出光面を入光面よりも粗
面にしたものである。

【００９６】又、光反射シート２０は、発光した白色Ｐ
ＥＴシートから構成している。更に、導光体１４からの
拡散光の最大強度方向は、光拡散シート３２によって、
偏光分離シート１８のブリュースター角にほぼ一致する
ようにした。

【００９７】更に、液晶パネル（図示省略）の導光体１
４側の偏光板の偏光光の透過方向軸と、偏光分離シート
１８から出射する光線の偏光軸を一致させて、効率良く
偏光光が透過するように配置した。

【００９８】上記液晶パネルを透過モードにして、その
表面側の偏光板から出射される光線の最大輝度を測定し
たところ、偏光分離シート１８及び光拡散シート３２が
設けられていないバックライトを使用した場合と比較し
て、最大輝度は３０％向上した。

【００９９】又、上記アクリルビーズ３３をコーティン
グした光拡散シート３２による拡散光のシフト効果は、
図１１に示されるようになった。

【０１００】ここで、前記光拡散シート３２の出光面
（アクリルビーズ３３のコーティング面）及び入光面の
ヘーズ値ＨＡＺＥ、全光線透過率Ｔｔ及び拡散光線透過
率Ｔｄは、表１のようにされている。

【０１０１】

【表１】

【０１０２】図１１から、最大輝度の方向が出光面に立
てた法線に対して約４５°であることが分かる。

【０１０３】これに対して、光拡散シートを用いない導
光体のみの場合は、図１２に示されるように、最大輝度
の方向が、出光面の法線に対して約８０°であり、更
に、上記光拡散シート３２の表裏を逆転、即ちアクリル
ビーズ３３をコーティングした側を受光面とした場合、
出光面での最大輝度の方向は、図１３に示されるよう
に、出光面の法線に対して約６０°となっている。

【０１０４】即ち、光拡散シート３２を用いることによ
って、拡散光の最大強度方向を出光面の法線方向に大き
くシフトできていることが分かる。

【０１０５】比較のために、異なる形態の光拡散シート
を用いて、前記と同様に出光面での配向特性を測定した
ところ、図１４〜図１７のようになった。

【０１０６】図１４は、同図に示されるように、両面に
アクリルビーズ３３Ａをコーティングし、且つ表２に示
されるような仕様で形成された光拡散シート５Ａを用い
た場合である。

【０１０７】

【表２】

【０１０８】この場合、光拡散シート５Ａの出光面にお
ける拡散光の最大強度方向は、出光面の法線に対して約
４５°とはなっているが、拡散光が均一に分散し、指向
性が低下し、且つ最大輝度も低下している。図１５は、
図１４の光拡散シート５Ａを表裏逆転して用いた場合の
ものである。

【０１０９】又、図１６は、一方の面に凹凸を形成し、
且つ該凹凸面３３Ｂ、及び、これと反対側の面３３Ｃに
おけるヘーズ値が、表３に示されるように同一となるよ
うにした光拡散シート５Ｂを、その凹凸面３３Ｂが出光
面となるようにした場合の測定値である。

【０１１０】

【表３】

【０１１１】又、図１７は、図１６で用いた光拡散シー
ト５Ｂを表裏逆転して用いた場合のものである。いずれ
の場合も、出光面における拡散光の最大強度方向と出光
面の法線との角度が６０°〜６５°と大きくなってい
る。

【０１１２】次に本発明の第２実施例について説明す
る。

【０１１３】この第２実施例は、前記第１実施例と比較
して、偏光分離シートを、図７に示されるような、コレ
ステリック液晶層３６Ｂ及び１／４波長位相差層３６Ｃ
を含む偏光分離シート３６を用い、且つ、図６に示され
るように、光拡散シート３４を空気層を介して２枚重ね
た点において相違し、他の構成は第１実施例と同一であ
る。

【０１１４】ここで、２枚重の光拡散シート３４は、入
光した拡散光を、出光面においては、その最大強度方向
が偏光分離シート３６の法線方向にほぼ一致するように
設定した。

【０１１５】又、液晶パネル（図示省略）の導光体側の
偏光板の偏光光の透過方向軸と偏光分離シート３６から
出射する光線の偏光軸を一致させて、偏光光が効率良く
透過するような配置とした。

【０１１６】このような構成において、液晶パネルを透
過モードにして、その表面側の偏光板から出射される光
線の最大輝度を測定したところ、光拡散シート及び偏光
分離シートを用いないバックライトを使用した場合に比
較して、輝度が６０％向上した。

【０１１７】次に本発明の第３実施例について説明す
る。

【０１１８】この第３実施例は、前記第２実施例におけ
る偏光分離シート３６に代えて、図８又は図９に示され
る偏光分離シート３８を用いたものである。他の構成は
第２実施例と同一である。

【０１１９】なお、偏光分離シートは、図８及び図９に
おいては４層となっているが、この第３実施例では１０
０層積層して構成している。

【０１２０】このようなバックライト装置を、液晶パネ
ル（図示省略）を透過モードにして、その表面側の偏光
板から出射される光線の最大輝度を測定したところ、光
拡散シート及び偏光分離シートを設けないバックライト
を用いた場合と比較して、輝度が５０％向上した。

【０１２１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、導
光体からの拡散光の最大強度方向を、光拡散シートによ
って、その出光面に立てた法線方向により近くシフトし
て、偏光分離シートの偏光分離作用が最大となる光線入
射角に近くすることができ、これによって、薄型で、部
品点数が少なく、低コストで量産可能、且つ高効率な偏
光バックライト装置を得ることができるという優れた効
果を有する。

【０１２２】又、このようなバックライト装置を液晶パ
ネルの背面光源として用いることにより、液晶パネルに
おけるバックライト側の偏光板の偏光透過率とバックラ
イト装置から出光する偏光軸をほぼ一致させて、効率良
く偏光光を透過させ、液晶パネル表面における輝度を向
上させることができるという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の例に係るバックライト装
置を示す略示断面図

【図２】同バックライト装置における光拡散シートを拡
大して示す断面図

【図３】同バックライト装置における偏光分離シートを
拡大して詳細に示す略示断面図

【図４】同バックライト装置における導光体の他の実施
の形態の例を示す略示断面図

【図５】同バックライト装置における光拡散シートの他
の実施の形態の例を示す断面図

【図６】更に他の実施の形態の光拡散シートを用いたバ
ックライト装置を示す略示断面図

【図７】本発明の他の実施の形態の例に係るバックライ
ト装置を示す略示断面図

【図８】本発明の更に他の実施の形態の例に係るバック
ライト装置を示す略示断面図

【図９】図８のバックライト装置における偏光分離シー
トを拡大して示す斜視図

【図１０】本発明に係る液晶表示装置の実施の形態の例
を示す略示断面図

【図１１】本発明の第１実施例に用いた光拡散シートの
出光面における配光特性を示す線図

【図１２】光拡散シートを用いない導光体のみの出光面
における配光特性を示す線図

【図１３】図１１の光拡散シートを表裏逆転して用いた
場合の出光面側の配光特性を示す線図

【図１４】本発明と比較のために、表裏同一形状とした
光拡散シートを用いて測定した出光面における配光特性
を示す線図

【図１５】図１４の光拡散シートを表裏逆転した用いた
場合の配光特性を示す線図

【図１６】一方を凹凸面、他方を平滑面とし、且つ両面
のヘーズ値を同一とした光拡散シートを、凹凸面が出光
側となるようにして測定した場合の配光特性を示す線図

【図１７】図１６の光拡散シートを表裏逆転した用いた
場合の配光特性を示す線図

【図１８】従来のバックライトを含む液晶表示装置を示
す略示断面図

【図１９】従来の他のバックライトを含む液晶表示装置
を示す略示断面図

【図２０】従来の更に他のバックライトを含む液晶表示
装置を示す略示断面図

【符号の説明】

１０…バックライト装置１２…光源１４、２４、２６、２８、３０…導光体１４Ａ…一側端面１４Ｂ、２４Ｂ…出光面１４Ｃ、２６Ｃ…裏面１４Ｄ…光拡散層１６、３２、３４…光拡散シート１６Ａ…出光面１８、３６、３８…偏光分離シート１８Ａ〜１８Ｃ…光透過性シート２０…光反射シート２２…光拡散層３８Ａ〜３８Ｄ…複屈折性層４０…液晶表示装置４２…バックライト装置４４…液晶パネル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、表面、裏面及び側端面を備えた略
板状体であって、一側端面から入射する前記光源からの
光を前記表面である出光面から拡散光として出射する導
光体と、この導光体の出光面から出射する拡散光を一方
の面で受光し、反対側の出光面から、拡散光の最大強度
方向を該出光面の法線方向にシフトさせて出光する、少
なくとも一枚の光拡散シートと、この光拡散シートの出
光面からの光を受光して、該光中の一方の偏光成分を透
過し、他方の偏光成分を反射する偏光分離シートと、前
記導光体の裏面に配置され、光を該導光体内に反射する
光反射シートと、を有してなるバックライト装置。
【請求項２】請求項１において、前記偏光分離シート
を、厚さ方向に隣接する層が互いに屈折率の異なる３層
以上の積層体とし、入射するＰ偏光及びＳ偏光の一方を
透過、他方を反射して両者を分離するようにしたことを
特徴とするバックライト装置。
【請求項３】請求項１において、前記偏光分離シート
を、コレステリック液晶層からなる旋光選択層と、１／
４波長位相差層とを含んで構成し、前記コレステリック
液晶層が、入射する光のうちの一方向の旋光成分と、こ
れと逆回りの旋光成分とを分離するようにしたことを特
徴とするバックライト装置。
【請求項４】請求項１において、前記偏光分離シート
を、各層が複屈折性を有する３層以上の平面状多層構造
とし、平面内で互いに垂直な振動方向を持つ２つの光の
うちの一方に対する厚さ方向に隣接する層間における屈
折率の差と、他方に対する厚さ方向に隣接する層間にお
ける屈折率との差とが異なることを特徴とするバックラ
イト装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記
光拡散シートを、入光面よりも出光面が粗面とされた透
光性材料から構成したことを特徴とするバックライト装
置。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかのバックライト
装置と、このバックライト装置における前記偏光分離シ
ートの出光面側に配置した液晶パネルと、を有してなる
液晶表示装置。