JPH11242908A

JPH11242908A - 照明装置およびそれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11242908A
Application number: JP10043358A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Hiyama; 郁夫檜山; Katsumi Kondo; 克己近藤; Junichi Hirakata; 純一平方; Yuji Mori; 祐二森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】低コスト、高精度で、かつ、出射光の角度依存
性を含む面内均一性が高く、高輝度の照明装置の提供。【解決手段】平板状導光体と、その周囲の少なくとも一
辺に近接配置された光源を備え、該光源からの出射光が
前記導光体内に入射，伝播して該導光体の光出射面から
出射されるよう構成された照明装置において、前記導光
体１３の底面が微細な傾斜面を有する多数の突起が導光
体１３の内部に向かって形成された反射面を有し、か
つ、該導光体１３の裏面には反射板１２が近接配置され
ており、前記導光体は、断面が楔型に形成された二つ以
上の導光体１３が互いの薄肉側面を透明媒体１５で接合
されている照明装置にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバ
ックライトである照明装置と、それを用いた液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置、特に、カラー液晶
表示装置の技術進歩は目覚ましく、ＣＲＴに劣らぬ表示
品質のディスプレイが数多く見られるようになった。さ
らに、ノート型パーソナルコンピュータが普及し、バッ
クライト無しではディスプレイとしての態をなさず、従
って直視型カラー液晶表示装置におけるバックライトは
必須デバイスである。

【０００３】こうした液晶表示装置は、大別してＴＦＴ
（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス駆
動方式のＴＮ（ツイストネマチック）液晶表示装置と、
マルチプレックス駆動方式のＳＴＮ（スーパーツイステ
ッドネマチック）液晶表示装置がある。

【０００４】いずれも液晶層をガラス基板で保持した素
子の両側に偏光板を配置し、直線偏光光の偏光状態を、
液晶層を駆動して変調し表示を行うものである。

【０００５】これらの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、ノート
型パーソナルコンピュータでは輝度だけでなく、薄型、
軽量、低消費電力が至上命題である。さらに、ディスク
トップ型コンピュータやワークステーション等の表示装
置の大画面ディスプレイに対しては、明るさ向上、広視
野角表示ができる光出射特性の広い照明装置が要求され
ている。

【０００６】そこで、こうした照明装置の明るさ向上を
実現するために、特開平７−５１９２４号公報、特開平
７−１８１３３０号公報、特開平８−２２０３４６号公
報に微細構造を有する導光体を用いた照明装置が開示さ
れている。また、楔型の導光体を二つ重ねた照明装置
が、特開平８−２４０７２１号公報に開示されている。

【０００７】前者は、楔型の導光体または中心部が薄く
なる導光体を用いており、後者は楔型の導光体の二つ
を、厚い方と薄い方を重ね合わせて使用している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、液
晶表示装置の表示部を照射するために、表示エリアとほ
ぼ同じ大きさの導光体が必要である。しかし、昨今のデ
ィスプレイの表示サイズの拡大に伴い、微細構造を有す
る楔型の導光体の作製には、さまざまな困難が生じる。

【０００９】例えば、こうした楔型の導光体の作製は、
一般に射出成形等により行われるが、導光体サイズが大
きくなるに伴い、成型金型のサイズも大きくなり、製造
コストも高くなる。さらに、加工精度も低下して、特
に、導光体の面内均一性や出射光量の低下を招く。ま
た、射出成形においてもサイズが大きく、構造が複雑に
なれば、成型品のひずみ発生の問題が生じる。

【００１０】これは、特に偏光反射板を用いた構成の表
示装置においては、そのひずみによる複屈折性で偏光状
態が変化し、その結果、光の再利用効率が低下すると云
う問題が生じる。

【００１１】従来技術においては、出射光量の均一性に
ついては検討されているが、その出射角度特性について
はこれまで検討されていない。

【００１２】本発明の目的は、低コスト、高精度で、出
射光の角度依存性を含む面内均一性が高く、高輝度の照
明装置を提供することにある。

【００１３】また、本発明の目的は、偏光反射板からの
反射光の偏光状態を維持し、再反射させることで、光利
用効率を向上した照明装置の提供にある。

【００１４】さらにまた、本発明の他の目的は、上記照
明装置を備えた液晶表示装置の提供にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の要旨は次のとおりである。

【００１６】（１）平板状導光体と、その周囲の少な
くとも一辺に近接配置された光源を備え、該光源からの
出射光が前記導光体内に入射，伝播して該導光体の光出
射面から出射されるよう構成された照明装置において、
前記導光体の底面が微細な傾斜面を有する多数の突起が
導光体内部に向かって形成された反射面を有し、かつ、
該導光体の裏面には反射板が近接配置されており、前記
導光体は、断面が楔型に形成された二つ以上の導光体が
互いの薄肉側面を透明媒体で接合され構成されている照
明装置にある。

【００１７】（２）前記導光体の二つ以上を接合する
透明媒体が、導光体の屈折率と同じかまたは近似した屈
折率を有する材料からなる前記照明装置にある。

【００１８】（３）前記導光体の光出射面上に、出射
光の方向を変える光路変換手段が設けられている前記の
照明装置にある。

【００１９】（４）前記導光体の光出射面上に、出射
光の方向を変える拡散板が設けられている前記の照明装
置にある。

【００２０】（５）前記拡散板が透過光の偏光状態を
維持した散乱特性を有する前記の照明装置にある。

【００２１】（６）前記拡散板がホログラムである前
記の照明装置にある。

【００２２】（７）前記導光体の光出射面側に、反射
型偏光板が設けられている前記の照明装置にある。

【００２３】（８）前記導光体の表裏のいずれか一方
に、透過光の位相をπ／２変化させる複屈折媒体を有す
る前記の照明装置にある。

【００２４】（９）平板状導光体と、その周囲の少な
くとも一辺に近接配置された光源を備え、該光源からの
出射光が前記導光体内に入射，伝播して該導光体の光出
射面から出射されるよう構成された照明装置を備えた液
晶表示装置において、前記照明装置が前記（１）〜
（８）のいずれかに記載の照明装置であり、該照明装置
上に、一対の偏光板を備えた液晶表示素子が反射型偏光
板を介して配置されており、前記一対の偏光板の入射側
偏光板の偏光透過軸と、前記反射型偏光板の偏光透過軸
とがほぼ一致するよう構成されている液晶表示装置にあ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】照明装置（バックライト）には、
大別して２種に分類され、直下型とエッジライト型があ
る。直下型バックライトは、光源が照光面の内側にあ
り、エッジライト型バックライトは、光源が照光面の外
側に配置されている。

【００２６】上記エッジライト型バックライトの照光面
となる導光体は、一般に透明なアクリル樹脂等で形成さ
れており、その１辺もしくは２辺に蛍光ランプ（冷陰極
放電管あるいは熱陰極放電管）等の円柱状発光体を配置
し、その外側に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ものである。薄型、軽量化が要
求される液晶ディスプレイでは、このエッジライト型バ
ックライトが有効である。

【００２７】従来の液晶表示装置は、エッジライト型バ
ックライトが主流で、面内照射光の均一性を得るため
に、導光体底面に微細な傾斜面からなる突起を形成した
導光体を用いている。また、光利用効率を向上させるた
めに反射型偏光板を使用していた。

【００２８】上記反射型偏光板としては、特開平７−３
６０３２号公報や、Ａsia Ｄisplay９５Ｄigest ｐ７
３５に開示されたコレステリックフィルムと１／４波長
板を用いるタイプと、ＵＳＰ第５４８６９４９号やＳＩ
Ｄ９２ダイジェスト，ｐｐ４２７に開示された誘電体多
層膜による偏光分離器を用いるタイプとがある。ここ
で、前者を反射型偏光板タイプ１、後者を反射型偏光板
タイプ２と呼ぶことにする。

【００２９】従来のエッジライト型バックライトは、金
型を用いて射出成形され、１枚の透明なアクリル樹脂等
からなり、底面に微細な傾斜構造を有している。

【００３０】本発明においては、例えば、最終的な導光
体サイズの１／２サイズの楔型の導光体用金型を作製
し、これを用いて二つの同一形状の楔型の導光体を射出
成形する。この二つの楔型の導光体の薄肉側の側面同志
を、透明媒体で接合することで１枚の導光体とする。こ
こで、上記接合のための透明媒体は、導光体の屈折率と
同じかあるいは近似のものが望ましい。

【００３１】さらに、接合形成した導光体上には、照明
装置正面の出射光の均一性の他に、斜め方向から見た時
（視野角特性を含み）に接合部が目立たないようにする
ため散乱方向を変換する拡散板を設ける。

【００３２】上記により、金型の製造コストの低減を図
ることができる。また、金型のサイズが小さくてすむの
で、導光体底面に形成する微細構造の精度も高まり、出
射光の均一性並びに出射光量を向上することができる。

【００３３】また、光利用効率の向上のため偏光反射板
を用いた場合に、導光体底面の微細構造の精度が良いた
めに、偏光反射板からの反射光の偏光を崩すことなく、
導光体裏面に近接付設した反射板で反射させることがで
きる。これにより反射光の再利用による光利用効率を飛
躍的に向上することができる。

【００３４】さらに、所定サイズの導光体を２分割以上
に分割して射出成形することで、そのひずみも少なく、
ひずみによる導光体の複屈折性を低減でき、反射板から
の反射光の偏光状態を崩さずに反射させることができ
る。

【００３５】反射型偏光板からの反射光の偏光を維持し
たまま、再び、液晶表示素子側に反射させるために、導
光体底面に微細な傾斜面の鏡面部と、フラット面の鏡面
部とを設け、かつ、導光体の裏面に近接して反射板を付
設する。このとき、上記傾斜面部はフラット面部に比べ
て面積比率を小さくする。なお、上記傾斜面部は導光体
から光を出射させるための面（反射面）で、フラット面
部は導光体内の光を全反射により伝播させるための面で
ある。

【００３６】上記の傾斜面部とフラット面部を金属反射
面にしてもよいが、導光体内を伝播するときの反射回数
が多数になるので、反射率として最も高い全反射を利用
することが好ましい。

【００３７】上記により、導光体の光出射面側に設けら
れた反射型偏光板から反射された光の殆どは、導光体底
面のフラット面部を透過し、裏面に近接配置された反射
板で偏光状態をほぼ維持したまま反射されて、再び導光
体から出射れる。これにより、液晶表示素子の入射側偏
光板による吸収が殆どなく、高効率で光を利用できるの
でその明るさを向上することができる。

【００３８】ここで、鏡面反射の傾斜面部は凸または凹
の曲面とする。この傾斜面部は、光源からの光を液晶表
示素子側に反射させるための反射面であり、液晶表示装
置として必要な出射光の広がりを得るには曲面にするの
がよい。

【００３９】また、光源からの光が導光体底面のフラッ
ト面部に入射した場合は全反射して導光体中を伝播し、
微細な傾斜面へ入射した場合にのみ導光体より出射され
る。ここで、光源から導光体への入射光はフラット面部
に入射したものは全反射し、また、導光体上面でも全反
射することで導光体内を伝播する。

【００４０】導光体の表面においては、導光体の屈折率
によって定まる全反射角θｃ以上の入射角を有する光が
全反射し導光体内を伝播する。全反射角θｃ未満の入射
角を有する光は導光体の上面で屈折し出射される。

【００４１】例えば、空気（屈折率ｎ＝１）と、例え
ば、アクリル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリ
スチレン等のような透明樹脂（屈折率ｎ＝１．５程度）
との界面における全反射角θｃは、ｓｉｎ−１(１／ｎ)
＝４２°で与えられる。導光体へ入射した光θは、−
(９０°−θｃ)≦θ≦＋(９０°−θｃ)内の光となるた
めに、導光体の上面と下面のフラット部で全反射する。

【００４２】なお、反射偏光板タイプ１を用いた場合に
は必要ないが、反射偏光板タイプ２を用いた場合は、偏
光方向を９０度変えるための位相差板、好ましくは１／
４波長板（往復で１／２波長）を反射偏光板の偏光方向
に４５度傾けて、反射偏光板と導光体裏面の反射板のい
ずれかに配置する。

【００４３】反射型偏光板タイプ１は、Ａsia Ｄisplay
９５Ｄigest ｐ７３５に記載されるように、可視波
長域で特性反射を示すようピッチの異なるコレステリッ
ク液晶高分子を積層し、ある回りの円偏光を透過、その
逆回りの円偏光を反射させ、その上に１／４波長板を積
層して、ある一方向の直線偏光を透過するものである。

【００４４】上記構成の照明装置上に、照明装置からの
出射光の主な偏光軸に合わせて、液晶表示素子の入射側
偏光板の偏光軸を配置することで、低消費電力で明るい
液晶表示装置を得ることができる。

【００４５】次に、下記実施例で使用する言葉の定義に
ついて述べる。偏光状態を示すＳ偏光は入射面（入射面
とは、入射光線と境界面に立てた入射法線がなす平面）
に垂直な偏光を、Ｐ偏光は入射面に平行な偏光を云う。

【００４６】一般に、屈折率Ｎ₀の透明媒体と屈折率Ｎ₁
の透明媒体の界面において、Ｎ₀媒体からＮ₁媒体へ光が
入射するとき、入射する光の入射角をθとすると、入射
角θの正接がＮ₁／Ｎ₀に等しい（ｔａｎθ＝Ｎ₁／Ｎ₀）
とき、Ｐ偏光の反射成分は無く、全て反射光はＳ偏光と
なり、透過光は残りのＳ偏光とＰ偏光であることが知ら
れている。このときの入射角θをブリュースタ角とい
う。

【００４７】このブリュースタ角を利用して、屈折率の
異なる媒体を積層し、その積層膜厚を波長オーダで制御
することで各偏光の位相を制御してＰ偏光のみを透過
し、Ｓ偏光を反射する反射偏光板を作製できる。

【００４８】反射偏光板タイプ２は、Ｐ偏光成分のみを
透過し、それに直交するＳ偏光成分を反射する。この反
射されたＳ偏光は、散乱反射や偏光解消子として位相差
板を使用することで楕円偏光（直線偏光、円偏光を含
む）になり、再び反射偏光板に入射しＰ偏光成分のみが
透過し、Ｓ偏光成分は反射されて導光体へ戻る。これを
繰り返すことにより、殆ど全ての光がＰ偏光に変換，出
射される。

【００４９】従って、反射されたＳ偏光が全てＰ偏光に
変換されるように、往復透過後１／２波長板になるよう
に、１／４波長板として作用する位相差板を設定するこ
とが好ましい。これにより、光利用効率の高い偏光照明
装置を得ることができる。

【００５０】反射偏光板タイプ１は、右回り（または左
回り）の円偏光のみを透過し、左回り（または右回り）
の円偏光を反射し、透過した円偏光は１／４波長板で一
方向の直線偏光となる。

【００５１】一方、反射された左回り（または右回り）
の円偏光は、反射板で反射されて、右回り（または左回
り）の円偏光となり反射偏光板タイプ１を透過し、１／
４波長板で一方向の直線偏光となり、全ての光が直線偏
光に変換される。反射板が鏡面反射板でない場合でも、
反射光は楕円偏光（直線偏光、円偏光を含む）になり、
再び反射偏光板に入射し右回り（または左回り）の円偏
光のみが透過し、左回り（または右回り）の円偏光は反
射されて導光体へ戻る。

【００５２】これを繰り返すことにより、殆ど全ての光
が右回り（または左回り）の円偏光のみに変換され、そ
の後１／４波長板で一方向の直線偏光となり出射され
る。

【００５３】従って、反射板には少なからず光の吸収が
存在するため、反射された左回り（または右回り）の円
偏光が、全て右回り（または左回り）の円偏光に変換さ
れるように、完全な鏡面反射板であることが好ましい。
これにより、光利用効率の高い偏光照明装置を達成でき
る。

【００５４】以上のように偏光反射板を使用する時に
は、拡散板の偏光維持性能が重要になり、特に、偏光が
崩れない拡散板としてホログラム拡散板を用いることが
好ましい。例えば、ＳＩＤ９３ダイジェスト，ｐｐ２９
に記載のホログラム拡散板や、ＳＰＩＥ、Ｖｏｌ．１５
３６（１９９１）ｐｐ１３８に記載のライトコントロー
ルフィルム等が使用できる。

【００５５】また、上記照明装置を用いた液晶表示装置
は、ＴＮ型、ＳＴＮ型等の偏光状態を制御して表示を行
う液晶素子の入射側偏光板の偏光軸と、照明装置の偏光
軸とを合わせた構成とする。これにより、照明装置から
の光を効率良く利用でき、明るく低消費電力の液晶表示
装置を得ることができる。

【００５６】また、導光体の底面構造で、出射特性の分
布を広げることも狭めることも可能であり、広視野角な
液晶表示装置に対応できる。

【００５７】

【実施例】以下、本発明の照明装置、および、それを用
いた液晶表示装置を図面を用いて詳細に説明する。

【００５８】〔実施例１〕本発明の照明装置の一実施
例の模式断面図を図１に、また、導光体１３の模式斜視
図を図２に示す。本実施例の照明装置は、エッジライト
型照明装置であり、楔型の導光体１３を二つ用いて、薄
肉側を透明樹脂１５で接合した。

【００５９】それぞれの側面の長さに対応した長さの冷
陰極蛍光ランプを光源１１と、出射光を導光体１３側に
反射するランプカバー１０を端面に具備する。導光体１
３の裏面には、反射板１２を配置した。

【００６０】光源１１は、管径２．６ｍｍ、長さ約２９
０ｍｍの冷陰極蛍光ランプを使用した。ランプカバー１
０は光源１１を包み込むような円筒状（または楕円筒
状）の反射板を用いた。

【００６１】導光体１３としては、透明なアクリル樹脂
からなり屈折率１．４９で、大きさが２９０ｍｍ×１１
２ｍｍの楔型の導光体を二つを並列に接合して使用し
た。上記導光体１３の入射光側端面の厚さ３．１ｍｍ、
二つの接続部側（薄肉側）の厚さ１．５ｍｍに構成し
た。

【００６２】導光体１３の底面の微細構造１６は、ピッ
チＰが０．２ｍｍ、高さｈが約１０μｍで、傾斜の傾き
角θは４０度とした。この微細構造１６は、図２に示す
ようにストライプ状に光源１１と平行に形成した。ま
た、導光体１３の出射光側には、導光体１３の接合部１
５を目立たなくするため拡散板１４を配置した。

【００６３】図７に示すように、導光体１３への入射光
４０は、微細構造１６に入射すると、その傾斜面で反射
され出射光５０となりほぼ法線方向へ出射される。一
方、微細構造１６を透過した透過光４１は、透過後再び
全反射を繰り返し導光４２となる。

【００６４】一方、導光体１３への入射光４３は、導光
体底面のフラット面部での全反射と同様に導光体表面で
の全反射を繰り返し、導光４４、４５となり導光体１３
内を伝播し、微細構造１６に到達した場合にのみ、前記
と同様に導光体表面から出射光５０となってほぼ法線方
向へ出射される。

【００６５】また、図９に示すように、導光体１３と屈
折率がほぼ等しい透明媒体（アクリル系樹脂）で接合す
ることにより、接合部１５での反射，散乱等はほとんど
なく導光する。

【００６６】以上のように、接合部１５を導光体１３と
屈折率がほぼ等しい透明媒体を用い、かつ、図１に示す
拡散板１４を設けることにより、接合部１５においても
均一な出射特性を得ることができた。

【００６７】通常の拡散板を用いても、導光体１３から
の法線方向への出射光５０は、図１３に示すように導光
体１３の中心部（接合部１５）からの距離に対して、ほ
ぼ均一の出射光特性８０を得ることができた。しかし、
導光体１３の中心部（接合部１５）から±５０ｍｍの点
で出射光角度特性を評価すると、図１０の曲線７０、７
１で示されるように出射角度に偏りのあることが分か
る。つまり、導光体の中心部（接合部１５）での特性
は、図１１で示す出射角度特性７２となった。これは、
正面から見た場合の出射特性は比較的均一でも、斜め方
向から見ると均一性が得なれことを示している。また、
正面での明るさも低下していることが分かった。

【００６８】そこで、拡散板１４として、中央部（接合
部１５）の左右で特性の異なる拡散板を用いた。図１，
２における右側の拡散板部は、図１０の特性７０で示さ
れるような正面方向に拡散出射し、左側の拡散部は図１
０の特性７１で示されるような正面方向に拡散出射する
特性を有する。

【００６９】その結果、導光体１４の中央部（接合部１
５）からの左右で、図１２の出射角度特性７３、７４と
なり、ほぼ均一な特性を得ることができた。

【００７０】本実施例では、上記のように左右で拡散板
の指向性が異なる拡散板を用いたが、左右同等の特性の
ものでも、斜め入射を正面方向に出射させる特性のもの
でも用いることができる。さらには、左右で指向性の異
なる拡散板と等方拡散を有する拡散板との２層構造とす
ることもできる。

【００７１】本実施例によれば、導光体１３を２分割し
て作製することができるために、その金型を小型化する
ことができ、製造コストの低減を図ることができる。

【００７２】〔実施例２〕図８は、微細構造１６の形
状が実施例１とは幾分異なる導光体の構成と光の出射特
性を示す模式図である。

【００７３】この場合の微細構造１６は、図７でのフラ
ット面をゆるやかな傾斜面として一体に形成された構造
となっている点が特徴である。入射光の導光体内におけ
る反射，出射特性は図７の場合と大差ない。

【００７４】なお、後述するが、図７、８のように散乱
部材を用いない構成の導光体を用いることで、反射光の
偏光を維持することができるため、反射型偏光板を適用
すると、その明るさを飛躍的に向上することができる。

【００７５】〔実施例３〕図３は、図１にコレステリ
ックフィルム２０と、１／４波長板２１からなる反射型
偏光板タイプ１を配置した導光体の模式断面図である。

【００７６】光源１１から導光体１３への入射光は、約
±４２度以内で入射する。上記導光体１３としては屈折
率１．４９のアクリル樹脂を使用した。

【００７７】導光体１３へ入射した光は、微細構造１６
に到達した光のみが導光体１３の上面より出射され、導
光体１３内の平坦部および上面に到達した光は、その界
面で屈折率差により全反射し、導光体１３内を伝播し、
微細構造１６に到達して導光体１３の上面より出射され
る。

【００７８】出射された無偏光光は、拡散板１４を透過
後、コレステリックフィルム２０により一方の円偏光成
分が透過し、他方の円偏光成分は反射される。透過した
円偏光成分は、１／４波長板２１により特定方向の直線
偏光に変換される。また、反射された円偏光成分は、導
光体１３の裏面に近接配置された反射板１２により回転
方向が反転して反射され、再びコレステリックフィルム
２０に到達し、コレステリクフィルム２０を透過後に特
定方向の直線偏光に変換される。これにより、無偏光光
が全て直線偏光に変換されることになり、光利用効率の
大幅向上を実現できる。

【００７９】上記の反射型偏光板（２０、２１）が無い
実施例１と比較して、約１．２倍の光利用効率を実現し
た。

【００８０】さらに、拡散板１４としてホログラム拡散
板を使用した結果、光利用効率はさらに約１．２倍を実
現でき、接合部１５の境界も全く目立たなかった。

【００８１】また、導光体１３の上面で出射角度特性も
含めて、ほぼ均一な出射光を実現できた。上記構成で面
内均一性９０％（最大輝度に対する最小輝度比）以上を
達成した。

【００８２】さらにまた、出射光の広がりは、正面輝度
に対して明るさが１／２になる明るさの角度範囲を測定
した結果、光源１１に平行方向（図面の奥行き方向）は
約±５０度、光源１１に垂直方向（図面の左右方向）は
約±４０度であり、広視野角の液晶表示装置に適応でき
る十分な出射特性を得ることができた。

【００８３】〔実施例４〕図４は、図１に反射型偏光
板タイプ２（２２）を配置した導光体の模式断面図であ
る。また、反射型偏光板タイプ２（２２）と拡散板１４
との間に１／４波長板２１を配置した。

【００８４】光源１１から導光体１３への入射光は、約
±４２度以内で入射する。導光体１３へ入射した光は、
微細構造１６に到達した光のみが導光体１３の上面より
出射され、導光体１３内の平坦部および上面に到達した
光は、その界面で屈折率差により全反射し、導光体１３
内を伝播し、微細構造１６に到達した光は導光体１３の
上面より出射される。出射された無偏光光は、反射型偏
光板タイプ２（２２）によりＰ偏光成分が透過し、Ｓ偏
光成分は反射される。

【００８５】また、反射されたＳ偏光成分は、１／４波
長板２１により円偏光に変換され、導光体裏面に設けた
反射板１２により回転方向が反転して反射され、再び１
／４波長板２１に到達し、Ｐ偏光に変換され、反射型偏
光板タイプ２（２２）を透過する。

【００８６】これにより、無偏光光が全て直線偏光に変
換されることになり、光利用効率の大幅向上を実現でき
る。

【００８７】反射型偏光板（２１，２２）が無い実施例
１と比較して、約１．２倍の光利用効率を実現した。

【００８８】さらに、拡散板１４としてホログラム拡散
板を使用した結果、光利用効率はさらに約１．２倍を実
現でき、導光体１３の上面で、出射角度特性まで含めて
ほぼ均一な出射光を実現できた。上記構成で面内均一性
９０％（最大輝度に対する最小輝度比）以上を達成し
た。

【００８９】また、出射光の広がりは、正面輝度に対し
て明るさが１／２になる明るさの角度範囲を測定した結
果、光源１１に平行方向は約±５０度、光源１１に垂直
方向は約±４０度であり、広視野角な液晶表示装置に適
応できる十分な出射特性を得ることができた。

【００９０】〔実施例５〕図５は、導光体１３を４分
割して作製した場合の導光体１３の模式斜視図である。
接合部１５を透明媒体１５で接合することで、良好な均
一性を得ることができた。また、拡散板１４を配置する
ことで、出射特性も均一化することができた。

【００９１】本実施例においても、反射型偏光板を適用
した場合、拡散板としてホログラムを使用することで、
光利用効率を向上することができた。

【００９２】〔実施例６〕図６は、本発明の照明装置
を用いた液晶表示装置の構成を示す模式断面図である。
図３で示される反射型偏光板タイプ２用いた照明装置上
に、液晶表示素子３０としてＳＩＤ９６で発表された対
角１３．３インチのスーパーＴＦＴ−ＬＣＤの開口率約
４０％のものを使用した。

【００９３】導光体１３からの出射光は面内ほぼ均一
で、その均一性９０％以上を達成した。また、出射光の
広がりは、正面輝度に対して明るさが１／２になる角度
範囲を測定した結果、光源１１に平行方向は約±５０度
で、光源１１に垂直方向は約±４０度であり、広視野角
の液晶表示装置を得ることができた。

【００９４】本実施例におけるコレステリックフィルム
２０は、コレステリック液晶高分子を用いた特性反射を
利用したもので、特性反射が可視領域で発現されるよう
に、ピッチの異なる層を積層することが望ましい。実験
的には、２層以上が必要なことが確認できた。なお、１
層でもコレステリック液晶高分子のピッチが層内で変化
でき、Δｎ（屈折率異方性）が十分大きければ使用する
ことができる。

【００９５】また、コレステリックフィルム２０上に、
１／４波長板２１として作用する位相差板を配置した。
これにより、無偏光光である入射光は、コレステリック
液晶高分子と同じ回りの円偏光は反射され、逆回りの円
偏光は透過し、位相差板で直線偏光となり出射される。
従って、吸収損失の無い偏光板が作製でき、反射された
円偏光は、反射板１２で逆回りの円偏光にして再利用す
ることで光利用効率を向上できる。

【００９６】前記各実施例では、導光体の両側面に光源
１１を配置した構成である。底面の微細構造は、ピッ
チ、角度、高さを一定としたが、光源１１からの距離に
応じて変化させることも有効である。検討した結果、ピ
ッチは５００μｍ以下、角度は３０度〜５０度、高さは
５０μｍ以下が好ましい。

【００９７】また、微細構造１６は、図８に示すように
非対称な構造でも同様な効果を得ることができる。ま
た、微細構造１６が曲面を有していてもよい。

【００９８】〔実施例７〕図１４は、図１〜６に適用
できる光路変換手段としてのレンジシート１４Ａの模式
斜視図である。本実施例では、頂角１４Ｂを１００度、
そのピッチを５０μｍとし、実施例１の拡散板１４に代
えてレンズシート１４Ａを適用した場合について説明す
る。

【００９９】実施例１において、拡散板１４の代わりに
レンズシート１４Ａを用い、そのストライプ方向を導光
体１３のストライプ状の微細構造１６の方向とほぼ平行
に配置した。実施例１でも述べたように、レンジシート
１４Ａが無いときは、図１０，１１に示すように正面で
は均一な特性が得られるが、斜め方向から見ると均一性
が得られなかった。また、正面での明るさも低下してい
ることが分かる。

【０１００】レンズシート１４Ａは、斜め方向−３０度
〜−１０度と、＋３０度〜＋３０度程度の出射光を、正
面に出射させるための光路変換手段である。そこで、レ
ンジシート１４Ａを適用することで、図１１に示される
左右にピークのある導光体１４の中央部（接合部１５）
からの特性を、正面にピークのある視野角に対して左右
斜め方向から見たときにほぼ均一な特性とすることがで
きた。

【０１０１】さらに、レンズシート１４Ａ上に実施例１
で用いた拡散板１４を配置することで、中央部（接合部
１５）以外の領域に置いても斜め方向から見た時の均一
性が向上した。なお、レンズシート１４Ａは実施例１以
外にも適用することができる。

【０１０２】前記の各実施例では、ＴＮ液晶層の横電界
を印加する表示モードを例にとり説明したが、偏光を制
御する表示モードであれば、通常の縦電界を印加するＴ
Ｎ液晶、ＳＴＮ液晶、およびそれらのマルチドメイン方
式等、表示モードには限定されない。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、小型の導光体をつなぎ
合せることで大画面用の照明装置が低コストで実現でき
る。このとき接合部としては、導光体の屈折率と同じか
近似した屈折率の透明材料を用いることで、出射特性を
均一化することができる。

【０１０４】また、反射型偏光板の利用により大幅な光
利用効率の向上を実現することできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。

【図２】本発明の照明装置の一実施例を示す模式斜視図
である。

【図３】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。

【図４】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。

【図５】本発明の照明装置の一実施例を示す模式斜視図
である。

【図６】本発明の照明装置を用いた液晶表示装置の模式
断面図である。

【図７】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。

【図８】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。

【図９】本発明の照明装置の一実施例を示す模式断面図
である。

【図１０】本発明の照明装置の一実施例の特性図であ
る。

【図１１】本発明の照明装置の一実施例の特性図であ
る。

【図１２】本発明の照明装置の一実施例の特性図であ
る。

【図１３】本発明の照明装置の一実施例の特性図であ
る。

【図１４】実施例７で用いたレンジシートの模式斜視図
である。

【符号の説明】

１０…ランプカバー、１１…光源、１２…反射板、１３
…導光体、１４…拡散板、１４Ａ…レンズシート、１４
Ｂ…頂角、１５…接合部、１６…微細構造、２０…コレ
ステリックフィルム、２１…１／４波長板、２２…誘電
体多層膜、３０…液晶表示素子、４０，４３…入射光、
４１…透過光、４２…全反射光、４４，４５…導光、５
０…出射光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者森祐二千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状導光体と、その周囲の少なくとも
一辺に近接配置された光源を備え、該光源からの出射光
が前記導光体内に入射，伝播して該導光体の光出射面か
ら出射されるよう構成された照明装置において、前記導光体の底面が微細な傾斜面を有する多数の突起が
導光体内部に向かって形成された反射面を有し、かつ、
該導光体の裏面には反射板が近接配置されており、前記導光体は、断面が楔型に形成された二つ以上の導光
体が互いの薄肉側面を透明媒体で接合されていることを
特徴とする照明装置。
【請求項２】前記透明媒体が、導光体の屈折率と同じ
かまたは近似した屈折率を有する材料からなる請求項１
に記載の照明装置。
【請求項３】前記導光体の光出射面上に、出射光の方
向を変える光路変換手段が設けられている請求項１また
は２に記載の照明装置。
【請求項４】前記導光体の光出射面上に、出射光の方
向を変える拡散板が設けられている請求項１または２に
記載の照明装置。
【請求項５】前記拡散板が透過光の偏光状態を維持し
た散乱特性を有する請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】前記拡散板がホログラムである請求項４
に記載の照明装置。
【請求項７】前記導光体の光出射面側に、反射型偏光
板が設けられている請求項１〜６のいずれかに記載の照
明装置。
【請求項８】前記導光体の表裏のいずれか一方に、透
過光の位相をπ／２変化させる複屈折媒体を有する請求
項１〜７のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】平板状導光体と、その周囲の少なくとも
一辺に近接配置された光源を備え、該光源からの出射光
が前記導光体内に入射，伝播して該導光体の光出射面か
ら出射されるよう構成された照明装置を備えた液晶表示
装置において、前記照明装置の導光体の底面が微細な傾斜面を有する多
数の突起が導光体内部に向かって形成された反射面を有
し、かつ、該導光体の裏面には反射板が近接配置されて
おり、前記導光体は、断面が楔型に形成された二つ以上の導光
体が互いの薄肉側面を透明媒体で接合された照明装置上
に、一対の偏光板を備えた液晶表示素子が反射型偏光板
を介して配置されており、前記一対の偏光板の入射側偏光板の偏光透過軸と、前記
反射型偏光板の偏光透過軸とがほぼ一致するよう構成さ
れていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１０】前記透明媒体が、導光体の屈折率と同
じかまたは近似した屈折率を有する材料からなる請求項
９に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】前記導光体の光出射面上に、出射光の
方向を変える光路変換手段が設けられている請求項９ま
たは１０に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】前記導光体の光出射面上に、出射光の
方向を変える拡散板が設けられている請求項９または１
０に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】前記拡散板が透過光の偏光状態を維持
した散乱特性を有する請求項１２に記載の液晶表示装
置。
【請求項１４】前記拡散板がホログラムである請求項
１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】前記導光体の表裏のいずれか一方に、
透過光の位相をπ／２変化させる複屈折媒体を有する請
求項９〜１４のいずれかに記載の液晶表示装置。