JPH09127507A - 面光源装置および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光利用効率に優れ、比較的簡単かつ安価に
製造できる面光源装置および液晶表示装置を提供する。 【解決手段】 面状導光体５２と、この導光体５２の
側端面から光が入射されるように配置された光源５３
と、導光体５２の裏面側に設けられた反射板５４とを有
する面光源装置５１において、面状導光体５２として、
出射光の出射角が光出射面の法線に対し主に６０°〜９
０°の範囲に存在する導光体を用い、この導光体５２の
光出射面５２ａ側、または導光体５２と反射板５４との
間、もしくはその両方に偏光変換部材５５を当該導光体
５２に密着した状態で配置する。また、このように構成
された面光源装置５１の表側に、裏面側が平滑な透明基
材あるいは更に光方向制御手段５７を設けて、面光源装
置５１からの出射光の平均的な偏光軸方向と液晶表示素
子４１における光入射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、当該液晶表示素子４１の背面
に配置することにより液晶表示装置４０を構成する。

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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
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ことになる。

【０００６】本発明は、このような問題に対処するもの
で、光利用効率に優れた面光源装置およびこれを備えた
液晶表示装置として、光学ロスを殆ど生じさせることな
く、面状導光体からの出射光の偏光度、つまり液晶表示
素子の入射光として利用しうる特定成分の直線偏光の比
率を高めることができ、しかも比較的簡単かつ安価に製
造できる装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【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。

【０００８】すなわち、請求項１に記載の発明（第１発
明）では、図１の（ａ）〜（ｃ）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２ａとは反対の面（裏
面）側に設けられた反射板４とを有する面光源装置１ま
たは１１もしくは１２において、上記面状導光体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を使用す
るとともに、その導光体の光出射面２ａ側（同図（ａ）
の場合）、または導光体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部材５
を導光体２に密着させて配置した構成とする。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、上記偏
光変換部材５として、偏光軸方向を回転させる位相差板
を用い、請求項３に記載の発明では、そのような位相差
板として、Ｓ偏光をＰ偏光に変換しうる部材を用いる。

【００１０】さらに、図２に例示するように、請求項４
に記載の発明に係る面光源装置１３は、上記面光源装置
１または１２もしくは１３のいずれかにおいて、その面
状導光体の光出射面側に、平滑な裏面（図中では下面）
６ａを有する透明基材６を最も表側（図中の上側）に位
置するように配置した構成とする。なお、ここでいう
「最も表側」とは、面状導光体の光出射面側に偏光変換
部材が存在するときはその偏光変換部材における導光体
側の面とは反対の面側を意味する。

【００１１】また、図３に例示するように、請求項５に
記載の発明に係る面光源装置１４は、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、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７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。なお、こ
こでいう「最も表側」とは、面状導光体の光出射面側に
図２に示したような透明基材６が存在するときはその透
明基材６のさらに表側（図中の上方側）、つまり導光体
側とは反対側に位置する面側を意味する。

【００１２】さらに、図４に例示するように、請求項６
に記載の発明に係る液晶表示装置３０は、請求項５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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】 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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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５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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】 変形導光体を用いる場合 変形導光体としては、例えば図６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６は、導光対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。

【００２２】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
６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）。

【００２３】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。

【００２４】 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７（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。

【００２５】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。

【００２６】 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。

【００２７】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）偏光変換部材および位相差板について 偏光変換部材としては、例えば、各種の位相差板、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
などを用いうる。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。

【００２８】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。 （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。

【００２９】反射板は、導光体に対して独立に設けても
よい。また、導光対に対し、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。

【００３０】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）透明基材について 透明基材としては、例えば、ＰＥＴ、ＴＡＣ（トリアリ
ルシアヌレート）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、
ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＳｔ（ポリスチレン）、ＰＣ
（ポリカーボネート）等の有機薄膜や、各種ガラス板等
の透明材料が挙げられる。このような透明材料として
は、厚みが１ｍｍ以下で、片面あるいは両面が平滑であ
り、かつ、基材の光吸収が可視光領域で５％以下のもの
を用いるのが望ましい。

【００３１】また、導光体に対して透明基材が密着しな
いように、適当な部位に粘着材などのスペーサを設置し
てもよい。その場合のスペーサの厚みは２００μｍ以下
が好ましく、１００μｍ以下が更に好ましい。スペーサ
を使用する場合は、透明基材は撓まない程度の剛性を有
していることが望ましい。透明基材が撓むと、ニュート
ンリング等の好ましくない現象が生じる場合があるから
である。 （６）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（フレネルレンズとも
いう）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。

【００３２】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。 （７）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。

【００３３】＜作用＞次に、上述したような所定の出射
特性を有する導光体の裏面側または表面側に偏光変換部
材を配置すると、なぜＰ偏光の割合が上がるかといった
点について、本発明の原理を示す図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。

【００３４】導光体２から出射する光は、入射角が臨界
角の近傍では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。すなわち、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
一回目の出射角が６０°〜９０°の範囲等、入射角が臨
界角の近傍であったときは、この時点で出射光の中には
Ｐ偏光が多く、Ｓ偏光が少なくなっており（Ｉ_P ＞
Ｉ_S ）、逆に反射光の中にはＰ偏光が少なく、Ｓ偏光が
多くなっている（Ｉ_P ＜Ｉ_S ）。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、偏光変換部材５によ
って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、もとの反射光の中にはＳ偏光の方が多い
ために導光体２の下面側から反射してくる光はＰ偏光成
分の方が多くなっている（Ｉ_P ＞Ｉ_S ）。

【００３５】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。この時の入射角
も、この導光体２の特性上、臨界角付近である可能性が
高く、このときもＰ偏光の方が多く出射され、Ｓ偏光は
比較的出射されない。この作業を繰り返して、ほとんど
の光が出射した後、出射光全体の偏光成分を見てみる
と、Ｐ偏光の割合が通常に比べて増えていることがわか
る。

【００３６】なお、このときに主材料に高屈折率の材料
を導光体２に使用すると、一般に得られるＰ偏光の割合
が更に増えて好ましい。また、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で、偏光成分の変換効
率をより高めることができる。

【００３７】上述のようにして、簡単で安価に作れる特
殊な出射角特性を持った導光体と偏光変換部材とを組合
せることで、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
ができ、その分、光利用効率が高められることとなる。

【００３８】また、上記導光体の表面側に、裏面（下
面）または両面が平滑な透明基材や、下面が平滑なプリ
ズムシートを配置した場合には、ここでも上述の場合と
同様の臨界角近傍における入反射を繰り返すことによ
り、Ｐ偏光の割合が更に増加するので、より光利用効率
の高い面光源装置を得ることができる。

【００３９】以上の追加処置をしてもなお、プリズムシ
ートは従来の面光源装置でも一般に用いられているし、
透明基材は特殊な加工が何ら必要でなく安価なものであ
ることから、本発明の面光源装置は、極めて安価かつ簡
単に、しかも効率的にＰ偏光の割合を増加させることが
できる。したがって、本発明の面光源装置を使用し、こ
れに備えられ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、本発明の面光源装置を備えた液晶表示装置に
おいて光利用効率が従来よりも高められることとなる。

【００４０】

【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９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。

【００４１】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３３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を密着させて配置するとともに、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４
１側に位置する面に、頂角が４０°の二等辺三角形のプ
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。

【００４２】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、その
出射光の出射角が光出射面５２ａの法線に対して主に６
０°〜９０°の範囲に存在するような特性を持った導光
体が用いられているとともに、この導光体５２の下面に
は、反射板５４との間に位置するように、偏光変換部材
を構成する位相差板５５が所定の状態で貼り付けられて
いる。

【００４３】このような面光源装置５１を備えた液晶表
示装置４０は、具体的には以下のようにして作製した。
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°Ｃ×１６時間重合
した後、８０°Ｃ×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１６０ｍｍ×２１０ｍ
ｍ×４ｍｍの大きさに切削および研磨して導光体５２と
し、この導光体５２の表面および裏面について鏡面仕上
げを行った後、その裏面側に５０ｎｍの厚みを有する位
相差板５５を所定の状態で貼り付けた。一方、反射板５
４には、表面にアルミニウムを蒸着させたポリエチレン
テレフタレート（反射率８５％）を使用し、またランプ
５３には、側面長１５２ｍｍ、直径３．５ｍｍの１０ワ
ット（Ｗ）冷陰極管を用いた。さらに、ランプカバー５
９については内面が鏡面の円筒型のものを使用した。

【００４４】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９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８０°の方向にあ
った。

【００４５】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４０°）５７を１枚配置することで、図９に示し
た本実施例の面光源装置５１を得た。

【００４６】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ＲＧ
Ｂ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４１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＞メチルメタクリレート４０重量部と平均粒
子径１μｍのベンゾグアナミン樹脂微粒子０．５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°Ｃ×１６時間重合した後、８０°Ｃ×８時
間熱処理を行って光散乱性硬化物を得た。この硬化物を
切削および研磨して１６０ｍｍ×２１０ｍｍ×４ｍｍの
大きさの導光体とした。

【００４７】こうして作った導光体を、実施例１と同様
の条件で、ランプと垂直な断面において、その中心から
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７０°にあった。

【００４８】こ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。 ＜実施例３＞図１０に示すような楔形の面状導光体６２
をアクリル樹脂で成形した。この導光体６２の表面（光
出射面）６２ａおよび裏面６２ｃはいずれも鏡面仕上げ
とした。 こうして得られた導光体６２を用い、実施例
１と同様の条件で、ランプと垂直な断面において、その
中心からの出射光を−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８５°にあっ
た。

【００４９】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で位相差板５５を取り除いたこと
以外は、実施例１と同様とした。 ＜比較例２＞実施例２で位相差板を取り除いたこと以外
は、実施例２と同様とした。 ＜比較例３＞実施例３で位相差板を取り除いたこと以外
は、実施例３と同様とした。 ＜比較例４＞この比較例４では、図１１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７２を使用した。この導
光体７２を、実施例１と同様にして、ランプと垂直な断
面において、その中心からの出射光を−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０°にあった。なお、この比較例では、位相差板は
使用していない。 ＜比較例５＞比較例４で導光体７２の裏面７２ｃに位相
差板を貼り付けたこと以外は、比較例４と同じとした。 ＜評価＞以上の各実施例１〜３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。

【００５０】

【表１】

【００５１】この表１から、本発明実施例１〜３の液晶
表示装置では、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２０〜３０％程度は増大
していることがわかる。こうして、本発明の各実施例に
よれば、光利用効率が高められて、特に正面方向におい
て視認性が向上することが確かめられた。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、独立し
た偏光分離器などの高価で複雑な部材を新たに付加する
必要がなく、簡単安価に導光体から直接所要の偏光を出
射させることがきできるので、従来においては偏光板に
吸収されていた光の割合を減らすことができ、その分だ
け光利用効率の良い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２】本発明の他の面光源装置を示すもので、図１
（ａ）〜（ｃ）のいずれかの面光源装置の表側にさらに
透明基材を配置した例を示す構成図

【図３】本発明の更に他の面光源装置を示すもので、図
１（ａ）〜（ｃ）および図２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４】本発明の液晶表示装置の構成を例示した構成図

【図５】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６】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７】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】本発明の実施例１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を示す構成図

【図１０】本発明の実施例３で用いた楔形の面状導光体
を示す斜視図

【図１１】本発明実施例に対する比較例４で用いた面状
導光体を示す斜視図

【符号の説明】

１，１１，１２，１３，１４，５１・・・面光源装置 ２，２１，２２，５２，６２・・・面状導光体 ２ａ，２１ａ，５２ａ，６２ａ・・光出射面 ３，５３・・・光源（５３・・・ランプ） ４，５４・・・反射板 ５，５５・・・偏光変換部材（５５・・・位相差板） ６・・・透明基材 ７，５７・・・光方向制御手段（５７・・・プリズムシ
ート） ３０，４０・・・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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長井 陽三 大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号 日東 電工株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【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、または上記導光体と反射板との間、もしく
   はその両方に、入射した光の偏光状態を変える偏光変換
   部材が導光体に密着した状態で配置されていることを特
   徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】 偏光変換部材は、偏光軸方向を回転させ
   る位相差板であることを特徴とする請求項１に記載の面
   光源装置。
3. 【請求項３】 位相差板は、Ｓ偏光をＰ偏光に変換しう
   る部材からなることを特徴とする請求項２に記載の面光
   源装置。
4. 【請求項４】 面状導光体の光出射面側には、平滑な裏
   面を有する透明基材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１〜３のいずれかに記
   載の面光源装置。
5. 【請求項５】 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１〜４のいずれかに記載の面光源装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の面光源装置と、光入射
   側と光出射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。