照明装置及びこれを用いた液晶表示装置

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【発明の名称】	照明装置及びこれを用いた液晶表示装置
【発明者】	【氏名】足立昌哉【氏名】近藤克己【氏名】檜山郁夫
【要約】	【課題】光源で発生した光を有効に利用できる照明装置および液晶表示装置を得る。【解決手段】光源と、複数の微小開口部を有する偏光維持反射板と、前記光源からの光を前記偏光維持反射板の微小開口部に導く導光手段とを設け、前記偏光維持反射板の反射面は、少なくとも垂直入射した光に対しては直線偏光は直線偏光のまま反射し、円偏光は回転方向が逆の円偏光として反射する反射面とし、戻ってくる光をその偏光状態を維持したまま高い効率で再び照射対象に戻すようにする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】光源と、複数の微小開口部を有する偏光維持反射板と、前記光源からの光を前記偏光維持反射板の微小開口部に導く導光手段とを備え、前記偏光維持反射板の反射面は、少なくとも垂直入射した光に対しては直線偏光は直線偏光のまま反射し、円偏光は回転方向が逆の円偏光として反射する反射面としたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】請求項１において、通過する光の偏光状態を略維持する偏光維持拡散手段を前記偏光維持反射板の前方に配置したことを特徴とする照明装置。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記偏光維持反射板の反射面は、ＡｌやＡｇ等の金属薄膜もしくは誘電体多層膜から成る鏡面反射面としたことを特徴とする照明装置。
【請求項４】請求項２または請求項３において、前記偏光維持拡散手段は、光学的に等方な透明基材上に光学的に等方な球状透明ビーズを一層分密に配置して透明な樹脂により固着したもの、或いはこれを複数層積層した構成としたことを特徴とする照明装置。
【請求項５】請求項２または請求項３において、前記偏光維持拡散手段は、光学的に等方な透明基材上に形成したホログラムであることを特徴とする照明装置。
【請求項６】請求項１～請求項５の１項において、前記導光手段は、前記光源の背後に配置したリフレクターと、前記光源の前方に配置した導光部とを備え、この導光部は、その側壁面が反射面であり、且つ光出射側（照射対象側）の開口部面積が光入射側（光源側）の開口部面積よりも小さく、更に光出射側（照射対象側）の開口部が前記偏光維持反射板の微小開口部の位置及び形状と略一致するようにしたことを特徴とする照明装置。
【請求項７】請求項６において、前記リフレクターは、集光作用を有するリフレクターであり、このリフレクターの焦点位置と、前記偏光維持反射板の微小開口部の位置が略一致するようにしたことを特徴とする照明装置。
【請求項８】請求項６において、前記リフレクターは、前記光源からの光を略平行光として反射するリフレクターであり、前記導光部は、光入射側（光源側）の開口部に集光レンズを備え、この集光レンズの焦点位置と前記偏光維持反射板の微小開口部の位置が略一致するようにしたことを特徴とする照明装置。
【請求項９】請求項６～請求項８の１項において、前記リフレクターの光軸或いは前記導光部の中心軸或いは前記集光レンズの光軸を照射対象面の垂線に対して傾けたことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】請求項１～請求項５の１項において、前記導光手段は、前記光源に近接配置されたガラス或いはアクリル等の透明樹脂からなる導光体と、前記光源の近傍であって、前記導光体とは異なる位置に配置したランプカバーと、前記導光体の照射対象側の面に配置した前記導光体と屈折率が等しい透明体からなる複数の微小導光柱とを備え、前記微小導光柱の光出射側（照射対象側）の開口部は、前記偏光維持反射板の微小開口部の位置及び形状と略一致するようにしたことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】請求項１～請求項１０の１項において、前記偏光維持反射板の微小開口部の総面積は、照射対象面の面積の３％～５０％としたことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】請求項１～請求項５の１項において、微小開口部の総面積が照射対象面の面積の２０％～８０％である前記偏光維持反射板を前記光源の前方に配置し、前記導光手段として前記光源の背後に配置したリフレクターを備え、このリフレクターの反射面は、少なくとも垂直入射した光に対しては直線偏光は直線偏光のまま反射し、円偏光は回転方向が逆の円偏光として反射する反射面としたことを特徴とする照明装置。
【請求項１３】請求項１～請求項１２の１項において、前記偏光維持反射板と照射対象の間に偏光分離手段及び位相差板を配置することにより、照射対象に所望の直線偏光を照射するようにしたことを特徴とする照明装置。
【請求項１４】請求項１３において、前記偏光分離手段がコレステリック液晶層であり、前記偏光維持反射板から照射対象に向かってコレステリック液晶層、位相差板の順に配置したことを特徴とする照明装置。
【請求項１５】請求項１３において、前記偏光分離手段が直線偏光分離素子であり、前記偏光維持反射板から照射対象に向かって位相差板、直線偏光分離素子の順に配置したことを特徴とする照明装置。
【請求項１６】液晶表示素子と、この液晶表示素子を背後から照明する照明装置とを備えた液晶表示装置において、前記照明装置として、請求項１～請求項１５の１項に記載した照明装置を使用し、前記液晶表示素子は、偏光を利用して明暗の表示を行なう液晶表示素子としたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１７】請求項１６において、前記液晶表示素子は、非開口部の背面側面積の３０％以上をＡｌやＡｇ等の可視光に対する反射率が６０％以上の金属薄膜或いは誘電体多層膜としたことを特徴とする液晶表示装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、偏光を利用して明暗の表示を行なう液晶表示素子を照明するのに好適な照明装置及びこの照明装置を用いた液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、液晶表示装置の技術進歩は目覚ましく、ＣＲＴに劣らぬ表示品質の液晶ディスプレイが数多く見られるようになってきた。このような液晶表示装置では、一般に、液晶パネル（液晶表示素子）の背後にバックライト装置（照明装置）を設け、液晶パネルを照明することで視認性を向上するようにしている。
【０００３】液晶パネルには、大別すると、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス駆動による液晶パネルと、マルチプレックス駆動の液晶パネルの２方式がある。アクティブマトリクス駆動による液晶パネルとしては、ＴＮ（ツイストネマチック）液晶パネルや広視野角を実現したＩＰＳ（インプレーンスイッチング）液晶パネル等がある。また、マルチプレックス駆動の液晶パネルとしては、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶パネル等がある。何れの液晶パネルも、液晶層をガラス基板で保持し、その両側に偏光板を配置し、液晶層に入射する直線偏光の偏光状態を変調して表示を行うものである。
【０００４】このような液晶パネルでは、一般に、配線やスイッチング素子或いは画素間（画素と画素の間）等の部分が非開口部となって表示に寄与しない。即ち、配線やスイッチング素子或いは画素間等の非開口部は、画像の明るさに寄与することができない。換言すれば、このような液晶パネルには、明るさ低下の一因となる非開口部が必ず存在することになる。
【０００５】一方、バックライト装置としては、光源を照光面（照射対象）である液晶パネル表示部の直下に配置する直下型バックライト装置や、光源を液晶パネル表示部の外（横）側に配置し、光源からの出射光を導光体により液晶パネル表示部に導くようにしたエッジライト型バックライト装置がある。それぞれの例を図１４及び図１５に示す。
【０００６】図１４は、液晶パネル１１４の照明装置として直下型バックライト装置１３０３を使用した従来の液晶表示装置の断面図である。この直下型バックライト装置１３０３は、複数の冷陰極管等からなる光源１０１と、これら光源１０１の背後に配置したリフレクター１０２とを備える。光源１０１の前方には、光量分布及び照明光の角度分布を均一化するために、液晶パネル１１４の表示部の全面を覆うようにライティングカーテン１３０１及び拡散板１３０２が配置される。
【０００７】ライティングカーテン１３０１は、透明基材上の少なくとも片面に光を遮断するパターンを印刷法或いは真空蒸着法などにより形成したもので、一般には、光束量が大きくなる光源の真上の領域は透過光量を制限するためにパターンを高密度に形成したものを使用する。
【０００８】また、拡散板１３０２はポリエチレンテレフタレート等の高分子フィルムの表面に凹凸を形成したもの、或いはフィルム内部に気泡を混入して拡散性を持たせたもの、或いはアクリル等の透明部材中に白色顔料を分散させた乳白色部材等を使用する。
【０００９】このように構成した液晶表示装置は、光源１０１からの直接光やリフレクター１０２での反射光を、ライティングカーテン１３０１及び拡散板１３０２により光量分布及び照明光の角度分布を均一化した後に液晶パネル１１４に照射するために、液晶パネル１１４の表示部の視認性が向上し、鮮明な画像を表示することができる。
【００１０】図１５は、液晶パネル１１４の照明装置としてエッジライト型バックライト装置１３０４を使用した従来の液晶表示装置の断面図である。このエッジライト型バックライト装置は、冷陰極管等の円柱状の光源１０１と、この光源１０１からの光が端面部から入射するアクリル樹脂等からなる導光体１３０６と、この導光体１３０６の表面側（液晶パネル１１４との間）に配置した拡散板１３０２を備える。
【００１１】導光体１３０６の裏面には白色インク等による拡散反射面１３０５をパターニングする。この拡散反射面１３０５の面積比率は、液晶パネル１１４に照射する光量を均一化するために、光源１０１からの距離に対応して変化させている。
【００１２】また、光源１０１からの出射光が効率よく導光体１３０６に入射するように、光源１０１の外側には反射面を有するランプカバー１３０７を設けている。
【００１３】このように構成した液晶表示装置において、光源１０１からの出射光は、導光体１３０６内に入射して全反射を繰り返しながら導光体１３０６内を伝播し、拡散反射面１３０５で散乱してこの導光体１３０６から出射する。導光体１３０６から出射した光は、拡散板１３０２で光量分布及び照明光の角度分布が均一化された後に液晶パネル１１４に照射されるために、液晶パネル１１４の表示部の視認性が向上し、鮮明な画像を表示することができる。
【００１４】このようなバックライト装置を備えた液晶表示装置では、消費電力の大部分がこのバックライト装置の光源の消費電力であるために、液晶表示装置の低消費電力化或いは高輝度化のためには、光源からの出射光の利用効率を高める必要がある。しかし、従来のバックライト装置からの出射光は、非偏光であり、液晶パネルの偏光板において５０％以上が吸収されてしまうために、高い光利用効率は望めなかった。
【００１５】これに対して、特許第２５０９３７２号公報に記載された偏光子は、グランジャン構造を有するコレステリック液晶層と、円偏光の回転方向を逆にするミラーとを使用して、非偏光である光源からの出射光を特定の偏光に効率良く変換するようにしている。
【００１６】図１６は、この偏光子の基本構成とその作用の説明図である。この偏光子は、コレステリック液晶層１５０２と、鏡面反射ミラー１５０１と、光源１０１と、位相差板（１／４波長板）１５０３によって構成される。
【００１７】コレステリック液晶層１５０２は、ヘリカルな分子配列に基づく特異な光学特性を示すもので、ヘリカル軸に平行に入射した光はコレステリック螺旋のピッチに対応した波長において、螺旋の回転方向に対応する一方の回転方向の円偏光は反射し、他方は透過するという選択反射を示すものである。従って、例えばコレステリック液晶層１５０２が右回りの円偏光（以下、右円偏光）は透過し、左回りの円偏光（以下、左円偏光）は反射する光学特性であると、非偏光である光源１０１からの出射光１５０４のうちで、右円偏光成分はコレステリック液晶層１５０２を透過し、左円偏光成分は反射する。
【００１８】コレステリック液晶層１５０２を透過した右円偏光１５０５は、位相差板１５０３を通過する際に、その作用により、所望の直線偏光に変換される。
【００１９】一方、コレステリック液晶層１５０２で反射した左円偏光１５０６は、鏡面反射ミラー１５０１で反射して再びコレステリック液晶層１５０２に向かうが、鏡面反射ミラー１５０１での反射の際にその円偏光の回転方向が逆になって右円偏光となるために、今度はコレステリック液晶層１５０２を透過し、位相差板１５０３の作用によって所望の直線偏光に変換される。
【００２０】すなわち、非偏光である光源１０１からの出射光は、理想的には全て右円偏光となってコレステリック液晶層１５０２を透過し、位相差板１５０３の作用により所望の直線偏光に変換できる。従って、この直線偏光の電気ベクトルの振動方向を液晶パネルの光入射側に配置した偏光板の直線偏光透過軸と一致させることで、従来は液晶パネルの偏光板で吸収されて無駄となっていた光を有効に利用することができるようになる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】液晶パネルには配線やスイッチング素子或いは画素間等の表示に寄与しない非開口部が存在し、これらの非開口部が液晶パネルの明るさを低下させる一因となっている。アクティブマトリクス駆動の液晶パネルの場合は、特にこの非開口部の殆どが金属電極であるために、この非開口部に入射した光は反射してバックライト装置に戻る。バックライト装置に戻った光は、例えば従来のエッジライト型バックライト装置であれば、その一部は拡散板或いは導光体裏面の拡散反射面で反射して再び液晶パネルに照射される。しかし、液晶パネルに再照射される光は拡散板或いは拡散反射面での反射において偏光解消或いは偏光状態が変化するために、液晶パネルの光入射側に配置された偏光板において５０％以上の光が吸収されてしまい、明るさ改善には殆ど寄与することができない。従って、開口率の低い液晶パネルを用いた液晶表示装置は、表示画面が暗い、或いは、消費電力が大きいという問題があった。
【００２２】一方、光源からの出射光の利用効率を向上するために前記偏光子を従来の直下型バックライト装置に適用することが考えられる。この場合には、光源の背後に配置したリフレクターの反射面を鏡面反射ミラーとし、光源と液晶パネルの間にコレステリック液晶層及び位相差板を配置することで、構造的には前記偏光子を構成することができる。
【００２３】しかし、この場合は、光量分布及び照明光の角度分布を均一化するために、光源と液晶パネルとの間に拡散板或いは拡散板とライティングカーテンの両方を配置することが必要となる。ここで、拡散板としては、一般に、ポリエチレンテレフタレート等の高分子フィルムの表面に凹凸を形成したものやフィルム内部に気泡を混入して拡散性を持たせたもの、或いはアクリル等の透明部材中に白色顔料を分散させた乳白色部材等を使用することになる。このような拡散板は、通過する光の偏光状態が変化したり、偏光解消が生じたりする。従って、光源から出射し、コレステリック液晶層に入射した光のうち、コレステリック液晶層で反射した光は、リフレクターの鏡面反射ミラーで反射して再びコレステリック液晶層に向うが、拡散板を往路復路の２回通過する際に偏光状態の変化、或いは偏光解消が生じるために、再びコレステリック液晶層に入射した光の全成分が該コレステリック液晶層を通過できるわけでなく、その一部は反射して再びバックライト装置に向かう。このような反射を繰り返すことにより総ての光がコレステリック液晶層を透過すれば問題はないが、実際には反射を繰り返すことにより光の損失が生じるために、この場合の光束量は、コレステリック液晶層及び位相差板を配置しない場合に対して僅かな増加（約３０％）に止まり、期待したほどの十分な効果が得られなかった。
【００２４】また、光源からの出射光の利用効率を向上するために前記偏光子を従来のエッジライト型バックライト装置と組み合わせる場合は、導光体の裏面側に鏡面反射ミラーを配置し、導光体と液晶パネルの間にコレステリック液晶層及び位相差板を配置することで効率向上を期待することになる。この場合には、光源から出射し、導光体を介してコレステリック液晶層に入射した光のうち、コレステリック液晶層で反射した光は、拡散板或いは導光体裏面の拡散反射面及び導光体裏面側に配置した鏡面反射ミラーで反射して再びコレステリック液晶層に入射することになる。このとき、拡散板或いは拡散反射面での反射では必ずしも回転方向が逆の円偏光とはならず、更に鏡面反射ミラーで反射した光も拡散板を往路復路の２回通過する間にその偏光状態が変化或いは偏光解消するために、再びコレステリック液晶層に入射した光の全成分が該コレステリック液晶層を通過するわけではなく、その一部は反射して再びバックライト装置に向かう。このような反射を繰り返すうちに総ての光がコレステリック液晶層を透過すれば問題はないが、実際には反射を繰り返す間に光の損失が生じるために、この場合の光束量もコレステリック液晶層及び位相差板を配置しない場合に対して僅かな増加（約３０％）に止まり、期待したほどの十分な効果が得られなかった。
【００２５】これらの問題は、バックライト装置が該バックライト装置に戻ってきた光をその偏光状態を維持したまま、高い効率で再び照射対象（液晶パネル）に照射することを考慮していないために生じるものである。
【００２６】本発明は、これらのことに鑑みてなされたもので、その目的は、照明装置（バックライト装置）に戻ってくる光をその偏光状態を維持したまま高い効率で再び照射対象に戻すことができる照明装置（バックライト装置）を提供することにある。
【００２７】また、この照明装置を用いて、開口率の低い液晶パネルであっても該液晶パネルの非開口部からの反射光を、偏光を維持した状態で再び液晶パネルに照射することで光の有効利用を図った明るく低消費電力の液晶表示装置を提供することにある。
【００２８】更に、所望の偏光を高い効率で照射することができる照明装置を実現し、これを用いて明るく低消費電力の液晶表示装置を実現することにある。
【００２９】本発明の更に他の目的は、実施形態の説明から明らかになるであろう。
【００３０】
【課題を解決するための手段】従来装置の問題は、バックライト装置が該バックライト装置に戻ってきた光をその偏光状態を維持したまま高い効率で再び照射対象（液晶パネル）に照射することを考慮していないために生じるものである。
【００３１】従って、本発明の照明装置は、光源と、複数の微小開口部を有する偏光維持反射板と、前記光源からの光を前記偏光維持反射板の微小開口部に導く導光手段とを備え、前記偏光維持反射板の反射面は、少なくとも垂直入射した光に対しては直線偏光は直線偏光のまま反射し、円偏光は回転方向が逆の円偏光として反射する反射面とすることを特徴とする。
【００３２】また、前記偏光維持反射板の前方に配置する拡散手段は、これを通過する光の偏光状態を略維持する偏光維持拡散手段とする。
【００３３】前記偏光維持反射板の反射面としては、例えばＡｌやＡｇ、等の金属薄膜、もしくは誘電体多層膜から成る鏡面反射面を使用し、また、前記偏光維持拡散手段としては、例えば、光学的に等方な透明基材上に、光学的に等方な球状透明ビーズを一層分密に配置して透明な樹脂により固着したもの、或いはこれを複数層積層したものを用いる。
【００３４】更に、前記導光手段は、例えば、前記光源の背後に配置したリフレクターと、前記光源の前面に配置した導光部とを備え、この導光部は、その側壁面が反射面であり、且つ光出射側（照射対象側）の開口部面積が光入射側（光源側）の開口部面積よりも小さく、更に光出射側（照射対象側）の開口部が前記偏光維持反射板の微小開口部の位置及び形状と略一致したものを用いる。
【００３５】前記リフレクターとしては、例えば、集光作用を有するリフレクターを用い、前記リフレクターの焦点位置と、前記偏光維持反射板の微小開口部の位置を略一致させる。
【００３６】更に、前記偏光維持反射板の微小開口部の総面積は、照射対象面の面積の３％～５０％と小さくすることで反射面の面積比率をより大きくする。
【００３７】このように構成した本発明の照明装置と、表示原理に偏光の状態変化を用いる液晶パネル（液晶表示素子）とを組み合わせて構成した液晶表示装置は、光源からの出射光のうち、光源の前方に出射した光は、導光部に入射し、直接或いは導光部の側壁反射面で一回或いは複数回反射した後に、導光部の光出射側開口部及び偏光維持反射板の微小開口部を通過する。
【００３８】一方、光源の後方に出射した光は、リフレクターで反射して偏光維持反射板の微小開口部近傍に収束するために、その大部分は、直接或いは導光部側壁の反射面で反射して導光部の光出射側開口部及び偏光維持反射板の微小開口部を通過する。
【００３９】そして、偏光維持反射板の微小開口部を通過した光は、偏光維持拡散板によって光量分布及び照明光の角度分布が均一化された後に液晶パネルに照射される。
【００４０】液晶パネルに照射された光のうちで、液晶パネルの開口部に入射した光はそのまま表示に利用されるが、液晶パネルの非開口部に入射した光は表示に寄与せずに反射して照明装置に戻る。照明装置に戻った光は、偏光維持拡散手段を通過して偏光維持反射板に向かう。ここで、偏光維持反射板はその大部分が反射面で構成されているため、偏光維持反射板に向かった光の殆どが反射面で反射し、再び液晶パネルに照射される。このとき、偏光維持拡散板及び偏光維持反射板の反射面は、偏光の状態に大きな影響を与えないために、液晶パネルに再照射される光は、初めに液晶パネルの非開口部で反射されたときの偏光状態をほぼ維持しているので、液晶パネルの光入射側の偏光板で殆ど吸収されることなく表示に寄与できるようになる。つまり、従来は液晶パネルの非開口部で遮断され、表示に寄与できなかった光を効率良く再利用できるために、開口率の低い液晶パネルであっても明るい表示が得られるようになる。
【００４１】尚、液晶パネルからの戻り光を効率よく再利用するためには偏光維持反射板の反射面の面積を大きくする、言い換えれば偏光維持反射板の微小開口部の面積を小さくする必要がある。しかし、単純に偏光維持反射板の微小開口部の面積を小さくしただけでは、光源からの出射光を効率よく液晶パネルに照射することができなくなるという問題を生じる。しかしながら、本発明の照明装置では、例えば導光部及びリフレクターから成る導光手段により、光源からの出射光を効率よく偏光維持反射板の微小開口部に導くようにしたので、光源からの出射光も効率良く利用できる。
【００４２】一方、本発明の他の照明装置では、前記偏光維持反射板と照射対象（液晶パネル）との間に偏光分離手段及び位相差板を配置して、照射対象に所望の直線偏光を照射するようにしている。偏光分離手段としては、例えばコレステリック液晶層を用いることができる。これらは、偏光維持反射板から照射対象に向かって、コレステリック液晶層、位相差板の順に配置する。位相差板は、１／４波長板として機能するもので、コレステリック液晶層を透過した円偏光を所望の直線偏光（照射対象が液晶パネルであれば液晶パネルの光入射側偏光板の直線偏光の透過軸と一致する直線偏光）に変換する機能を有するものである。
【００４３】このように構成した本発明の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置では、光源からの出射光は、前記照明装置と同様に、例えばリフレクター及び導光部からなる導光手段によって効率よく偏光維持反射板の微小開口部を通過する。
【００４４】偏光維持反射板の微小開口部を通過した光は、コレステリック液晶層に入射する。コレステリック液晶層は、コレステリック螺旋の回転方向に対応して一方の回転方向の円偏光は反射し、他方は透過するという選択反射を示すもので、ここでは右回り円偏光（以下、右円偏光）は透過し、左回り円偏光（以下、左円偏光）は反射する場合を述べる。
【００４５】光源から出射され、偏光維持反射板の微小開口部を通過してコレステリック液晶層に入射した光は非偏光であるが、このうち、右円偏光成分はコレステリック液晶層を透過し、左円偏光成分は反射する。コレステリック液晶層を透過した光は、位相差板の作用により、液晶パネルの光入射側偏光板の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に液晶パネルに入射する。
【００４６】一方、コレステリック液晶層で反射した光は、偏光維持反射板に向かう。偏光維持反射板は、その大部分が反射面で構成されているために、この偏光維持反射板に向かった光の大部分は偏光維持反射板の反射面で反射して、再びコレステリック液晶層へ向かう。ここで、偏光維持反射板の反射面で反射した光は、円偏光の回転方向が逆の円偏光となる。このために、初めコレステリック液晶層で反射した左円偏光は偏光維持反射板での反射の際に右円偏光となるために、今度はコレステリック液晶層を透過し、位相差板の作用により、液晶パネルの光入射側偏光板の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に液晶パネルに入射する。
【００４７】つまり、非偏光である光源からの出射光は、効率よく所望の直線偏光（液晶パネルの光入射側偏光板の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光）に変換された後に液晶パネルに照射されることになる。液晶パネルに入射した光は、液晶パネルの光入射側偏光板で殆ど吸収されることなく表示に寄与することができるために、従来は液晶パネルの偏光板で吸収されて無駄となっていた光を有効に利用することができるようになるので、明るく低消費電力の液晶表示装置を実現することができる。
【００４８】
【発明の実施の形態】本発明にかかる照明装置（バックライト装置）及びこれを用いた液晶表示装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４９】図１は、本発明になる直下型バックライト装置を用いた液晶表示装置の一実施形態を示す一部の断面図である。この液晶表示装置は、液晶パネル（液晶表示素子）１１４と、その背後に配置した直下型バックライト装置１０６とを備える。
【００５０】液晶パネル１１４は、液晶層に入射する光の偏光状態を変調することで表示を行うものを使用する。液晶パネルは、大別すると、前述したように、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子を用いたアクティブマトリクス駆動による液晶パネルと、マルチプレックス駆動の液晶パネルとの２方式があるが、液晶層に入射する光の偏光状態を変調して表示を行うものとしては、ＴＮ（ツイストネマチック）液晶パネルや、広視野角を実現したＩＰＳ（インプレーンスイッチング）液晶パネルや、ＭＶＡ（マルチドメインバーティカルアライメント）液晶パネル等のアクティブマトリクス駆動による液晶パネル、或いはＳＴＮ（スーパーツイステッドネマチック）液晶パネル等のマルチプレックス駆動の液晶パネルを用いることができる。
【００５１】ここでは、以下、ＴＮ液晶パネルを使用する例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】液晶パネル１１４は、図示を省略したカラーフィルターと透明電極及び配向膜が積層形成された第１の透明ガラス基板１０７と、図示を省略した配向膜及び画素を形成する透明電極及びこれと接続される配線や薄膜トランジスタ等のスイッチング素子を有する第２の透明ガラス基板１０８と、これらの２枚の透明ガラス基板１０７，１０８の間に図示を省略したシール材を介して封入された誘電異方性が正のネマチック液晶からなる液晶層１０９とを備える。液晶層１０９の液晶分子長軸の方向は、２枚の透明ガラス基板１０７，１０８上に形成された配向膜にラビング等の配向処理を行なうことで配向方向を規定し、透明ガラス基板１０７，１０８間で連続的に９０°ねじれた状態としている。
【００５３】透明ガラス基板１０８の光入射面と透明ガラス基板１０７の光出射面には、それぞれ、偏光板１１１及び偏光板１１０を互いに直交する直線偏光を透過するように配置し、透明ガラス基板１０７及び透明ガラス基板１０８での液晶分子長軸の配向方向は、偏光板１１０及び偏光板１１１の直線偏光の透過軸に対して共に平行もしくは共に直交するように構成する。偏光板１１０，１１１としては、延伸させたポリビニルアルコールにヨウ素を吸収させて偏光機能を付与した膜の両面にトリアセチルセルロースの保護層を施したものを用いることができ、それぞれ、透明ガラス基板１０７，１０８にアクリル系の接着剤により光学的に結合するように接着する。
【００５４】このように構成することにより、液晶パネル１１４の背面から入射した光のうち、偏光板１１１を透過した直線偏光は、液晶層１０９を通過して偏光板１１０に入射するが、このとき、液晶層１０９を透過する光の偏光状態は液晶層１０９に印加する電界によって変化させることができる。そこで、画像情報に対応した電圧を透明ガラス基板１０７，１０８上の透明電極に印加して液晶層１０９に電界を印加することにより、この液晶層１０９を通過する光の偏光状態を変え、偏光板１１０を透過する光量を制御して光学画像を形成することができる。
【００５５】ところで、このような液晶パネル１１４には、配線やスイッチング素子或いは画素間（画素と画素の隙間）が存在するが、これらの部分は非開口部１１２となるために、画像の明るさには寄与しない。つまり、このような液晶パネル１１４には、光を通過させることができる開口部１１３と、光を通過させることができずに光損失の原因となる非開口部１１２が存在する。
【００５６】これらの非開口部１１２は、その殆どが金属電極であるために光を反射する。一般に、金属電極としてはＣｒやＣｒＭｏを用いることが多いが、この実施形態では、Ｃｒの他にＡｌ（合金）を用いることで非開口部１１２での光の反射率を高めるようにした。具体的には、この実施形態では、ＣｒとＡｌの液晶パネル１１４の背面側から見たときの面積比率をＣｒ：Ａｌ＝１：１．４とした。このようにすることで、金属電極として、Ｃｒのみを用いた場合の反射率５４％を反射率７４％まで高めることができた。
【００５７】尚、この実施形態は、金属電極としてＣｒとＡｌを併用したが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、理想的には、ＡｌやＡｇ等の反射率の高い金属のみで配線や電極を構成し、或いは、配線や電極の下側に専用の反射層を形成し、或いは、非開口部１１２の液晶パネル１１４の背面側に誘電体多層膜等による専用の反射面を形成することで非開口部１１２の反射率を高くして、非開口部１１２での光損失を最小限に止めることが望ましい。
【００５８】次に、直下型バックライト装置１０６について説明する。この直下型バックライト装置１０６は、複数の光源１０１と、各光源１０１の背後にそれぞれ配置した複数のリフレクター１０２と、各光源１０１の前方にそれぞれ配置した複数の導光部１０３と、複数の微小開口部１０４ｔと反射面１０４ｒを有する偏光維持反射板１０４と、更にその前方に配置した偏光維持拡散板１０５とを備える。
【００５９】光源１０１は、白色光を発光し、小型で高発光効率で低発熱といった条件を満たす光源を用いることが望ましい。このような光源としては、冷陰極管や熱陰極管等の蛍光管或いはＬＥＤ等を使用することができるが、ここでは、円柱状の蛍光管を使用するようにした。
【００６０】偏光維持反射板１０４は、ガラスや樹脂等の基材上に複数の微小開口部１０４ｔと偏光状態を維持する反射面１０４ｒを形成したものである。微小開口部１０４ｔは、光源１０１からの出射光を液晶パネル１１４に照射するための通り道であり、反射面１０４ｒは、液晶パネル１１４側からの戻り光をその偏光状態を維持したまま反射する反射面である。ここで、偏光状態を維持する反射面とは、少なくとも垂直入射光に対しては直線偏光は直線偏光のまま反射し、円偏光はその回転方向が逆の円偏光として反射する反射面のことである。具体的には、反射面１０４ｒとしてＡｌやＡｇ等の金属薄膜を被着したもの、或いは誘電体多層膜により反射面を形成した鏡面反射面を使用する。
【００６１】図５は、偏光維持反射板１０４の一例を示す斜視図である。この偏光維持反射板１０４は、光源１０１として用いた円柱状の蛍光管に適合するように、微小開口部１０４ｔの形状を光源１０１として用いた蛍光管の投影形状とほぼ同形状としている。尚、液晶パネル１１４側からの戻り光をより多く反射するためには、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの面積は小さいほど良い。しかし、微小開口部１０４ｔの面積を小さくすると、光源１０１からの出射光を液晶パネル１１４へ照射するための照射効率が下がるために、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの総面積は照射対象面である液晶パネル１１４の表示部の面積の３％～５０％の範囲にすることが望ましい。
【００６２】光源１０１の前面に配置する導光部１０３は、光源１０１からの出射光を偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔに効率良く導く機能を有するものである。この導光部１０３は、各光源１０１の前方に傾斜を持たせて配置した２枚の側壁反射板１０３ｒを備える。この導光部１０３の液晶パネル１１４側、すなわち光出射側開口部１０３ｏｕｔの面積は、光源１０１側、すなわち光入射側開口部１０３ｉｎの面積よりも狭くする。また、光出射側開口部１０３ｏｕｔと、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔとは、その位置及び形状が略一致するように構成する。そして、側壁反射板１０３ｒには、ガラスや樹脂等の基材上にＡｌやＡｇ等の金属薄膜を被着したもの、或いは誘電体多層膜により、高い反射率を実現した反射板を使用する。
【００６３】尚、導光部１０３の側壁反射板１０３ｒの傾斜角度θ（液晶パネル表示面垂線と成す角度）は、小さければ小さいほど、光源１０１からの出射光が側壁反射板１０３ｒで反射する回数が減るために、光源１０１からの出射光をより高い効率で偏光維持反射体１０４の微小開口部１０４ｔに導けるが、直下型バックライト装置１０６の厚みを固定した場合には、側壁反射板１０３ｒの傾斜角度θを小さくすると、導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔの面積が大きくなり、その結果、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの面積も大きくしなければならなくなり、液晶パネル１１４側からの戻り光が偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒで反射する割合が下がる。また、偏光維持反射板１０４の開口部１０４ｔの面積を固定する、すなわち導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔの面積を固定した場合は、側壁反射板１０３ｒの傾斜角度θを小さくすると、直下型バックライト装置１０６の厚みを大きくしなければならなくなる。実際には、これらの関係を考慮して、表示装置の容積の仕様に鑑みて側壁反射板１０３ｒの傾斜角度θを決めれば良いが、光源１０１からの出射光の利用効率と、直下型バックライト装置１０６の容積とのバランスの観点では、θ＝５°～３０°とすることが現実的である。この実施形態では、導光部１０３の側壁反射板１０３ｒの傾斜角度をθ＝１６°とした。
【００６４】リフレクター１０２は、光源１０１の背後に配置して、光源１０１からの出射光を偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔに効率良く導くためのものであり、ここでは、その断面形状が楕円形の一部を成すものを使用した。この場合、リフレクター１０２の第１の焦点近傍に光源１０１を配置し、第２の焦点近傍に偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔが位置するようにする。このように構成することにより、光源１０１から出射し、リフレクター１０２で反射した光は、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔ近傍に収束するので、光源１０１からの出射光を効率良く偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔに導くことができる。このリフレクター１０２の反射面は、ガラスや樹脂等の成形品の表面にＡｌやＡｇ等の金属薄膜を被着したもの、或いは誘電体多層膜により、高い反射率を実現した反射面を使用すれば良い。
【００６５】偏光維持拡散板１０５は、入射した光をその偏光状態を略維持した状態で散乱する機能を有するものである。このような拡散板としては、光学的に等方な透明基材上に複数の球状透明ビーズを面状に密に並べて透明な樹脂で固定したもの、或いは光学的に等方な透明基材上に形成したホログラム拡散板、或いはＳＰＩＥＶｏｌ．１５３６ＯｐｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＥｎｅｒｇｙＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎＸ（１９９１）ｐｐ１３８－１４８に記載されたＬＣＧ（ｌｉｇｈｔｃｏｎｔｒｏｌｇｌａｓｓ）等を使用することができる。
【００６６】図２及び図３は、偏光維持拡散板１０５の一例を示している。この偏光維持拡散板１０５は、ガラス或いはキャスティング法（溶液流延法）等により成膜したポリカーボネートフィルムや、トリアセチルセルロースフィルム等のポリマーフィルム、或いは射出成形により形成した脂環式アクリル樹脂（商品名オプトレッツ：日立化成工業株式会社）等からなる光学的に等方な透明基材５０１の一表面に、ガラス或いは樹脂からなる光学的に等方な球状透明ビーズ５０２を面状に密に一層分だけ並べ、アクリル系或いはポリエステル系等の透明接着樹脂５０３により固定したものである。
【００６７】透明ビーズ５０２は、直径数μｍ～数百μｍの物を使用することができるが、拡散性能の制御及び面内での均一性を図るためには、できる限り粒径の揃ったものを使用することが望ましい。
【００６８】このように構成した偏光維持拡散板１０５は、図３に示すように、透明ビーズ５０２に入射した光５０４が透明ビーズ５０２の界面での屈折作用により収束及び発散することで拡散板として機能するもので、その拡散性は透明ビーズ５０２の屈折率を変えることで任意に設計するが可能である。
【００６９】また、図示した形態を変形し、透明ビーズ５０２の全体を透明接着樹脂５０３で覆うようにしても良い。この場合には、透明ビーズ５０２と透明樹脂５０３の屈折率が異なることが必要であるが、透明ビーズ５０２は屈折率１．５～２．０のものを比較的容易に入手可能であり、透明樹脂５０３も屈折率１．４～１．６のものを比較的容易に入手できるので、これらを適宜に組み合わせることで所望の拡散性の偏光維持拡散板を構成することができる。
【００７０】更に、図４に示すように、透明ビーズ５０２の層を複数重ねることで所望の拡散性を得るようにした偏光維持拡散板１０５を使用することもできる。
【００７１】このような偏光維持拡散板１０５は、従来の多重散乱による拡散板と異なり、屈折作用を利用して少ない界面で散乱性を得ているために、光の損失が少なく、更に偏光状態へ与える影響が少ないので、偏光状態を略維持する拡散板として都合良く機能する。
【００７２】一方、ホログラム拡散板を偏光維持拡散板１０５として使用する場合には、ガラス或いはキャスティング法（溶液流延法）等により成膜したポリカーボネートフィルムや、トリアセチルセルロースフィルム等の光学的に等方な透明基材上にフォトポリマーを塗布し、公知の技術である２光束干渉によって所望の散乱特性となるように記録したものを用いることができる。また、所望のホログラムパターンを計算機によって算出し、電子ビーム等によって描画して作製するＣＧＨ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌｏｇｒａｍ）を用いるようにしても良い。
【００７３】ホログラム材料としては、アクリル系のフォトポリマーを用いることが耐久性等の面から望ましく、また、高い回折効率が得られるという点では体積位相型のホログラムの使用が望ましい。
【００７４】白色光に対応するためには、光源１０１からの出射光の３原色に対応した輝線スペクトルにホログラムの中心回折波長を対応させれば良く、例えば、露光光源として赤色用にはＨｅ－Ｎｅレーザー（６３３ｎｍ）、緑色用にはＡｒ＋Ｄｙｅレーザー（５７０ｎｍ）、青色用にはＡｒレーザー（４５８ｎｍ）を用いて作製したホログラムを用いれば良い。このとき、各波長で個別に露光した複数のホログラムを積層して用いても良いが、１枚に複数の波長で多重露光したものを用いても良い。
【００７５】次に、この液晶表示装置の動作を説明する。光源１０１から出射した光のうちで該光源１０１の前方に出射した光２００は、導光部１０３に入射し、直接或いは導光部１０３の側壁反射板１０３ｒで１回或いは複数回反射した後に、導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔ及び偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【００７６】一方、光源１０１の後方に出射した光２０１は、リフレクター１０２で反射して偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔ近傍に収束するために、大部分の光は直接、他の一部の光も導光部１０３の側壁反射板１０３で反射して導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔ及び偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【００７７】偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過した光は、偏光維持拡散板１０５によって光量分布及び照明光の角度分布が均一化された後に、液晶パネル１１４に照射される。
【００７８】ここで、液晶パネル１１４には、前述したように、配線やスイッチング素子或いは画素間等の非開口部１１２が存在する。これらの非開口部１１２は、画像の表示には寄与しないが、殆どが金属電極であるために照射された光を反射する。そして、液晶パネル１１４に照射された光のうちで、開口部１１３に入射した光２０２は表示に利用されるが、非開口部１１２に入射した光２０３は表示に寄与せずに反射してバックライト装置１０６に戻る。
【００７９】バックライト装置１０６に戻った光２０３は、偏光維持拡散板１０５を通過して偏光維持反射板１０４に向かう。偏光維持反射板１０４は、その大部分が反射面１０４ｒで構成されているために、この偏光維持反射板１０４に向かった光の殆どはこの反射面１０４ｒで反射し、偏光維持拡散板１０５を介して再び液晶パネル１１４に照射される。このとき、偏光維持拡散板１０５及び偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒは、偏光の状態に大きな影響を与えない。このために、液晶パネル１１４に再び照射された光２０３は、初めに液晶パネル１１４の非開口部１１２で反射されたときの偏光状態を略維持しており、従って、偏光板１１１で殆ど吸収されることなく表示に寄与することができるようになる。すなわち、本発明の液晶表示装置は、従来は液晶パネル１１４の非開口部１１２で遮光され表示に寄与できなかった光を大きな損失の無い状態で再利用することができるために、開口率の低い液晶パネルであっても明るい表示が得られるという効果がある。
【００８０】また、光源１０１からの出射光は、導光部１０３及びリフレクター１０２によって偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔへ効率良く導いて液晶パネル１１４に照射するようにしたので、光源１０１からの出射光も効率良く利用することができる。
【００８１】具体的には、開口率７０％の液晶パネル１１４を用いた場合、この実施形態では、従来の同じ消費電力のバックライト装置を用いた場合に比較して光束量が約２％増加した。また、開口率４０％の液晶パネル１１４を用いた場合には、この実施形態では、従来の同じ消費電力のバックライト装置を用いた場合に比較して光束量が約１５％増加した。つまり、この実施形態の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置は、液晶パネル１１４として開口率の低いものを用いた場合にその効果がより顕著に現れる。このため、本発明の照明装置はＩＰＳ液晶パネル等のように開口率の低い液晶パネル、或いは高精細化により低開口率となった液晶パネルと組み合わせて実施することが効果的である。
【００８２】尚、ここでは従来と同じ消費電力のバックライト装置を用いて、より明るい液晶表示装置を実現した場合を例示したが、このことから、本発明の照明装置（バックライト装置）及びこれを用いた液晶表示装置が光源からの出射光をより高い効率で利用していることがわかる。従って、従来と同じ明るさの液晶表示装置は、より低消費電力のバックライト装置で実現することができることは容易に推測できるであろう。
【００８３】また、この実施形態では、液晶パネル１１４の非開口部１１２の金属電極としてＣｒとＡｌを併用した場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。即ち、理想的にはＡｌやＡｇ等の反射率の高い金属のみで配線や電極を構成する、或いは、配線や電極の下側に専用の反射層を形成する、或いは、非開口部１１２の液晶パネル１１４の背面側に誘電体多層膜等による専用の反射面を形成することで非開口部１１２に入射する光をより高い反射率で反射するようにすれば、より大きな効果が得られることは言うまでもない。
【００８４】また、偏光維持拡散板１０５は、これが無くても光量分布及び照明光の角度分布が均一化できるものであれば、必ずしも配置する必要はないが、一般的には必要となるものである。
【００８５】また、この実施形態では、導光部１０３の側壁反射板１０３ｒの形状を平板形状としたが、曲面であっても良い。また、リフレクター１０２の断面形状は、光源１０１からの出射光を偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔ近傍に収束、或いは微小開口部１０４ｔの方向に反射できる形状であれば楕円形状に限定されるものではない。従って、導光部１０３や、リフレクター１０２には種々の変形が考えられる。
【００８６】図６は、本発明になる直下型バックライト装置を用いた液晶表示装置の他の実施形態を示す一部の断面図である。この実施形態は、前述した実施形態の一部を変形したものであるので、共通の機能を有する部分については同じ符号を付し、同一部分については重複する詳細な説明は省略する。
【００８７】この実施形態における直下型バックライト装置１０６は、前述した実施形態と同様に、複数の光源１０１と、各光源１０１の背後にそれぞれ配置した複数のリフレクター１０２と、各光源１０１の前方にそれぞれ配置した複数の導光部１０３と、複数の微小開口部１０４ｔと反射面１０４ｒを有する偏光維持反射板１０４と、更にその上に配置した偏光維持拡散板１０５とを備える。
【００８８】光源１０１の前方に配置した導光部１０３は、光源１０１からの出射光を偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｒに導く機能を有するものである。ここでは、導光部１０３は、光入射側開口部１０３ｉｎにコンデンサレンズ１０３ｌを備え、前記実施形態と異なり、１つの光源１０１に対して３つの光出射側開口部１０３ｏｕｔを設けている。これに合わせて、偏光維持反射板１０４にも１つの光源１０１に対して３つの微小開口部１０４ｔを設け、これらの微小開口部１０４ｔを導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔと略一致させている。
【００８９】コンデンサレンズ１０３ｌは、その焦点距離が光入射側開口部１０３ｉｎから光出射側開口部１０３ｏｕｔまでの距離と等しいものを使用する。導光部１０３の側壁反射板１０３ｒは、前記実施形態と同様に、ガラスや樹脂等の基材上にＡｌやＡｇ等の金属薄膜を被着したもの、或いは誘電体多層膜により、高い反射率を実現した反射板を使用する。
【００９０】リフレクター１０２は、この実施形態では、その断面形状が放物線を成すものを使用し、リフレクター１０２の略焦点位置に光源１０１を配置する。
【００９１】このような構成により、光源１０１から出射した光のうちで光源１０１の前方に出射した光２００は、導光部１０３の光入射側開口部１０３ｉｎに設けられたコンデンサレンズ１０３ｌを透過し、直接或いは導光部１０３の側壁反射板１０３ｒで１回或いは複数回反射した後に、この導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔ及び偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【００９２】一方、光源１０１から出射した光のうちで光源１０１の後方に出射した光２０１は、リフレクター１０２で反射し、略平行光となって導光部１０３の光入射側開口部１０３ｉｎに設けられたコンデンサレンズ１０３ｌに入射する。コンデンサレンズ１０３ｌに入射した光２０１は、光出射側開口部１０３ｏｕｔを構成する３つの微小開口部１０４ｔのうちの光源１０１の直上の微小開口部１０４ｔ近傍に収束して、出射側開口部１０３ｏｕｔ及び偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【００９３】偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過した光は、偏光維持拡散板１０５によって光量分布及び照明光の角度分布が均一化された後に、液晶パネル１１４に照射される。
【００９４】このとき、前記実施形態と同様に、液晶パネル１１４に照射された光のうちで該液晶パネル１１４の開口部１１３に入射した光２０２はそのまま表示に利用され、一方、液晶パネル１１４の非開口部１１２に入射した光２０３は、初めは、表示に寄与せずに反射してバックライト装置１０６に戻る。バックライト装置１０６に戻った光２０３は、偏光維持拡散板１０５を通過して偏光維持反射板１０４に向かう。ここで、偏光維持反射板１０４は、その大部分が反射面１０４ｒで構成されているために、偏光維持反射板１０４に向かった光の殆どが反射面１０４ｒで反射し、偏光維持拡散板１０５を介して再び液晶パネル１１４に照射される。このとき、前述したように、偏光維持拡散板１０５及び偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒは、偏光の状態に大きな影響を与えないために、液晶パネル１１４に再照射される光２０３は、初めに液晶パネル１１４の非開口部１１２で反射したときの偏光状態をほぼ維持している。このために、液晶パネル１１４に再入射した光２０３は、偏光板１１１で殆ど吸収されることなく表示に寄与する。つまり、この液晶表示装置では、従来は液晶パネル１１４の非開口部１１２で遮断されて表示に寄与できなかった光を大きな損失の無い状態で再利用することができるために、開口率の低い液晶パネル１１４であっても明るい表示が得られるという効果がある。
【００９５】このように、本発明になる直下型バックライト装置は、複数の光源１０１と、各光源１０１の背後にそれぞれ配置した複数のリフレクター１０２と、各光源１０１の前面にそれぞれ配置した複数の導光部１０３と、複数の微小開口部１０４ｔと広い反射面１０４ｒを有する偏光維持反射板１０４と、更に必要に応じて偏光維持反射板１０４の前方に配置した偏光維持拡散板１０５とを使用して構成されるもので、その形態は種々考えられるが、その要点は以下の通りである。
【００９６】本発明になる直下型バックライト装置は、液晶パネル１１４側からの戻り光をその偏光状態を維持したまま再び液晶パネル１１４側に向けて反射し、再利用するものである。このために、偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｔは液晶パネル１１４からの戻り光の偏光状態を維持したまま再び液晶パネル１１４側へ反射するものであり、偏光維持反射板１０４と液晶パネル１１４との間に設けた偏光維持拡散板１０５もこれを透過する光の偏光状態に大きな影響を与えないもので構成することが必要である。
【００９７】また、液晶パネル１１４からの戻り光を効率よく再利用するには、偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒの総面積を大きくする、言い換えれば、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの総面積を小さくする必要がある。しかし、単純に偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの面積を小さくすると、光源１０１からの出射光を効率よく液晶パネル１１４に照射することができなくなるために、導光部１０３及びリフレクター１０２等から成る導光手段により、光源１０１からの出射光を効率よく偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔに導くようにする。
【００９８】従って、これらの要点を満たす範囲で種々の変形を考えることができる。
【００９９】次に、本発明になる他の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置の更に他の実施形態を図面を用いて説明する。
【０１００】図７は、本発明になる直下型バックライト装置を用いた液晶表示装置を示す一部の断面図である。この実施形態は、図１を用いて説明した前記実施形態における液晶パネル１１４と直下型バックライト装置１０６の間に、偏光分離手段としてのコレステリック液晶層７０１と、位相差板（１／４波長板）７０２とを図示の順に配置したものである。従って、前記実施形態と同一の部分には同じ符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【０１０１】コレステリック液晶層７０１は、配向処理された２枚のガラス基板間に低分子コレステリック液晶を収めた液晶セルや、高分子コレステリック液晶層をガラス或いは透明性樹脂等の光学的に等方で透明な基板上に形成したものを使用する。このコレステリック液晶層７０１は、ヘリカルな分子配列に基づく特異な光学特性を示すもので、ヘリカル軸に平行に入射した光がコレステリック螺旋の回転方向に応じて一方の回転方向の円偏光は反射し、他方は透過するという選択反射特性を示すものである。従って、コレステリック液晶層７０１のヘリカル軸は、このコレステリック液晶層７０１に入射する主光束の主軸と平行となるように構成する。また、選択反射の波長域は、分子配列のピッチによって決るので、白色に対応するためには可視波長域全域で選択反射が起こる、或いは光源１０１の３原色に対応した輝線スペクトルの波長において選択反射が起こるようにするために、ピッチの異なる複数のコレステリック液晶層を積層して用いることが必要である。尚、可視波長域全域で選択反射を得るためにピッチの異なるコレステリック液晶層を複数層重ねる代わりに、ＡｓｉａＤｉｓｐｌａｙ９５Ｄｉｇｅｓｔｐ７３５に記載されているようなピッチを連続的に変化させたコレステリック液晶層を用いても良い。
【０１０２】位相差板７０２は、コレステリック液晶層７０１を透過した円偏光を、液晶パネル１１４の背面側の偏光板１１１を透過する直線偏光、すなわち偏光板１１１の直線偏光の透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換するもので、可視波長域において１／４波長板として機能するものを用いる。この位相差板７０２としては、可視波長域において高い透過率を有する延伸した高分子フィルム、例えばポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリアリレート等を用いることができる。この他にも、雲母や水晶または分子軸を一方向に揃えて配向した液晶層等を用いることができる。
【０１０３】尚、一般に、位相差板を構成する材質の屈折率の波長依存性（波長分散）により、一種類の位相差板で可視波長の全域に対し１／４波長板として機能する位相差板を構成することは困難であるが、波長分散の異なる少なくとも２種類の位相差板をその光学軸を直交するように貼り合わせることで広い波長域で１／４波長板として機能する位相差板を構成することができる。
【０１０４】次に、この液晶表示装置の動作を説明する。光源１０１から出射した光のうちで光源１０１の前方に出射した光２００は、導光部１０３に入射し、直接或いは導光部１０３の側壁反射板１０３ｒで１回或いは複数回反射した後に該導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔ及び偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【０１０５】一方、光源１０１の後方に出射した光２０１の大部分は、リフレクター１０２で反射して偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔ近傍に収束するために、大部分の光は直接、その他の光も導光部１０３の側壁反射板１０３ｒで反射した後に該導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔ及び偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【０１０６】偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過した光は、偏光維持拡散板１０５によって光量分布及び照明光の角度分布が均一化された後に、コレステリック液晶層７０１に入射する。コレステリック液晶層７０１は、コレステリック螺旋の回転方向に対応して一方の回転方向の円偏光は反射し、他方は透過するという選択反射特性を示す。ここでは、右回り円偏光（以下、右円偏光）は透過し、左回り円偏光（以下、左円偏光）は反射する例を説明する。
【０１０７】光源１０１から出射し、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過してコレステリック液晶層７０１に入射する光は、非偏光であるが、このうち、右円偏光成分はこのコレステリック液晶層７０１を透過し、左円偏光成分は反射する。そして、コレステリック液晶層７０１を透過した光２０４は、位相差板７０２の作用によって、偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に液晶パネル１１４に入射する。
【０１０８】一方、コレステリック液晶層７０１で反射した光２０５は、偏光維持拡散板１０５を通過して偏光維持反射板１０４に向かう。ここで、偏光維持反射板１０４は、その大部分が反射面１０４ｒで構成されているために、偏光維持反射板１０４に向かった光２０５の大部分はこの反射面１０４ｒで反射して再びコレステリック液晶層７０１へ向かう。このとき、偏光維持拡散板１０５を通過する光は偏光の状態に大きな影響を受けることがなく、更に偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒで反射した光は円偏光の回転方向が逆の円偏光となる。従って、コレステリック液晶層７０１で反射した光２０５は、反射面１０４ｒでの反射の際に左円偏光から右円偏光となるために、今度はコレステリック液晶層７０１を透過し、位相差板７０２の作用によって、偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に液晶パネル１１４に入射する。
【０１０９】従って、光源１０１からの非偏光である出射光は、効率よく所望の直線偏光（偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光）に変換された後に、液晶パネル１１４に照射されることになる。このために、液晶パネル１１４に入射した光２０４，２０５は、偏光板１１１で殆ど吸収されることなく表示に寄与する。つまり、従来は、液晶パネル１１４の偏光板１１１で吸収されて無駄となっていた光を有効に利用することができるようになるために、明るくて低消費電力の液晶表示装置を実現することができる。
【０１１０】ところで、液晶パネル１１４に照射された光のうちで、液晶パネル１１４の非開口部１１２に入射した光２０６は、初めは、表示に寄与せずに反射されてバックライト装置１０６に向かう。バックライト装置１０６に向かった光２０６は、位相差板７０２を透過するときに該位相差板７０２の作用を受けて右円偏光となり、コレステリック液晶層７０１を透過する。コレステリック液晶層７０１を透過した光２０６は、偏光維持拡散板１０５を通過して偏光維持反射板１０４に向かう。ここで、偏光維持反射板１０４は、その大部分が反射面１０４ｒで構成されているために、偏光維持反射板１０４に向かった光は、その殆どが反射面１０４ｒで反射して左円偏光となる。左円偏光となった光２０６は、コレステリック液晶層７０１で反射され、再び偏光維持反射板１０４の反射板１０４ｒで反射して右円偏光になる。右円偏光となった光２０６は、今度はコレステリック液晶層７０１を透過し、位相差板７０２の作用によって偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に液晶パネル１１４に再入射するために、偏光板１１１で殆ど吸収されることなく表示に寄与するようになる。従って、初めは液晶パネル１１４の非開口部１１２で反射して表示に寄与することができなかった光を大きな損失の無い状態で再利用することができるために、開口率の低い液晶パネル１１４であっても明るい表示が得られるという効果がある。
【０１１１】具体的には、開口率７０％の液晶パネル１１４を用いた場合、この実施形態では、従来の同じ消費電力のバックライト装置を用いた場合に比較して光束量が約４５％増加した。また、開口率４０％の液晶パネル１１４を用いた場合、この実施形態では、従来の同じ消費電力のバックライト装置を用いた場合に比較して光束量が約５４％増加した。つまり、この実施形態の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置は、液晶パネルとしては開口率の低いものを用いるとその効果が一層顕著に現れる。このために、本発明の照明装置はＩＰＳ液晶パネル等の開口率の低い液晶パネル、或いは高精細化により低開口率となった液晶パネルと組み合わせると一層効果的である。
【０１１２】尚、ここでは、従来と同じ消費電力のバックライト装置を用いて、より明るい液晶表示装置を実現する例を説明したが、このことから、本発明の照明装置（バックライト装置）及びこれを用いた液晶表示装置は、光源からの出射光をより高い効率で利用していることがわかる。従って、従来と同じ明るさの液晶表示装置をより低消費電力のバックライト装置で実現することができることは容易に推測できるであろう。
【０１１３】また、偏光維持拡散板１０５をコレステリック液晶層７０１の背面側に配置したが、偏光維持拡散板１０５の位置は、液晶パネル１１４と偏光維持反射板１０４の間であればどこでも良く、前記実施形態に限定されるものではない。また、偏光維持拡散板１０５が無くても光量分布及び照明光の角度分布が均一化されるものであれば、必ずしも配置する必要はないが、通常は必要となるものである。
【０１１４】次に、本発明になる更に他の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置の更に他の実施形態を図面を用いて説明する。
【０１１５】図８は、本発明になる直下型バックライト装置を用いた液晶表示装置の一例を示す一部の断面図である。この実施形態は、図７を用いて説明した前記実施形態におけるコレステリック液晶層７０１と位相差板７０２の代わりに、位相差板８０１と偏光分離手段としての直線偏光分離素子８０２を図示の順に配置したものである。前記実施形態と同一の構成部分には同じ符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【０１１６】直線偏光分離素子８０２は、これに入射する光のうちの特定の直線偏光成分は反射し、これと直交する直線偏光成分は透過する機能を有するものである。その構成は種々考えられる。例えば、国際出願公開公報（国際公開番号：ＷＯ９５／２７９１９）に記載された異なる複屈折性高分子フィルムを交互に複数層積層した複屈折反射型偏光フィルムや、ＳＩＤ９２Ｄｉｇｅｓｔｐ４２７に記載された頂角が略９０度のプリズムアレイを２枚重ね、その重ね合わせ部に誘電体多層膜による偏光分離面を形成したものを使用することができる。
【０１１７】尚、直線偏光分離素子８０２の直線偏光の透過軸は、液晶パネル１１４の背面側の偏光板１１１の直線偏光の透過軸と一致するように配置する。
【０１１８】位相差板８０１は、直線偏光分離素子８０２で反射或いは透過した直線偏光を円偏光に変換する機能を有するもので、可視波長域において１／４波長板として機能するものである。この位相差板８０１としては、可視波長域において透明で透過率の高い一軸延伸した高分子フィルム、例えばポリビニルアルコール、ポリカーボネート、ポリサルフォン、ポリスチレン、ポリアリレート等を用いることができる。この他にも雲母や水晶または分子軸を一方向に揃えて配向した液晶層等を用いることができる。
【０１１９】この位相差板８０１の光学軸は、直線偏光分離素子８０２の直線偏光の透過軸と４５°を成すように配置する。
【０１２０】尚、一般に、位相差板を構成する材質の屈折率の波長依存性（波長分散）から、一種類の位相差板で可視波長の全域に対して１／４波長板として機能する位相差板を構成することは困難であるが、波長分散の異なる少なくとも２種類の位相差板をその光学軸を直交するように貼り合わせることで、広い波長域で１／４波長板として機能する位相差板を構成することができる。
【０１２１】次に、この液晶表示装置の動作を説明する。光源１０１から出射した光のうちで、光源１０１の前方に出射した光２００は、導光部１０３に入射し、直接或いは導光部１０３の側壁反射板１０３ｒで１回或いは複数回反射した後に、導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔ及び偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【０１２２】一方、光源１０１の後方に出射した光２０１は、リフレクター１０２で反射して偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔ近傍に収束するために、その大部分は直接、他の部分は導光部１０３の側壁反射板１０３で反射した後に導光部１０３の光出射側開口部１０３ｏｕｔ及び偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【０１２３】このようにして偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過した光は、偏光維持拡散板１０５によって光量分布及び角度分布が均一化された後に、位相差板８０１を透過して直線偏光分離素子８０２に入射する。直線偏光分離素子８０２は、前述したように、液晶パネル１１４の背面側の偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光成分は透過し、これと直交する直線偏光成分は反射する。従って、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過して直線偏光分離素子８０２に入射した光のうちで、偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光成分は該直線偏光分離素子８０２を透過し、これと直交する直線偏光成分は反射する。
【０１２４】直線偏光分離素子８０２を透過した光２０７は、そのまま液晶パネル１１４に照射される。
【０１２５】一方、直線偏光分離素子８０２で反射した光２０８は、位相差板８０１の作用によって円偏光（ここでは、以下、左円偏光と成る場合について説明する）となり、偏光維持拡散板１０５を通過して偏光維持反射板１０４に向かう。ここで、偏光維持反射板１０４は、その大部分が反射面１０４ｒで構成されているために、偏光維持反射板１０４に向かった光２０８の大部分は、反射面１０４ｒで反射して、再び位相差板８０１へ向かう。
【０１２６】このとき、偏光維持拡散板１０５を通過する光は偏光の状態に大きな影響を受けることがなく、更に、偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒで反射した光は円偏光の回転方向が逆の円偏光となる。このために、直線偏光分離素子８０２で反射して位相差板８０１を透過した光２０８は、偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒでの反射の際に左円偏光から右円偏光となり、再び位相差板８０１を透過するときに、その作用により、直線偏光分離素子８０２を透過する直線偏光に変換されるために、今度は直線偏光分離素子８０２を透過して液晶パネル１１４に照射される。
【０１２７】つまり、光源１０１からの非偏光である出射光は、効率良く所望の直線偏光に変換された後に液晶パネル１１４に照射されることになる。
【０１２８】直線偏光分離素子８０２を透過して液晶パネル１１４に照射された光２０７，２０８は、偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光であるために、偏光板１１１において殆ど吸収されることなく表示に寄与することができる。従って、従来は、液晶パネル１１４の偏光板１１１で吸収されて無駄となっていた光を有効に利用することができるようになるために、明るく低消費電力の液晶表示装置を実現することができる。
【０１２９】ところで、液晶パネル１１４に照射された光のうちで、液晶パネル１１４の非開口部１１２に入射した光２０９は、初めは表示に寄与せずに反射してバックライト装置１０６に向かう。バックライト装置１０６に向かった光２０９は、直線偏光分離素子８０２を透過し、更に位相差板８０１を透過するときに位相差板８０１の作用を受けて右円偏光となり、偏光維持拡散板１０５を介して偏光維持反射板１０４に向かう。ここで、偏光維持反射板１０４は、その大部分が反射面１０４ｒで構成されているために、偏光維持反射板１０４に向かった光はその殆どが反射面１０４ｒで反射して左円偏光となる。左円偏光となった光２０９は、位相差板８０１を透過する際に、その作用を受けて、直線偏光分離素子８０２で反射する直線偏光となるために該直線偏光分離素子８０２で反射する。直線偏光分離素子８０２で反射した光２０９は、位相差板８０１を通過するときに、その作用を受けて左円偏光となり、再び偏光維持反射板１０４の反射板１０４ｒで反射するときに右円偏光になる。右円偏光となった光２０９は、再び位相差板８０１を透過するときに、その作用により、今度は直線偏光分離素子８０２を透過する直線偏光となるために該直線偏光分離素子８０２を透過して液晶パネル１１４に照射される。液晶パネル１１４に再入射した光２０９は、偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光であるために、偏光板１１１で殆ど吸収されることなく表示に寄与するようになる。つまり、初めは液晶パネル１１４の非開口部１１２で反射して表示に寄与できなかった光を、大きな損失の無い状態で再利用することができるために、開口率の低い液晶パネル１１４であっても明るい表示が得られるという効果がある。
【０１３０】具体的には、開口率７０％の液晶パネル１１４を用いた場合は、この実施形態では、従来と同じ消費電力のバックライト装置を用いた場合に比較して、光束量が約４９％増加した。また、開口率４０％の液晶パネル１１４を用いた場合には、この実施形態では、従来と同じ消費電力のバックライト装置を用いた場合に比較して、光束量が約５８％増加した。つまり、この実施形態の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置は、開口率の低い液晶パネルと組み合わせることによりその効果がより顕著に現れる。このため、本発明の照明装置は、ＩＰＳ液晶パネル等の開口率の低い液晶パネル或いは高精細化により低開口率となった液晶パネルとの組み合わせにおいて極めて効果的である。
【０１３１】尚、ここでは、従来と同じ消費電力のバックライト装置を用いて、より明るい液晶表示装置を実現する例を説明したが、このことから、本発明の照明装置（バックライト装置）及びこれを用いた液晶表示装置は、光源からの出射光をより高い効率で利用していることがわかる。従って、従来と同じ明るさの液晶表示装置をより低消費電力なバックライト装置で実現できることは容易に推測できるであろう。
【０１３２】また、前記説明では、偏光維持拡散板１０５を位相差板８０１の背面側に配置したが、この偏光維持拡散板１０５の位置は、液晶パネル１１４と偏光維持反射板１０４の間であればどこでも良く、前記実施形態に限定されるものではない。また、偏光維持拡散板１０５が無くても光量分布及び照明光の角度分布が均一化できるものであれば、必ずしも配置する必要はないが、通常は必要となるものである。
【０１３３】次に、本発明になる更に他の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置の更に他の実施形態を図面を用いて説明する。
【０１３４】図９は、本発明になる直下型バックライト装置を用いた液晶表示装置を示す一部の断面図である。この実施形態は、図７（或いは図８）を用いて説明した前記実施形態において、リフレクター１０２の光軸及び導光部１０３の中心軸を共に傾けて配置したものである。前記実施形態に相応する構成部分には同じ符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【０１３５】この液晶表示装置は、直下型バックライト装置１０６のリフレクター１０２の光軸及び導光部１０３の中心軸を、液晶パネル１１４の表示面垂線に対してα°傾けて配置したものである。この角度αは、図１０に示すように、液晶表示装置１００の実際の使用状況における上方への傾き角度に相当する。
【０１３６】このような構成によれば、前記実施形態と同様に、従来は、液晶パネル１１４の偏光板１１１で吸収されて無駄となっていた光を有効に利用することができるために、明るく低消費電力の液晶表示装置を実現することができる。更に、液晶パネル１１４の非開口部１１２で遮断されて表示に寄与することができなかった光を大きな損失の無い状態で再利用することができるために、開口率の低い液晶パネルであっても明るい表示が得られるという効果がある。
【０１３７】更に、この実施形態特有の効果として以下の効果が得られる。すなわち、この構成によれば、直下型バックライト装置１０６からの出射光は、液晶パネル１１４の表示面の垂線に対して上方に傾いた方向により多く向かう。従って、輝度のピーク角度は、液晶パネル１１４の表示面垂線に対して角度α°だけ上方に傾き、上方からの視認性が向上する。このことは、一般の表示装置、特にコンピュータ用のモニターでは、下方から観察することは殆どなく、上方からの視認性の向上が求められている折りから、限られた光を観察者１０００の視線の方向へ効率よく分配する上で非常に有効である。つまり、この実施形態では、限られた光を有効に配光し、効率良く利用できるという効果が得られる。
【０１３８】尚、この傾き角度αは、表示装置の表示面のサイズによって最適値が異なるが、一般には、α＝３０°までの範囲で設定すると良い。
【０１３９】次に、本発明になる更に他の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置の更に他の実施形態を図面を用いて説明する。
【０１４０】図１１は、本発明になる直下型バックライト装置を用いた液晶表示装置を示す一部の断面図である。この実施形態は、図７を用いて説明した実施形態における導光部１０３及びリフレクター１０２から成る導光手段及び偏光維持反射板１０４を変形したものである。前記実施形態と同一部分には同じ符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【０１４１】この実施形態は、導光手段として、前記実施形態における格別な導光部１０３を設置せずに、光源１０１の背後に配置したリフレクター１０２のみで導光手段を構成している。
【０１４２】リフレクター１０２は、光源１０１からの出射光を液晶パネル１１４の方向へ反射するもので、その断面形状は特に限定しないが、液晶パネル１１４側からリフレクター１０２に戻ってくる光を一度の反射で液晶パネル１１４側へ戻すために、その底面の大部分を平面とすることが望ましい。このリフレクター１０２の反射面は、前述或いは後述する偏光状態を維持する反射面で構成する。具体的には、ガラス或いは樹脂にＡｌやＡｇ等の金属薄膜を被着したもの、或いは誘電体多層膜により鏡面反射面を形成したものを用いる。
【０１４３】偏光維持反射板１０４は、ガラスや樹脂等の光学的に等方な透明基材上に複数の微小開口部１０４ｔと偏光状態を維持する反射面１０４ｒを形成したものである。前記実施形態と同様に、微小開口部１０４ｔは、光源１０１からの出射光を液晶パネル１１４に照射するための通り道であり、反射面１０４ｒは、液晶パネル１１４側からの光をその偏光状態を維持したまま反射する反射面である。ここでいう偏光状態を維持する反射面とは、少なくとも垂直入射光に対しては直線偏光は直線偏光のまま反射し、円偏光はその回転方向が逆の円偏光として反射する反射面のことである。具体的には、反射面１０４ｒとしてＡｌやＡｇ等の金属薄膜を被着したもの、或いは誘電体多層膜により鏡面反射面をパターニングしたものを使用する。
【０１４４】また、この実施形態では、偏光維持反射板１０４は、従来の直下型バックライト装置におけるライティングカーテンの機能を兼用する。このため、微小開口部１０４ｔの面積は、光源１０１の直上部では小さく、光源１０１から離れるにつれて大きくなるように構成して、このバックライト装置から出射する光量分布を均一化する。
【０１４５】尚、液晶パネル１１４側からの光をより多く反射するためには、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの面積は小さければ小さいほど良い。しかし、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの面積を小さくすると、今度は、バックライト装置１０６からの光の出射効率が下がるために、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの総面積は、液晶パネル１１４の表示部面積の２０％～８０％の範囲にすることが現実的である。
【０１４６】次に、この液晶表示装置の動作を説明する。光源１０１から出射した光は、直接或いはリフレクター１０２で反射した後に、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過する。
【０１４７】偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過した光は、微小開口部１０４ｔの面積比率及び偏光維持拡散板１０５によって光量分布及び照明光の角度分布を均一化した後に、コレステリック液晶層７０１に入射する。ここでは、以下、コレステリック液晶層７０１が右円偏光は透過し、左円偏光は反射する例で説明する。
【０１４８】光源１０１から出射し、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過して、コレステリック液晶層７０１に入射した光は非偏光であるが、このうち、右円偏光成分はコレステリック液晶層７０１を透過し、左円偏光成分は反射する。コレステリック液晶層７０１を透過した光２１０は、位相差板７０２の作用によって偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に、液晶パネル１１４に入射する。
【０１４９】一方、コレステリック液晶層７０１で反射した光２１１ａ，２１１ｂは、偏光維持拡散板１０５を通過して光源１０１の方向へ向かう。光源１０１の方向へ向かった光の一部２１１ａは、偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒで反射し、その他の光２１１ｂは偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過してリフレクター１０２で反射して、再びコレステリック液晶層７０１へ向かう。ここで、偏光維持拡散板１０５を通過する光は、前述したように、偏光の状態に大きな影響を受けることがなく、更に、偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒ或いはリフレクター１０２で反射した光は円偏光の回転方向が逆の円偏光となる。このために、コレステリック液晶層７０１で反射した光２１１ａ，２１１ｂは、反射面１０４ｒ或いはリフレクター１０２での反射の際に、左円偏光から右円偏光となり、今度は、コレステリック液晶層７０１を透過して、更に位相差板７０２の作用により、偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に液晶パネル１１４に入射する。
【０１５０】尚、コレステリック液晶層７０１で反射して光源１０１方向へ向かった光のうちで、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過した光は、リフレクター１０２で反射して、その一部は前記の通り偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過してコレステリック液晶層７０１に向かうが、その他の光は、偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒで反射して再びリフレクター１０２に向かう。そして、リフレクター１０２に向かった光は、リフレクター１０２で反射して、その一部は偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過してコレステリック液晶層７０１に向うが、その他は偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒで反射して再びリフレクター１０２に向かう。
【０１５１】このように、コレステリック液晶層７０１で反射して光源１０１の方向へ向かった光のうちで、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを通過した光は、リフレクター１０２で１回反射した後に、或いはリフレクタ－１０２と偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒの間で反射を繰り返した後に偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔを再び通過してコレステリック液晶層７０１に向かうことになる。このリフレクター１０２での反射或いはリフレクター１０２と反射面１０４ｒでの繰り返し反射した後にコレステリック液晶層７０１に向かう光は、リフレクター１０２或いは反射面１０４ｒでの反射回数の合計が奇数回となる。
【０１５２】ここで、リフレクター１０２及び偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒで反射した光は、１回の反射で円偏光の回転方向が逆の円偏光となるために、反射の回数が奇数回であれば、円偏光は回転方向が逆の円偏光となる。このため、リフレクター１０２或いはリフレクター１０２と反射面１０４ｒでの繰り返し反射した後にコレステリック液晶層７０１に再入射する光は、コレステリック液晶層７０１で初めに反射したときとは逆回りの円偏光となっているので、今度は、コレステリック液晶層７０１を透過し、位相差板７０２の作用によって偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に液晶パネル１１４に入射することになる。
【０１５３】従って、光源１０１からの非偏光である出射光は、効率良く所望の直線偏光（偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光）に変換された後に液晶パネル１１４に照射されることになるので、この液晶パネル１１４に入射した光２１０，２１１ａ，２１１ｂは、偏光板１１１で殆ど吸収されることなく表示に寄与することができるようになる。このために、従来は、液晶パネル１１４の偏光板１１１で吸収されて無駄となっていた光を有効に利用することができるようになるので、明るく低消費電力の液晶表示装置を実現することができる。
【０１５４】更に、前記実施形態と同様に、液晶パネル１１４の非開口部１１２で反射して表示に寄与できなかった光２１２を大きな損失の無い状態で再利用することができるために、開口率の低い液晶パネルであっても明るい表示が得られるという効果がある。具体的には、開口率７０％の液晶パネル１１４を用いた場合は、この実施形態では、従来と同じ消費電力のバックライト装置を用いた場合に比較して、光束量が約４０％増加した。また、開口率４０％の液晶パネル１１４を用いた場合には、この実施形態では、従来と同じ消費電力のバックライト装置を用いた場合に比較して、光束量が約４９％増加した。つまり、この実施形態の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置は、開口率の低い液晶パネル１１４との組み合わせにおいてその効果がより顕著に現れる。このために、本発明の照明装置は、ＩＰＳ液晶パネル等の開口率の低い液晶パネル或いは高精細化により低開口率となった液晶パネルと組み合わせるとより効果的である。
【０１５５】尚、ここでは、従来と同じ消費電力のバックライト装置を用いて、より明るい液晶表示装置を実現する例を説明したが、このことから、本発明の照明装置（バックライト装置）及びこれを用いた液晶表示装置は、光源からの出射光をより高い効率で利用していることがわかる。従って、従来と同じ明るさの液晶表示装置をより低消費電力のバックライト装置で実現することができることは容易に推測できるであろう。
【０１５６】また、前記説明では、偏光維持拡散板１０５をコレステリック液晶層７０１と偏光維持反射板１０４の間に配置したが、偏光維持拡散板１０５の位置は、光源１０１から液晶パネル１１４へ至る光路中であればどこでも良く、前記実施形態に限定されるものではない。また、偏光維持拡散板１０５が無くても光量分布及び照明光の角度分布が均一化できるものであれば、必ずしも配置する必要はないが、通常は必要となるものである。更に、この実施形態では、偏光分離手段としてコレステリック液晶層を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、偏光分離手段として前記直線偏光分離素子を用いても良い。
【０１５７】この実施形態は、従来のバックライト装置と部品点数が同じであるために、より安価で、明るく、低消費電力の液晶表示装置を提供することができる。
【０１５８】次に、本発明になる更に他の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置の更に他の実施例を図面を用いて説明する。
【０１５９】図１２は、本発明になるエッジライト型バックライト装置を用いた液晶表示装置を示す一部の断面図である。この実施形態は、図７を用いて説明した実施形態において、直下型バックライト装置１０６をエッジライト型バックライト装置１２０１に変更した構成である。前記実施形態と同一の部分には同じ符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【０１６０】この実施形態におけるエッジライト型バックライト装置１２０１は、透明なアクリル樹脂からなる導光体１２０３と、導光体１２０３の一側面に配置され、その側面長さに対応した発光長を有する冷陰極蛍光燈等からなる光源１０１と、この光源１０１をカバーして該光源１０１からの出射光を導光体１２０３側に反射するランプカバー１２０２と、導光体１２０３の液晶パネル１１４側の面に配置した複数の微小導光柱１２０４と、偏光維持反射板１０４と、偏光維持拡散板１０５とを備える。
【０１６１】ランプカバー１２０２としては、光源１０１を包み込むような円筒形或いは楕円筒形等の反射面形状を有する成形品或いは反射層を形成したフィルムを使用する。
【０１６２】導光体１２０３上に配置する複数の微小導光柱１２０４は、導光体１２０３中を全反射しながら伝播する光を偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔへ導く機能を有するもので、導光体１２０３と同じ材質或いは屈折率が近い透明部材からなる柱を導光体１２０３に光学的に結合する、或いは導光体１２０３と一体成形することで実現する。この微小導光柱１２０４は、楕円柱や円柱或いは４角柱等の多角形柱、或いは円，楕円，多角形等の断面形状を有するテーパーロッドを使用することができる。微小導光柱１２０４の形状は特に限定されるものではないが、微小導光柱１２０４の液晶パネル１１４側の開口部と、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔは同じ位置、同じ形状とする。
【０１６３】偏光維持反射板１０４は、前記実施形態で述べたものと同様に、ガラスや樹脂等の基材上に複数の微小開口部１０４ｔと偏光状態を維持する反射面１０４ｒを形成したものである。微小開口部１０４ｔは、光源１０１からの出射光を液晶パネル１１４に照射するための通り道であり、反射面１０４ｒは液晶パネル１１４側からの光をその偏光状態を維持したまま反射する反射面である。従って、液晶パネル１１４側からの光をより多く反射するためには、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの面積は、小さいほど良い。
【０１６４】しかし、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの面積を小さくすると、今度は、光源１０１からの出射光の利用効率が下がるために、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔの総面積は、液晶パネル１１４の表示部面積の３％～５０％の範囲とすることが現実的である。
【０１６５】尚、ここでいう偏光状態を維持する反射面とは、少なくとも垂直入射光に対しては直線偏光は直線偏光のまま反射し、円偏光はその回転方向が逆の円偏光として反射する反射面のことである。具体的には、反射面１０４ｒとしては、ガラスや樹脂にＡｌやＡｇ等の金属薄膜を被着したもの、或いは誘電体多層膜により鏡面反射面を形成したものを使用する。
【０１６６】図１３は、この実施形態における偏光維持反射板１０４の一例を示す斜視図である。この偏光維持反射板１０４は、微小導光柱１２０４の形状を円柱状とした場合のものであり、微小開口部１０４ｔの形状は、微小導光柱１２０４の光出射側開口部と同形の円形としている。
【０１６７】尚、バックライト装置１２０１から液晶パネル１１４へ照射される照明光の光量を該液晶パネル１１４の表示面内において均一化するために、微小導光柱１２０４の面積比率を光源１０１からの距離に応じて変化させるようにしても良く、この場合には、偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔもこの微小導光柱１２０４の光出射側開口部と一致させて、その面積比率を変化させることは言うまでもない。また、光源１０１からの出射光の利用効率を高めるために、微小導光柱１２０４の形状は、図１２に例示するように、導光体１２０３側の開口部を、液晶パネル１１４側の開口部よりも大きくしたテーパー形状とし、その側壁面には反射面を形成すると良い。
【０１６８】偏光維持拡散板１０５は、前記実施形態と同一のものを使用するので、ここでは詳細な説明を省略する。
【０１６９】次に、この液晶表示装置の動作を説明する。光源１０１から出射した光は、直接或いはランプカバー１２０２で反射した後に、導光体１２０３に入射する。導光体１２０３に入射した光は、この導光体１２０３内を全反射しながら伝播するが、微小導光柱１２０４に至った光は、この微小導光柱１２０４を介して偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔから出射する。
【０１７０】偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔから出射した光は、微小導光柱１２０４の開口部の面積比率及び偏光維持拡散板１０５による拡散によって光量分布及び照明光の角度分布が均一化された後に、コレステリック液晶層７０１に入射する。ここでは、以下、コレステリック液晶層７０１が右円偏光は透過し、左円偏光は反射する例で説明する。
【０１７１】偏光維持反射板１０４の微小開口部１０４ｔから出射して偏光維持拡散板１０５を透過した光は、非偏光であるが、このうち、右円偏光成分はコレステリック液晶層７０１を透過し、左円偏光成分は反射する。コレステリック液晶層７０１を透過した光２１３は、位相差板７０２の作用によって偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に、液晶パネル１１４に入射する。
【０１７２】一方、コレステリック液晶層７０１で反射した光２１４は、偏光維持拡散板１０５を通過して偏光維持反射板１０４に向かう。ここで、偏光維持反射板１０４は、その大部分が反射面１０４ｒで構成されているために、この偏光維持反射板１０４に向かった光２１４の大部分は、その反射面１０４ｒで反射して再びコレステリック液晶層７０１へ向かう。このとき、偏光維持拡散板１０５を通過する光は、偏光の状態に大きな影響を受けることがなく、更に、偏光維持反射板１０４の反射面１０４ｒで反射した光は、円偏光の回転方向が逆の円偏光となる。このために、コレステリック液晶層７０１で反射した光２１４は、反射面１０４ｒでの反射の際に左円偏光から右円偏光となるので、今度は、コレステリック液晶層７０１を透過して、位相差板７０２の作用によって偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に液晶パネル１１４に入射する。
【０１７３】つまり、光源１０１からの非偏光である出射光は、効率良く所望の直線偏光（偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光）に変換された後に液晶パネル１１４に照射されることになるので、液晶パネル１１４に入射した光２１３、２１４は、偏光板１１１で殆ど吸収されることなく表示に寄与することになる。従って、従来は、液晶パネル１１４の偏光板１１１で吸収され無駄となっていた光を有効に利用することができるようになるために、明るくて低消費電力の液晶表示装置を実現することができる。
【０１７４】一方、液晶パネル１１４に照射された光のうちで、液晶パネル１１４の非開口部１１２に入射した光２１５は、初めは、表示に寄与せずに反射してバックライト装置１２０１に向かう。バックライト装置１２０１に向かった光２１５は、位相差板７０２を透過するときに該位相差板７０２の作用を受けて右円偏光となり、コレステリック液晶層７０１を透過する。コレステリック液晶層７０１を透過した光２１５は、偏光維持拡散板１０５を通過して偏光維持反射板１０４に向かう。ここで、偏光維持反射板１０４は、その大部分が反射面１０４ｒで構成されているために、偏光維持反射板１０４に向かった光の殆どが反射面１０４ｒで反射して再びコレステリック液晶層７０１へ向かう。コレステリック液晶層７０１へ向かった光２１５は、反射面１０４ｒでの反射の際に左円偏光となっているので、コレステリック液晶層７０１で反射して再び偏光維持反射板１０４へ向かう。偏光維持反射板１０４へ向かった光の大部分は、反射面１０４ｒで反射し、右円偏光となってもう一度コレステリック液晶層７０１へ向かう。コレステリック液晶層７０１へ向かった光２１５は、今度は、コレステリック液晶層７０１を透過し、位相差板７０２の作用によって偏光板１１１の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光に変換された後に、液晶パネル１１４に再入射する。液晶パネル１１４に再入射した光２１５は、偏光板１１１で殆ど吸収されることなく表示に寄与できるようになる。このために、従来は、液晶パネル１１４の非開口部１１２で遮断されて表示に寄与できなかった光を大きな損失の無い状態で再利用することができるので、開口率の低い液晶パネルであっても明るい表示が得られるという効果がある。
【０１７５】尚、偏光維持拡散板１０５は、コレステリック液晶層７０１と偏光維持反射板１０４の間に配置したが、この偏光維持拡散板１０５の位置は、偏光維持反射板１０４と液晶パネル１１４の間であればどこでも良く、前記実施形態に限定されるものではない。また、偏光維持拡散板１０５が無くても光量分布及び照明光の角度分布が均一化できるものであれば、必ずしも配置する必要はないが、通常は必要となるものである。更に、この実施形態では、偏光分離手段としてコレステリック液晶層を用いる場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、偏光分離手段として上記直線偏光分離素子を用いても良い。
【０１７６】また、この実施形態のようなエッジライト型バックライト装置は、直下型バックライト装置に比べて、絶対的な光量を大きくすることは容易ではないが、薄型及び軽量という特徴を有するために、ノート型パソコン用の液晶表示装置としては最適である。
【０１７７】
【発明の効果】以上のように、本発明の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置は、液晶パネルの非開口部で反射してバックライト装置（照明装置）に戻った光の大部分を、その大部分を反射面で構成した偏光維持反射板で反射して再び液晶パネルに照射する。このとき、バックライト装置に戻った光は、偏光維持反射板での反射において偏光状態は殆ど変化しないので、液晶パネルに再照射された光は、液晶パネルの非開口部で反射されたときの偏光状態をほぼ維持している。このため、液晶パネルに再入射した光は液晶パネル光入射側の偏光板で殆ど吸収されることなく表示に寄与することができる。つまり、本発明の液晶表示装置は、従来装置では液晶パネルの非開口部で遮断されて表示に寄与できなかった光を効率良く再利用することができるために、開口率の低い液晶パネルであっても明るい表示が得られるという効果がある。
【０１７８】また、この反射光は、偏光維持拡散板を往路復路の２回透過するが、この偏光維持拡散板は透過する光の偏光状態に殆ど影響を与えないので、液晶パネルに再入射した光が偏光板で吸収されることがなく、表示に寄与できるようになる。
【０１７９】また、液晶パネルからの戻り光を効率よく再利用するためには、偏光維持反射板の反射面の面積を大きくする、言い換えれば偏光維持反射板の微小開口部の面積を小さくする必要があるが、単純に偏光維持反射板の微小開口部の面積を小さくしただけでは、光源からの出射光を効率良く液晶パネルに照射することができなくなるという問題を生じる。しかしながら、本発明の照明装置では、例えば導光部及びリフレクターから成る導光手段によって、光源からの出射光を偏光維持反射板の微小開口部に導くようにしたために、反射面を広くしても光源からの出射光を効率良く利用することができるようになる。
【０１８０】更に、本発明の照明装置及びこれを用いた液晶表示装置は、照明装置の偏光維持反射板と液晶パネルとの間に偏光分離手段及び位相差板を配置して、所望の直線偏光、すなわち液晶パネルの光入射側偏光板の直線偏光透過軸と電気ベクトルの振動方向が一致した直線偏光を照射するように構成した。この場合、光源からの出射光は導光手段によって効率良く偏光維持反射板の微小開口部を通過して偏光分離手段に入射する。偏光分離手段に入射した光のうち、偏光分離手段を透過した光は前述したように所望の直線偏光となって液晶パネルに照射される。一方、偏光分離手段で反射した光は、偏光維持反射板に向かう。偏光維持反射板はその大部分が反射面で構成されているために、この偏光維持反射板に向った光の大部分は反射して再び偏光分離手段に入射する。このとき、再び偏光分離手段に入射する光は、偏光維持反射板での反射によって偏光分離手段を透過するような偏光状態となるために、今度は、偏光分離手段を透過して所望の直線偏光となって液晶パネルに照射される。
【０１８１】結局、本発明の照明装置及び液晶表示装置は、非偏光である光源からの出射光を効率よく所望の直線偏光に変換した後に液晶パネルに照射することができ、液晶パネルに照射された光は液晶パネルの光入射側偏光板で殆ど吸収されることなく表示に寄与することができるために、従来装置では液晶パネルの偏光板に吸収されて無駄となっていた光を有効に利用することができるようになり、従って、明るくて低消費電力の液晶表示装置を実現することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００５１０８【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】	平成１０年７月３１日（１９９８．７．３１）
【代理人】	【識別番号】１０００７４６３１【弁理士】【氏名又は名称】高田幸彦（外１名）
【公開番号】	特開２０００－５７８３２（Ｐ２０００－５７８３２Ａ）
【公開日】	平成１２年２月２５日（２０００．２．２５）
【出願番号】	特願平１０－２１７８５９