| 【発明の名称】 |
線状光源およびそれを用いた面状照明装置、ならびに画像表示装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】増田 岳志 【住所又は居所】大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内
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| 【要約】 |
【課題】高い効率で直線偏光を出射することのできる線状光源、およびその線状光源を用いた面状照明装置ならびに画像表示装置を提供する。
【解決手段】本発明の線状光源は、点光源と、点光源からの入射光が入射する入射面と、入射面と交差し、かつ、入射光を出射する出射面と、出射面に対向する対向面と、入射面と交差しており、かつ、出射面と対向面との間に位置する第1側面および第2側面とを有する線状導光体と、線状導光体の対向面、第1側面および第2側面のうちの少なくとも1つを覆うように配置された反射フィルムと、線状導光体の出射面に対向して配置された反射型偏光子とを有している。入射光の主光線の進行方向をZ軸方向とし、出射面がZX面となるようにX軸方向をとり、かつ、X軸方向およびZ軸方向に直交する方向をY軸方向としたXYZ座標系をとったときに、線状導光体は、入射光の一部を出射面側に反射する複数の反射面を有し、複数の第1の反射面のそれぞれは、ZX面との切片がX軸に対して反時計回りに煽り角度α1(0<α1<90°)をなす。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 第1の点光源と、前記第1の点光源からの第1入射光が入射する第1入射面と、前記第1入射面と交差し、かつ、前記第1入射光を出射する第1出射面と、前記第1出射面に対向する対向面と、前記第1入射面と交差しており、かつ、前記第1出射面と前記対向面との間に位置する第1側面および第2側面とを有する線状導光体と、前記線状導光体の前記対向面、前記第1側面および第2側面のうちの少なくとも1つを覆うように配置された反射フィルムと、前記線状導光体の前記第1出射面に対向して配置された反射型偏光子とを有する線状光源であって、前記第1入射光の主光線の進行方向をZ軸方向とし、前記第1出射面がZX面となるようにX軸方向をとり、かつ、前記X軸方向および前記Z軸方向に直交する方向をY軸方向としたXYZ座標系をとったときに、前記線状導光体は、前記第1入射光の一部を前記第1出射面側に反射する複数の第1の反射面を有し、前記複数の第1の反射面のそれぞれは、ZX面との切片がX軸に対して反時計回りに煽り角度α1(0<α1<90°)をなす線状光源。 【請求項2】 前記煽り角度α1が0<α1≦15°の範囲にある請求項1に記載の線状光源。 【請求項3】 前記複数の第1の反射面のそれぞれは、YZ面との切片がZ軸に対して時計回りに傾斜角度β1をなし、前記傾斜角度β1が25°<β1<65°の範囲にある請求項1または2に記載の線状光源。 【請求項4】 前記線状導光体を挟んで前記第1の点光源と対向するように配置された第2の点光源をさらに有し、前記第2の点光源からの第2入射光は前記第1入射面に対向する第2入射面から前記線状導光体に入射し、前記線状導光体は、前記第2入射光の一部を前記第1出射面側に反射する複数の第2の反射面を有し、前記複数の第2の反射面のそれぞれは、ZX面との切片がX軸に対して時計回りに煽り角度α2(0<α2<90°)をなす請求項1から3のいずれかに記載の線状光源。 【請求項5】 前記煽り角度α2が0°<α2≦15°の範囲にある請求項4に記載の線状光源。 【請求項6】 前記複数の第2反射面のそれぞれは、YZ面との切片がZ軸に対して時計回りに傾斜角度β2をなし、前記傾斜角度β2が25°<β2<65°の範囲にある請求項4または5に記載の線状光源。 【請求項7】 第1の点光源と、前記第1の点光源からの第1入射光が入射する第1入射面と、前記第1入射面と交差し、かつ、前記第1入射光を出射する第1出射面と、前記第1出射面に対向する対向面と、前記第1入射面と交差しており、かつ、前記第1出射面と前記対向面との間に位置する第1側面および第2側面とを有する線状導光体と、前記線状導光体の前記対向面、前記第1側面および第2側面のうちの少なくとも1つを覆うように配置された反射フィルムと、前記線状導光体の前記第1出射面に対向して配置された反射型偏光子とを有する線状光源であって、前記線状導光体は、前記第1側面および前記第2側面の少なくとも一方に形成された複数の凹部を有し、前記複数の凹部のそれぞれは、前記第1入射光の一部を前記第1出射面側に反射する複数の第1の反射面のそれぞれを有する線状光源。 【請求項8】 前記第1入射光の主光線の進行方向をZ軸方向とし、前記第1出射面がZX面となるようにX軸方向をとり、かつ、前記X軸方向および前記Z軸方向に直交する方向をY軸方向としたXYZ座標系をとったときに、前記複数の第1の反射面のそれぞれは、ZX面との切片がX軸に対して反時計回りに煽り角度α1(0<α1<90°)をなす請求項7に記載の線状光源。 【請求項9】 前記煽り角度α1が0<α1≦15°の範囲にある請求項8に記載の線状光源。 【請求項10】 前記複数の第1の反射面のそれぞれは、YZ面との切片がZ軸に対して時計回りに傾斜角度β1をなし、前記傾斜角度β1が25°<β1<65°の範囲にある請求項8または9に記載の線状光源。 【請求項11】 請求項1から10のうちのいずれかに記載の線状光源と、前記線状光源の前記反射型偏光子を透過した直線偏光を受けるように配置された面状導光体とを有する面状照明装置であって、前記反射型偏光子の透過軸は、Z軸またはX軸に略平行であり、前記面状導光体は、対向する2つの主面および複数の側面を有し、前記複数の側面のうちの1つである第3入射面から、前記直線偏光が前記面状導光体に入射し、前記2つの主面のうちの一方であって、YZ面に平行に配置された第2出射面から出射される面状照明装置。 【請求項12】 前記反射型偏光子の前記透過軸がZ軸に略平行であって、前記面状導光体の前記第2出射面の法線方向がX軸に略平行である請求項11に記載の面状照明装置と、前記面状照明装置の前記第2出射面から出射された光を受けるように配置された液晶表示素子とを備え、前記液晶表示素子は、液晶層と、前記液晶層の前記第2出射面側に設けられた吸収型偏光子とを有し、前記吸収型偏光子の透過軸とZ軸とのなす角度が0以上45°以下の範囲内にある、液晶表示装置。 【請求項13】 前記反射型偏光子の前記透過軸がX軸に略平行であって、前記面状導光体の前記第2出射面の法線方向がX軸に略平行である請求項11に記載の面状照明装置と、前記面状照明装置の前記第2出射面から出射された光を受けるように配置された液晶表示素子とを備え、前記液晶表示素子は、液晶層と、前記液晶層の前記第2出射面側に設けられた吸収型偏光子とを有し、前記吸収型偏光子の透過軸とZ軸とのなす角度が45°以上90°以下の範囲内にある、液晶表示装置。 【請求項14】 前記液晶表示素子の表示面側に前記面状照明装置が配置され、前記液晶表示素子が反射型液晶表示素子である請求項12または13に記載の液晶表示装置。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、線状光源およびこの線状光源を用いた面状照明装置、ならびにこの面状照明装置を用いた液晶表示装置に関する。 【0002】 【従来の技術】液晶表示装置(Liquid Crystal Display)は、CRT(Cathode Ray Tube)、PDP(Plasma Display Panel)、あるいはEL(Electro Luminescence)といった他の表示装置とは異なり、自らは発光せずに、外部から照射された光の透過光量、あるいは反射光量を制御することによって文字や画像を表示し、透過型と反射型に大別される。 【0003】透過型液晶表示装置は、例えば、光の入射側と出射側とに吸収型偏光子を備え、入射側の吸収型偏光子を介して入射した特定の直線偏光の偏光状態を液晶層で変調し、出射側の吸収型偏光板を透過する光量を制御することで画像を表示する。したがって、一般的には透過型液晶表示素子を後方から照明するバックライトと呼ばれる照明装置が配置されて使用される。なお、吸収型偏光子と液晶層との間には必要に応じて位相差フィルムが設けられることがある。 【0004】一方、反射型液晶表示装置は、例えば、一枚の吸収型偏光子と反射板を備え、吸収型偏光子を介して入射した特定の偏光が反射板で反射されて再び吸収型偏光子に到達する過程で、上記偏光の偏光状態が液晶層で変調されることによって吸収型偏光子を出射する光量が制御される。したがって、周囲光を利用して表示が可能な一方で、表示輝度が周囲環境に依存する度合いが非常に高く、特に夜間などの暗闇では表示がまったく認識できないこともある。そのため、十分な周囲光が得られない場合に備えて反射型液晶表示素子を前方から照明するフロントライトと呼ばれる照明装置が必要となる。 【0005】以下に図9を参照しながら、例えば特開2001−215495号公報に開示されたフロントライト310と反射型液晶表示素子360とを有する液晶表示装置を説明する。 【0006】フロントライト310は、光源311と、光源311の周囲に配置された反射フィルム312と、面状導光体314と、光源311と面状導光体314との間に介装された反射型偏光子313とで構成されている。光源311には、冷陰極管や、発光ダイオード(LED)、LEDと線状導光体との組み合わせなどが用いられる。光源311からの出射光は、光源311の周囲に配置された反射フィルム312によって面状導光体314へと効率よく導かれる。 【0007】反射型偏光子313は光源311からの光を受け、第1偏光を反射するとともに、第1偏光とは異なる第2偏光を透過する。反射型偏光子313としては、具体的には3M社製の“DBEF”、またはコレステリックフィルムとλ/4フィルムとを組み合わせたものなどが用いられる。第1偏光は例えば右回り円偏光であり、第2偏光は例えば、偏光軸がλ/4フィルムの遅相軸に対して45°をなす直線偏光である。以下、図10を参照して、反射型偏光子313をより詳細に説明する。なお以下の説明では、反射型偏光子313が例えば、コレステリックフィルムとλ/4フィルムとを組み合わせたものから形成されている場合を例示する。 【0008】光源311からの光が反射型偏光子313に入射する(入射光R0)と、反射型偏光子313のコレステリックフィルムによって、透過円偏光と反射円偏光とに分離される。透過円偏光は反射型偏光子313のλ/4フィルムによって直線偏光(第2偏光R2)に変換された後、反射型偏光子313を透過し、面状導光体314に入射する。 【0009】一方、反射円偏光(第1偏光R1)は、反射型偏光子313を透過することなしに、光源311側に戻される。光源311側に戻された第1偏光R1は、反射フィルム312などで反射される。この反射過程で、第1偏光R1の一部は偏光解消され、反射型偏光子313を透過する第2偏光R2成分が新たに発生する。この第2偏光R2成分を含む反射光は再び反射型偏光子313に入射し、上記と同様に第2偏光R2が選択的に反射型偏光子313を透過する。 【0010】以上のように、フロントライト310に反射型偏光子313を用いた場合、吸収型偏光子を用いる場合に比べて、光源311からの光の利用効率を高くすることができる。 【0011】反射型偏光子313を透過した直線偏光(第2偏光R2)は、面状導光体314に入射する。面状導光体314は図11に示すように、反射型偏光子313からの直線偏光が入射する入射面314aと、入射面314aと略直交し、かつ、その直線偏光を面状に出射する出射面314bと、出射面314bに対向する対向面314cと、入射面314aと略直交し、かつ、出射面314bと対向面314cとの間に位置する2つの側面314dと、入射面314aと対向する側面314d’とを有している。 【0012】対向面314cには、入射面314aからの直線偏光を出射面314bに向けて反射するためのプリズム314eが帯状に多数形成されている。なおここでいうプリズム314eとは、図11のP方向に帯状に延びた1つの凸部をいう。 【0013】ここで、説明を簡単にするために、図9に示す面状導光体314の入射面314aの延びる方向をZ軸方向とし、この入射面314aがZX面となるようにZ軸に直交する方向をX軸方向とし、このX軸方向およびZ軸方向に直交する方向をY軸方向としたXYZ座標系をとる。反射型偏光子313は図9に示すように、その透過軸と、Z軸とのなす角度φが45°以下、望ましくは25°以下になるように配置されている。この場合、対向面314cに帯状に形成されたプリズム314eが延びる方向(図9および図11の矢印P方向)に偏光軸を有する直線偏光が面状導光体314から効率よく出射する。したがって図9に示すように、対向面314cに形成されたプリズム314eが延びる方向PとZ軸とのなす角度ξは、10°以上45°以下であればよく、10°以上30°以下であることが望ましいと説明されている。 【0014】フロントライト310から出射した直線偏光は反射型液晶表示素子360に入射する。反射型液晶表示素子360は図9に示すように、一対の透明基板361a、361bと、これらの基板間に設けられた液晶層362と、透明基板361a上に配置された吸収型偏光子363および位相差フィルム364と、透明基板361b上に配置された吸収型偏光子365と、反射板366とで構成されている。 【0015】高輝度の液晶表示装置を得るには、フロントライト310から出射する直線偏光の偏光軸と、反射型液晶表示素子360が備える吸収型偏光子363の透過軸とのなす角度は、小さく設計されるべきである。具体的には、反射型液晶表示素子363の備える吸収型偏光子363の透過軸と、Z軸とのなす角度θは45°以下であることが好ましく、20°以下であることがより好ましいと説明されている。 【0016】上記構成によるフロントライト310および反射型液晶表示素子360を備える液晶表示装置では、フロントライト310から効率よく出射される特定の直線偏光によって反射型液晶表示素子360が照明されるため、反射型液晶表示素子360が備える吸収型偏光子314aを透過する直線偏光が増加し、これにより、明るく、コントラスト比の良好な液晶表示装置が得られると説明されている。 【0017】また、『月刊ディスプレイ 2001年11月号』の第56から62ページに掲載された「フロントライトの技術動向」にも、反射型液晶表示装置に用いられるフロントライトが紹介されている。図12を参照してこのフロントライト410を説明する。 【0018】フロントライト410は、発光ダイオード(LED)411および411’と、線状導光体412と、線状導光体412の周囲に配置された反射フィルム413と、面状導光体415と、線状導光体412と面状導光体415の間に介装された特殊フィルム414とで構成されている。 【0019】線状導光体412は図13に示すように、LED412および412’からの光がそれぞれ入射する第1入射面412aおよび第2入射面412a’と、第1および第2入射面に略直交し、かつ、この入射光を出射する出射面412bと、出射面412bに対向する対向面412cと、出射面412bと対向面412cとの間に位置し、かつ、第1および第2入射面に略直交する2つの側面412d、412d’とを有している。これらの面は互いに略直交している。 【0020】この線状導光体412の対向面412cには、第1および第2入射面412a、412a’から入射した光を出射面412bに向けて反射するためのプリズム412eが多数形成されている。ここでいうプリズム412eは、対向面412cに形成された、側面412dから側面412d’に延びる1つの凹部である。この線状導光体412の出射面412bから出射される光は、特殊フィルム414に入射する。 【0021】上記文献に、特殊フィルム414についての具体的な記述は無いが、特殊フィルム414は特定の直線偏光を透過する機能を有する、上述した特開2001−215495号公報の反射型偏光子313と同様のものであると推測される。 【0022】面状導光体415は図14に示すように、特殊フィルム414を透過した直線偏光が入射する入射面415aと、入射面415aに略直交し、かつ、この直線偏光を出射する出射面415bと、出射面415bに対向する対向面415cと、出射面415bと対向面415cとの間に位置する2つの側面415dと、入射面415aに対向する側面415d’とを有する。これらの面は互いに直交している。対向面415cには、入射面415aから入射した直線偏光を出射面415bに向けて反射するためのプリズム415eが帯状に多数形成されている。 【0023】図12のフロントライト410では、線状導光体412の出射面412aから出射して特殊フィルム414を透過する直線偏光の偏光軸および面状導光体415の出射面415bから出射する直線偏光の偏光軸はいずれもZ軸方向に平行であることが説明されている。 【0024】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来のフロントライトはいずれも以下のような問題を有していた。 【0025】特開2001−215495号公報に開示された図9に示すフロントライト310は前述のように、光源311と面状導光体314との間に介装された反射型偏光子313によって面状導光体314に入射する直線偏光を増大させ、面状導光体314から直線偏光をより多く出射させる。 【0026】しかし、光源311からの光のうち、反射型偏光子313で反射された偏光が、その偏光が解消されて反射型偏光子313に再入射する効率が低い場合、反射型偏光子313を透過する直線偏光が増加する割合が低い。したがって、反射型偏光子313を配置しても、面状導光体314から直線偏光を多く出射させるという効果を十分に得られないことがある。 【0027】また、上述の「フロントライトの技術動向」で紹介されている図12に示すフロントライト410によっても、面状導光体415から直線偏光を多く出射させるという効果を十分に得られないことがある。本発明者はこの理由が、対向面412cに形成されている多数のプリズム412eにあることを見出した。以下、図15を参照してこの理由を説明する。図15は、線状導光体412の部分斜視図である。 【0028】図15に示すように線状導光体412のプリズム412eは面412fを有しており、この面412fは、側面412dおよび412d’に垂直に形成されている。入射面412aから入射した光R0(側面412dおよび412d’の面内方向の光)は、対向面412cに形成されているプリズム412eの面412fで反射された後、出射面412bから出射して、特殊フィルム414に入射する。この光R0のうち、特殊フィルム414で反射された偏光R1は、再びプリズム412eの反射面412fで反射し、入射面412a側に戻る確率が非常に高い。この入射面412a側に戻る光は再び特殊フィルム414に向かう割合が低い。したがって、特殊フィルム414を用いた場合であっても、特殊フィルム414で反射された光を再度利用することが十分できないため、高い効率で直線偏光を出射することができない。 【0029】本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、高い効率で直線偏光を出射することのできる線状光源、およびその線状光源を用いた面状照明装置を提供することを目的とする。また、その面状照明装置を用いた画像表示装置を提供することを目的とする。 【0030】 【課題を解決するための手段】本発明の線状光源は、第1の点光源と、前記第1の点光源からの第1入射光が入射する第1入射面と、前記第1入射面と交差し、かつ、前記第1入射光を出射する第1出射面と、前記第1出射面に対向する対向面と、前記第1入射面と交差しており、かつ、前記第1出射面と前記対向面との間に位置する第1側面および第2側面とを有する線状導光体と、前記線状導光体の前記対向面、前記第1側面および第2側面のうちの少なくとも1つを覆うように配置された反射フィルムと、前記線状導光体の前記第1出射面に対向して配置された反射型偏光子とを有する線状光源であり、前記第1入射光の主光線の進行方向をZ軸方向とし、前記第1出射面がZX面となるようにX軸方向をとり、かつ、前記X軸方向および前記Z軸方向に直交する方向をY軸方向としたXYZ座標系をとったときに、前記線状導光体は、前記第1入射光の一部を前記第1出射面側に反射する複数の第1の反射面を有し、前記複数の第1の反射面のそれぞれは、ZX面との切片がX軸に対して反時計回りに煽り角度α1(0<α1<90°)をなし、これにより、上記課題が解決される。 【0031】前記煽り角度α1は、0<α1≦15°の範囲にあることが好ましい。 【0032】前記複数の第1の反射面のそれぞれは、YZ面との切片がZ軸に対して時計回りに傾斜角度β1をなし、前記傾斜角度β1が25°<β1<65°の範囲にあることが好ましい。 【0033】前記線状導光体を挟んで前記第1の点光源と対向するように配置された第2の点光源をさらに有してもよい。この場合、前記第2の点光源からの第2入射光は前記第1入射面に対向する第2入射面から前記線状導光体に入射し、前記線状導光体は、前記第2入射光の一部を前記第1出射面側に反射する複数の第2の反射面を有し、前記複数の第2の反射面のそれぞれは、ZX面との切片がX軸に対して時計回りに煽り角度α2(0<α2<90°)をなすことが好ましい。 【0034】前記煽り角度α2は、0°<α2≦15°の範囲にあることが好ましい。 【0035】前記複数の第2反射面のそれぞれは、YZ面との切片がZ軸に対して時計回りに傾斜角度β2をなし、前記傾斜角度β2が25°<β2<65°の範囲にあることが好ましい。 【0036】本発明の他の線状導光体は、第1の点光源と、前記第1の点光源からの第1入射光が入射する第1入射面と、前記第1入射面と交差し、かつ、前記第1入射光を出射する第1出射面と、前記第1出射面に対向する対向面と、前記第1入射面と交差しており、かつ、前記第1出射面と前記対向面との間に位置する第1側面および第2側面とを有する線状導光体と、前記線状導光体の前記対向面、前記第1側面および第2側面のうちの少なくとも1つを覆うように配置された反射フィルムと、前記線状導光体の前記第1出射面に対向して配置された反射型偏光子とを有し、前記線状導光体は、前記第1側面および前記第2側面の少なくとも一方に形成された複数の凹部を有し、前記複数の凹部のそれぞれは、前記第1入射光の一部を前記第1出射面側に反射する複数の第1の反射面のそれぞれを有し、これにより上記課題が解決される。 【0037】前記第1入射光の主光線の進行方向をZ軸方向とし、前記第1出射面がZX面となるようにX軸方向をとり、かつ、前記X軸方向および前記Z軸方向に直交する方向をY軸方向としたXYZ座標系をとったときに、前記複数の第1の反射面のそれぞれは、ZX面との切片がX軸に対して反時計回りに煽り角度α1(0<α1<90°)をなすことが好ましい。 【0038】前記煽り角度α1が0<α1≦15°の範囲にあることが好ましい。 【0039】前記複数の第1の反射面のそれぞれは、YZ面との切片がZ軸に対して時計回りに傾斜角度β1をなし、前記傾斜角度β1が25°<β1<65°の範囲にあることが好ましい。 【0040】本発明の面状照明装置は、上述した線状光源と、前記線状光源の前記反射型偏光子を透過した直線偏光を受けるように配置された面状導光体とを有する面状照明装置であって、前記反射型偏光子の透過軸は、Z軸またはX軸に略平行であり、前記面状導光体は、対向する2つの主面および複数の側面を有し、前記複数の側面のうちの1つである第3入射面から、前記直線偏光が前記面状導光体に入射し、前記2つの主面のうちの一方であって、YZ面に平行に配置された第2出射面から出射され、これにより、上記課題が解決される。 【0041】本発明の液晶表示装置は、前記反射型偏光子の前記透過軸がZ軸に略平行であって、前記面状導光体の前記第2出射面の法線方向がX軸に略平行である上記面状照明装置と、前記面状照明装置の前記第2出射面から出射された光を受けるように配置された液晶表示素子とを備え、前記液晶表示素子は、液晶層と、前記液晶層の前記第2出射面側に設けられた吸収型偏光子とを有し、前記吸収型偏光子の透過軸とZ軸とのなす角度が0以上45°以下の範囲内にあり、これにより上記課題が解決される。 【0042】本発明の他の液晶表示装置は、前記反射型偏光子の前記透過軸がX軸に略平行であって、前記面状導光体の前記第2出射面の法線方向がX軸に略平行である上記面状照明装置と、前記面状照明装置の前記第2出射面から出射された光を受けるように配置された液晶表示素子とを備え、前記液晶表示素子は、液晶層と、前記液晶層の前記第2出射面側に設けられた吸収型偏光子とを有し、前記吸収型偏光子の透過軸とZ軸とのなす角度が45°以上90°以下の範囲内にあり、これにより上記課題が解決される。 【0043】前記液晶表示素子の表示面側に前記面状照明装置が配置され、前記液晶表示素子が反射型液晶表示素子であることが好ましい。 【0044】 【発明の実施の形態】図1〜図6を参照して、本発明の第1の局面による実施形態の線状光源、およびこの線状光源を用いた面状照明装置、ならびにこの面状照明装置を用いた液晶表示装置を説明する。まず、線状光源を説明する。 【0045】本実施形態の線状光源116は図1に示すように、後述する面状導光体115と組み合わせて、反射型液晶表示素子160のフロントライト110として好適に使用される。線状光源116は図1に示すように、点光源111と、線状導光体112と、反射フィルム113と、反射型偏光子114とを有している。点光源111としては例えばLEDが用いられる。反射フィルム113は線状導光体112の周囲に配置されており、線状導光体112の3面112c、112dおよび112eのうちの少なくとも1つに対向するように配置されている。反射型偏光子114は、線状導光体112の出射面112bに対向して配置されている。反射型偏光子114としては例えば、図9のフロントライト310に用いた反射型偏光子313と同様に、コレステリックフィルムとλ/4フィルムとの組み合わせからなるもの、または、3M社製の“DBEF”などが用いられる。この反射型偏光子114は図10を用いて説明したように、入射光を偏光分離し、反射偏光を再利用することができるので、線状光源116において光源の利用効率を高めることができる。 【0046】線状光源116は、上述の点光源111、線状導光体112、反射フィルム113および反射型偏光子114を用いて、直線偏光を出射する。本実施形態の線状光源116では、線状導光体112に所定の角度を有する複数の反射面が設けられており、これにより、直線偏光を高い効率で出射することができる。以下図1を参照して、線状導光体112を説明する。図2(a)は線状導光体112の斜視図であり、(b)は(a)の部分拡大図である。 【0047】図2(a)に示すように線状導光体112は、点光源111からの入射光が入射する入射面112aと、入射面112aと略直交し、かつ、この入射光を出射する出射面112bと、出射面112bに対向する対向面112cと、入射面112aと略直交し、かつ、出射面112bと対向面112cとの間に位置する側面112dおよび側面112eとを有している。 【0048】本実施形態の線状導光体112は図2(b)に示すように、入射光の一部を出射面112b側に反射する複数の反射面112fを有し、この反射面112fに煽りが設けられていることを1つの特徴としている。なお「煽り」については後述する。 【0049】図2(b)に示す線状導光体112では、線状導光体112の対向面112cに複数の凹部112gが設けられており、凹部112gを構成する面のうちの1つが反射面112fとなる。なお、以下の説明で、凹部112gをプリズムと呼ぶことがある。 【0050】反射面112fの形成位置は図2の対向面112cに限られない。例えば図3に示すように、反射面112fは側面112dに設けられていても良い。すなわち、側面112dに複数の凹部112gを形成し、この凹部112gを構成する面のうちの1つを反射面112fとしてもよい。また、反射面112fは、側面112dおよび112eの両方に設けられてもよい。 【0051】以下、線状導光体112の反射面112fの「煽り」を説明する。 【0052】説明を容易にするために、図2(b)および図3(b)に示すようなXYZ座標系を用いる。すなわち、点光源111(図1参照)から線状導光体112に入射する入射光の主光線の進行方向をZ軸方向とし、出射面112bがZX面となるようにX軸方向をとる。また、このX軸方向およびZ軸方向に直交する方向をY軸方向とし、XYZ座標系(右手直交座標系)をとる。なお、本実施形態では簡単のために、線状導光体112の各面は互いに略直交しているとし、上記直交座標系を用いて説明するが、線状導光体112の形状はこれに限られない。例えば線状導光体112の厚さが、出射面112bの延びる方向(Z軸方向)に一定でなく、各面が互いに略直交しない線状導光体を用いてもよい。 【0053】図2(b)および図3(b)に示すように反射面112fは、ZX面との切片がX軸に対して反時計回りに角度α1(0<α1<90°)をなしている。本明細書では、反射面112fが上記のようにX軸から角度α1(α1>0)だけ傾斜していることを、反射面112fに「煽りが設けられている」と表現し、角度α1を「煽り角度」と表現する。これに対して、反射面がX軸と平行に設けられていることを、反射面に「煽りが設けられていない」と表現する。 【0054】次に図4を参照して、反射面112fの煽り角度α1をより詳細に説明する。図4(a)は反射面112fに煽りが設けられていない参考例の線状導光体112’であり、図4(b)は図3と同様の線状導光体112であり、この線状導光体112の反射面112fには煽りが設けられている。以下の説明では、線状導光体112’の反射面112f’、または線状導光体112の反射面112fに、進行方向のベクトルがYZ面内にある光が入射する場合を例示する。 【0055】まず、図4(a)に示す参考例の線状導光体112’を説明する。線状導光体112’において、入射面112a’から入射した光は反射面112f’で反射された後に出射面112b’から出射され、反射型偏光子114に入射する。反射型偏光子114に入射した光のうち、反射型偏光子114で反射された第1偏光R1(例えば円偏光)は、線状導光体112’に戻される。このとき、線状導光体112’に戻された第1偏光R1の多くは、プリズム112g’の反射面112f’に到達する。この反射面112f’に到達した光は、反射面112f’で反射された後、入射面112a側に向かう割合が多く、再び反射型偏光子114に入射する割合が少ない。 【0056】すなわち、反射面112f’に入射した光は、光の進行方向のベクトルがYZ面内に存在する状態のままで、反射面112f’で反射された後、第1偏光R1成分が反射型偏光子114で反射される。この後第1偏光R1は、光の進行方向のベクトルがYZ面内に存在する状態のままで、再び反射面112f’で反射され、入射面112a側に向かう割合が多い。 【0057】これに対して、図4(b)に示す線状導光体112には、反射面112fに煽りが設けられている。従って、光の進行方向のベクトルがYZ面内にある光が反射面112fに入射し、反射されると、反射光の進行方向のベクトルはYZ面内からX軸方向にずれる。一旦YZ面からずれると、この後に反射型偏光子114で反射されても、第1偏光R1(例えば円偏光)の進行方向のベクトルは、YZ面内方向にもどされる割合が少なく、YZ面からX軸方向にずれた状態で、線状導光体112に入射するため、第1偏光R1がプリズム112gの反射面112fに到達する割合が小さい。第1偏光R1の大部分は、線状導光体112の対向面112c、または側面112d、112eから出射して反射フィルム113で反射される。 【0058】図10を参照して説明したように、反射フィルム113での反射過程において、第1偏光の一部の偏光が解消されて、反射型偏光子114を透過する第2偏光成分が増大する。この第2偏光成分が増大した光が線状導光体112を介して再度、反射型偏光子114に向かい、利用されることになる。 【0059】以上のように、反射面112fに煽りが設けられた線状導光体112を用いた線状光源では、参考例の反射面112f’に煽りが設けられていない線状導光体112’を用いた線状光源よりも、光の利用効率が高い。 【0060】反射面112fに煽りが設けられた線状導光体112を用いた場合に、液晶表示装置の明るさが向上することを以下のようにして確認した。反射面112fの煽り角度α1を0°、7°、15°に変化させた3種類の線状導光体を用いて図1と同様の液晶表示装置を構成し、それぞれの液晶表示装置の明るさを測定した。表1に結果を示す。なお、線状導光体の傾斜角度β1(反射面112fのYZ面との切片が、Z軸に対して時計回りになす角度)はいずれも45°に設定している。また、それぞれの液晶表示装置の明るさは、図12の従来の構成の液晶表示装置の明るさを1としたときの比で示している。基準とした図12の液晶表示装置には図13に示す線状導光体112が用いられており、線状導光体112は、対向面412cに複数の凹部412eが設けられており、凹部412eを構成する面(反射面に対応)に煽りは設けられていない。また、特殊フィルム412には、反射フィルム113を用いている。 【0061】 【表1】
【0062】表1から分かるように、プリズム112eの反射面112fに煽りが設けられている場合、液晶表示装置の明るさの向上が確認され、少なくとも煽り角度α1が0<α1<15°の範囲にある場合、従来よりも明るい表示の液晶表示装置が得られた。 【0063】次に、反射面112fの傾斜角度β1について説明する。図2(b)または図3(b)に示すように、線状導光体112に設けられる反射面112fは、YZ面との切片がZ軸に対して時計回りに傾斜角度β1をなしている。傾斜角度β1の好ましい範囲について、図5(a)〜(c)を参照して説明する。 【0064】図5(a)〜(c)は、図3の線状導光体112を側面112dから見た平面図である。(a)〜(c)はそれぞれ、傾斜角度β1を25°、45°、65°に変化させた場合に、線状導光体112の内部を伝搬する主光線の進行方向を示す。 【0065】線状導光体112の内部を伝搬する主光線が、傾斜面112fで反射された場合を考察する。図5(a)のように傾斜角度β1が25°である場合、および、図5(c)のように傾斜角度β1が65°である場合はいずれも、反射面112fで反射された主光線は、出射面112bに入射角40°で入射する。一般に、線状導光体112に利用される透明材質の屈折率は約1.5から1.6程度であり、その臨界角は約40度である。このため、出射面112bに入射角40°以上で入射した光は全反射されて出射面112bから出射されない。 【0066】従って、傾斜角度β1は、25°<β1<65°の範囲にあることが好ましく、図5(b)に示すように、傾斜角度β1が45°は例えば45°である。傾斜角度1βを上記の範囲に設定することにより、線状導光体112からより多くの光を出射することができる。 【0067】次に図1および図3を参照して、本発明の第2の局面の線状光源を説明する。本発明の第2の局面の線状光源は第1の局面の線状光源と同様に、点光源111と、線状導光体112と、反射フィルム113と、反射型偏光子114とを有している。 【0068】第2の局面の実施形態に係る線状光源では、線状導光体112が、側面112dおよび112eの少なくとも一方に、複数の凹部112gを有しており、この複数の凹部112gのそれぞれが、入射光の一部を出射面112b側に反射する反射面112fを有していることを1つの特徴としている。 【0069】この線状光源では、反射面112fを有する複数の凹部112gが側面112dおよび112eの少なくとも一方に形成されているので、対向面112cに形成されている場合に比べて、反射型偏光子114で反射された光が再度反射面112fに到達する確率を小さくし、対向面112cに到達する確率を高くすることができる。この対向面112cに到達した光は、反射フィルム113で反射されて、再度、反射型偏光子114に向かう。従って、本実施形態の線状光源でも、光源311からの光の利用効率を高くすることができる。 【0070】上述した第1および第2の局面の実施形態に係る線状光源において、線状導光体に2つの点光源を設ける場合には、2つの点光源からの入射光に対応する反射面を設けることが好ましい。以下、2つの点光源を有する線状導光体212について、図6および図7を参照して説明する。 【0071】図6に示すように線状光源216は、第1の点光源211に加えて第2の点光源211’を有しており、第2の点光源211’は、線状導光体212を挟んで第1の点光源211と対向するように配置される。 【0072】線状導光体212には、側面212dに複数の凹部212gが設けられており、それぞれの凹部212gは、第1の反射面212fおよび第2の反射面212f’を有している。 【0073】第1の反射面212fは例えば図3を参照して説明した反射面112fと同様であり、入射面212aからの入射光を出射面212b側に反射する。第1の反射面212fは反射面112fと同様に煽り角度α1および傾斜角度β1を有している。 【0074】第2の反射面212f’も第1の反射面212fと同様に煽りを有し、煽り角度の好ましい範囲は、煽り角度α1について説明したのと同様の理由から、0°<α2≦15°である。 【0075】また、第2反射面のYZ面との切片がZ軸に対して時計回りになす傾斜角度β2は、傾斜角度β1について説明したのと同様の理由から、25°<β2<65°の範囲にあることが好ましい。 【0076】なお、上述した線状導光体212の第2の反射面212f’の配置は図7に限られない。第2の反射面212f’は図7のように側面212dに形成されている必要はなく、例えば、図2のように対向面112cに設けられた凹部の一面112f‘を第2の反射面212f’としてもよい。 【0077】上述した第1および第2の局面に係る実施形態の線状光源は、面状導光体115(図1)、215(図6)と組み合わせられ、面状照明装置を構成する。面状導光体115は例えば図8に示すように、対向する2つの主面115b、115cと、複数の側面115a、115dとを有し、線状光源の反射型偏光子を透過した直線偏光を面状に出射するものである。図1および図6に示すように、線状光源116から出射した直線偏光は、複数の側面のうちの1つである入射面115aから面状導光体115に入射し、上記2つの主面のうちの一方である出射面115bから出射する(第3偏光)。 【0078】出射面115bがYZ面内に配置されている場合、反射型偏光子114の透過軸は例えば図1に示すように、X軸に平行であるように配置され得る。これにより、X軸に平行な偏光軸を有する直線偏光が面状導光体115に入射され、面状導光体115内部で反射および伝播を繰り返し、面状導光体115の出射面115bから、偏光軸がY軸に平行である直線偏光成分を多く含む光が出射される。 【0079】あるいは、出射面115bがYZ面内に配置されている場合、反射型偏光子114の透過軸は例えば図6に示すように、Z軸に平行であるように配置され得る。これにより、Z軸に平行な偏光軸を有する直線偏光が面状導光体115に入射され、面状導光体115内部で反射および伝播を繰り返し、面状導光体115の出射面115bから、偏光軸がZ軸に平行である直線偏光成分を多く含む光が出射される。 【0080】反射型偏光子114の透過軸が上記のように配置されていると、面状導光体115に入射した直線偏光が面状導光体115内部で反射および伝播される過程で、その偏光成分が解消されにくく、面状導光体115の出射面115bから直線偏光がより多く出射される。 【0081】これに対して、反射型偏光子114の透過軸が上記位置からずれている場合、面状導光体に入射面を介して入射した直線偏光は、面状導光体の内部で反射および伝搬される過程で、その偏光が解消されるため、出射面から直線偏光が効率よく出射されにくい。 【0082】面状導光体は、複屈折が小さい等方性材料から形成されていることが好ましい。これにより、面状導光体の内部で偏光が解消されることを防止することができる。 【0083】反射型偏光子114の透過軸がX軸に略平行であり、面状導光体の出射面の法線方向がX軸に略平行である面状照明装置110は、例えば図1に示すように、少なくとも1つの吸収型偏光素子164を有する液晶表示素子160と組み合わせられて液晶表示装置を構成し得る。液晶表示素子160に面状照明装置110からの出射光が入射され、明るい表示の液晶表示装置を得ることができる。液晶表示素子160の吸収型偏光素子164の吸収軸は、Z軸とのなす角度が、45°以上90°以下の範囲にあることが好ましい。これにより、面状照明装置110から出射された光が吸収型偏光素子164で吸収されるのが抑制され、液晶表示素子160内部に有効に導かれる。 【0084】また、反射型偏光子114の透過軸がZ軸に略平行であり、面状導光体の出射面の法線方向がX軸に略平行である面状照明装置210は例えば図6に示すように、少なくとも1つの吸収型偏光素子264を有する液晶表示素子260と組み合わせられて液晶表示装置を構成し得る。液晶表示素子260に面状照明装置110からの出射光が入射され、明るい表示の液晶表示装置を得ることができる。液晶表示素子260の吸収型偏光素子264の吸収軸は、Z軸とのなす角度が、0以上45°以下の範囲にあることが好ましい。これにより、面状照明装置210から出射された光が吸収型偏光素子264で吸収されるのが抑制され、液晶表示素子260内部に有効に導かれる。 【0085】面状照明装置110、210は反射型液晶表示素子のフロントライトとして好適に用いられる。この場合図1または図6に示すように、液晶表示素子160、260に反射型液晶表示素子を用い、面状照明装置110、210を液晶表示素子160、260の表示面側に配置することが好ましい。 【0086】次に、実施例を説明する。 【0087】(実施例1)実施例1の液晶表示装置100は図1に示すように、線状光源116および面状導光体115を有するフロントライト110と、反射型液晶表示素子160とを備えている。線状光源116は、LED111と、線状導光体112と、線状導光体112の周囲に配置された反射フィルム113と、反射型偏光子114とを有している。 【0088】線状導光体112には上述した図3の線状導光体を用いており、例えば、煽りα1は45°、傾斜角度β1は75°、γは7°である。また、プリズム112eの密度は、LED111から近いほど低く、遠ざかるにしたがって高くし、出射面112bの全面から均一に光が出射するようにしている。この線状導光体112は、ポリメチルメタクリレートを射出成形して作製されている。また、反射フィルム113は、ポリエチレンテフタレートのフィルム上に銀を蒸着して作製されている。 【0089】面状導光体115は図8に示すように、反射型偏光子114を透過した第2偏光(直線偏光)が入射する入射面115aと、入射面115aと略直交し、かつ、第2偏光を出射する出射面115bと、入射面115aと略直交し、かつ、出射面115bに対向する対向面115cと、入射面115aと略直交し、かつ、出射面115bと対向面115cとの間に位置する2つの側面115dとを有している。対向面115cには、入射面115aを介して入射した第2偏光を出射面115bに向かって反射するためのプリズム115e(凸部)が多数形成されている。この面状導光体115は押し出し成形によって成形されたポリメチルメタクリレートのシート上にプリズム115eが転写された紫外線硬化樹脂を硬化させることによって作製されている。 【0090】本実施例の液晶表示装置では図1に示すように、反射型偏光子114を透過する第2偏光の偏光軸が、面状導光体115の出射面115bに対して略直交になるように、すなわち、X軸に平行に配置した。したがって、面状導光体115の内部に、入射面115aを介して入射した第2直線偏光は全反射を繰り返しながら伝搬する過程で偏光を解消することはない。これにより、出射面115bから出射する第3偏光(直線偏光)は、入射面115aに対して略直交した偏光軸(Y軸に平行な方向)を有する。 【0091】反射型液晶表示素子160は、一対のガラス基板161aおよび161bと、これらの基板の間隙に配置された液晶層162と、ガラス基板161bの液晶層側に設けられた反射電極163と、ガラス基板161aのフロントライト110側に設けられた吸収型偏光子164と位相差フィルム165とを有している。吸収型偏光子164が透過する直線偏光の偏光軸は、面状導光体115の入射面115a(Z軸)に対して角度θは75°をなしている。言い換えれば、吸収型偏光子164が透過する直線偏光の偏光軸は、面状導光体115の出射面115bから出射される第3偏光の偏光軸と15°の角度をなし、第3偏光は効率よく吸収型偏光子164を透過する。 【0092】以上のように、本実施例では明るさの向上した液晶表示装置を提供することができた。 【0093】(実施例2)実施例2の液晶表示装置200は図6に示すように、線状光源216および面状導光体215を有するフロントライト210と、反射型液晶表示素子260とを備えている。線状光源216は、2つのLED211、211’と、線状導光体212と、線状導光体212の周囲に配置された反射フィルム213と、反射型偏光子214とを有している。 【0094】線状導光体212には上述した図7の線状導光体212を用いており、例えば、煽り角度α1および煽り角度α2は45°、傾斜角度β1およびβ2は75°、γは7°である。プリズム212eが形成される密度をLED211および211’から近いほど低く、遠ざかるにしたがって、すなわち、線状導光体212の中央部分に近づくにつれて高くし、出射面212bの全面から均一に光が出射するようにしている。 【0095】液晶表示装置200では、反射型偏光子214を透過する第2偏光(直線偏光)の偏光軸を、面状導光体215の出射面215bに対して略平行、すなわち、Z軸に平行に配置した。したがって、面状導光体215の内部に、入射面215aを介して入射した第2偏光は全反射を繰り返しながら伝搬する過程で偏光を解消することはなく、出射面215bから出射される第3偏光は第2入射面215aに対して略平行(Z軸に平行)の偏光軸を有する。 【0096】反射型液晶表示素子260は、実施例1と同様であるが、吸収型偏光子264が透過する直線偏光の偏光軸が、フロントライト210が備える面状導光体215の入射面215a(Z軸)に対してなす角度θは15°である。すなわち、面状導光体215の第2出射面から出射される第3直線偏光の偏光軸と15°の角度をなし、第3偏光は効率よく吸収型偏光子264を透過する。 【0097】以上のように、本実施例によっても、明るさの向上した液晶表示装置を提供することができた。 【0098】 【発明の効果】以上説明したように、高い効率で直線偏光を出射することのできる線状光源、およびその線状光源を用いた面状照明装置を提供することができた。また、明るい表示が可能な画像表示装置を提供することができた。
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| 【出願人】 |
【識別番号】000005049 【氏名又は名称】シャープ株式会社 【住所又は居所】大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号
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| 【出願日】 |
平成14年3月26日(2002.3.26) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100101683 【弁理士】 【氏名又は名称】奥田 誠司
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| 【公開番号】 |
特開2003−281915(P2003−281915A) |
| 【公開日】 |
平成15年10月3日(2003.10.3) |
| 【出願番号】 |
特願2002−86639(P2002−86639) |
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