(57)【要約】【課題】液晶パネルが偏光を利用するがために生じる光の損失を減少し、光源から入射された光の利用効率を更に高めるとともに、強い光を出射することが可能な導光板および、この導光板をバックライトとして用いたディスプレイ装置を提供する。【解決手段】光源から内側に入射された光を液晶パネル側に射出する際、特定方向の直線偏光成分を多く含む回折光を射出する導光板を採用し、前記導光板を、所定の角度にねじれた液晶分子配列を有する液晶セルと、この液晶分子配列に一致した透過軸を有し前記液晶セルを挟む上側偏光板および下側偏光板と、を少なくとも具備する液晶パネルの下方に配置するにあたって、前記導光板は、光源から内側に入射された光を液晶パネル側に射出する際、前記下側偏光板の透過軸と一致する直線偏光成分を多く含む回折光を射出するように配置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から内側に入射された光を液晶パネル側に射出する際、特定方向の直線偏光成分を多く含む回折光を射出することを特徴とする導光板。
【請求項２】
所定の角度にねじれた液晶分子配列を有する液晶セルと、この液晶分子配列に一致した透過軸を有し前記液晶セルを挟む上側偏光板および下側偏光板と、を少なくとも具備する液晶パネルの下方に配置される導光板において、
前記導光板は、光源から内側に入射された光を液晶パネル側に射出する際、前記下側偏光板の透過軸と一致する直線偏光成分を多く含む回折光を射出する構成であることを特徴とする導光板。
【請求項３】
所定の角度にねじれた液晶分子配列を有する液晶セルと、この液晶分子配列に一致した透過軸を有し前記液晶セルを挟む上側偏光板および下側偏光板と、この下側偏光板の下方に配設した導光板と、この導光板の側面に配設されたバックライト光源とを備えた液晶表示装置において、
前記導光板は、その底面／上面の少なくとも一方に、光源から内側に入射された光を液晶パネル側に回折光として射出するための回折格子を備えており、
前記回折格子は、前記下側偏光板の透過軸と一致する方向に延びる格子縞を有する回折格子が殆どであることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源からの光を導光する導光板、およびこの導光板から出射される光を照明光として用いる液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネルを用いた表示装置（以後、液晶表示装置やＬＣＤを用いたディスプレイ装置と称することもあり、これらの用語を混合して用いる）は、軽量かつコンパクトな設計が可能となることから、パソコンやテレビ等に広く利用されている。
この種のディスプレイ装置は、マトリクス内に配置された複数のピクセルからなり、マトリクス内の各ピクセルは、制御信号に応答して、光がディスプレイ内を通過できるようにする光バルブを備えている。このディスプレイを照明するために、ディスプレイの背面にバックライトが配置されている。
【０００３】
このようなバックライトには、平面状の導光板が用いられているものがある。
図１は、このようなバックライトを適用したディスプレイ装置の一般的な構成を示す概念図である。
すなわち、ＬＥＤやＣＣＦＬ（冷陰極線管）などの光源１０から、例えば白色光のようなランダムな光Ｒが照射されると、この光Ｒは、導光板１２内を導光方向Ｆに沿って導光される。そして、その導光途中において、導光板１２の外部に漏れ出た光（射出光）Ｉが拡散フィルム１４によって拡散され、その後プリズムシート１６を介した後に、液晶パネルに入射する。
【０００４】
拡散フィルム１４は、この光Ｉを拡散して、液晶パネルの表面全体を等しく照明するために用いられている。また、プリズムシート１６は、射出光Ｉが液晶パネルに略垂直に入射するべく入射光路を制御させるために用いられている。
【０００５】
このような構成によって、液晶パネルの輝度をある程度増加することはできるが、光源１０からの光Ｒの利用率はさほど高い訳ではない。というのも、光源１０からの光Ｒは、その６０〜７０％程度のみが光Ｉとして液晶パネルの照明に用いられ、３０〜４０％程度は、導光板１２の終端部１１まで導光され、そこからそのまま光Ｌとしてリークしてしまうからである。
【０００６】
光Ｒの利用率が高くない他の要因として、液晶パネルが利用する「偏光」の現象がある。
液晶パネルは、液晶セル１８と、この液晶セル１８を挟む上側偏光板１９ａ及び下側偏光板１９ｂとで構成されている。
前記液晶セル１８は、透明電極膜が形成された２枚のガラス基板間に液晶物質を挟んで形成されている。液晶物質としては、配向処理により液晶セル１８の片方のガラス基板に接する液晶分子の配列方向と、他方の基板に接する液晶分子の配列方向を９０度ずらし、分子が配列している平面を進むに従い、その分子軸が少しずつねじれて最後に９０度ずれた状態に至るツイステッドネマティック（ＴＮ）構造をとるものが多い。
【０００７】
このようなＴＮ構造の液晶セル１８にあっては、光がこの分子軸の方向に沿って旋光するので偏光板を用いて所定の偏波光を選択することにより、コントラストの高い表示を得ることができる。このタイプの液晶表示装置は、応答時間が長いが安価に製造できることから、数字や簡単な文字を表示するために使われることが多い。
【０００８】
また、上記ＴＮ構造の液晶セル１８の分子軸をさらにねじって、９０度以上のねじれ角に設定した構造の液晶セルも多く使用されている。このような構造の液晶セルをスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）という。これによって、ねじれ角を２４０度前後にすると、電圧による配列状態から非配列状態への変化が急峻となりシャープな画像を得ることができる。
【０００９】
前記導光板１２については、液晶セル１８が前述したようなＴＮ構造あるいはＳＴＮ構造である場合は、光が透過する際にねじれが生じるので、下側偏光板１９ｂ，液晶セル１８，上側偏光板１９ａを順に通過するにしたがって発光輝度が低下してしまう。
例えば、２４０度のねじれ角を有するＳＴＮ構造の液晶セルを使用した場合、これに対応させるように、下側偏光板１９ｂの透過軸１００は、図２に示すように、ＬＥＤ１０の光が直進する方向をＸ軸として、このＸ軸に対して６０°傾斜した方向になるように設定されている。
一方、前記導光板１２によって上方に射出された光Ｉは、Ｘ軸に直交するＹ軸に沿って進むので、透過軸１００の傾いた下側偏光板１９ｂを透過しにくい。
【００１０】
一方、光源１０から導光板１２内を導光方向Ｆに沿って、全反射を伴いながら導光される光を、随所で導光板１２の外部に射出させるための手段として、導光板１２の上面および／または下面には、射出カップラー（光の取出し口）が形成される。
射出カップラーとしては、スクリーン印刷などによるドットパターン，凹凸構造，プリズム構造など各種の形態があるが、レリーフ型回折格子を射出カップラーとして採用する提案が公知である。（例えば、特許文献１，２参照）
【００１１】
【特許文献１】特開平７−２４８４９６号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５４７４号公報
【００１２】
射出カップラーとして、導光方向Ｆにレリーフ型回折格子を並列させて形成する（格子縞は、紙面と直交する方向に延びる）場合、回折された射出光Ｉの回折効率は、図３（ａ）に示すようにＰ偏光光（紙面内で、白矢印方向に振動）が射出されるＴＭモードに対するよりも、図３（ｂ）に示すようにＳ偏光光（紙面と垂直な方向に振動）が射出されるＴＥモードに対する方が高い。
回折格子は一方向に溝が刻まれた構造をしているために、入射光の偏光状態により回折効率に顕著な違いが現れることがあり、回折格子の溝方向と電場ベクトルの振動方向が垂直であるＳ偏光（ＴＭ波）では、回折効率の大きな変動が見られ、回折格子の溝方向と電場ベクトルの振動方向が平行であるP偏光（ＴＥ波）では、Ｓ偏光ほどの大きな変動は無いことが知られている。
すなわち、回折格子を射出カップラーとして採用する場合、射出光に含まれる直線偏光成分としては、回折格子の溝方向（格子縞の延びる方向）に等しい振動方向を持つ成分が多いことになる。
【００１３】
図６は、導光板内で全反射を伴いながら伝播する入射光が、回折格子（射出カップラー）により回折されて射出する１次回折反射光の回折効率を示すグラフである。
【００１４】
横軸が、導光部の内側表面に対する光Ｒの入射角度であり、縦軸は回折効率を示す。
このグラフは、回折格子４として２０００ライン／ｍｍのブレーズドレリーフ型回折格子，導光部の屈折率として１．５，入射光Ｒの波長として５００ｎｍの条件において、光ＲのうちのＳ偏光光が回折されるＴＥモードと、光ＲのうちのＰ偏光光が回折されるＴＭモードとのそれぞれについて計算した結果である。
【００１５】
なお、αｃは臨界角である。図３に示すように、ＴＥモードの回折効率は、ＴＭモードの数倍であるので、導光板からはＳ偏光光がＰ偏光光よりも数倍多く出射される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述のように、バックライト部から照射した光は、液晶セル１８の下側偏光板１９ｂを透過して液晶セル１８内に照射される。そして、電圧の印加によって向きが変わる液晶の分子軸に沿ってねじられながら進行する。そして、上側偏光板１９ａにてカットされるか、あるいは、透過して上方へ通過させる。
このように、下側偏光板１９ｂを透過する光は、下側偏光板１９ｂの透過軸１００に見合った角度で照射した光に限られるため、下側偏光板１９ｂの透過軸１００に抗して光が遮られてしまうので、損失が大きくなってしまう。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、液晶パネルが偏光を利用するがために生じる光の損失を減少し、光源から入射された光の利用効率を更に高めるとともに、強い光を出射することが可能な導光板および、この導光板をバックライトとして用いたディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１８】
本発明による導光板は、
光源から内側に入射された光を液晶パネル側に射出する際、特定方向の直線偏光成分を多く含む回折光を射出することを特徴とする。
【００１９】
上記導光板を、所定の角度にねじれた液晶分子配列を有する液晶セルと、この液晶分子配列に一致した透過軸を有し前記液晶セルを挟む上側偏光板および下側偏光板と、を少なくとも具備する液晶パネルの下方に配置するにあたって、前記導光板は、光源から内側に入射された光を液晶パネル側に射出する際、前記下側偏光板の透過軸と一致する直線偏光成分を多く含む回折光を射出するように配置する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の導光板および液晶表示装置によれば、導光板表面の射出カップラーである回折格子が、特定の液晶分子のねじれ角に対応させて設けられる偏光板の透過軸に合致させているので、光源から発せられた光が偏光板によって減衰することなく液晶セル面に到達させることが出来、バックライトにおける光の利用効率が一層向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面に基づいて本発明に係る液晶表示装置について詳細に説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の要部（バックライト部）概要を示す斜視図である。
【００２２】
液晶表示装置は、液晶パネル（図示せず）とバックライト部２０とで構成されている。
液晶パネルは、従来技術に係る図１の構成と同様であり、液晶セル１８と、この液晶セル１８を挟む上側偏光板１９ａ及び下側偏光板１９ｂとで構成されている。
前記液晶セル１８は、透明電極膜が形成された２枚のガラス基板間に液晶物質を挟んで形成されている。液晶物質としては、ＴＮ構造あるいはＳＴＮ構造をとるものが採用される。
【００２３】
液晶セル１８は、周知のように、相対して配設された上ガラス基板及び下ガラス基板の内側に上透明電極と下透明電極及び上配向膜と下配向膜が設けられ、封止部材で一定の間隔をおいて封止し、その中に液晶物質が封入された構造となっている。
前記液晶物質には、液晶分子のねじれ角が２４０°のＳＴＮが使用されている。
また、上側偏光板１９ａ，下側偏光板１９ｂは、前記液晶セル１８の上ガラス基板及び下ガラス基板のそれぞれ外側に一体に形成され、図４に示すように、液晶物質のねじれ角に適合した透過軸１００を有している。
【００２４】
バックライト部２０は、ＬＥＤやＣＣＦＬ（冷陰極線管）などの光源１０と導光板１２を少なくとも備えて構成され、必要に応じて、図１に示した拡散フィルム１４やプリズムシート１６を更に具備するものである。
図４に示した実施形態では、ＬＥＤ１０と導光板１２とで構成され、前記ＬＥＤ１０が導光板１２の一側面の略中心部に設置され、発光面を前記側面に向けた配置構成となっている。
【００２５】
導光板１２は、液晶パネルと略同じ面積を有する透明なアクリル材で板状に形成され、導光板１２の下方（背面）には、射出カップラーとなる回折格子３が形成される。
本発明では、液晶パネルの下側偏光板１９ｂの透過軸１００と一致するように、前記透過軸１００の角度で格子縞が延びるように回折格子３が形成される。
【００２６】
また、本実施形態のような側面発光型（エッジライト式）のバックライト構造においては、ＬＥＤ１０に近い方は光量が多いので射出光量（回折光量）を低く抑え、ＬＥＤ１０から遠ざかるにしたがって光量が減少するため射出光量（回折光量）を高くして、導光板１２の全面を均一に照明させる必要がある。
【００２７】
このため、導光板１２の側面（ＬＥＤ１０）に近い側の回折格子を回折効率の低い格子形状とし、ＬＥＤ１０に遠い側の回折格子を回折効率の高い格子形状とするなど、適宜な設計変更が行われる。
回折効率の高い格子形状としては、断面形状が矩形や正弦波状のような対称的なものではないブレーズド型（鋸歯形状）の格子が代表的である。
また、回折格子の深さを制御することによっても同様な制御は可能であり、格子の深さをＬＥＤ１０に近い方を浅く、ＬＥＤ１０から離れるにしたがって深く形成することでも、導光板１２から放出する光を均一にすることができる。
【００２８】
図５は、本実施形態の改良例を示す説明図であり、導光板１２の全面を均一に照明するため、格子の断面形状や深さではなく、格子の配置密度を変更した例を図示している。
ＬＥＤ１０に近い側の回折格子３を疎状態に配置するのに対して、ＬＥＤ１０から遠い側の回折格子３を密状態にして配置させる。
【００２９】
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、主旨を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能であり、以下の例示するような変更は、本願に包含されるものである。
ａ）射出カップラーである回折格子３を導光板１２の背面ではなく、前面（液晶パネル側）に配置，または背面と前面の両方に配置する。
ｂ）回折格子３の配置が、図４（全面に一様）や図５（領域分割した帯状）ではなく、単位領域が２次元的に配列された構成とする。
ｃ）回折格子３の断面形状，深さ，配置密度以外を変更する。例えば、格子ピッチが変更パラメータの１つであり、ＬＥＤ１０からの距離に応じて、徐々にあるいは段階的に変化させるなどである。
格子ピッチの領域的な変化により、回折光が有する波長分散（分光）に伴い、視覚される光が虹色に変化して見えるような、射出光の着色が混色によって解消され、無彩色（白色）の光を得ることが可能となる。
ｄ）ＬＥＤ以外の光源（例えば、ＣＣＦＬ）を採用する。
ｅ）下側偏光板の透過軸１００の方向は、画面内で傾斜しておらず、導光板１２による導光方向と直交する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】バックライトを適用したディスプレイ装置の一般的な構成を示す概念図。
【図２】特定のねじれ角を有するＳＴＮ構造の液晶セルを使用した場合、下側偏光板の透過軸が傾斜した方向になるように設定されていることを示す説明図。
【図３】射出カップラーとして、導光方向Ｆにレリーフ型回折格子を並列させて形成した場合の、回折された射出光Ｉの回折効率を示す説明図であり、図３（ａ）はＰ偏光光，図３（ｂ）はＳ偏光光についての説明図。
【図４】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の要部（バックライト部）概要を示す斜視図。
【図５】本実施形態の改良例を示す説明図。
【図６】導光板内で伝播する入射光が、回折格子により回折されて射出する１次回折反射光の回折効率を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３１】
１０    ＬＥＤやＣＣＦＬ（冷陰極線管）などの光源
１２    導光板
１４    拡散フィルム
１６    プリズムシート
１８    液晶セル
１９ａ  上側偏光板
１９ｂ  下側偏光板
１００  透過軸
Ｒ    例えば白色光のようなランダムな光
Ｉ    導光板１２の外部に漏れ出た光（射出光）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006119411.tif 000007
【図６】
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