(57)【要約】【課題】バックライト１０の出射光の偏光異方性を可及的に増大させる。【解決手段】バックライト１０は、光源部６０と、入射された光源部６０の光を出射面から均一に出射する導光板１３とを備えている。そして、光源部６０は、複数のＬＥＤ光源６０ａを備え、各ＬＥＤ光源６０ａから導光板１３の厚み方向の偏光極性を有する偏光を出射することにより、無偏光を出射する場合に比べて、導光板１３から出射される光の偏光異方性を増大させるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、入射された上記光源の光を出射面から均一に出射する光制御部材とを備えた面光源装置であって、
上記光源は、偏光を出射することにより、無偏光を出射する場合に比べて、上記光制御部材から出射される光の偏光異方性を増大させるように構成されている
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記光制御部材は、導光板により構成されている
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記光源から出射される光の偏光極性方向は、上記導光板の厚み方向である
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記光源は、複数の点状光源により構成されている
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項５】
請求項４において、
上記点状光源は、発光ダイオードにより構成されている
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項６】
請求項５において、
上記発光ダイオードの半導体チップは、発光に寄与する活性層を備え、
上記活性層は、量子細線構造又は量子ドット構造を有している
ことを特徴とする面光源装置。
【請求項７】
請求項１の面光源装置と、
上記面光源装置に対向して配置され、一対の偏光板を有する表示素子とを備えている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項８】
請求項７において、
上記表示素子は、液晶表示素子である
ことを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出射面から均一な光を出射する面光源装置、及びそれを備えた表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置（Liquid Crystal Display）は、薄型で低消費電力であるという特徴を生かして、パーソナルコンピュータ等のＯＡ機器、携帯情報機器、及び液晶モニターを備えたカメラー体型ＶＴＲ等に広く用いられている。
【０００３】
このような液晶表示装置としては、例えば、視認性に優れた透過型の液晶表示装置が知られている。透過型の液晶表示装置は、液晶表示素子（液晶表示パネル）の背面側に設けられた面光源装置（以降、バックライトとも称する）を備え、このバックライトの光を液晶表示素子で変調することにより、表示を行うようになっている。また、バックライトの光による透過表示に加え、周囲の外光を利用して反射表示を行う透過反射両用型の液晶表示装置も一般に知られている。
【０００４】
上記透過型の液晶表示装置や、透過反射両用型の液晶表示装置に適用されるバックライトは、液晶表示装置の薄型化及び軽量化に伴って、いわゆるエッジライト方式が主流になりつつある（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００５】
ここで、従来のエッジライト方式のバックライトについて、図８を参照して説明する。エッジライト方式のバックライト１２０は、一対の偏光板１３２，１３３を有する液晶表示素子１３０の背面側（図８で下側）に配置され、光制御部材である導光板１２５と、この導光板１２５の側面に設けられた線状の光源１１６とを備えている。そして、光源１１６から導光板１２５へ入射した光を、導光板１２５により均斉化し、導光板１２５の前面側（図８で上側）の出射面から液晶表示素子１３０へ向かって照射するようになっている。
【０００６】
すなわち、光源１１６より出射された光は、導光板１２５に対して直接に、又はリフレクター１１５により反射されて間接的に入射する。導光板１２５に入射した光は、導光板１２５の内部で反射及び屈折を繰り返し、一部の光が前面側の出射面から出射すると共に、その他の光が背面側の出射面から出射する。導光板１２５の反射面及び出射面に成型又は印刷によりドットパターンが形成されている。また、導光板１２５の背面側には、反射シート１２６が配置されており、その反射シート１２６により背面側の出射光を前面側へ反射するようになっている。
【０００７】
導光板１２５の前面側へ出射された光は、光制御部材を介して液晶表示素子１３０へ供給される。上記光制御部材は、背面側から前面側へ向かって順に配置された、第１の拡散シート１２４、第１のプリズムシート１２３、第２のプリズムシート１２２、及び第２の拡散シート１２１により構成されている。
【０００８】
第１のプリズムシート１２３の前面には、上記光源１１６の光が入射する導光板１２５の端面に対し、略直交する方向に延びる微細なプリズムパターンが複数形成されている。第２のプリズムシート１２２の前面には、上記第１のプリズムシート１２３のプリズムパターンに直交する複数のプリズムパターンが形成されている。このことにより、バックライト１２０を輝度効率が高い面状光源装置に構成し、液晶表示装置による明るい表示を可能としている。
【０００９】
しかし、近年、さらに高輝度化が要求されているなか、上記従来のように２枚のプリズムシートを直交配置する方式では光利用効率に限界があり、輝度効率を大幅に向上させることが難しいという問題点がある。
【００１０】
上記問題点を解決する目的で、バックライトの導光板自体にプリズムパターンを形成することが知られている（例えば、特許文献３参照）。このバックライトについて、図９を参照して説明する。
【００１１】
バックライト１０１は導光板１１３の端面に配置された光源１１６より出射された光が直接に又はリフレクター１１５により反射されて、導光板１１３に入射する。導光板１１３は、前面側に導光板１１３内の光が出射する出射面を有すると共に、背面側に導光板１１３内の光を反射する反射面を有している。すなわち、導光板１１３の背面では、一部の光が上記反射面で前面側へ反射する一方、その他の光が上記反射面を透過して背面側へ出射するようになっている。
【００１２】
上記導光板１１３における前面側の出射面又は背面側の反射面には、上記光源の光が入射する端面に対し、略直交する方向に延びる微細なプリズムパターンが形成されている。上記プリズムパターンは、上記導光板１１３の端面と略平行な方向に繰り返し形成されている。さらに、導光板１１３の背面側には、反射シート１１４が設けられている。
【００１３】
上記導光板１１３の前面側には、光制御部材であるプリズムシート１１２が配置されている。プリズムシート１１２の後面側には、上記導光板１１３のプリズムパターンに略直交する複数のプリズムパターンが形成されている。さらに、上記プリズムシート１１２の前面側には、拡散シート１１１が配置されている。以上の構成により、バックライト１０１の輝度をさらに高めるようにしている。
【００１４】
また、上記線状の光源１１６には、従来より、冷陰極管を適用することが知られていた。近年では、点状光源である複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が線状に配列して構成されたＬＥＤアレイを、線状光源として適用することが多い。これは、ＬＥＤが、冷陰極管よりも低消費電力性に優れていることや、薄型化が可能であるという利点を有しているためである。このようなＬＥＤアレイを線状光源として備えるバックライトは、例えば携帯電話や携帯型情報端末等の液晶表示装置に好適に用いられている。
【特許文献１】特開平８−６８９９７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６６３０２号公報
【特許文献３】特開平１１−２２４５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、偏光板により挟み込まれた表示パネルを有する液晶表示装置等の表示装置は、所定の透過軸性を有している。したがって、表示パネルを照射する面光源装置からの光が十分な偏光性を有しない場合には、表示パネルにおいて偏光ロスが生じることになり、光制御部材に入射する光源の光を有効に利用できなくなってしまう。
【００１６】
そこで、上記特許文献２のように、プリズムシートを導光板と表示パネルの偏光板との間に配置し、上記プリズムシートにより導光板の出射光の最大強度方向を上記偏光板の透過軸方向へ旋回させることが知られている。このことにより、上記偏光板を透過する偏光成分の光量を増大させることが可能となる。
【００１７】
しかしながら、実際には、プリズムシートによって上記表示パネルに入射する光の偏光成分を増大させるには限度がある。その結果、上記光源の光量を有効に利用できないという問題がある。
【００１８】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、面光源装置の出射光の偏光異方性を可及的に増大させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するために、この発明では、光制御部材に光を入射させる光源自体が偏光を出射するようにした。
【００２０】
具体的に、本発明に係る面光源装置は、光源と、入射された上記光源の光を出射面から均一に出射する光制御部材とを備えた面光源装置であって、上記光源は、偏光を出射することにより、無偏光を出射する場合に比べて、上記光制御部材から出射される光の偏光異方性を増大させるように構成されている。
【００２１】
上記光制御部材は、導光板により構成されていてもよい。
【００２２】
上記光源から出射される光の偏光極性方向は、上記導光板の厚み方向であることが好ましい。
【００２３】
上記光源は、複数の点状光源により構成されていることが好ましい。
【００２４】
上記光源は、発光ダイオードにより構成されていてもよい。
【００２５】
上記発光ダイオードの半導体チップは、発光に寄与する活性層を備え、上記活性層は、量子細線構造又は量子ドット構造を有していることが好ましい。
【００２６】
また、本発明に係る表示装置は、上記面光源装置と、上記面光源装置に対向して配置され、一対の偏光板を有する表示素子とを備えている。
【００２７】
上記表示素子は、液晶表示素子であってもよい。
【００２８】
−作用−
次に、本発明の作用について説明する。
【００２９】
本願発明の発明者は、面状光源装置の出射光の特性について、鋭意研究を重ねた結果、光制御部材に光を供給する光源として、偏光を出射する光源を適用することにより、面光源装置における出射光の偏光性に影響を与えることができる、という事実を見出した。
【００３０】
すなわち、光源から出射された偏光は、光制御部材に入射する。光制御部材に入射した光は、上記光制御部材の内部で反射及び屈折を繰り返すことにより、上記光制御部材の出射面から、上記出射面の全面に亘って均一に出射される。このことにより、光制御部材から出射する光の偏光異方性を増大させることが可能となる。
【００３１】
また、上記光制御部材を導光板により構成し、上記光源の出射光の偏光極性方向を上記導電板の厚み方向に規定することによって、導光板からの出射光の偏光異方性をさらに増大させることが可能となる。
【００３２】
ところで、発光ダイオードは、発光する半導体チップと蛍光体等とを備えていえる。上記半導体チップは、発光に寄与する活性層を有し、一般的には、上記活性層は、発光層が量子効果を奏しない厚みを有するバルク構造や、１次元方向にのみ量子閉じ込め効果を奏する量子井戸構造を備えている。これらバルク構造や量子井戸構造の活性層を有する発光ダイオードの出射光は、偏光性を示し難い。
【００３３】
これに対し、活性層の構造を、２次元方向の量子閉じ込め効果を奏して発光効率が高い量子細線構造や、形状異方性を有する量子ドット構造とすることにより、半導体チップの平面方向へ出射する光に対し、偏光性を増大させることが可能となる。この場合、半導体チップを発光ダイオードとしてパッケージングするときに、その偏光方向を調整することが可能である。
【００３４】
したがって、本発明のように、上記光源を点状光源である発光ダイオードにより構成し、その発光ダイオードの活性層の構造を、量子細線構造又は量子ドット構造とすることにより、所望の偏光方向の偏光を出射させることが可能となる。
【００３５】
以上のようにして、面光源装置の出射光の偏光異方性が増大されるため、一対の偏光板を有する表示素子における偏光ロスは、効果的に減少する。その結果、光制御部材に入射する光源の光が有効に利用されるため、表示装置で表示される画像の輝度は、効率よく高められることとなる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によると、光制御部材に光を入射させる光源が偏光を出射するようにしたので、面光源装置の出射光の偏光異方性を可及的に増大させることができ、光源の光量を有効に利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３８】
《発明の実施形態１》
図１及び図２は、本発明に係るバックライト及びそれを備えた表示装置の実施形態を示している。以下の実施形態では、図１における上側を「前面側」と称し、下側を「背面側」と称する。すなわち、観察者は、表示装置の前面側で表示を観察する。
【００３９】
斜視図である図１に示すように、本実施形態の液晶表示装置Ｓは、バックライトであるバックライト１０と、上記バックライト１０の前面側に対向して配置された表示素子である液晶表示素子３０とを備えた液晶表示装置である。液晶表示装置Ｓは、公知の透過型の液晶表示装置であり、バックライト１０から出射された光を液晶表示素子３０によって変調することにより、表示を行うようになっている。
【００４０】
上記液晶表示素子３０は、典型的には、一対の基板３１とこれらの各基板３１の間に設けられた液晶層（図示省略）とを備えている。また、液晶表示素子３０は、上記一対の基板３１を上下に挟んだ状態で設けられた一対の偏光板３２，３３を有している。上記各偏光板３２，３３の吸収軸は互いに略直交するようになっている。
【００４１】
上記バックライト１０は、光源部６０と、光制御部材である導光板１３と、光学シート１２と、反射シート１４とを備えている。
【００４２】
上記光源部６０は、複数の光源６０ａにより構成されている。また、上記光源６０ａは、点状光源である発光ダイオード（以下、ＬＥＤ光源６０ａと称する）により構成されている。そして、光源部６０は、複数のＬＥＤ光源６０ａが導光板１３の端面（光源６０ａの光が入射する入射面）１３ａに沿って、所定の間隔で一列に配置されたＬＥＤアレイにより構成されている。上記光源部６０は、図示省略のフレキシブル基板上に実装されてている。
【００４３】
上記導光板１３は、図１に示すように、ポリカーボネートやポリメチルメタクリート等の樹脂により構成され、板状の部材に形成されている。導光板１３の１つの側面は、光源部６０の光が入射する入射面１３ａとなる一方、導光板１３の前面は、導光板１３の内部の光が出射する出射面１３ｂとなっている。また、導光板１３の背面は、導光板１３内の光の一部を前面側へ反射すると共に、他の一部を背面側へ出射させる反出射面１３ｃになっている。
【００４４】
上記出射面１３ｂ及び反出射面１３ｃの何れか、又は双方には、プリズム形状やドットパターンを施すことが好ましい。本実施形態における導光板１３の背面側には、図示を省略しているが、入射面１３ａに略直交する方向に稜線を有する断面略三角形のプリズム構造が繰り返し形成されている。
【００４５】
上記光学シート１２は、導光板１３の前面側に配置されており、出射面１３ｂからの光の進行方向を液晶表示素子３０における表示面の法線方向に近付けることにより、表示光の輝度を向上させるように構成されている。
【００４６】
光学シート１２は、ポリエチレンテレフタレートを基材として形成され、その背面側には、紫外線硬化樹脂によって断面略三角形のプリズム構造が形成されている。上記プリズム構造の稜線方向は、上記導光板１３のプリズム構造における稜線方向に対し、略垂直になっている。
【００４７】
上記反射シート１４は、導光板１３の背面側に配置されており、上記導光板１３の反出射面１３ｃから背面側に出射した光を反射して、再び前面側の導光板１３内へ入射させるように構成されている。反射シート１４は、ポリエチレンテレフタレートを基材として形成され、例えば、白色拡散層や金属蒸着層が設けられている。
【００４８】
そして、図示は省略するが、上記ＬＥＤ光源６０ａは、白色発光ダイオード（白色ＬＥＤ）により構成されている。白色ＬＥＤは、ＩｎＧａＮ等からなり青色発光する半導体チップと、ＹＡＧ等に代表される黄色の蛍光体とを有し、このことにより、白色光を発するようになっている。
【００４９】
上記半導体チップは、発光に寄与する活性層を備え、上記活性層は、量子細線構造（２次元方向の量子閉じ込め効果を奏し、発光効率が高い構造）又は量子ドット構造（形状異方性を有する構造）を有している。このことにより、ＬＥＤ光源６０ａは、偏光を出射するように構成されている。尚、出射光の偏光異方性は、上記半導体チップをＬＥＤとして組み込む際に調整することが可能である。
【００５０】
さらに、このＬＥＤ光源６０ａから出射される光の偏光極性方向は、図２に示すように、上記導光板１３の厚み方向と同じ方向とすることが好ましい。このことにより、バックライト１０は、光源部６０から偏光性を有しない無偏光を出射する場合に比べて、導光板１３から出射される光の偏光異方性を増大させるように構成されている。
【００５１】
以上の構成により、光源部６０の各ＬＥＤ光源６０ａから出射された偏光性を有する光は、入射面１３ａを介して導光板１３に入射する。導光板１３に入射した偏光は、導光板１３の内部で反射及び屈折を繰り返して伝播することにより、一部の光が導光板１３の出射面１３ｂから前面側に直接に出射すると共に、その他の光が導光板１３の反出射面１３ｃから背面側に出射する。この背面側に出射した光は、反射シート１４により反射されて再び導光板１３内に入射した後に、導光板１３の出射面１３ｂから前面側へ出射する。
【００５２】
その結果、全ての光が導光板１３の出射面１３ｂから、上記出射面１３ｂの全面に亘って均一に出射される。このことにより、導光板１３から出射する光の偏光異方性を十分に増大させることが可能となる。
【００５３】
導光板１３から出射した光は、光学シート１２を通過することにより、光の進行方向が液晶表示素子３０における表示面の法線方向に近付けられた後に、液晶表示素子３０へ入射する。
【００５４】
液晶表示素子３０では、背面側の偏光板３３を効率よく透過した光が液晶層（図示省略）を通り、上記液晶の駆動状態に応じて、前面側の偏光板３２を選択的に透過する。このことにより、輝度の高い表示が行われる。
【００５５】
したがって、この実施形態によると、導光板１３に入射させるＬＥＤ光源６０ａが偏光を出射するようにしたので、無偏光を出射する従来のものに比べて、バックライト１０の出射光の偏光異方性を増大させることができる。
【００５６】
さらに、上記バックライト１０の出射光が十分な偏光性を有するため、バックライト１０を液晶表示装置に適用することにより、液晶表示素子３０における偏光ロスを減少させることができる。その結果、ＬＥＤ光源６０ａの光量を有効に利用することが可能となるため、消費電力の低減を図りつつ、表示画像の輝度を飛躍的に高めることができる。
【００５７】
（実施例）
次に、本発明を実施した実施例について、図３〜図７を参照して説明する。
【００５８】
この実施例では、上記実施形態で説明したバックライト１０に対し、ＬＥＤ光源６０ａの偏光異方性を変化させた場合の、相対角に対するバックライトの輝度変化率を実験により測定した。
【００５９】
図３は実験方法を示す説明図である。バックライト１０から出射される光の輝度を測定するために、輝度測定装置４２をバックライト１０の前面側に水平に設置した。さらに、偏った光の輝度を測定するため、輝度測定装置４２のレンズ先端に偏光フィルタ４１を設けた。
【００６０】
また、輝度測定装置４２のレンズの中心が、測定対象であるサンプルのバックライト１０の中心に合うように設定し、バックライト１０の表面から約４０ｃｍの高さ位置で焦点を合わせた。そして、バックライト１０を、水平状態を維持しながら反時計回りに５°ずつ回転させながら、輝度を測定した。このとき、図３に示すように、偏光フィルタ４１の偏光方向４１ａと、ＬＥＤ光源６０ａが設けられている方向とが一致している状態を０°とした。
【００６１】
測定サンプルは次の４種類で行った。図２に示すように、ＬＥＤ光源６０ａから出射する光に偏光異方性を持たせ、水平面に対して、ＬＥＤ光源６０ａの光軸を基軸として９０°傾けているサンプルを実施例とする。図４に示すように、同様に４５°傾けているサンプルを比較例１とする。また、図５に示すように、同様に０°傾けているサンプルを比較例２とする。また、図６に示すように、出射する光に偏光異方性を持たせていないサンプルを比較例３とする。
【００６２】
上記実施例及び各比較例１〜３の測定結果を示すグラフを、図７に示す。図７において、実線は実施例１を示し、一点鎖線は比較例１を示し、二点鎖線は比較例２を示し、破線は比較例３を示している。また、測定数値は、相対化しており、最も極性の高かったところを１００％とした。
【００６３】
図７のグラフより、導光板１３に入射する光の偏光異方性が、ＬＥＤ光源６０ａの光軸を基軸としたときに水平面（導光板１３の基板表面）に対して傾きが無い場合（導光板１３の入射面１３ａにおける長手方向に極性を有する場合：比較例２）から、その水平面に対して垂直である場合（ＬＥＤ光源６０ａの光軸を基軸として、水平面に対して傾きが９０°である場合：実施例）へ移るにつれて、偏光異方性が強くなっていることが分かる。
【００６４】
これらの結果から、光源部６０から出射される光が、導光板１３の略厚み方向に偏光異方性の極性を有している場合に、バックライト１０の出射光における偏光異方性の極性が最も大きくなり、より効率良く光源部６０の光を利用できることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上説明したように、本発明は、出射面から均一な光を出射する面光源装置、及びそれを備えた表示装置について有用であり、面光源装置の出射光の偏光異方性を増大させる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】バックライト及び液晶表示装置を模式的に示す分解斜視図である。
【図２】実施例１のＬＥＤ光源の出射光の偏光異方性を示す斜視図である。
【図３】バックライトの出射光の偏光異方性を測定する方法を示す斜視図である。
【図４】比較例１を示す斜視図である。
【図５】比較例２を示す斜視図である。
【図６】比較例３を示す斜視図である。
【図７】実施例及び各比較例の測定結果を示すグラフ図である。
【図８】従来の面光源装置及び表示装置を示す分解斜視図である。
【図９】従来の面光源装置及び表示装置を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｓ  液晶表示装置（表示装置）
１０  バックライト（面光源装置）
１３  導光板（光制御部材）
１３ｂ  出射面
３０  液晶表示素子（表示素子）
６０  光源部（光源）
６０ａ  ＬＥＤ光源（点状光源）
【図１】
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【図２】
2006040639.tif 000004
【図３】
2006040639.tif 000005
【図４】
2006040639.tif 000006
【図５】
2006040639.tif 000007
【図６】
2006040639.tif 000008
【図７】
2006040639.tif 000009
【図８】
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【図９】
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