(57)【要約】【課題】高輝度で消費電力が少ない薄型の面光源装置を提案すること。【解決手段】液晶表示装置のバックライトとして用いる面光源装置Ａでは、白色光源１からの白色光がコリメートレンズ２により平行光に変換された後に、第一シリンダーレンズ３に入射する。第一シリンダーレンズ３は凹レンズで構成されており、導光板５の幅方向（その入射面５ａの長辺方向に平行な方向）に光を発散する。第一シリンダーレンズ３から出射された光は導光板幅方向に発散して第二シリンダーレンズ４に入射する。第二シリンダーレンズ４は導光板５の光の入射面５ａに対して光が垂直に入るよう光路を調整する。導光板５に入射した光により、導光板表面に形成されている拡散面５ｂが面発光する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光管と、
前記発光管からの光を平行光に変換する平行光生成素子と、
前記平行光生成素子から得られた平行光を一定方向に収束または発散させる第一の光路変換素子と、
前記第一の光路変換素子から得られた光の方向を平行光となるように変換する第二の光路変換素子と、
前記第二の光路変換素子から得られた光を、その入射角度に対して直交方向に光を放出する平面光源に変換する面光源変換素子と、
前記面光源変換素子からの光を拡散させて光強度分布を均一化する拡散素子とを有している面光源装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第一の光路変換素子が凹レンズもしくは凸レンズで構成されるシリンダーレンズまたはフレネル型シリンダーレンズである面光源装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記面光源変換素子がプリズム構造の導光板である面光源装置。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記面光源変換素子がプリズム形状の反射板である面光源装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のうちのいずれかの項において、
前記第一の光路変換素子と前記第二の光路変換素子の間、あるいは、前記第二の光路変換素子と前記面光源変換素子の間に、前記発光管からの光をＰ偏光光あるいはＳ偏光光に変換する偏光変換素子を有している面光源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透過型液晶表示パネルのバックライトに用いられる面光源装置に関し、特に１５インチ以上の大型液晶表示パネルに用いるのに適した面光源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の透過型液晶表示パネルのバックライトに用いられる一般的な面光源装置は、光源に冷陰極線管を用い液晶表示パネルの背面に何本もの冷陰極線管を配置してバックライトとするものと、導光板の周囲に冷陰極線管を配置し、導光板から得られる面光源をバックライトとして使用するものの二種類のタイプがある。前者はいわゆる直下型バックライトと呼ばれており、後者はいわゆるサイドライト型バックライトと呼ばれている。
【０００３】
図９に示すように、直下型バックライトは、冷陰極線管からなる白色光源１０１が何本も等間隔で配置されており、それぞれの白色光源１０１からの光は直接、あるいは反射板１０２により反射して拡散板１０３に入射する。拡散板１０３に入射した光は、拡散板１０３を通過することにより光強度分布が均一化された平面光源になる。図１０に示すように、サイドライト型と呼ばれる面光源では、冷陰極線管からなる白色光源１０１の光は導光板１０４の内部を通過する間に全反射を繰返し面光源へと変換される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直下型バックライトでは、必要な輝度を得る為には、透過型液晶表示パネルのサイズが大きくなるに従って、白色光源１０１の数を増やしていく必要が生じるので、消費電力及びコストが上昇してしまう。また、後者のサイドライト型のバックライトでは、導光板１０４の周辺に置くことの出来る白色光源１０１の数に限りがあるので、導光板１０４で得られる光量に限りがあり、現在の大型透過型液晶表示パネルのバックライトには適していない。
【０００５】
このように、従来の透過型液晶表示パネルに用いられるバックライトにおいては、直下型方式ではパネルのサイズが大きくなるに従って消費電力、コストが上昇し、サイドライト方式では必要とする輝度が得られないという問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、上述の問題を解決し、高輝度で消費電力を少なくし、同時に面光源の厚さを少なくした廉価な面光源装置を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明の面光源装置は、
発光管と、
前記発光管からの光を平行光に変換する平行光生成素子と、
前記平行光生成素子から得られた平行光を一定方向に収束または発散させる第一の光路変換素子と、
前記第一の光路変換素子から得られた光の方向を平行光となるように変換する第二の光路変換素子と、
前記第二の光路変換素子から得られた光を、その入射角度に対して直交方向に光を放出する平面光源に変換する面光源変換素子と、
前記面光源変換素子からの光を拡散させて光強度分布を均一化する拡散素子とを有していることを特徴としている。
【０００８】
ここで、前記第一の光路変換素子として、凹レンズもしくは凸レンズで構成されるシリンダーレンズまたはフレネル型シリンダーレンズを用いることができる。
【０００９】
また、前記面光源変換素子として、プリズム構造の導光板を用いることができる。この代わりに、プリズム形状の反射板を用いることもできる。
【００１０】
次に、本発明の面光源装置では、前記第一の光路変換素子と前記第二の光路変換素子の間、あるいは、前記第二の光路変換素子と前記面光源変換素子の間に、前記発光管からの光をＰ偏光光あるいはＳ偏光光に変換する偏光変換素子を有した構成とすることもできる。このように偏光光源にすることにより、光の利用効率を高め、高輝度の面光源を実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明を適用した面光源装置の各例を説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る面光源装置を示す構成図である。面光源装置Ａは、白色光源１からの白色光がコリメートレンズ２（平行光生成素子）に入射し、その出力光を第一シリンダーレンズ３（第一の光路変換素子）に入射する。第一シリンダーレンズ３の出力光は第二シリンダーレンズ４（第二の光路変換素子）に入射され、その出力光は導光板５の光の入射面に入射されている。
【００１３】
この構成の面光源装置Ａの動作を説明する。白色光源１からの白色光はコリメートレンズ２により平行光に変換された後に、第一シリンダーレンズ３に入射する。第一シリンダーレンズ３は図に示す通り凹レンズで構成されており、導光板５の幅方向（その入射面５ａの長辺方向に平行な方向）に光を発散する負のパワーをもっている。したがって、第一シリンダーレンズ３から出射された光は導光板幅方向に発散して第二シリンダーレンズ４に入射する。第二シリンダーレンズ４は導光板５の光の入射面５ａに対して光が垂直に入るように光路を調整する。導光板５に入射した光により、導光板表面に形成されている拡散面５ｂが面発光する。
【００１４】
ここで、図２に示すように、図１における第一光路変換素子として機能する第一シリンダーレンズ３を、凸レンズ形状を持つシリンダーレンズ６としても図１と同様に第二シリンダーレンズ４に光を導くことが出来る。また、図１におけるシリンダーレンズ３または図２におけるシリンダーレンズ６をフレネルレンズとしても同様な効果が得られる。
【００１５】
図３は図１における導光板５を示す説明図である。導光板５は、その背面がプリズム形状をしており、入射面から入ってきた光を効率よく導光板５の表面、すなわち拡散面５ｂに導くことが出来る。導光板５の代わりに、図４または図５に示す光学素子を用いることもできる。
【００１６】
図４に示す光学素子５Ａは反射板８、透過板９および拡散板１０を備えており、反射板８で光を反射させ、この光を表面にプリズム形状を持つ透過板９を通過させて光の進行方向を反射板８の入射光に対して垂直にした後、拡散板１０にて均一な光とすることにより、拡散板表面１０ａを面発光させるものである。
【００１７】
図５に示す光学素子５Ｂは反射板１１と拡散板１０Ａを備えており、反射板１１の表面にプリズム形状を持たせることで入射面からの光を入射光の角度に対して効率よく垂直方向に導き、拡散板表面１０ａ’を面発光させるものである。
【００１８】
次に、上記構成の面光源装置Ａに、光量むらを抑制するための光学素子を追加してもよい。図６（ａ）、（ｂ）には、このような光学素子の例を示してあり、それぞれ光量むらを防ぐ為に白色光源１とコリメートレンズ２の間にロッドレンズ１２またはフライアイレンズ１３（マイクロレンズアレイ）を入れてミキシングするようにしている。
【００１９】
（実施の形態２）
次に、図７は本発明を適用した実施の形態２に係る偏光面光源装置の例を示す構成図である。偏光面光源装置Ｂは、光路上に偏光変換手段が設けられており、第一シリンダーレンズ３を通過した光は第三シリンダーレンズ１４によりライン光に変換される。このライン光は第一の偏光板１５によりＰ波及びＰ’波に偏光変換されて、第四シリンダーレンズ１６に入射する。第四シリンダーレンズ１６は入射した光を平行なライン光として第二シリンダーレンズ４に向けて出射する。第二シリンダーレンズ４を通過した光は更に第二の偏光板１７により偏光変換がかけられる。
【００２０】
図８は図７の光学系における偏光変換方法を示す説明図である。第三シリンダーレンズ１４を通過した光成分のうちＰ波成分が、第一の偏光板１５のＰ／Ｓ変換器１８を透過して、第四シリンダーレンズ１６に進む。Ｓ波成分は第一の偏光板１５で反射されたのちに全反射ミラー１９により進行方向が第四シリンダーレンズ１６に統一される。ここで、全反射ミラー１９で反射されたＳ波は、第一の偏光板１５の波長板２０によりＰ’波となり、第四シリンダーレンズ１６に向かう。このようにして第四シリンダーレンズ１６の出力にはＰ波とＰ’波の合成波が得られる。
【００２１】
このようにして得られた偏光光を光源としてＬＣＤのバックライトとして使用した場合、従来ＬＣＤパネル側に用いられていた偏光フィルターが一枚必要なくなることと、従来この偏光フィルターでカットされていた光を利用することが出来るので高い輝度を得ることが出来る。
【００２２】
なお、偏光変換素子は、第二の光路変換素子４と面光源変換素子５の入射面５ａの間に配置することもできる。また、第三シリンダーレンズはマイクロレンズアレイに置換することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の面光源装置によれば、第一点として、白色光源にプロジェクター等で用いられる高輝度のランプを用いることが出来るので、面光源から得られる光も高い輝度を得ることが出来る。
【００２４】
第二点として、平行光に変換された後の光路は広く幅の狭いものに出来るので透過型液晶パネルのバックライトとして背面に置いても装置の奥行きを抑えることが出来る。
【００２５】
第三点として、光路上に偏光変換手段を設けることが可能となり、偏光光の面光源をつくり出すことができる。よって、液晶表示装置のバックライトとして用いた場合、従来使用していなかった光を使用することが出来るので高い輝度を得ることが出来る。また、あらかじめ偏光された光を液晶表示装置のバックライト光源として用いることが出来るので、液晶表示装置側で使用している偏光フィルター一枚を削除することができ、装置全体のコストダウンがはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した実施の形態１に係る面光源装置の構成図である。
【図２】図１の面光源装置における第一の光路変換素子の別の例を示す構成図である。
【図３】図１の面光源装置における面光源変換素子を示す説明図である。
【図４】図１の面光源装置における面光源変換素子の例を示す説明図である。
【図５】図１の面光源装置における面光源変換素子の別の例を示す説明図である。
【図６】図１の面光源装置において光源からの光の光量むらを防ぐ為の手段を追加した構成例を示す構成図である。
【図７】本発明を適用した実施の形態２に係る面光源装置を示す構成図であり、光路上に偏光変換素子が備わっている例である。
【図８】図７における偏光変換素子を示す模式図である。
【図９】従来の透過型液晶表示パネルに用いられる直下型バックライトの構成図である。
【図１０】従来の透過型液晶表示パネルに用いられるサイドライト型バックライトの構成図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ  面光源装置
１  白色光源
２  コリメートレンズ
３、６  第一シリンダーレンズ
４  第二シリンダーレンズ
５  導光板
５Ａ、５Ｂ  光学素子
５ａ  入射面
５ｂ  拡散面
７  プリズム形状の導光板
８  反射板
９  プリズム形状をもつ透過板
１０  拡散板
１１  プリズム形状をもつ反射板
１２  ロッドレンズ
１３  フライアイレンズ
１４  第三シリンダーレンズ
１５  第一の偏光板
１６  第四シリンダーレンズ
１７  第二の偏光板
１８  Ｐ／Ｓ変換器
１９  全反射ミラー
２０  波長板
【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】
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【図６】
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【図７】
2005011539.tif 000009
【図８】
2005011539.tif 000010
【図９】
2005011539.tif 000011
【図１０】
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