JP2915317B2 - 導光体ユニット、液晶表示装置及び偏光方法 - Google Patents
導光体ユニット、液晶表示装置及び偏光方法Info
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Description
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は、光の偏光成分を増大さ
せる装置、方法およびそれらを利用した導光体ユニッ
ト、液晶表示装置に関する。
せる装置、方法およびそれらを利用した導光体ユニッ
ト、液晶表示装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】偏光波とは偏光成分に偏りがある光をい
うが、このような偏光波を得る場合、従来は偏光板に偏
光を有していない光を照射し、偏光成分であるｓ波又は
ｐ波のどちらか一方を吸収していた。従って、原理上、
照射光の５０％以上は有効利用されず、実測値において
は、照射光の約５８％が吸収されている。そして、従来
の液晶表示（ＬＣＤ）装置では、偏光成分の吸収により
偏光を得る偏光装置（偏光板）の他に印刷ドットの拡散
シートをも使用していることが通例であり、この場合
は、更に２０％の光が利用不可能となっている。図１５
に従来のＬＣＤ装置のＬＣＤモジュール１００を示す。
光源１０１において発生させた光は、導光板１０２にお
ける透過率約９６％、拡散シート１０３における透過率
約８０％、下側偏光板１０４における透過率約４２％、
ガラス基板１０５におけるアレイ開口率約４０％、カラ
−フィルタ１０６の透過率約３０％、上側偏光板１０７
の透過率約９０％であるため、実際の利用される光強度
は光源１０１において発生した光の３．５％となってお
り、エネルギー有効利用の大きな障害になっている。特
に携帯型パーソナル・コンピュータにおいては一定のバ
ッテリー充電量に対し、より長い使用時間を確保するこ
とが重要な課題であり、バックライト１０８の消費電力
は全消費電力の中で大きな割合を有しているため、高輝
度で、低消費電力の液晶表示（ＬＣＤ）装置に使用され
るバックライトシステムが切望されている。
うが、このような偏光波を得る場合、従来は偏光板に偏
光を有していない光を照射し、偏光成分であるｓ波又は
ｐ波のどちらか一方を吸収していた。従って、原理上、
照射光の５０％以上は有効利用されず、実測値において
は、照射光の約５８％が吸収されている。そして、従来
の液晶表示（ＬＣＤ）装置では、偏光成分の吸収により
偏光を得る偏光装置（偏光板）の他に印刷ドットの拡散
シートをも使用していることが通例であり、この場合
は、更に２０％の光が利用不可能となっている。図１５
に従来のＬＣＤ装置のＬＣＤモジュール１００を示す。
光源１０１において発生させた光は、導光板１０２にお
ける透過率約９６％、拡散シート１０３における透過率
約８０％、下側偏光板１０４における透過率約４２％、
ガラス基板１０５におけるアレイ開口率約４０％、カラ
−フィルタ１０６の透過率約３０％、上側偏光板１０７
の透過率約９０％であるため、実際の利用される光強度
は光源１０１において発生した光の３．５％となってお
り、エネルギー有効利用の大きな障害になっている。特
に携帯型パーソナル・コンピュータにおいては一定のバ
ッテリー充電量に対し、より長い使用時間を確保するこ
とが重要な課題であり、バックライト１０８の消費電力
は全消費電力の中で大きな割合を有しているため、高輝
度で、低消費電力の液晶表示（ＬＣＤ）装置に使用され
るバックライトシステムが切望されている。
【０００４】また、下側偏光板１０４等に吸収された光
エネルギーは熱エネルギーに変換されることになるが、
この発生した熱はＬＣＤ装置の部品の劣化の要因とな
り、特に、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅ
ｍａｔｉｃ）タイプの液晶物質は熱により表示品位が劣
化するという性質を有するため、かかる熱発生を軽減す
ることも重要な課題である。この光エネルギーの熱エネ
ルギーへの変換は図１５に示すように、光エネルギーの
６６．４％（光エネルギーによる熱発生の６９％）が下
側偏光板１０４および拡散シート１０３における光の吸
収により生じている。
エネルギーは熱エネルギーに変換されることになるが、
この発生した熱はＬＣＤ装置の部品の劣化の要因とな
り、特に、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅ
ｍａｔｉｃ）タイプの液晶物質は熱により表示品位が劣
化するという性質を有するため、かかる熱発生を軽減す
ることも重要な課題である。この光エネルギーの熱エネ
ルギーへの変換は図１５に示すように、光エネルギーの
６６．４％（光エネルギーによる熱発生の６９％）が下
側偏光板１０４および拡散シート１０３における光の吸
収により生じている。
【０００５】光の有効利用を促進するための１つの技術
が、特開平４−２７１３２４に示されており、ここでは
導光体を異なる屈折率を有する複数の屈折層にて積層し
て構成し、光入射端面から入射した光を、各屈折層の境
界面にて屈折させ、出射面に臨界角より小である入射角
で到達させることにより、光束減少を軽減し、光利用効
率を高めている。
が、特開平４−２７１３２４に示されており、ここでは
導光体を異なる屈折率を有する複数の屈折層にて積層し
て構成し、光入射端面から入射した光を、各屈折層の境
界面にて屈折させ、出射面に臨界角より小である入射角
で到達させることにより、光束減少を軽減し、光利用効
率を高めている。
【０００６】また、特開平２−２０１３１６において
は、液晶セルと、その背面に配設された導光板と、この
導光板上に設けられた着色フィルターと、導光板の背面
側に設けられた反射板付偏光板と、導光体の側面に設置
された光源により、偏光板の通過を１回に減らすことに
より光源の光利用効率を高めている。
は、液晶セルと、その背面に配設された導光板と、この
導光板上に設けられた着色フィルターと、導光板の背面
側に設けられた反射板付偏光板と、導光体の側面に設置
された光源により、偏光板の通過を１回に減らすことに
より光源の光利用効率を高めている。
【０００７】しかしながら、これらの技術のいずれも、
偏光板に偏光成分を多く有する光を照射しているわけで
はなく、光のｓ波又はｐ波のどちらか一方を吸収するこ
とにより偏光を得るという点において先に説明した従来
技術と何等変わりなく、この吸収され、利用されない偏
光成分の少なくとも１部を利用を可能としえるものでは
ない。なお、従来のバックライトにおいて２．７％程度
偏光成分を含んだものも見受けられるが、それもバック
ライトにおいて光源からの光を偏光させることを意図し
たものではない。
偏光板に偏光成分を多く有する光を照射しているわけで
はなく、光のｓ波又はｐ波のどちらか一方を吸収するこ
とにより偏光を得るという点において先に説明した従来
技術と何等変わりなく、この吸収され、利用されない偏
光成分の少なくとも１部を利用を可能としえるものでは
ない。なお、従来のバックライトにおいて２．７％程度
偏光成分を含んだものも見受けられるが、それもバック
ライトにおいて光源からの光を偏光させることを意図し
たものではない。
【０００８】偏光板によらず、反射透過特性により、偏
光成分を得る技術としては、偏光ビームスプリッタ（Ｐ
ＢＳ）や、透過型直線偏光器等が存在するが、いずれの
技術においても、光のｓ波又はｐ波のどちらか一方の
み、または、それぞれを別々に利用しすることはできて
も、ｓ波とｐ波の双方を有効に利用しえるものではな
い。
光成分を得る技術としては、偏光ビームスプリッタ（Ｐ
ＢＳ）や、透過型直線偏光器等が存在するが、いずれの
技術においても、光のｓ波又はｐ波のどちらか一方の
み、または、それぞれを別々に利用しすることはできて
も、ｓ波とｐ波の双方を有効に利用しえるものではな
い。
【０００９】また、従来の透過型直線偏光器等は直接入
射光を直接ブリュースター角で入射させているため、集
約された光を幅広い出射面に拡散して出射することは不
可能であり、さらには、薄形にするには加工が大変なた
め、かかる偏光板を使用せずに偏光を得るという技術を
ＬＣＤ装置の導光体ユニットとして利用することができ
なかった。
射光を直接ブリュースター角で入射させているため、集
約された光を幅広い出射面に拡散して出射することは不
可能であり、さらには、薄形にするには加工が大変なた
め、かかる偏光板を使用せずに偏光を得るという技術を
ＬＣＤ装置の導光体ユニットとして利用することができ
なかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明では従来偏光板
に吸収されていた偏光成分を利用し、この偏光成分を変
換し、従来利用されていなかった偏光成分の少なくとも
１部を利用を可能とし、光利用効率を向上させることを
可能とする。そして、本発明の改良された構成において
は１００％に近い光利用効率を達成することが可能であ
り、これにより低消費電力且つ高輝度のバックライトシ
ステム（導光体ユニット）を提供することができる。ま
た、従来発生していた偏光板からの熱を軽減する。これ
により、部品の劣化の少なく、熱に弱い性質を有するＬ
ＣＤ装置に対応するバックライトシステム（導光体ユニ
ット）を提供することができる。そして、本発明の改良
された構成においては、従来ＬＣＤ装置の必須の構成要
素であった下側偏光板を使用せずに、同装置を構成する
ことを可能にする。さらに、集約された光を幅広い出射
面に拡散して出射し、または、幅広い光を集約された出
射面に出射し、同時に一定の偏光成分を得ることを可能
とする導光体ユニットを提供する。
に吸収されていた偏光成分を利用し、この偏光成分を変
換し、従来利用されていなかった偏光成分の少なくとも
１部を利用を可能とし、光利用効率を向上させることを
可能とする。そして、本発明の改良された構成において
は１００％に近い光利用効率を達成することが可能であ
り、これにより低消費電力且つ高輝度のバックライトシ
ステム（導光体ユニット）を提供することができる。ま
た、従来発生していた偏光板からの熱を軽減する。これ
により、部品の劣化の少なく、熱に弱い性質を有するＬ
ＣＤ装置に対応するバックライトシステム（導光体ユニ
ット）を提供することができる。そして、本発明の改良
された構成においては、従来ＬＣＤ装置の必須の構成要
素であった下側偏光板を使用せずに、同装置を構成する
ことを可能にする。さらに、集約された光を幅広い出射
面に拡散して出射し、または、幅広い光を集約された出
射面に出射し、同時に一定の偏光成分を得ることを可能
とする導光体ユニットを提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の偏光成分を増加
させる装置は第１の偏光成分と第２の偏光成分を有する
光を互いに異なる屈折率を有する２つの物質の境界にお
いて反射した光、および、透過した光のうちいずれか一
方の光の偏光方向を変化させる手段と、偏光方向を変化
させた光または偏光方向を変化させた光に対する他方の
光のうちいずれか一方の光の進行方向をこれらの光を同
時に利用する方向に変化させる手段とを含む。光の偏光
方向を変化させる手段としては１／４波長板、１／２波
長板等の位相の変化を行う位相子やファラデー素子等の
偏波面を回転する旋光子等があり、光の進行方向を変化
させる手段は反射板やプリズムシート等がある。そし
て、光の偏光方向を変化させ、同時に光の進行方向を変
化させる手段としてフレネル・ロム等があるが、これら
の使用はすべて本発明の思想に包含される。さらに、異
なる屈折率を有する物質の境界は偏光ビームスプリッタ
や、透過型直線偏光器等の既存の偏光器を用いることも
できる。したがって、既存の偏光器と光の偏光方向を変
化させる手段と光の進行方向を変化させる手段により、
または、既存の偏光器とフレネル・ロムのみにより本発
明を構成できる。
させる装置は第１の偏光成分と第２の偏光成分を有する
光を互いに異なる屈折率を有する２つの物質の境界にお
いて反射した光、および、透過した光のうちいずれか一
方の光の偏光方向を変化させる手段と、偏光方向を変化
させた光または偏光方向を変化させた光に対する他方の
光のうちいずれか一方の光の進行方向をこれらの光を同
時に利用する方向に変化させる手段とを含む。光の偏光
方向を変化させる手段としては１／４波長板、１／２波
長板等の位相の変化を行う位相子やファラデー素子等の
偏波面を回転する旋光子等があり、光の進行方向を変化
させる手段は反射板やプリズムシート等がある。そし
て、光の偏光方向を変化させ、同時に光の進行方向を変
化させる手段としてフレネル・ロム等があるが、これら
の使用はすべて本発明の思想に包含される。さらに、異
なる屈折率を有する物質の境界は偏光ビームスプリッタ
や、透過型直線偏光器等の既存の偏光器を用いることも
できる。したがって、既存の偏光器と光の偏光方向を変
化させる手段と光の進行方向を変化させる手段により、
または、既存の偏光器とフレネル・ロムのみにより本発
明を構成できる。
【００１２】本発明の導光体ユニットは、積層された複
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であるユニッ
ト本体と、前記ユニット本体の他側面に配置された反射
板と、前記ユニット本体と前記反射板との間に配置され
た光の偏光方向を変化させる手段とを含む。この複数の
導光体は前記ユニット本体の厚み方向に対して傾斜して
積層されている。この複数の導光体はアクリルシート等
の光の内部吸収の少ない素材が好ましいく、ポリカーボ
ネート、ポリエチレン、Ｓｅ、ＡｇＣｌ等の透過型の物
質が好ましい。また、導光体の形状は板またはシート状
の形状に限定されず、棒状の導光体や曲面を有する導光
体等その利用に即した形状に変化させることが可能であ
る。そして、複数の導光体は同一の形状、素材に限定さ
れず、強度を必要とする部材を厚く、強度を必要としな
い部材を薄く設計することや、強度を有する導光体に異
なる屈折率を有する物質を多層蒸着させることにより、
強度を維持しつつ、積層数を増加させることも考えられ
る。導光体にアクリルシートを使用した場合、強度およ
び光利用効率の関係から、その厚さは０．１〜４．０ｍ
ｍであることが望ましい。なお、本発明で言う積層は導
光体と導光体の間に空気を挿入することには限定され
ず、水蒸気の進入による導光体ユニットの劣化防止や、
導光体の剥離防止等の為、導光体と導光体の間には水や
接着剤、その他導光体と屈折率が異なる物質を挿入する
ことも含む。本発明の反射板は反射率が高ければ高いほ
ど好ましく、アルミ蒸着シート、銀蒸着シート、金属箔
等が挙げられる。
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であるユニッ
ト本体と、前記ユニット本体の他側面に配置された反射
板と、前記ユニット本体と前記反射板との間に配置され
た光の偏光方向を変化させる手段とを含む。この複数の
導光体は前記ユニット本体の厚み方向に対して傾斜して
積層されている。この複数の導光体はアクリルシート等
の光の内部吸収の少ない素材が好ましいく、ポリカーボ
ネート、ポリエチレン、Ｓｅ、ＡｇＣｌ等の透過型の物
質が好ましい。また、導光体の形状は板またはシート状
の形状に限定されず、棒状の導光体や曲面を有する導光
体等その利用に即した形状に変化させることが可能であ
る。そして、複数の導光体は同一の形状、素材に限定さ
れず、強度を必要とする部材を厚く、強度を必要としな
い部材を薄く設計することや、強度を有する導光体に異
なる屈折率を有する物質を多層蒸着させることにより、
強度を維持しつつ、積層数を増加させることも考えられ
る。導光体にアクリルシートを使用した場合、強度およ
び光利用効率の関係から、その厚さは０．１〜４．０ｍ
ｍであることが望ましい。なお、本発明で言う積層は導
光体と導光体の間に空気を挿入することには限定され
ず、水蒸気の進入による導光体ユニットの劣化防止や、
導光体の剥離防止等の為、導光体と導光体の間には水や
接着剤、その他導光体と屈折率が異なる物質を挿入する
ことも含む。本発明の反射板は反射率が高ければ高いほ
ど好ましく、アルミ蒸着シート、銀蒸着シート、金属箔
等が挙げられる。
【００１３】本発明の導光体ユニットは、積層された複
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であるユニッ
ト本体と、前記ユニット本体の他側面に配置された反射
板と、前記ユニット本体と前記反射板との間に配置され
た光の偏光方向を変化させる手段と、を含む。この複数
の導光体は前記ユニット本体の厚み方向に対して傾斜し
て積層され、且つ、前記反射板側の端部に向かって光が
入射するよう構成されている。この導光体ユニットを左
右対象に配した２灯式バックライトも本発明の思想に包
含される。なお、後述するように、複数の導光体の前記
反射板側の端部は一面に切り揃えられた形状であると光
利用効率がよくなる。また、この面は反射率を高めるよ
う研磨されていることが望ましい。
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であるユニッ
ト本体と、前記ユニット本体の他側面に配置された反射
板と、前記ユニット本体と前記反射板との間に配置され
た光の偏光方向を変化させる手段と、を含む。この複数
の導光体は前記ユニット本体の厚み方向に対して傾斜し
て積層され、且つ、前記反射板側の端部に向かって光が
入射するよう構成されている。この導光体ユニットを左
右対象に配した２灯式バックライトも本発明の思想に包
含される。なお、後述するように、複数の導光体の前記
反射板側の端部は一面に切り揃えられた形状であると光
利用効率がよくなる。また、この面は反射率を高めるよ
う研磨されていることが望ましい。
【００１４】本発明の改良された導光体ユニットは反射
板側の端部に向かって入射する光を平行に集約すること
により光利用効率を高めている。かかる光の集約手段と
しては、レンズや凸面鏡を使用した集約手段や導光体の
光を入射させる端面を凸レンズの形状にする手段または
それらの組み合わせによる手段等がある。
板側の端部に向かって入射する光を平行に集約すること
により光利用効率を高めている。かかる光の集約手段と
しては、レンズや凸面鏡を使用した集約手段や導光体の
光を入射させる端面を凸レンズの形状にする手段または
それらの組み合わせによる手段等がある。
【００１５】本発明の改良された導光体ユニットは複数
の導光体の端部から成るユニット本体の出射面を出射面
から出射する特定の偏光成分に関する出射角に平行な面
を含む階段形状にすることにより光利用効率を高めてい
る。
の導光体の端部から成るユニット本体の出射面を出射面
から出射する特定の偏光成分に関する出射角に平行な面
を含む階段形状にすることにより光利用効率を高めてい
る。
【００１６】本発明の改良された導光体ユニットは導光
体の傾斜角をブリュースター角に関連する角度にするこ
とにより光利用効率を高めている。本発明の改良された
導光体ユニットは、反射板による反射方向を補正するこ
とにより光利用効率を高めている。かかる手段として
は、反射板を傾ける、角度を変更して出射するフレネル
・ロムを用いる、プリズムシートを用いる等があり、こ
の反射板を傾けることに関しては省スペースのために階
段状にする等も考えられる。さらに、導光体への再入射
の際、反射率を抑えるため異なる屈折率を有する物質を
ユニット本体の反射板側に沿って積層し、段階的に光の
進行方向を変化させることも考えられる。かかる構成に
より出射面における光の拡散を制御することも可能であ
る。
体の傾斜角をブリュースター角に関連する角度にするこ
とにより光利用効率を高めている。本発明の改良された
導光体ユニットは、反射板による反射方向を補正するこ
とにより光利用効率を高めている。かかる手段として
は、反射板を傾ける、角度を変更して出射するフレネル
・ロムを用いる、プリズムシートを用いる等があり、こ
の反射板を傾けることに関しては省スペースのために階
段状にする等も考えられる。さらに、導光体への再入射
の際、反射率を抑えるため異なる屈折率を有する物質を
ユニット本体の反射板側に沿って積層し、段階的に光の
進行方向を変化させることも考えられる。かかる構成に
より出射面における光の拡散を制御することも可能であ
る。
【００１７】本発明の改良された導光体ユニットは出射
面における光の出射方向を補正することにより利用性を
高めている。かかる手段としては、プリズムシートを用
いる、導光体の出射面に溝を施す等があり、このプリズ
ムシート等の形状はブリュースター角に関連する角度に
することによりさらに利用性を高めている。
面における光の出射方向を補正することにより利用性を
高めている。かかる手段としては、プリズムシートを用
いる、導光体の出射面に溝を施す等があり、このプリズ
ムシート等の形状はブリュースター角に関連する角度に
することによりさらに利用性を高めている。
【００１８】本発明の導光体ユニットは、積層された複
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であり、出射
面に隣接する複数の導光体の反射面の端部は一面に切り
揃えられた形状であるユニット本体を含む。この複数の
導光体はユニット本体の厚み方向に対してブリュースタ
ー角に関連する角度傾斜して積層されている。
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であり、出射
面に隣接する複数の導光体の反射面の端部は一面に切り
揃えられた形状であるユニット本体を含む。この複数の
導光体はユニット本体の厚み方向に対してブリュースタ
ー角に関連する角度傾斜して積層されている。
【００１９】本発明の導光体ユニットは、積層された複
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であるユニッ
ト本体と、ユニット本体の他側面に配置された反射板と
を含む。この複数の導光体は前記ユニット本体の厚み方
向に対してブリュースター角に関連する角度傾斜して積
層されている。
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であるユニッ
ト本体と、ユニット本体の他側面に配置された反射板と
を含む。この複数の導光体は前記ユニット本体の厚み方
向に対してブリュースター角に関連する角度傾斜して積
層されている。
【００２０】本発明の光の偏光方法は、第１の偏光成分
と第２の偏光成分を有する光を互いに異なる屈折率を有
する２つの物質の境界に進入させ、一部の光を反射さ
せ、一部の光を透過させる段階と、反射させた光または
透過させた光の偏光方向を変化させる段階と、反射させ
た光または透過させた光の進行方向を反射させた光およ
び透過させた光の双方を同時に利用できる方向に変化さ
せる段階とを含む。
と第２の偏光成分を有する光を互いに異なる屈折率を有
する２つの物質の境界に進入させ、一部の光を反射さ
せ、一部の光を透過させる段階と、反射させた光または
透過させた光の偏光方向を変化させる段階と、反射させ
た光または透過させた光の進行方向を反射させた光およ
び透過させた光の双方を同時に利用できる方向に変化さ
せる段階とを含む。
【００２１】本発明の光の偏光方法は、傾斜し、積層さ
れた複数の導光体から成り、一側面が光の出射面である
ユニット本体の出射面に隣接する面に向かって第１、第
２の両偏光成分を含む光を入射させる段階と、出射面に
隣接する面において第１、第２の両偏光成分を含む光を
反射させる段階と、複数の導光体のそれぞれの出射面側
の面において第１の出射方向を有する第１の偏光成分を
第２の偏光成分より多く含む光を透過させ、第２の偏光
成分を第１の偏光成分より多く含む光の一部を反射させ
る段階と、一部反射された第２の偏光成分を第１の偏光
成分より多く含む光のそれぞれをユニット本体より出射
させる段階と、ユニット本体より出射された第２の偏光
成分を第１の偏光成分より多く含む光のそれぞれについ
て光の偏光方向を変化させる段階と、偏光方向を変化さ
せられた光をそれぞれ反射する段階と、偏光方向を変化
させられ反射された光の偏光方向を再度変化させ、第２
の出射方向を有する第１の偏光成分を第２の偏光成分よ
り多く含む光にする段階と、第２の出射方向を有する第
１の偏光成分を第２の偏光成分より多く含む光のそれぞ
れをユニット本体に進入させる段階と、複数の導光体の
それぞれの出射面側の面において第２の出射方向を有す
る第１の偏光成分を第２の偏光成分より多く含む光のそ
れぞれを透過させる段階とを含む。
れた複数の導光体から成り、一側面が光の出射面である
ユニット本体の出射面に隣接する面に向かって第１、第
２の両偏光成分を含む光を入射させる段階と、出射面に
隣接する面において第１、第２の両偏光成分を含む光を
反射させる段階と、複数の導光体のそれぞれの出射面側
の面において第１の出射方向を有する第１の偏光成分を
第２の偏光成分より多く含む光を透過させ、第２の偏光
成分を第１の偏光成分より多く含む光の一部を反射させ
る段階と、一部反射された第２の偏光成分を第１の偏光
成分より多く含む光のそれぞれをユニット本体より出射
させる段階と、ユニット本体より出射された第２の偏光
成分を第１の偏光成分より多く含む光のそれぞれについ
て光の偏光方向を変化させる段階と、偏光方向を変化さ
せられた光をそれぞれ反射する段階と、偏光方向を変化
させられ反射された光の偏光方向を再度変化させ、第２
の出射方向を有する第１の偏光成分を第２の偏光成分よ
り多く含む光にする段階と、第２の出射方向を有する第
１の偏光成分を第２の偏光成分より多く含む光のそれぞ
れをユニット本体に進入させる段階と、複数の導光体の
それぞれの出射面側の面において第２の出射方向を有す
る第１の偏光成分を第２の偏光成分より多く含む光のそ
れぞれを透過させる段階とを含む。
【００２２】本発明の液晶表示装置は、光源と、液晶を
挟んだガラス基板と、上側偏光板と、第１の偏光成分と
第２の偏光成分を有する光を互いに異なる屈折率を有す
る２つの物質の境界において反射した光、および、透過
した光のうちいずれか一方の光の偏光方向を変化させる
手段と、偏光方向を変化させた光または偏光方向を変化
させた光に対する他方の光のうちいずれか一方の光の進
行方向をこれらの光を同時に利用する方向に変化させる
手段とを含む。
挟んだガラス基板と、上側偏光板と、第１の偏光成分と
第２の偏光成分を有する光を互いに異なる屈折率を有す
る２つの物質の境界において反射した光、および、透過
した光のうちいずれか一方の光の偏光方向を変化させる
手段と、偏光方向を変化させた光または偏光方向を変化
させた光に対する他方の光のうちいずれか一方の光の進
行方向をこれらの光を同時に利用する方向に変化させる
手段とを含む。
【００２３】本発明の液晶表示装置は、光源と、液晶を
挟んだガラス基板と、上側偏光板と、ユニット本体の厚
み方向に対して傾斜して積層された複数の導光体から成
り、一側面が光の出射面であるユニット本体と、ユニッ
ト本体の出射面に配置されたプリズムシートと、ユニッ
ト本体の他側面に配置された反射板と、ユニット本体と
反射板との間に配置された光の偏光方向を変化させる手
段とを含む。
挟んだガラス基板と、上側偏光板と、ユニット本体の厚
み方向に対して傾斜して積層された複数の導光体から成
り、一側面が光の出射面であるユニット本体と、ユニッ
ト本体の出射面に配置されたプリズムシートと、ユニッ
ト本体の他側面に配置された反射板と、ユニット本体と
反射板との間に配置された光の偏光方向を変化させる手
段とを含む。
【００２４】
【動作原理】ここで、図１および図２に基づいて本発明
の動作原理について説明するが、その前に、動作原理の
理解を容易にするために、図１６、図１７、および図１
８に基づいて、互いに異なる屈折率の物質の境界面を光
が透過、屈折または反射する際に、その光の偏光成分に
ついてどのような変化が起きるかについて説明する。図
１６において、互いに異なる屈折率ｎ1，ｎ2を有する２
の物質２０１，２０２の境界２０３に光２０４を進入さ
せた場合は、入射角φ1が臨界角以下の場合、一部の光
２０５は反射し、一部の光２０６は透過する。ここで、
面の入射点における入射光線の作る平面を入射面とする
と、入射光２０４の偏光成分を入射面に平行なｐ波成分
と入射面に垂直なｓ波成分とに分けることができる。
の動作原理について説明するが、その前に、動作原理の
理解を容易にするために、図１６、図１７、および図１
８に基づいて、互いに異なる屈折率の物質の境界面を光
が透過、屈折または反射する際に、その光の偏光成分に
ついてどのような変化が起きるかについて説明する。図
１６において、互いに異なる屈折率ｎ1，ｎ2を有する２
の物質２０１，２０２の境界２０３に光２０４を進入さ
せた場合は、入射角φ1が臨界角以下の場合、一部の光
２０５は反射し、一部の光２０６は透過する。ここで、
面の入射点における入射光線の作る平面を入射面とする
と、入射光２０４の偏光成分を入射面に平行なｐ波成分
と入射面に垂直なｓ波成分とに分けることができる。
【００２５】この時点での各偏光成分、ｐ波，ｓ波の透
過率は、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を誘電体について変形
することにより、 Ｔｐ＝ｓｉｎ（２φ1）×ｓｉｎ（２φ2）／（ｓｉｎ2
（φ1＋φ2）×ｃｏｓ2（φ1−φ2）） Ｔｓ＝ｓｉｎ（２φ1）×ｓｉｎ（２φ2）／ｓｉｎ
2（φ1＋φ2） ｎ1×ｓｉｎ（φ1）＝ｎ2×ｓｉｎ（φ2） 但し、Ｔｐ ： ｐ波の透過率（１−反射率Ｒｐ） Ｔｓ ： ｓ波の透過率（１−反射率Ｒｓ） φ1 ： 光の入射角 φ2 ： 光の出射角 ｎ1 ： 入射前の物質（物質２０１）の屈折率 ｎ2 ： 入射後の物質（物質２０２）の屈折率 または、 Ｒｐ＝（（（ｎ1／ｃｏｓ（φ1））−（ｎ2／ｃｏｓ
（φ2）））／（（ｎ1／ｃｏｓ（φ1））＋（ｎ2／ｃｏ
ｓ（φ2）））2 Ｒｓ＝（（（ｎ1×ｃｏｓ（φ1））−（ｎ2×ｃｏｓ
（φ2）））／（（ｎ1×ｃｏｓ（φ1））＋（ｎ2×ｃｏ
ｓ（φ2）））2 であることが知られている。
過率は、Ｍａｘｗｅｌｌの方程式を誘電体について変形
することにより、 Ｔｐ＝ｓｉｎ（２φ1）×ｓｉｎ（２φ2）／（ｓｉｎ2
（φ1＋φ2）×ｃｏｓ2（φ1−φ2）） Ｔｓ＝ｓｉｎ（２φ1）×ｓｉｎ（２φ2）／ｓｉｎ
2（φ1＋φ2） ｎ1×ｓｉｎ（φ1）＝ｎ2×ｓｉｎ（φ2） 但し、Ｔｐ ： ｐ波の透過率（１−反射率Ｒｐ） Ｔｓ ： ｓ波の透過率（１−反射率Ｒｓ） φ1 ： 光の入射角 φ2 ： 光の出射角 ｎ1 ： 入射前の物質（物質２０１）の屈折率 ｎ2 ： 入射後の物質（物質２０２）の屈折率 または、 Ｒｐ＝（（（ｎ1／ｃｏｓ（φ1））−（ｎ2／ｃｏｓ
（φ2）））／（（ｎ1／ｃｏｓ（φ1））＋（ｎ2／ｃｏ
ｓ（φ2）））2 Ｒｓ＝（（（ｎ1×ｃｏｓ（φ1））−（ｎ2×ｃｏｓ
（φ2）））／（（ｎ1×ｃｏｓ（φ1））＋（ｎ2×ｃｏ
ｓ（φ2）））2 であることが知られている。
【００２６】このときの反射率は図１７、図１８に示す
ように入射角φ1，出射角φ2とも、角度に応じてｐ波・
ｓ波の偏光成分の反射率に差が生じ、また、同一の入射
角φ1であってもｓ波・ｐ波の偏光成分において反射率
の違いが生ずる(ｓ波・ｐ波偏光成分の反射透過特性が
異なる)。例えば屈折率１．４９のアクリルから屈折率
１．００の空気中に光が進む場合（図１８）、その全反
射を起こす臨界角は４２．１度であるが、仮に、それよ
りも小さい角度である４０度で入射したとした場合、出
射角φ2はスネルの法則から７７．８度となり、これを
上述のＲｓ、Ｒｐの導入式に代入することにより算出す
ると、ｓ波の場合の反射率は３５．６９％であり、ｐ波
の透過率は７．９８％である。
ように入射角φ1，出射角φ2とも、角度に応じてｐ波・
ｓ波の偏光成分の反射率に差が生じ、また、同一の入射
角φ1であってもｓ波・ｐ波の偏光成分において反射率
の違いが生ずる(ｓ波・ｐ波偏光成分の反射透過特性が
異なる)。例えば屈折率１．４９のアクリルから屈折率
１．００の空気中に光が進む場合（図１８）、その全反
射を起こす臨界角は４２．１度であるが、仮に、それよ
りも小さい角度である４０度で入射したとした場合、出
射角φ2はスネルの法則から７７．８度となり、これを
上述のＲｓ、Ｒｐの導入式に代入することにより算出す
ると、ｓ波の場合の反射率は３５．６９％であり、ｐ波
の透過率は７．９８％である。
【００２７】そして、反射しなかった光は、導光体２０
２を透過する。この透過した光はｓ波の場合は（１００
−３５．６９＝６４．３１）％であり、ｐ波の場合は
（１００−７．９８＝９２．０２）％である。従って、
図１６において、ｓ波偏光成分を１００％、ｐ波偏光成
分を１００％有する入射光２０４が屈折率１．４９のア
クリルから屈折率１．００の空気中に４０度で進入した
場合、境界面での乱反射や物質１、２内での光の内部吸
収等の光エネルギーのロスがなければ、反射光２０５は
ｓ波偏光成分を３５．６９％、ｐ波偏光成分を７．９８
％有し、透過光２０６はｓ波偏光成分を６４．３１％、
ｐ波偏光成分を９２．０２％有することとなる。
２を透過する。この透過した光はｓ波の場合は（１００
−３５．６９＝６４．３１）％であり、ｐ波の場合は
（１００−７．９８＝９２．０２）％である。従って、
図１６において、ｓ波偏光成分を１００％、ｐ波偏光成
分を１００％有する入射光２０４が屈折率１．４９のア
クリルから屈折率１．００の空気中に４０度で進入した
場合、境界面での乱反射や物質１、２内での光の内部吸
収等の光エネルギーのロスがなければ、反射光２０５は
ｓ波偏光成分を３５．６９％、ｐ波偏光成分を７．９８
％有し、透過光２０６はｓ波偏光成分を６４．３１％、
ｐ波偏光成分を９２．０２％有することとなる。
【００２８】
【実施例】図１に示すように本発明の偏光装置は第１の
偏光成分と第２の偏光成分を有する光２０４を屈折率ｎ
1を有する物質２０１と屈折率ｎ2を有する物質２０２の
境界２０３に進入させ、一部の光２０５を反射させ、一
部の光２０６を透過させる。このとき、反射させた一部
の光２０５と、透過させた一部の光２０６は後述するよ
うに第１の偏光成分と第２の偏光成分の透過反射特性の
違いから、異なる比率で第１の偏光成分と第２の偏光成
分を含むこととなる。そして、この透過させた光２０６
の偏光方向を変化させる手段２１１により光の偏光方向
を変更することにより、この透過させた光２０６の第１
の偏光成分と第２の偏光成分の比率をさらに変更させ
る。さらに、この透過させた光２０６の進行方向を光の
進行方向の変更手段２１２により反射させた光２０５お
よび透過させた光２０６の双方を同時に利用できる方向
に変化させる。これにより、従来利用されていなかった
偏成分の少なくとも１部を利用を可能とし、光利用効率
を向上させることが可能となった。
偏光成分と第２の偏光成分を有する光２０４を屈折率ｎ
1を有する物質２０１と屈折率ｎ2を有する物質２０２の
境界２０３に進入させ、一部の光２０５を反射させ、一
部の光２０６を透過させる。このとき、反射させた一部
の光２０５と、透過させた一部の光２０６は後述するよ
うに第１の偏光成分と第２の偏光成分の透過反射特性の
違いから、異なる比率で第１の偏光成分と第２の偏光成
分を含むこととなる。そして、この透過させた光２０６
の偏光方向を変化させる手段２１１により光の偏光方向
を変更することにより、この透過させた光２０６の第１
の偏光成分と第２の偏光成分の比率をさらに変更させ
る。さらに、この透過させた光２０６の進行方向を光の
進行方向の変更手段２１２により反射させた光２０５お
よび透過させた光２０６の双方を同時に利用できる方向
に変化させる。これにより、従来利用されていなかった
偏成分の少なくとも１部を利用を可能とし、光利用効率
を向上させることが可能となった。
【００２９】ここで、図２に示すように、光の偏光方向
を変化させる手段２１１および光の進行方向の変更手段
２１２は、反射させた一部の光２０５または、透過させ
た一部の光２０６光の少なくとも一方の偏光方向を変化
させる機能および光の進行方向の変更させる機能を有す
ることに変わりはないため、反射させた一部の光２０５
側、透過させた一部の光２０６側のいずれの方向に存在
しても良く、その順番も自由である。従って、光の偏光
方向を変化させる手段２１１および光の進行方向の変更
手段２１２を各々１つに限定した場合であっても８通り
の組み合わせが可能である。
を変化させる手段２１１および光の進行方向の変更手段
２１２は、反射させた一部の光２０５または、透過させ
た一部の光２０６光の少なくとも一方の偏光方向を変化
させる機能および光の進行方向の変更させる機能を有す
ることに変わりはないため、反射させた一部の光２０５
側、透過させた一部の光２０６側のいずれの方向に存在
しても良く、その順番も自由である。従って、光の偏光
方向を変化させる手段２１１および光の進行方向の変更
手段２１２を各々１つに限定した場合であっても８通り
の組み合わせが可能である。
【００３０】さらに、反射させた一部の光２０５および
透過させた一部の光２０６光の両方の光の偏光方向を変
化させ、または光の進行方向を変更するこや、光の偏光
方向を変化させる手段２１１および光の進行方向の変更
手段２１２を複数組み合わせることも可能であり、さら
に、物質２０１、物質２０２の屈折率の選択、入射角の
設定、光の進行方向の変更手段２１２の角度、境界面と
の距離の設定により、最終的な出射光の方向や拡散を変
化させることも可能であり、かかる場合は無数の組み合
わせが考えられる。
透過させた一部の光２０６光の両方の光の偏光方向を変
化させ、または光の進行方向を変更するこや、光の偏光
方向を変化させる手段２１１および光の進行方向の変更
手段２１２を複数組み合わせることも可能であり、さら
に、物質２０１、物質２０２の屈折率の選択、入射角の
設定、光の進行方向の変更手段２１２の角度、境界面と
の距離の設定により、最終的な出射光の方向や拡散を変
化させることも可能であり、かかる場合は無数の組み合
わせが考えられる。
【００３１】具体的な数値に即して説明すると、例え
ば、反射光２０５を１／２波長板でｓ波偏光成分とｐ波
偏光成分を反転させ（説明の便宜上反転としたが、例え
ば１／４波長板等を使用して偏光成分の比率を変化させ
るでけで本発明の効果を奏する）、境界面２０３に垂直
に入射するように反射板により反射させた場合（図示せ
ず）、途中の光エネルギーのロスを無視すると、この光
はｓ波偏光成分７．９８％、ｐ波偏光成分を３５．６９
％を有しているため、透過光２０６と同時に利用した場
合、透過光２０６はｓ波偏光成分を６４．３１％、ｐ波
偏光成分を９２．０２％を有しているため、全体で、ｓ
波偏光成分７２．２９％、ｐ波偏光成分を１２７．７１
％を利用することが可能であり、ｓ波偏光成分を１００
％、ｐ波偏光成分を１００％有する入射光２０４に対し
て、ｐ波偏光成分をより多く利用することができるので
ある。
ば、反射光２０５を１／２波長板でｓ波偏光成分とｐ波
偏光成分を反転させ（説明の便宜上反転としたが、例え
ば１／４波長板等を使用して偏光成分の比率を変化させ
るでけで本発明の効果を奏する）、境界面２０３に垂直
に入射するように反射板により反射させた場合（図示せ
ず）、途中の光エネルギーのロスを無視すると、この光
はｓ波偏光成分７．９８％、ｐ波偏光成分を３５．６９
％を有しているため、透過光２０６と同時に利用した場
合、透過光２０６はｓ波偏光成分を６４．３１％、ｐ波
偏光成分を９２．０２％を有しているため、全体で、ｓ
波偏光成分７２．２９％、ｐ波偏光成分を１２７．７１
％を利用することが可能であり、ｓ波偏光成分を１００
％、ｐ波偏光成分を１００％有する入射光２０４に対し
て、ｐ波偏光成分をより多く利用することができるので
ある。
【００３２】光の偏光方向を変化させる手段２１１とし
ては１／４波長板、１／２波長板等の位相の変化を行う
位相子やファラデー素子等の偏波面を回転する旋光子等
があるが、１／２波長板は図１のように１回通すことに
より、１／４波長板を図２のように２回通すことによっ
て、ｓ波偏光成分をｐ波偏光成分に、ｐ波偏光成分をｓ
波偏光成分に変換することができる。光の進行方向を変
化させる手段２１２は反射板やプリズムシート等があ
る。さらに、光の偏光方向を変化させ、同時に光の進行
方向を変化させる手段としてフレネル・ロム等がある
が、図２の光の偏光方向を変化させる手段２１１および
光の進行方向の変更手段２１２を特定の反射角を有する
フレネル・ロム１つで置換することができる。
ては１／４波長板、１／２波長板等の位相の変化を行う
位相子やファラデー素子等の偏波面を回転する旋光子等
があるが、１／２波長板は図１のように１回通すことに
より、１／４波長板を図２のように２回通すことによっ
て、ｓ波偏光成分をｐ波偏光成分に、ｐ波偏光成分をｓ
波偏光成分に変換することができる。光の進行方向を変
化させる手段２１２は反射板やプリズムシート等があ
る。さらに、光の偏光方向を変化させ、同時に光の進行
方向を変化させる手段としてフレネル・ロム等がある
が、図２の光の偏光方向を変化させる手段２１１および
光の進行方向の変更手段２１２を特定の反射角を有する
フレネル・ロム１つで置換することができる。
【００３３】図３は、本発明のＬＣＤ装置の１実施例を
示す。本発明のＬＣＤ装置６００は面４０１を傾斜さ
せ、積層した複数の導光体４１１と、反射板４１３と、
光の偏光方向を変化させる手段４１２とを含む。 本発
明の１実施例はＬＣＤガラス・パネル６２１、偏光板６
２４並びに導光体ユニット６２６を有し、ＬＣＤガラス
・パネル６２１は、周辺エッジが例えばエポキシ樹脂の
ようなエッジ・シール６３１によりシールされた２枚の
ガラス基板６２２および６２３を有し、そしてガラス基
板６２２及び６２３の間に液晶材料が保持されている。
導光体ユニット６２６は、蛍光ランプ４１４、積層した
複数の導光体４１１と、反射板４１３と、１／４波長板
４１２、プリズムシート６２９を含む。
示す。本発明のＬＣＤ装置６００は面４０１を傾斜さ
せ、積層した複数の導光体４１１と、反射板４１３と、
光の偏光方向を変化させる手段４１２とを含む。 本発
明の１実施例はＬＣＤガラス・パネル６２１、偏光板６
２４並びに導光体ユニット６２６を有し、ＬＣＤガラス
・パネル６２１は、周辺エッジが例えばエポキシ樹脂の
ようなエッジ・シール６３１によりシールされた２枚の
ガラス基板６２２および６２３を有し、そしてガラス基
板６２２及び６２３の間に液晶材料が保持されている。
導光体ユニット６２６は、蛍光ランプ４１４、積層した
複数の導光体４１１と、反射板４１３と、１／４波長板
４１２、プリズムシート６２９を含む。
【００３４】図５、図６は本発明の導光体ユニットの好
適な実施例を示す図である。導光体ユニット４００は積
層された複数の導光体４１１から成り、一側面が光の出
射面４０３であるユニット本体４３０と、ユニット本体
４３０の他側面４０１に配置された反射板４１３と、ユ
ニット本体４３０と反射板４１３との間に配置された光
の偏光方向を変化させる手段４１２とを含んでいる。そ
して、この複数の導光体４１１はユニット本体４３０の
厚み方向に対して傾斜して積層され、且つ、反射板４１
３側の端部４０１に向かって光が入射するよう構成され
ている。
適な実施例を示す図である。導光体ユニット４００は積
層された複数の導光体４１１から成り、一側面が光の出
射面４０３であるユニット本体４３０と、ユニット本体
４３０の他側面４０１に配置された反射板４１３と、ユ
ニット本体４３０と反射板４１３との間に配置された光
の偏光方向を変化させる手段４１２とを含んでいる。そ
して、この複数の導光体４１１はユニット本体４３０の
厚み方向に対して傾斜して積層され、且つ、反射板４１
３側の端部４０１に向かって光が入射するよう構成され
ている。
【００３５】ここで、複数の導光体４１１はアクリルシ
ート等の反射面での光束減少および導光体内での材料吸
収の少なく、屈折率の大きい材料が望ましく、ポリカー
ボネート、ポリエチレン、Ｓｅ、ＡｇＣｌ等の透過型の
物質による代替も可能である。また、導光体の形状は板
またはシート状の形状に限定されず、棒状の導光体や曲
面を有する導光体等その利用に即した形状に変化させる
ことが可能である。そして、複数の導光体は同一の形
状、素材に限定されず、強度を必要とする部材を厚く、
強度を必要としない部材を薄く設計することや、強度を
有する導光体に異なる屈折率を有する物質を多層蒸着さ
せることにより、強度を維持しつつ、積層数を増加させ
ることも考えられる。さらに、導光体にアクリルシート
を使用した場合、強度および光利用効率の関係から、そ
の厚さは０．１〜４．０ｍｍであることが望ましい。
ート等の反射面での光束減少および導光体内での材料吸
収の少なく、屈折率の大きい材料が望ましく、ポリカー
ボネート、ポリエチレン、Ｓｅ、ＡｇＣｌ等の透過型の
物質による代替も可能である。また、導光体の形状は板
またはシート状の形状に限定されず、棒状の導光体や曲
面を有する導光体等その利用に即した形状に変化させる
ことが可能である。そして、複数の導光体は同一の形
状、素材に限定されず、強度を必要とする部材を厚く、
強度を必要としない部材を薄く設計することや、強度を
有する導光体に異なる屈折率を有する物質を多層蒸着さ
せることにより、強度を維持しつつ、積層数を増加させ
ることも考えられる。さらに、導光体にアクリルシート
を使用した場合、強度および光利用効率の関係から、そ
の厚さは０．１〜４．０ｍｍであることが望ましい。
【００３６】なお、本発明で言う積層は導光体と導光体
の間に空気を挿入することには限定されず、水蒸気の進
入による導光体ユニットの劣化防止や、導光体の剥離防
止等の為、導光体と導光体の間には水や接着剤、その他
導光体と屈折率が異なる物質を挿入することも含む。本
発明の反射板は反射率が高ければ高いほど好ましく、ア
ルミ蒸着シート、銀蒸着シート、金属箔等が挙げられ
る。
の間に空気を挿入することには限定されず、水蒸気の進
入による導光体ユニットの劣化防止や、導光体の剥離防
止等の為、導光体と導光体の間には水や接着剤、その他
導光体と屈折率が異なる物質を挿入することも含む。本
発明の反射板は反射率が高ければ高いほど好ましく、ア
ルミ蒸着シート、銀蒸着シート、金属箔等が挙げられ
る。
【００３７】本発明の導光体ユニットの好適な実施例に
おいては端面４０２側に光源を有しており、複数の導光
体４１１のうち１以上の導光体内に面４０１に向かって
光を進入させる。
おいては端面４０２側に光源を有しており、複数の導光
体４１１のうち１以上の導光体内に面４０１に向かって
光を進入させる。
【００３８】図８は端面４０２における光の進入と、光
の流れを示す。蛍光ランプ（光源）４１４から出射され
た光は導光体エッジから導光体内に入射する。導光体端
面に対してはあらゆる角度から光が入射するが、入射後
の光はスネルの法則により±４２．１度以内となる。後
述する図６の点４３４においてブリュースター角で入射
光４２１を面４０４に入射させるさせることが望ましい
ので、入射光４２１を平行に集約することにより光利用
効率を高めることができる。かかる光の集約手段として
は、レンズや凸面鏡を使用した集約手段や導光体の光を
入射させる端面４０２を凸レンズの形状にする手段また
はそれらの組み合わせによる手段等がある。
の流れを示す。蛍光ランプ（光源）４１４から出射され
た光は導光体エッジから導光体内に入射する。導光体端
面に対してはあらゆる角度から光が入射するが、入射後
の光はスネルの法則により±４２．１度以内となる。後
述する図６の点４３４においてブリュースター角で入射
光４２１を面４０４に入射させるさせることが望ましい
ので、入射光４２１を平行に集約することにより光利用
効率を高めることができる。かかる光の集約手段として
は、レンズや凸面鏡を使用した集約手段や導光体の光を
入射させる端面４０２を凸レンズの形状にする手段また
はそれらの組み合わせによる手段等がある。
【００３９】導光体４１１同士は薄い空気層４１５によ
って仕切られているので、導光体屈折率ｎ＝１．４９＞
空気屈折率ｎ＝１．０により、前記光の集約手段が存在
しなくとも、図８に示すように、導光体内の光は臨界角
以上の入射角において全反射を起こし、ロスすることな
く導光体エッジまで伝わっていく。入射光４２１は全反
射を繰り返しているため、この時点においても偏光は有
さない。実施例に示す傾斜角１４度の場合、導光体エッ
ジのくさび部分（図６を参照されたい）で点４３１、４
３２、４３３において全反射を３回繰り返した後入射角
が臨界角より小さくなり（導光体の傾斜角に応じて入射
角が小さくなる）、点４３４で導光体４１１の外に出射
される。
って仕切られているので、導光体屈折率ｎ＝１．４９＞
空気屈折率ｎ＝１．０により、前記光の集約手段が存在
しなくとも、図８に示すように、導光体内の光は臨界角
以上の入射角において全反射を起こし、ロスすることな
く導光体エッジまで伝わっていく。入射光４２１は全反
射を繰り返しているため、この時点においても偏光は有
さない。実施例に示す傾斜角１４度の場合、導光体エッ
ジのくさび部分（図６を参照されたい）で点４３１、４
３２、４３３において全反射を３回繰り返した後入射角
が臨界角より小さくなり（導光体の傾斜角に応じて入射
角が小さくなる）、点４３４で導光体４１１の外に出射
される。
【００４０】この点４３４における入射角は図９に示す
ように入射角３３．９度においてｐ波の反射率が０とな
る。空気層から導光体内に入射する場合も図９のよう
に、入射角５６．１度においてｐ波のそれが０にこの角
をブリュースター角と呼ぶ。このブリュースター角にお
けるｓ波の反射率はそれぞれ１４．５％である。屈折率
ｎ＝１．４９の導光体４１１から屈折率ｎ＝１．００の
空気中に３３．９度の入射角で光が入射するとき、スネ
ルの法則により、屈折角は５６．１度となる。この角度
は空気中から屈折率ｎ＝１．４９の物質に出射する際の
ブリュースター角と一致する。
ように入射角３３．９度においてｐ波の反射率が０とな
る。空気層から導光体内に入射する場合も図９のよう
に、入射角５６．１度においてｐ波のそれが０にこの角
をブリュースター角と呼ぶ。このブリュースター角にお
けるｓ波の反射率はそれぞれ１４．５％である。屈折率
ｎ＝１．４９の導光体４１１から屈折率ｎ＝１．００の
空気中に３３．９度の入射角で光が入射するとき、スネ
ルの法則により、屈折角は５６．１度となる。この角度
は空気中から屈折率ｎ＝１．４９の物質に出射する際の
ブリュースター角と一致する。
【００４１】このときのｐはの透過率は図１７、図１８
より、（１００−０）×（１００−０）＝１００％透過
するが、ｓ波は（１００−１４．５）×（１００−１
４．５）＝７３．１％しか透過しない。したがって、図
５の第１出射光４２２は導光体４１１を１つ通過するご
とに、ｐ波は１００％透過するが、ｓ波は７３．１％の
み透過し、（１４．５＋１２．４）％は反射する。板状
導光板を次々と通過する間にｓ波のみ反射を繰り返し透
過した光は偏光度を増していく。
より、（１００−０）×（１００−０）＝１００％透過
するが、ｓ波は（１００−１４．５）×（１００−１
４．５）＝７３．１％しか透過しない。したがって、図
５の第１出射光４２２は導光体４１１を１つ通過するご
とに、ｐ波は１００％透過するが、ｓ波は７３．１％の
み透過し、（１４．５＋１２．４）％は反射する。板状
導光板を次々と通過する間にｓ波のみ反射を繰り返し透
過した光は偏光度を増していく。
【００４２】第１出射光４２２が上面（出射面）４０３
から出射するまでに約１０層の導光板を通過する場合、
この時点の最終透過率はｐ波は（１．００）10＝１００
％、ｓ波は（０．７３）10＝４％となる。導光体厚を半
分にし、積層を２０層にした場合は、ｓ波の透過率を
（０．７３）20＝０．２％とすることができる。このよ
うに導光体厚を薄くし、積層枚数を増加することによ
り、偏光度を増加することが可能となるが、アクリルシ
ートを導光体として採用した場合、導光板の強度の問題
から導光板厚は０．１ｍｍ〜４．０ｍｍとするのが好ま
しい。また、導光体と導光体の間に空気層を挿入する場
合は、この空気層をできるだけ薄くまた、導光体同士の
癒着を防止するため、導光体をある程度の剛性を有する
物質で構成することが望ましい。
から出射するまでに約１０層の導光板を通過する場合、
この時点の最終透過率はｐ波は（１．００）10＝１００
％、ｓ波は（０．７３）10＝４％となる。導光体厚を半
分にし、積層を２０層にした場合は、ｓ波の透過率を
（０．７３）20＝０．２％とすることができる。このよ
うに導光体厚を薄くし、積層枚数を増加することによ
り、偏光度を増加することが可能となるが、アクリルシ
ートを導光体として採用した場合、導光板の強度の問題
から導光板厚は０．１ｍｍ〜４．０ｍｍとするのが好ま
しい。また、導光体と導光体の間に空気層を挿入する場
合は、この空気層をできるだけ薄くまた、導光体同士の
癒着を防止するため、導光体をある程度の剛性を有する
物質で構成することが望ましい。
【００４３】入射光４２１を平行光に集約した場合、点
４３４で入射角をブリュースター角に一致させるために
は、幾何学的解析により導光体４１１が下記のα［ｒａ
ｄ］傾斜していることを要する。 但し、 α ： （π／２ − θ1）／２ｍ θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2 2／（ｎ1 2＋ｎ2 2））1/2） ｎ1 ： 導光体間に挿入されている物質の屈折率 ｎ2 ： 導光体の屈折率
４３４で入射角をブリュースター角に一致させるために
は、幾何学的解析により導光体４１１が下記のα［ｒａ
ｄ］傾斜していることを要する。 但し、 α ： （π／２ − θ1）／２ｍ θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2 2／（ｎ1 2＋ｎ2 2））1/2） ｎ1 ： 導光体間に挿入されている物質の屈折率 ｎ2 ： 導光体の屈折率
【００４４】ここで、ｍは１以上の自然数を示すが、点
４３４において入射光４２１が全反射せず、一部の光が
透過した場合、図１７に示すようにｐ波成分を多く有す
る光が透過するため、後述する光の偏光方向の変更手段
（１／４波長板）４１２により、ｓ波成分を多く有する
光に変換されるため、光の利用効率が悪くなる、また、
点４３２において、全反射しない場合も、光利用効率が
低下する。したがって、ｍは入射光４２１を全反射させ
る臨界角との関係から、 ｍ ＜ （π／２−θ1）／（θ2−θ1） 但し、θ2 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射
する際の臨界角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）） に設定することが好ましい。
４３４において入射光４２１が全反射せず、一部の光が
透過した場合、図１７に示すようにｐ波成分を多く有す
る光が透過するため、後述する光の偏光方向の変更手段
（１／４波長板）４１２により、ｓ波成分を多く有する
光に変換されるため、光の利用効率が悪くなる、また、
点４３２において、全反射しない場合も、光利用効率が
低下する。したがって、ｍは入射光４２１を全反射させ
る臨界角との関係から、 ｍ ＜ （π／２−θ1）／（θ2−θ1） 但し、θ2 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射
する際の臨界角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）） に設定することが好ましい。
【００４５】このｍを大きな値に設定した場合、端面４
０２に体する出射面４０３を広く設定することが可能で
あり、導光体ユニットの薄型化を図れるという効果を有
するという反面、加工に労力を有するというデメリット
もある。なお、実施例の導光体が屈折率１．４９のアク
リルシートであり、屈折率１．００の空気中に積層した
場合、導光体の傾斜角は２８／ｍ度に設定することが好
ましい。図７はｍ＝３、傾斜角４０５＝９．３度の場合
の実施例である。
０２に体する出射面４０３を広く設定することが可能で
あり、導光体ユニットの薄型化を図れるという効果を有
するという反面、加工に労力を有するというデメリット
もある。なお、実施例の導光体が屈折率１．４９のアク
リルシートであり、屈折率１．００の空気中に積層した
場合、導光体の傾斜角は２８／ｍ度に設定することが好
ましい。図７はｍ＝３、傾斜角４０５＝９．３度の場合
の実施例である。
【００４６】但し、実施に上記の導光体４１１の傾斜角
α を（π／２ − θ1）／２ｍに加工することは困難
な場合が多く、第１出射光４２２の各層におけるｐ波成
分の反射が０．１％以下であれば、２０層通過した場合
でも（０．９９９）20＝０．９８０により、２％のロス
しか生じないので問題は少ない。点４３４におけるｐ波
成分の反射０．１％以下の入射角のトラレンスは±３度
であることから、導光体の傾斜角のトラレンスは３／２
ｍ［度］（＝π／１２０ｍ［ｒａｄ］）と考えられる。
α を（π／２ − θ1）／２ｍに加工することは困難
な場合が多く、第１出射光４２２の各層におけるｐ波成
分の反射が０．１％以下であれば、２０層通過した場合
でも（０．９９９）20＝０．９８０により、２％のロス
しか生じないので問題は少ない。点４３４におけるｐ波
成分の反射０．１％以下の入射角のトラレンスは±３度
であることから、導光体の傾斜角のトラレンスは３／２
ｍ［度］（＝π／１２０ｍ［ｒａｄ］）と考えられる。
【００４７】次に、反射したｓ波であるが、反射したｓ
波と導光体との幾何学的位置関係が臨界角以下であるた
め、導光板の各層にて反射したｓ波は底面４０１に向か
って進む。この光４２３は光の偏光方向の変更手段の１
つである１／４波長板４１２を通過し、反射板４１３に
よって反射され、更にもう一度１／４波長板４１２を通
過する。このように１／４波長板４１２を２度通過する
ことにより、合計して１／２波長位相がずれ、ｓ波成分
がｐ波成分に変換される。そして、反射光４２５は再び
導光体４１１に入射し、第２出射光４２７として、出射
面４０３より出射する。導光体ユニットで見た場合、出
射面から出射される光はｐ波成分がほとんどとなり、導
光体ユニットの光の偏光軸と液晶セルの偏光軸を合わせ
ることにより、従来利用されていなかった偏光成分の少
なくとも１部を利用を可能とし、光利用効率を向上させ
ることが可能となった。
波と導光体との幾何学的位置関係が臨界角以下であるた
め、導光板の各層にて反射したｓ波は底面４０１に向か
って進む。この光４２３は光の偏光方向の変更手段の１
つである１／４波長板４１２を通過し、反射板４１３に
よって反射され、更にもう一度１／４波長板４１２を通
過する。このように１／４波長板４１２を２度通過する
ことにより、合計して１／２波長位相がずれ、ｓ波成分
がｐ波成分に変換される。そして、反射光４２５は再び
導光体４１１に入射し、第２出射光４２７として、出射
面４０３より出射する。導光体ユニットで見た場合、出
射面から出射される光はｐ波成分がほとんどとなり、導
光体ユニットの光の偏光軸と液晶セルの偏光軸を合わせ
ることにより、従来利用されていなかった偏光成分の少
なくとも１部を利用を可能とし、光利用効率を向上させ
ることが可能となった。
【００４８】本発明の１実施例におけるＬＣＤ装置にお
いては、我々の実測上、図４に示すＬＣＤモジュール６
００のように、光源４１４において発生させた光は、導
光体ユニット４００における透過率約９６％、プリズム
シート６２９における透過率約９５％、（下側偏光板な
し）、ガラス基板６２２におけるアレイ開口率約４０
％、カラ−フィルタ６２８の透過率約３０％、上側偏光
板６２４の透過率約９０％となり、光源４１４において
発生した光の９．８％の利用が可能となり、図１５に示
す従来の光利用効率３．５％に比し、実に２．８倍の光
利用が可能となった。
いては、我々の実測上、図４に示すＬＣＤモジュール６
００のように、光源４１４において発生させた光は、導
光体ユニット４００における透過率約９６％、プリズム
シート６２９における透過率約９５％、（下側偏光板な
し）、ガラス基板６２２におけるアレイ開口率約４０
％、カラ−フィルタ６２８の透過率約３０％、上側偏光
板６２４の透過率約９０％となり、光源４１４において
発生した光の９．８％の利用が可能となり、図１５に示
す従来の光利用効率３．５％に比し、実に２．８倍の光
利用が可能となった。
【００４９】なお、図５乃至図７に示すように、複数の
導光体４１１の反射板側の端部４０１を一面に揃えた態
様を説明したが、複数の導光体４１１はかかる形状を有
さず、垂直の角を有する市販のアクリルシートにより本
導光体ユニットを構成することも可能である。かかる場
合図６に示す楔形の部分が空気層によって構成されるこ
ととなるが、導光体４１１から、楔形の空気層に入射光
４２１を出射させた場合、その境界面で一部の光の反射
が起き、また、入射光が完全な平行光でない場合、導光
体４１１から空気層に出射される場合、導光体４１１か
らの出射時点で導光体の屈折率＞空気の屈折率であるこ
とから、光の拡散が生じてしまう。さらに、図６に示す
点４３４におけるｓ波成分の反射がなくなる。このよう
に、かかる構成を選択した場合は光利用効率が低下する
が、加工が非常に容易になるという利点を有する。
導光体４１１の反射板側の端部４０１を一面に揃えた態
様を説明したが、複数の導光体４１１はかかる形状を有
さず、垂直の角を有する市販のアクリルシートにより本
導光体ユニットを構成することも可能である。かかる場
合図６に示す楔形の部分が空気層によって構成されるこ
ととなるが、導光体４１１から、楔形の空気層に入射光
４２１を出射させた場合、その境界面で一部の光の反射
が起き、また、入射光が完全な平行光でない場合、導光
体４１１から空気層に出射される場合、導光体４１１か
らの出射時点で導光体の屈折率＞空気の屈折率であるこ
とから、光の拡散が生じてしまう。さらに、図６に示す
点４３４におけるｓ波成分の反射がなくなる。このよう
に、かかる構成を選択した場合は光利用効率が低下する
が、加工が非常に容易になるという利点を有する。
【００５０】本発明の導光体ユニットを実際のＬＣＤ装
置に使用する場合、図５の傾斜角１４度のタイプで第１
出射光４２２は２０度、第２出射光４２７は５５度であ
り、図７の傾斜角９．３度のタイプで第１出射光４２２
は２４．５度、第２出射光４２７は５７．７度であり、
ＬＣＤ装置の薄型化を図るためには何らかの方法で、こ
れらの方向４２２、４２７を出射面４０３に垂直となる
よう光の方向を補正しなければならない。かかる方法と
して、プリズムシートを出射面に配設する方法や、出射
面自体に溝を施す方法が考えられる。
置に使用する場合、図５の傾斜角１４度のタイプで第１
出射光４２２は２０度、第２出射光４２７は５５度であ
り、図７の傾斜角９．３度のタイプで第１出射光４２２
は２４．５度、第２出射光４２７は５７．７度であり、
ＬＣＤ装置の薄型化を図るためには何らかの方法で、こ
れらの方向４２２、４２７を出射面４０３に垂直となる
よう光の方向を補正しなければならない。かかる方法と
して、プリズムシートを出射面に配設する方法や、出射
面自体に溝を施す方法が考えられる。
【００５１】図１０乃至図１２は、プリズムシートを使
用して、光の出射方向を補正した例である。図１０、図
１１は導光体の傾斜角が１４度の場合、図１２は導光体
の傾斜角が９．３度の場合である。
用して、光の出射方向を補正した例である。図１０、図
１１は導光体の傾斜角が１４度の場合、図１２は導光体
の傾斜角が９．３度の場合である。
【００５２】図１０に示すように、導光体ユニット４０
０の出射面４０３より出射した第１出射光４２２はプリ
ズムシートの底面４０６に入射する。このときの入射角
をＡとすると、この入射角Ａは図６の点４３４における
入射角（好適な実施例の場合はブリュースター角に等し
い）に対し、導光体４１１の傾斜角αだけ傾いている。
従って、Ａ ＝ ｓｉｎ-1（ｎ1ｓｉｎθ1）＋α と表
すことができる。また、このプリズムシートの屈折率を
ｎ3とすると、プリズムシートへの出射角Ｂは、スネル
の法則から、Ｂ ＝ ｓｉｎ-1（ｓｉｎＡ／ｎ3） と
表すことができる。そしてこの光を導光体ユニット４０
０の出射面４０３に垂直方向に屈折させ出射する直角三
角形の２辺を有するプリズムシートの上角Ｃはスネルの
法則から、 ｎ3×ｓｉｎ（（π／２）−Ｂ−Ｃ）＝１×ｓｉｎ
（（π／２）−Ｃ） であることから、 Ｃ ＝ ｔａｎ-1（ｎ3×ｃｏｓＢ−１）／ｓｉｎＡ） または、Ｂを消去し、 Ｃ ＝ ｔａｎ-1（（ｎ3ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（ｓｉｎＡ
／ｎ3））−１）／ｓｉｎＡ） となる。
０の出射面４０３より出射した第１出射光４２２はプリ
ズムシートの底面４０６に入射する。このときの入射角
をＡとすると、この入射角Ａは図６の点４３４における
入射角（好適な実施例の場合はブリュースター角に等し
い）に対し、導光体４１１の傾斜角αだけ傾いている。
従って、Ａ ＝ ｓｉｎ-1（ｎ1ｓｉｎθ1）＋α と表
すことができる。また、このプリズムシートの屈折率を
ｎ3とすると、プリズムシートへの出射角Ｂは、スネル
の法則から、Ｂ ＝ ｓｉｎ-1（ｓｉｎＡ／ｎ3） と
表すことができる。そしてこの光を導光体ユニット４０
０の出射面４０３に垂直方向に屈折させ出射する直角三
角形の２辺を有するプリズムシートの上角Ｃはスネルの
法則から、 ｎ3×ｓｉｎ（（π／２）−Ｂ−Ｃ）＝１×ｓｉｎ
（（π／２）−Ｃ） であることから、 Ｃ ＝ ｔａｎ-1（ｎ3×ｃｏｓＢ−１）／ｓｉｎＡ） または、Ｂを消去し、 Ｃ ＝ ｔａｎ-1（（ｎ3ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（ｓｉｎＡ
／ｎ3））−１）／ｓｉｎＡ） となる。
【００５３】さらに、図１１に示すような二等辺三角形
の形状を有するプリズムの場合、この上角は、直角三角
形の上角の２倍に設定することにより、出射光４２２を
出射面４０３に垂直な方向に出射できることは明らかで
あろう。なお、図１１に示すように、上角が二等辺三角
形の２辺を有するプリズムシートの場合隣の山に出射光
が更に入射してしまう確立が大きいという欠点を有する
が、分留りが能く、製造上コストが安いという利点を有
する。さらに、出射光の進行方向の補正は斜面４０７で
行うため、図１２に示すように直角三角形または二等辺
三角形の上角は曲線であってもよい。
の形状を有するプリズムの場合、この上角は、直角三角
形の上角の２倍に設定することにより、出射光４２２を
出射面４０３に垂直な方向に出射できることは明らかで
あろう。なお、図１１に示すように、上角が二等辺三角
形の２辺を有するプリズムシートの場合隣の山に出射光
が更に入射してしまう確立が大きいという欠点を有する
が、分留りが能く、製造上コストが安いという利点を有
する。さらに、出射光の進行方向の補正は斜面４０７で
行うため、図１２に示すように直角三角形または二等辺
三角形の上角は曲線であってもよい。
【００５４】なお、この補正された出射光は丁度出射面
４０３に対し９０度でなくとも、人間の目には±２度く
らいの傾きは問題にならないため、直角三角形の２辺を
有するプリズムシートの上角は±２度（π／９０［ｒａ
ｄ］）、二等辺三角形の場合は±４度（π／４５［ｒａ
ｄ］）のトラレンスを有する。なお、本実施例において
はプリズムシートにおける設計値を示したが、これを出
射面自体に施した溝に応用し、かかる溝の形状を特定す
ることは当業者に容易に行われるものである。
４０３に対し９０度でなくとも、人間の目には±２度く
らいの傾きは問題にならないため、直角三角形の２辺を
有するプリズムシートの上角は±２度（π／９０［ｒａ
ｄ］）、二等辺三角形の場合は±４度（π／４５［ｒａ
ｄ］）のトラレンスを有する。なお、本実施例において
はプリズムシートにおける設計値を示したが、これを出
射面自体に施した溝に応用し、かかる溝の形状を特定す
ることは当業者に容易に行われるものである。
【００５５】再び図５、図６を参照されたい。図に示す
ように、第２出射光４２７は反射板４１３が面４０１に
平行に配置されているため、図５の傾斜角１４度のタイ
プでは第１出射光４２２の出射角４０７が２０度である
のに対し、第２出射光４２７の出射角４０８は５５度に
なっており、図７の傾斜角９．３度のタイプでは第１出
射光４２２の出射角４０７が２４．５度であるのに対
し、第２出射光４２７の出射角４０８は５７．７度にな
っている。従って、出射面４０３で出射し（４２３）、
１／４波長板によりｐ波成分に変換された場合であって
も、導光体４１１にブリュースター角で導光体４１１に
入射しないため、実際には、若干の光の損失が発生す
る。
ように、第２出射光４２７は反射板４１３が面４０１に
平行に配置されているため、図５の傾斜角１４度のタイ
プでは第１出射光４２２の出射角４０７が２０度である
のに対し、第２出射光４２７の出射角４０８は５５度に
なっており、図７の傾斜角９．３度のタイプでは第１出
射光４２２の出射角４０７が２４．５度であるのに対
し、第２出射光４２７の出射角４０８は５７．７度にな
っている。従って、出射面４０３で出射し（４２３）、
１／４波長板によりｐ波成分に変換された場合であって
も、導光体４１１にブリュースター角で導光体４１１に
入射しないため、実際には、若干の光の損失が発生す
る。
【００５６】また、第１出射光４２２と第２出射光４２
７を同一方向で利用したい場合が多いであろう。このた
め、反射板による反射方向を補正することにより第２出
射光４２７の出射角４０８を第１出射光４２２の出射角
４０７に近づけることによって光利用効率を高めること
ができる。しかし、かかる手段のみで、第２出射光４２
７の出射角４０８を第１出射光４２２の出射角４０７と
同一に設定することはできない。それは、導光体が傾斜
しているため底面４０１で反射された光４２５を導光体
４１１内に透過させず、全反射してしまうからである。
かかる問題を解決するために、異なる屈折率を有する物
質を積層し、段階的に屈折させ、面４０１に入射させる
ことも可能である（図示せず）。なお、この第２出射光
４２７の出射角４０８の補正手段も反射板を傾ける手段
のほか、角度を変更して出射するフレネル・ロムを用い
る、プリズムシートを用いる等があり、この反射板を傾
けることに関しては省スペースのために階段状にする等
も考えられる。
７を同一方向で利用したい場合が多いであろう。このた
め、反射板による反射方向を補正することにより第２出
射光４２７の出射角４０８を第１出射光４２２の出射角
４０７に近づけることによって光利用効率を高めること
ができる。しかし、かかる手段のみで、第２出射光４２
７の出射角４０８を第１出射光４２２の出射角４０７と
同一に設定することはできない。それは、導光体が傾斜
しているため底面４０１で反射された光４２５を導光体
４１１内に透過させず、全反射してしまうからである。
かかる問題を解決するために、異なる屈折率を有する物
質を積層し、段階的に屈折させ、面４０１に入射させる
ことも可能である（図示せず）。なお、この第２出射光
４２７の出射角４０８の補正手段も反射板を傾ける手段
のほか、角度を変更して出射するフレネル・ロムを用い
る、プリズムシートを用いる等があり、この反射板を傾
けることに関しては省スペースのために階段状にする等
も考えられる。
【００５７】次に導光体の出射面の形状であるが、これ
が、図７のように、面４０９が垂直であると出射光が導
光体に最入射してしまい、光利用効率が低下する。この
ため、面４０９は第１出射光の出射角４０７に揃え、カ
ットすることが望ましい。
が、図７のように、面４０９が垂直であると出射光が導
光体に最入射してしまい、光利用効率が低下する。この
ため、面４０９は第１出射光の出射角４０７に揃え、カ
ットすることが望ましい。
【００５８】本発明の別の態様について説明する。本発
明の導光体ユニットは、図１３、図１４に示すように、
上述した導光体ユニット４００とほぼ同じ形状を有して
いるが、本発明の導光体ユニットは反射板や光の偏光方
向を変化させる手段を含まない点と反射板側の端部４０
１を一面に揃え、導光体の傾斜角をブリュースター角に
対応した角度傾斜させることを要件としている点で異な
る。このような構成のみで、図５に示した第１出射光４
２２を利用することが可能であり、また、導光体の傾斜
角（第１、第２の両偏光成分を含む光４２１が最初に進
入した角）は従来の透過型直線偏光器の導光体の傾斜角
より小さく設定されているため、従来の透過型直線偏光
器よりも出射面に幅広く第１の偏光成分を第２の偏光成
分より多く含む光４２２を拡散して出射することができ
るという顕著な効果を有している（逆に、出射面から光
を入射し、集約して出射することも可能である）。な
お、この導光体ユニット５００の形状においても上述の
導光体ユニット４００と同様の性質を有していることは
説明を必要としないであろう。
明の導光体ユニットは、図１３、図１４に示すように、
上述した導光体ユニット４００とほぼ同じ形状を有して
いるが、本発明の導光体ユニットは反射板や光の偏光方
向を変化させる手段を含まない点と反射板側の端部４０
１を一面に揃え、導光体の傾斜角をブリュースター角に
対応した角度傾斜させることを要件としている点で異な
る。このような構成のみで、図５に示した第１出射光４
２２を利用することが可能であり、また、導光体の傾斜
角（第１、第２の両偏光成分を含む光４２１が最初に進
入した角）は従来の透過型直線偏光器の導光体の傾斜角
より小さく設定されているため、従来の透過型直線偏光
器よりも出射面に幅広く第１の偏光成分を第２の偏光成
分より多く含む光４２２を拡散して出射することができ
るという顕著な効果を有している（逆に、出射面から光
を入射し、集約して出射することも可能である）。な
お、この導光体ユニット５００の形状においても上述の
導光体ユニット４００と同様の性質を有していることは
説明を必要としないであろう。
【００５９】本発明の別の態様についても、上述の導光
体ユニット４００と同様、面４０１を一面に揃えること
を要件としないが、かかる場合は反射板が必須の構成要
素となる。このとき、導光体ユニット４００において説
明したように、図６に示す楔形の部分が空気層によって
構成されることとなるが、導光体４１１から、楔形の空
気層に入射光４２１を出射させた場合、その境界面で一
部の光の反射が起き、また、入射光が完全な平行光でな
い場合、導光体４１１から空気層に出射される場合、導
光体４１１からの出射時点で導光体の屈折率＞空気の屈
折率であることから、光の拡散が生じてしまう。さら
に、図６に示す点４３４におけるｓ波成分の反射がなく
なる。このように、かかる構成を選択した場合は光利用
効率が低下するが、加工が非常に容易になるという利点
を有する。
体ユニット４００と同様、面４０１を一面に揃えること
を要件としないが、かかる場合は反射板が必須の構成要
素となる。このとき、導光体ユニット４００において説
明したように、図６に示す楔形の部分が空気層によって
構成されることとなるが、導光体４１１から、楔形の空
気層に入射光４２１を出射させた場合、その境界面で一
部の光の反射が起き、また、入射光が完全な平行光でな
い場合、導光体４１１から空気層に出射される場合、導
光体４１１からの出射時点で導光体の屈折率＞空気の屈
折率であることから、光の拡散が生じてしまう。さら
に、図６に示す点４３４におけるｓ波成分の反射がなく
なる。このように、かかる構成を選択した場合は光利用
効率が低下するが、加工が非常に容易になるという利点
を有する。
【００６０】
【発明の効果】前述のごとく、本発明は、偏光を得るに
際し、従来偏光板に吸収されていた偏光成分を目的の偏
光成分に変換し、１００％に近い光利用効率を達成す
る。これにより、低消費電力且つ高輝度のバックライト
システムを提供することができる。また、従来発生して
いた偏光板からの熱を解消する。これにより、部品の劣
化の少なく、熱に弱い性質を有するＬＣＤ装置に対応す
るバックライトを提供することができる。そして、従来
ＬＣＤ装置の必須の構成要素であった下側偏光板を使用
せずに、同装置を構成することを可能にする。さらに、
集約された光を幅広い出射面に拡散して出射し、入射角
と異なる方向で出射し、同時に一定の偏光成分を得るこ
とを可能とする導光体ユニットを提供する。
際し、従来偏光板に吸収されていた偏光成分を目的の偏
光成分に変換し、１００％に近い光利用効率を達成す
る。これにより、低消費電力且つ高輝度のバックライト
システムを提供することができる。また、従来発生して
いた偏光板からの熱を解消する。これにより、部品の劣
化の少なく、熱に弱い性質を有するＬＣＤ装置に対応す
るバックライトを提供することができる。そして、従来
ＬＣＤ装置の必須の構成要素であった下側偏光板を使用
せずに、同装置を構成することを可能にする。さらに、
集約された光を幅広い出射面に拡散して出射し、入射角
と異なる方向で出射し、同時に一定の偏光成分を得るこ
とを可能とする導光体ユニットを提供する。
【００６１】
【図１】本発明の偏光装置の構造を示す図である。
【図２】本発明の偏光装置の構造を示す図である。
【図３】本発明のＬＣＤ装置を示す図である。
【図４】本発明のＬＣＤ装置を示す図である。
【図５】本発明の導光体ユニットの実施例の構造を示す
図である。
図である。
【図６】本発明の導光体ユニットの実施例の構造を示す
拡大図である。
拡大図である。
【図７】本発明の導光体ユニットの実施例の構造を示す
図である。
図である。
【図８】本発明の導光体の端面における光の入射を示す
図である。
図である。
【図９】屈折率１．０の物質から屈折率１．４９の物質
に光がブリュースター角で入射する場合の反射率及び透
過率を示す図である。
に光がブリュースター角で入射する場合の反射率及び透
過率を示す図である。
【図１０】本発明のプリズムシートの構造を示す図であ
る。
る。
【図１１】本発明のプリズムシートの構造を示す図であ
る。
る。
【図１２】本発明のプリズムシートの構造を示す図であ
る。
る。
【図１３】本発明の導光体ユニットを示す図である。
【図１４】本発明の導光体ユニットを示す図である。
【図１５】従来のＬＣＤ装置を示す図である。
【図１６】異なる物質間における光の屈折を示す図であ
る。
る。
【図１７】屈折率１．０の物質から屈折率１．４９の物
質に光が入射する場合の反射率の特性曲線を示す図であ
る。
質に光が入射する場合の反射率の特性曲線を示す図であ
る。
【図１８】屈折率１．４９の物質から屈折率１．０の物
質に光が入射する場合の反射率の特性曲線を示す図であ
る。
質に光が入射する場合の反射率の特性曲線を示す図であ
る。
【００６２】
１００ 従来のＬＣＤ装置 １０１ 光源 １０２ 導光板 １０３ 拡散シート １０４ 下側偏光板 １０５ ガラス基板 １０６ カラ−フィルタ １０７ 上側偏光板 １０８ バックライト ２０１ 物質１ ２０２ 物質２ ２０３ 物質の境界 ２０４ 入射光 ２０５ 反射光 ２０６ 透過光 ２１１ 光の偏光方向の変更手段 ２１２ 光の進行方向の変更手段 ４００ 導光体ユニット ４０１ 低面（反射板側の端部） ４０２ 入射面 ４０３ 出射面 ４０７ 第１出射角 ４０８ 第２出射角 ４１１ 導光体 ４１２ １／４波長板 ４１３ 反射板 ４１４ 蛍光ランプ ４２１ 入射光 ４２２ 第１出射光 ４２７ 第２出射光 ４３０ ユニット本体 ５００ 導光体ユニット ６００ ＬＣＤ装置 ６２１ ＬＣＤガラス・パネル ６２２ ガラス基板 ６２３ ガラス基板 ６２４ 上側偏光板 ６２６ バックライト装置 ６２９ プリズムシート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−138413（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−212104（ＪＰ，Ａ) 米国特許4798448（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02B 5/30 G02F 1/1335 ＰＣＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (22)
- 【請求項１】積層された複数の導光体から成り、一側面
が光の出射面であるユニット本体と、 前記ユニット本体の他側面に配置された反射板と、 前記ユニット本体と前記反射板との間に配置された光の
偏光方向を変化させる手段と、 を含む導光体ユニットであって、 前記複数の導光体は前記ユニット本体の厚み方向に対し
て傾斜して積層されている導光体ユニット。 - 【請求項２】積層された複数の導光体から成り、一側面
が光の出射面であるユニット本体と、 前記ユニット本体の他側面に配置された反射板と、 前記ユニット本体と前記反射板との間に配置された光の
偏光方向を変化させる手段と、 を含む導光体ユニットであって、 前記複数の導光体は前記ユニット本体の厚み方向に対し
て傾斜して積層され、且つ、前記反射板側の端部に向か
って光が入射するよう構成されている導光体ユニット。 - 【請求項３】前記反射板側の端部に向かって入射する光
を平行に集約する手段を含むことを特徴とする請求項２
に記載の導光体ユニット。 - 【請求項４】前記複数の導光体の前記反射板側の端部は
一面に切り揃えられた形状であることを特徴とする請求
項１に記載の導光体ユニット。 - 【請求項５】前記出射面は前記複数の導光体の端部から
成る階段形状であり、前記階段形状は前記出射面から出
射する特定の偏光成分に関する出射角に平行な面を含ん
でいることを特徴とする請求項１に記載の導光体ユニッ
ト。 - 【請求項６】前記複数の導光体の前記反射板側の端部の
傾斜角はα［ｒａｄ］であることを特徴とする請求項１
に記載の導光体ユニット。 但し、 α ： （π／２ − θ1）／２ｍ θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2 2／（ｎ1 2＋ｎ2 2））1/2） ｎ1 ： 導光体間に挿入されている物質の屈折率 ｎ2 ： 導光体の屈折率 ｍ ： （π／２−θ1）／（θ2−θ1）未満の自然数 θ2 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
の臨界角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）） - 【請求項７】前記複数の導光体の前記反射板側の端部の
傾斜角はα ± π／１２０ｍ［ｒａｄ］であることを
特徴とする請求項１に記載の導光体ユニット。 但し、 α ： （π／２ − θ1）／２ｍ θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2 2／（ｎ1 2＋ｎ2 2））1/2） ｎ1 ： 導光体間に挿入されている物質の屈折率 ｎ2 ： 導光体の屈折率 ｍ ： （π／２−θ1）／（θ2−θ1）未満の自然数 θ2 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
の臨界角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）） - 【請求項８】前記光の偏光方向を変化させる手段は１／
４波長板であることを特徴とする請求項１に記載の導光
体ユニット。 - 【請求項９】前記導光体がアクリルシートであることを
特徴とする請求項１に記載の導光体ユニット。 - 【請求項１０】前記反射板による反射方向を補正する手
段を含む請求項１に記載の導光体ユニット。 - 【請求項１１】前記出射面における光の出射方向を補正
する手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の導光
体ユニット。 - 【請求項１２】前記出射面における光の出射方向を補正
する手段はプリズム・シートであることを特徴とする請
求項１１に記載の導光体ユニット。 - 【請求項１３】前記出射面におけるプリズムシートは上
角Ｃ［ｒａｄ］の直角三角形の２辺を含むことを特徴と
する請求項１２に記載の導光体ユニット。但し、 Ｃ ： ｔａｎ-1（（ｎ3ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（ｓｉｎＡ
／ｎ3））−１）／ｓｉｎＡ） Ａ ： ｓｉｎ-1（ｎ1ｓｉｎθ1）＋α θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 α ： 前記複数の導光体の傾斜角 ｎ3 ： 前記プリズムシートの屈折率 - 【請求項１４】前記出射面におけるプリズムシートは上
角２Ｃ［ｒａｄ］の二等辺三角形の２辺を含むことを特
徴とする請求項１２に記載の導光体ユニット。但し、 Ｃ ： ｔａｎ-1（（ｎ3ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（ｓｉｎＡ
／ｎ3））−１）／ｓｉｎＡ） Ａ ： ｓｉｎ-1（ｎ1ｓｉｎθ1）＋α θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 α ： 前記複数の導光体の傾斜角 ｎ3 ： 前記プリズムシートの屈折率 - 【請求項１５】前記出射面におけるプリズムシートは上
角Ｃ ± π／９０［ｒａｄ］の直角三角形の２辺を含
むことを特徴とする請求項１２に記載の導光体ユニッ
ト。但し、 Ｃ ： ｔａｎ-1（（ｎ3ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（ｓｉｎＡ
／ｎ3））−１）／ｓｉｎＡ） Ａ ： ｓｉｎ-1（ｎ1ｓｉｎθ1）＋α θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 α ： 前記複数の導光体の傾斜角 ｎ3 ： 前記プリズムシートの屈折率 - 【請求項１６】前記出射面におけるプリズムシートは上
角２Ｃ ± π／４５［ｒａｄ］の二等辺三角形の２辺
を含むことを特徴とする請求項１２に記載の導光体ユニ
ット。但し、 Ｃ ： ｔａｎ-1（（ｎ3ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（ｓｉｎＡ
／ｎ3））−１）／ｓｉｎＡ） Ａ ： ｓｉｎ-1（ｎ1ｓｉｎθ1）＋α θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 α ： 前記複数の導光体の傾斜角 ｎ3 ： 前記プリズムシートの屈折率 - 【請求項１７】前記出射面における光の出射方向を補正
する手段は前記出射面に施された溝であることを特徴と
する請求項１１に記載の導光体ユニット。 - 【請求項１８】積層された複数の導光体から成り、一側
面が光の出射面であり、前記出射面に隣接する複数の導
光体の反射面の端部は一面に切り揃えられた形状である
ユニット本体を含む導光体ユニットであって、 前記複数の導光体は前記ユニット本体の厚み方向に対し
てα ± π／１２０ｍ［ｒａｄ］傾斜して積層されて
いる導光体ユニット。 但し、 α ： （π／２ − θ1）／２ｍ θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2 2／（ｎ1 2＋ｎ2 2））1/2） ｎ1 ： 導光体間に挿入されている物質の屈折率 ｎ2 ： 導光体の屈折率 ｍ ： （π／２−θ1）／（θ2−θ1）未満の自然数 θ2 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
の臨界角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）） - 【請求項１９】積層された複数の導光体から成り、一側
面が光の出射面であるユニット本体と、 前記ユニット本体の他側面に配置された反射板と、 を含む導光体ユニットであって、 前記複数の導光体は前記ユニット本体の厚み方向に対し
てα ± π／１２０ｍ［ｒａｄ］傾斜して積層されて
いる導光体ユニット。 但し、 α ： （π／２ − θ1）／２ｍ θ1 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
のブリュースター角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2 2／（ｎ1 2＋ｎ2 2））1/2） ｎ1 ： 導光体間に挿入されている物質の屈折率 ｎ2 ： 導光体の屈折率 ｍ ： （π／２−θ1）／（θ2−θ1）未満の自然数 θ2 ： 屈折率ｎ1から屈折率ｎ2の物質に入射する際
の臨界角 （＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）） - 【請求項２０】傾斜し、積層された複数の導光体から成
り、一側面が光の出射面であるユニット本体の前記出射
面に隣接する面に向かって第１、第２の両偏光成分を含
む光を入射させる段階と、 前記出射面に隣接する面において第１、第２の両偏光成
分を含む光を反射させる段階と、 前記複数の導光体のそれぞれの前記出射面側の面におい
て第１の出射方向を有する第１の偏光成分を第２の偏光
成分より多く含む光を透過させ、第２の偏光成分を第１
の偏光成分より多く含む光の一部を反射させる段階と、 前記一部反射された第２の偏光成分を第１の偏光成分よ
り多く含む光のそれぞれをユニット本体より出射させる
段階と、 前記ユニット本体より出射された第２の偏光成分を第１
の偏光成分より多く含む光のそれぞれについて光の偏光
方向を変化させる段階と、 前記偏光方向を変化させられた光をそれぞれ反射する段
階と、 前記偏光方向を変化させられ反射された光の偏光方向を
再度変化させ、第２の出射方向を有する第１の偏光成分
を第２の偏光成分より多く含む光にする段階と、 前記第２の出射方向を有する第１の偏光成分を第２の偏
光成分より多く含む光のそれぞれを前記ユニット本体に
進入させる段階と、 前記複数の導光体のそれぞれの前記出射面側の面におい
て前記第２の出射方向を有する第１の偏光成分を第２の
偏光成分より多く含む光のそれぞれを透過させる段階
と、 を含むことを特徴とする光の偏光方法。 - 【請求項２１】光源と、 導光体ユニットと、 液晶を挟んだガラス基板と上側偏光板と、 を含み、 前記導光体ユニットは、 第１の偏光成分と第２の偏光成分を有する光を互いに異
なる屈折率を有する２つの物質の境界において反射した
光、および、透過した光のうちいずれか一方の光の偏光
方向を変化させる手段と、 前記偏光方向を変化させた光または偏光方向を変化させ
た光に対する他方の光のうちいずれか一方の光の進行方
向をこれらの光を同時に利用する方向に変化させる手段
と、 を含むことを特徴とする液晶表示装置。 - 【請求項２２】光源と、 液晶を挟んだガラス基板と上側偏光板と、 ユニット本体の厚み方向に対して傾斜して積層された複
数の導光体から成り、一側面が光の出射面であるユニッ
ト本体と、 前記ユニット本体の出射面に配置されたプリズムシート
と、 前記ユニット本体の他側面に配置された反射板と、 前記ユニット本体と前記反射板との間に配置された光の
偏光方向を変化させる手段と、 を含むことを特徴とする液晶表示装置。
Priority Applications (6)
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