JP4192553B2 - 面光源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表示装置の照明用光源等に利用される面光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等の表示装置の照明用光源として、少なくとも一方の端面を光が入射される入射端面とし、前記入射端面から入射した光を導いて前後面の一方の出射面から出射する導光板と、この導光板の前記入射端面に対向させて発光素子とからなる面光源が用いられている。
【０００３】
この種の面光源には、前記発光素子として前記導光板の入射端面の全長にわたる長さの直管状冷陰極管を用い、この冷陰極管を前記導光板の入射端面と平行に配置したもの（特許文献１、２参照）、或いは、前記発光素子として消費電力が少なく、しかも寿命が半永久的であるＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる固体発光素子を用い、この固体発光素子を１つまたは複数、前記導光板の入射端面に対向させて配置したもの（特許文献３参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−７８５８１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−３１９３９３号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平１０−１６３５２７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、１つまたは複数の固体発光素子を導光板の入射端面に対向させて配置した従来の面光源は、前記固体発光素子から出射して前記導光板にその入射端面から入射する光が、前記固体発光素子を中心として放射状に広がる光であるため、前記導光板の入射端面から入射した光が導光板の全域に均等に行き渡らず、そのために、前記導光板の出射面から均一な強度分布の光を出射させることができない。
【０００８】
この面光源において、前記固体発光素子の数を多くし、この発光素子を前記導光板の入射端面に沿わせて密な間隔で配置すれば、前記導光板にその入射端面の略全域から光を入射させ、前記導光板の出射面から均一な強度分布の光を出射することができるが、前記固体発光素子数を多くしたのでは、コスト高になるとともに、消費電力が増大してしまう。
【０００９】
この発明は、固体発光素子を備えた面光源として、少ない発光素子数で、導光板の出射面の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができるものを提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の面光源は、透明板の少なくとも一つの端面が光を入射させる入射端面を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板内を導かれた光を出射する出射面を形成し、他方の板面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記出射面から出射させる反射面を形成する導光板と、細長透明材の一つの側面が光を出射する細長出射面を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面と交差する２つの端面の少なくとも一方が光を入射させる入射端面を形成し、前記細長出射面と対峙する他の側面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記細長出射面から出射させる反射面を形成してなり、前記細長出射面を前記導光板の入射端面に対向させて配置された導光部材と、前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置され、前記導光部材の細長出射面から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させる位相差板と、前記導光部材の入射端面に対向させて配置された固体発光素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
すなわち、この面光源は、前記固体発光素子からの出射光を前記導光部材にその入射端面から入射させ、その光を前記導光部材の細長出射面とは反対側（細長出射面と対峙する側面）の反射面により内面反射して前記導光部材の細長出射面の全域から前記導光板の入射端面に向けて出射させることにより、前記導光板にその入射端面の全域から均一な強度分布の光を入射させ、その光を前記導光板の反射面により内面反射して前記導光板の出射面の全域から出射させるようにしたものであり、この面光源によれば、少ない発光素子数で、前記導光板の出射面の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができる。
【００１２】
しかも、この面光源は、前記導光部材の細長出射面から出射した光を、前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置された位相差板により、その光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させるようにしているため、前記導光部材にその入射端面から入射してこの導光部材の他側面の反射面により内面反射され、前記導光部材の細長出射面から出射して前記導光板にその入射端面から入射した光のうちの高強度の直線偏光成分を、前記導光板の反射面により高い反射強度で内面反射させ、この導光板の出射面から充分な強度の光を出射させることができる。
【００１３】
このように、この発明の面光源は、少なくとも一つの端面が入射端面を形成し、２つの板面の一方が出射面を、他方の板面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記出射面から出射させる反射面を形成する導光板と、一つの側面が細長出射面を形成し、前記細長出射面と交差する２つの端面の少なくとも一方が入射端面を、前記細長出射面と対峙する他の側面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記細長出射面から出射させる反射面を形成してなり、前記細長出射面を前記導光板の入射端面に対向させて配置された導光部材と、前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置され、前記導光部材の細長出射面から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させる位相差板と、前記導光部材の入射端面に対向させて配置された固体発光素子とを備えることにより、少ない発光素子数で、導光板の出射面の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができるようにしたものである。
【００１４】
この発明の面光源において、前記導光部材の反射面は、前記導光部材の入射端面から入射した光を前記導光部材の細長出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっているのが好ましい。
【００１５】
さらに、前記導光板の反射面は、前記導光板の入射端面から入射した光を前記導光板の出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっているのが好ましい。
またさらに、前記位相差板は、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与えるλ／２位相差板からなっていることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２はこの発明の第１の実施例を示しており、図１（ａ）及び（ｂ）は面光源の平面図及び側面図、図２は前記面光源の導光部材と位相差板と導光板からの出射光の直線偏光成分を示す模式図である。
【００１７】
この実施例の面光源１は、図１に示したように、導光板２と、この導光板２の側方に配置された導光部材７と、前記導光板２と導光部材７との間に配置された位相差板１２と、前記導光部材７の側方に配置された１つの発光素子１４とを備えている。
【００１８】
前記導光板２は、アクリル系樹脂板等の透明板からなっており、その一つの端面が光が入射される入射端面３を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板に導かれた光を出射する平坦な出射面４を、他方の板面が前記入射端面３から入射した光を内面反射して前記出射面４から出射させる反射面５を形成している。
【００１９】
この導光板２の反射面５は、前記導光板２の他方の板面の全域に密に並べて互いに平行に形成され、前記導光板２の入射端面３から入射した光を前記出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部６からなっている。
【００２０】
前記複数のプリズム部６は、前記導光板２の入射端面３と平行で、且つ前記導光板２の全幅にわたる長さを有する断面形状が台形状の細長プリズム部であり、これらのプリズム部６の両側面のうち、前記入射端面３側の側面は、出射面４に対して略垂直な急角度面に形成され、他方の側面は、導光板２の反射面５の外面側に向かって入射端面３の方向に前記出射面４に対し３０〜６０度（好ましくは略４５度）の角度で傾いた傾斜面に形成されており、これらの側面（急角度面と傾斜面）の間の頂面部は、出射面４と平行な平坦面に形成されている。
【００２１】
なお、図では前記複数のプリズム部６を大きく誇張して示しているが、これらのプリズム部６は、１０〜１００μｍ程度の極く小さいピッチで形成されている。
【００２２】
すなわち、前記導光板２は、その入射端面３から入射した光を導いて出射面４から出射するものであり、この導光板２に前記入射端面３から入射した光は、図１（ｂ）に矢線で示したように、導光板２内を直進するか、あるいは前記出射面４で外気（空気）との界面での全反射により内面反射されて前記反射面５の複数の細長プリズム部６のいずれかの傾斜面に入射し、その傾斜面で外気との界面での全反射により出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射され、前記出射面４から出射する。
【００２３】
一方、前記導光板２の側方に配置された導光部材７は、前記導光板２の入射端面３に対応する長さを有する角棒状の細長透明材（例えばアクリル系樹脂材）からなっており、その一つの側面が光を出射する細長出射面９を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面９と交差する２つの端面の一方が光が入射される入射端面８を、前記細長出射面９と対峙する他の側面が前記入射端面８から入射した光を内面反射して前記細長出射面９から出射させる反射面１０を形成している。
【００２４】
この導光部材７の他側面の反射面１０は、前記他側面の全域に密に並べて互いに平行に形成され、前記導光部材７の入射端面８から入射した光を前記導光部材７の一側面の細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部１１からなっている。
【００２５】
前記複数のプリズム部１１は、前記導光部材７の入射端面８と平行で、且つ前記導光部材７の他側面の全幅にわたる長さを有する断面形状が三角形状の細長プリズム部であり、これらのプリズム部１１の両側面のうち、前記入射端面８側の側面は、前記細長出射面９に対して略垂直な急角度面に形成され、他方の側面は、前記細長出射面９の外面側に向かって入射端面８の方向に前記細長出射面９に対し３０〜６０度（好ましくは略４５度）の角度で傾いた傾斜面に形成されている。
【００２６】
なお、図では前記複数のプリズム部１１を大きく誇張して示しているが、これらのプリズム部１１は、１０〜１００μｍ程度の極く小さいピッチで形成されている。
【００２７】
すなわち、前記導光部材７は、その入射端面８から入射した光を導いて一側面の細長出射面９から出射するものであり、この導光部材７に前記入射端面８から入射した光は、図１（ａ）に矢線で示したように、導光部材７内を直進するか、あるいは前記細長出射面９で外気との界面での全反射により内面反射されて前記反射面１０の複数の細長プリズム部１１のいずれかの傾斜面に入射し、その傾斜面で外気との界面での全反射により前記細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射され、前記細長出射面９の全域から均一な強度分布で出射する。
【００２８】
そして、この導光部材７は、その細長出射面９を前記導光板２の入射端面３に対向させるとともに、前記導光部材７の細長出射面９と前記導光板２の入射端面３とを互いに平行にして配置されている。
【００２９】
なお、この実施例では、前記導光部材７の反射面１０の後側に、前記反射面１０を透過して導光部材７の後側に漏れた光を前記導光部材７に戻すためのリフレクタ１３を配置している。
【００３０】
また、前記導光板２と導光部材７との間に配置された位相差板１２は、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与えるλ／２位相差板であり、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光の直線偏光成分の偏光面を、実質的に９０度回転させて前記導光板２の入射端面３に入射させる。
【００３１】
このλ／２位相差板１２は、前記導光板２の入射端面３及び前記導光部材７の細長出射面９の全域に対応する細長形状を有しており、前記導光板２の入射端面３と前記導光部材７の細長出射面９との間に、一方の面を前記導光板２の入射端面３に透明な粘着剤により貼付けられ、他方の面を前記導光部材７の細長出射面９に透明な粘着剤により貼付けられて配置されている。
【００３２】
また、前記導光部材７の入射端面８に対向させて配置された発光素子１４は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる白色光を出射する固体発光素子であり、例えば、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを透明樹脂によりモールドし、これらのＬＥＤが発する赤、緑、青の光を混色させた白色光を出射するものである。
【００３３】
この面光源１は、前記固体発光素子１４からの出射光を前記導光部材７にその入射端面８から入射させ、その光を前記導光部材７の細長出射面９とは反対側の反射面１０により内面反射して前記導光部材７の細長出射面９の全域から均一な強度分布で前記導光板２の入射端面３に向けて出射させることにより、前記導光板２にその入射端面３の全域から均一な強度分布の光を入射させ、その光を前記導光板２の反射面５により内面反射して前記導光板２の出射面４の全域から出射させるようにしたものであり、この面光源１によれば、少ない発光素子数で、前記導光板２の出射面４の全域から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００３４】
しかも、この面光源１は、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光を、前記導光板２の入射端面３と前記導光部材７の細長出射面９との間に配置されたλ／２位相差板１２により、その光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板２の入射端面３に入射させるようにしているため、前記導光部材７にその入射端面８から入射してこの導光部材７の他側面の反射面１０により内面反射され、前記導光部材７の細長出射面９から出射して前記導光板２にその入射端面３から入射した光のうちの高強度の直線偏光成分を、前記導光板２の反射面５により高い反射強度で内面反射させ、この導光板２の出射面４から充分な強度の光を出射させることができる。
【００３５】
すなわち、前記導光板２は、上述したように、その入射端面３から入射し、導光板２内を直進するか、あるいは出射面４により内面反射されて反射面５に入射した光を、この反射面５により内面反射して出射面４から出射させるが、前記反射面５による反射強度は、その光に含まれる直線偏光成分によって異なるため、前記反射面１０への入射光線とその反射光線とを含む入射面に垂直な方向に振動する直線偏光成分（以下、Ｓ波と言う）が、前記入射面内で振動する直線偏光成分（以下、Ｐ波と言う）よりも高い強度で内面反射される。
【００３６】
また、前記導光部材７は、上述したように、その入射端面８から入射し、導光部材７内を直進するか、あるいは一側面の細長出射面９により内面反射されて他側面の反射面１０に入射した光を、この反射面１０により内面反射して前記細長出射面９から出射させるが、前記反射面１０による反射強度もその光に含まれる直線偏光成分によって異なり、前記反射面１０への入射光線とその反射光線とを含む入射面に垂直な方向に振動する直線偏光成分のＳ波が、前記入射面内で振動する直線偏光成分のＰ波よりも高い強度で内面反射される。
【００３７】
そのため、前記導光部材７の細長出射面９から出射する光は、前記Ｐ波の偏光成分よりもＳ波の偏光成分の強度が高い。
【００３８】
そして、前記導光板２の反射面５と前記導光部材７の反射面１０とは互いに９０度で交差する位置に配置されているため、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光をそのまま前記導光板２に入射させた場合は、その光のうち、前記導光部材７の反射面１０で反射した反射強度の低いＰ波が、前記導光板２の反射面５に対して反射強度が高いＳ波として入射し、前記導光部材７の反射面１０で反射した反射強度の高いＳ波が、前記導光板２の反射面５に対して反射強度が低いＰ波として入射するため、前記導光板２の出射面４から出射する光の強度が低い。
【００３９】
それに対し、前記面光源１では、前記導光板２の入射端面３と前記導光部材７の細長出射面９との間にλ／２位相差板１２を配置しているため、図２に示したように、前記導光部材７の細長出射面９から出射したＳ波Ｓ１及びＰ波Ｐ１が前記λ／２位相差板１２により偏光面を９０度回転されて前記導光板２にその入射端面３から入射する。
【００４０】
そのため、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光のうち、強度の高いＳ波Ｓ１が、前記導光板２の反射面５に、この反射面５による反射強度が高いＳ波Ｓ２となって入射し、強度の低いＰ波は、前記導光板２の反射面５に、この反射面５による反射強度が低いＰ波となって入射する。
【００４１】
したがって、この面光源１によれば、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光の強度の高い偏光成分の光を、前記導光板２２の反射面２５により、高い反射強度で内面反射させることができ、そのために、前記導光板２２の出射面４から充分な強度の光を出射させることができる。
【００４２】
このように、前記面光源１は、透明板の一端面が光が入射される入射端面３を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板内を導かれた光を出射する出射面４を、他方の板面が前記入射端面３から入射した光を内面反射して前記出射面４から出射させる反射面５を形成する導光板と、細長透明材の一側面が光を出射する細長出射面９を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面９と交差する２つの端面の一方が光が入射される入射端面８を、前記細長出射面９と対峙する他側面が前記入射端面８から入射した光を内面反射して前記細長出射面９から出射させる反射面１０を形成してなり、前記細長出射面９を前記導光板２の入射端面３に対向させて配置された導光部材７と、前記導光板２の入射端面３と前記導光部材７の細長出射面９との間に配置され、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板２の入射端面３に入射させる位相差板１２と、前記導光部材７の入射端面８に対向させて配置された固体発光素子１４とを備えたものであるため、少ない発光素子数で、導光板２の出射面４の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができる。
【００４３】
この実施例の面光源１は、発光素子として、ＬＥＤ等からなる１つの固体発光素子１４を備えたものであるため、コストを低減するとともに、消費電極も少なくすることができる。
【００４４】
また、前記固体発光素子１４は、その駆動電圧を制御することにより発光強度を変化させることができるため、前記導光板２の出射面４から出射する光の強度を任意に調整することができる。
【００４５】
しかも、前記面光源１は、前記導光部材７の他側面の反射面１０を、前記導光部材７の入射端面８から入射した光を前記導光部材７の細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部１１により形成しているため、この導光部材７の細長出射面９から出射した光を、前記導光板２にその入射端面３に垂直な方向の付近から入射させ、その光を前記導光板２の全域に均等に行き渡らせて、前記導光板２の出射面４の全域から、より強度分布が均一な光を出射することができる。
【００４６】
さらに、前記面光源１は、前記導光板２の後面の反射面５を、前記導光板２の入射端面３から入射した光を前記導光板２の出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部６により形成しているため、前記導光板２の出射面４から、正面輝度（導光板２の出射面４の法線付近の方向に出射する光の輝度）の高い光を出射することができる。
【００４７】
前記面光源１は、例えば液晶表示装置の照明用光源に利用される。図３は前記面光源１を備えた液晶表示装置の一例を示す分解斜視図であり、この液晶表示装置は、透過型液晶表示素子２０の後側に、前記液晶表示素子２０をその後側から照明するためのバックライトとして、前記面光源１を配置したものである。
【００４８】
前記透過型液晶表示素子２０は、その内部構造は図示しないが、表示の観察面側である前側の透明基板２２と、この前側基板２２に対向する後側の透明基板２３とが枠状のシール材２４を介して接合され、これらの基板２２，２３間に液晶層が設けられるとともに、それぞれの基板２２，２３の前記液晶層に対向する内面に、互いに対向する領域により複数の画素を形成する透明電極が設けられた液晶セル２１と、この液晶セル２１をはさんでその前後に配置された一対の偏光板２５，２６とからなっている。
【００４９】
なお、この液晶表示素子２０は、ノーマリーホワイトモードのＴＮ（ツイステッドネマティック）型液晶表示素子であり、前記液晶セル２１の液晶層の液晶分子は、前後の基板２２，２３間において実質的に９０度のツイスト角でツイスト配向している。
【００５０】
また、前記一対の偏光板２５，２６はそれぞれ、互いに直交する方向に透過軸２５ａ，２６ａと吸収軸（図示せず）をもった吸収偏光板であり、これらの偏光板２５，２６は、それぞれの透過軸２５ａ，２６ａを実質的に直交させて配置されている。
【００５１】
そして、前記面光源１は、その導光板２の出射面４を前記液晶表示素子２０の後面（後側偏光板２６の外面）に対向させるとともに、前記導光板２の出射面４から出射する光のうち、強度の高いＳ波Ｓ２の偏光面に平行な方向、つまり導光板２の反射面５の複数の細長プリズム部６の長さ方向を、前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６の透過軸２６ａと実質的に平行にして配置されている。
【００５２】
この液晶表示装置は、前記面光源１からの光を前記液晶表示素子２０にその後面から入射させて表示するものであり、前記面光源１の導光板２の出射面４から出射した光は、前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６によりその吸収軸に平行な振動面をもった偏光成分を吸収され、前記後側偏光板２６の透過軸２６ａに平行な直線偏光とされて液晶セル２１に入射する。
【００５３】
なお、前記面光源１の導光板２の出射面４から出射する光は、前記導光板２の反射面５の複数の細長プリズム部６の長さ方向に平行な偏光面をもったＳ波Ｓ２の偏光強度が高く、それと直交するＰ波Ｐ２の偏光強度が弱い光であるが、この液晶表示装置では、前記面光源１を、前記導光板２の出射面４から出射する光のうち、強度の高いＳ波Ｓ２の偏光面に平行な方向を前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６の透過軸２６ａと実質的に平行にして配置しているため、前記面光源１の導光板２の出射面４から出射した光の強度の高いＳ波Ｓ２を、前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６を透過させて液晶セル２１に入射させることができる。
【００５４】
そして、前記液晶セル２１に入射した光は、その両基板２２，２３の電極間に印加される電界に応じた液晶層の複屈折作用を受けて液晶セル２１の前側に出射するため、前記液晶セル２１液晶層に印加される電界を制御し、前記液晶層を透過した光を前側偏光板２５の吸収軸に平行な偏光面をもった直線偏光とすることにより、その直線偏光を前記前側偏光板２５で吸収させる暗表示が行なわれ、前記液晶層を透過した光を前記前側偏光板２５の透過軸２５ａに平行な偏光面をもった直線偏光とすることにより、その直線偏光を前記前側偏光板２５を透過させて前側に出射して明表示が行なわれる。
【００５５】
この液晶表示装置は、上述したように導光板２の出射面４の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射する面光源１をバックライトとし、この面光源１を、その導光板２の出射面４から出射する光のうち、強度の高いＳ波Ｓ２の振動面に平行な方向を前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６の透過軸２６ａと実質的に平行にして配置したものであるため、前記液晶表示素子２０に、明るく、しかも輝度むらの無い高品質の画像を表示することができる。
【００５６】
また、前記面光源１は、上述したように、固体発光素子１４の駆動電圧を制御することにより導光板２の出射面４から出射する光の強度を任意に調整することができるため、前記液晶表示装置の表示輝度を、外部環境の明るさに応じた最適輝度にすることができる。
【００５７】
なお、上記液晶表示装置は、前記面光源１からの光を利用する透過表示を行なうものであるが、例えば、前記面光源１の導光板２の後側に反射板を配置するか、あるいは前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６を、互いに直交する方向に透過軸と反射軸をもち、入射光の互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、前記透過軸に平行な偏光成分を透過させ、前記反射軸に平行な偏光成分を反射する反射偏光板に置き換えることにより、前記面光源１からの光を利用する透過表示と、表示の観察側である前側から入射する外光（外部環境の光）利用する反射表示との両方の表示を行なわせることができる。
【００５８】
また、上記液晶表示装置は、前記面光源１をバックライトとしたものであるが、前記面光源１は、反射表示を行なう反射型液晶表示素子を備えた液晶表示装置のフロントライトとして用いることもでき、その場合は、前記面光源１を、その導光板２の出射面４を前記反射型液晶表示素子の前面（前側偏光板の外面）に対向させるとともに、前記導光板２の出射面４から出射する光のうち、強度の高いＳ波Ｓ２の偏光面に平行な方向（導光板２の反射面５の複数の細長プリズム部６の長さ方向）を、前記反射型液晶表示素子の前側偏光板の透過軸と実質的に平行にして配置すればよい。
【００５９】
なお、上記実施例の面光源１は、導光部材７の他側面の反射面１０を、前記導光部材７の入射端面８から入射した光を前記導光部材７の一側面の細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部１１により形成したものであるが、前記導光部材７の他側面の反射面は、例えば、導光部材７の入射端面８側から他端側に向かって前記細長出射面９に近くなる方向に傾いた連続した傾斜面としてもよい。
【００６０】
また、上記実施例の面光源１は、前記導光板２の反射面５を、前記導光板２の入射端面３から入射した光を前記導光板２の出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部６により形成したものであるが、前記導光板２の反射面５は、例えば、導光板２の入射端面３側から他端側に向かって出射面４に近くなる方向に傾いた連続した傾斜面としてもよい。
【００６１】
さらに、上記実施例の面光源１は、前記導光部材７の入射端面８に対向させて１つの固体発光素子１４を配置したものであるが、前記導光部材７の入射端面８の面積が前記固体発光素子１４よりも大きい場合は、前記導光部材７の入射端面８に対向させて複数の固体発光素子１４を配置してもよい。
【００６２】
また、上記実施例の面光源１は、導光板２の一端面を入射端面３に形成し、その入射端面３に対向させて一端面が入射端面８に形成された導光部材７を配置するとともに、この導光部材７の入射端面８に対向させて固体発光素子１４を配置したものであるが、前記導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、その両方の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置してもよく、また、前記導光板２の両端面をそれぞれ入射端面３に形成し、その両方の入射端面３にそれぞれ対向させてλ／２位相差板１２と導光部材７とを配置するとともに、これらの導光部材７の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置してもよい。
【００６３】
図４はこの発明の第２の実施例を示しており、（ａ）は面光源の平面図、（ｂ）は前記面光源の側面図である。
【００６４】
この実施例の面光源１ａは、導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、その両方の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置したものであり、この実施例では、前記導光部材７の他側面の反射面１０を、前記導光部材７の入射端面８と平行で、且つ前記導光部材７の他側面の全幅にわたる長さを有するとともに、両側面がそれぞれ導光部材７の細長出射面９に対して３０〜６０度（好ましくは略４５度）の角度で傾いた傾斜面に形成された断面形状が三角形状の複数の細長プリズム部１１ａにより形成し、前記導光部材７の両方の入射端面８から入射した光をそれぞれ、前記複数のプリズム部１１ａにより前記細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射するようにしている。
【００６５】
この面光源１ａによれば、前記導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、その両方の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置しているため、その両方の固体発光素子１４から同じ強度の光を出射させることにより、前記導光部材７の細長出射面９の全域からより均一な強度分布の光を導光板２の入射端面３に向けて出射させ、前記導光板２にその入射端面３の全域から均一な強度分布の光を入射させることができる。
【００６６】
また、この面光源１ａによれば、前記導光部材７の両方の入射端面８にそれぞれ対向させて配置された２つの固体発光素子１４の一方を点灯させ、他方を消灯させたり、両方の固体発光素子１４の発光強度をそれぞれ制御することにより、前記導光板２にその入射端面３から入射させる光の強度を広範囲に変化させ、前記導光板２の出射面４から出射する光の強度をより広い強度範囲で調整することができる。
【００６７】
図５はこの発明の第３の実施例を示しており、（ａ）は面光源の平面図、（ｂ）は前記面光源の側面図である。
【００６８】
この実施例の面光源１ｂは、導光板２の両端面をそれぞれ入射端面３に形成し、その両方の入射端面３にそれぞれ対向させてλ／２位相差板１２と導光部材７を配置するとともに、これらの導光部材７の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置したものであり、この実施例では、前記導光板２の反射面５を、前記導光板２の入射端面３と平行で、且つ前記導光板２の全幅にわたる長さを有するとともに、両側面がそれぞれ導光板２の出射面４に対して３０〜６０度（好ましくは略４５度）の角度で傾いた傾斜面に形成された断面形状が三角形状の複数の細長プリズム部６ａにより形成し、前記導光板２の両方の入射端面３から入射した光をそれぞれ、前記複数のプリズム部６ａにより出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射するようにしている。
【００６９】
なお、この面光源１ｂは、前記導光板２の両方の入射端面３にそれぞれ対向させて配置した導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、これらの導光部材７の両方の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置したものであり、前記導光部材７の他側面の反射面１０は、図４に示した第２の実施例と同じ複数の細長プリズム部１１ａにより形成されている。
【００７０】
この面光源１ｂによれば、前記導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、その両方の入射端面８にそれぞれ対向させてλ／２位相差板１２と導光部材７を配置するとともに、これらの導光部材７の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置しているため、両方の導光部材７の入射端面８に対向する固体発光素子１４からそれぞれ同じ強度の光を出射させ、前記両方の導光部材７の細長出射面９からの出射光を前記導光板２にその両方の入射端面３から入射させることにより、前記導光板２の出射面４の全域からさらに均一な強度分布の光を入射させることができる。
【００７１】
また、この面光源１ａによれば、前記両方の導光部材７の入射端面８にそれぞれ対向させて配置された各固体発光素子１４の点灯及び消灯や、それぞれの固体発光素子１４の発光強度を制御することにより、前記導光板２にその両方の入射端面３から入射させる光の強度を広範囲に変化させ、前記導光板２の出射面４から出射する光の強度をさらに広い強度範囲で調整することができる。
【００７２】
なお、上述した各実施例の面光源１，１ａ，１ｂは、液晶表示装置に限らず、光の透過を制御して画像を表示する表示素子を備えた表示装置の照明光源や、表示装置以外の照明光源にも広く使用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明の面光源は、透明板の少なくとも一つの端面が光を入射させる入射端面を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板内を導かれた光を出射する出射面を形成し、他方の板面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記出射面から出射させる反射面を形成する導光板と、細長透明材の一つの側面が光を出射する細長出射面を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面と交差する２つの端面の少なくとも一方が光を入射させる入射端面を形成し、前記細長出射面と対峙する他の側面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記細長出射面から出射させる反射面を形成してなり、前記細長出射面を前記導光板の入射端面に対向させて配置された導光部材と、前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置され、前記導光部材の細長出射面から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させる位相差板と、前記導光部材の入射端面に対向させて配置された固体発光素子とを備えたものであるため、少ない発光素子数で、導光板の出射面の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができる。
【００７４】
この発明の面光源において、前記導光部材の反射面は、前記導光部材の入射端面から入射した光を前記導光部材の細長出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっているのが好ましく、このようにすることにより、前記導光部材の細長出射面から出射した光を、前記導光板にその入射端面に垂直な方向の付近から入射させ、その光を前記導光板の全域に均等に行き渡らせて、前記導光板の出射面の全域から、より強度分布が均一な光を出射することができる。
【００７５】
さらに、前記導光板の反射面は、前記導光板の入射端面から入射した光を前記導光板の出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっているのが好ましく、このようにすることにより、前記導光板の出射面から、正面輝度の高い光を出射することができる。
また、さらに、位相差板は、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与えるλ／２位相差板からなることが好ましく、このようにすることにより、前記導光部材から出射した光の直線偏光成分の偏光面を確実に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す面光源の平面図及び側面図。
【図２】前記面光源の導光部材と位相差板と導光板からの出射光の直線偏光成分を示す模式図。
【図３】前記面光源を備えた液晶表示装置の一例を示す分解斜視図。
【図４】この発明の第２の実施例を示す面光源の平面図及び側面図。
【図５】この発明の第３の実施例を示す面光源の平面図及び側面図。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ…面光源
２…導光板
３…入射端面
４…出射面
５…反射面
６，６ａ…プリズム部
７…導光部材
８…入射端面
９…細長出射面
１０…反射面
１１，１１ａ…プリズム部
１２…位相差板
１４…固体発光素子
【発明の属する技術分野】
この発明は、表示装置の照明用光源等に利用される面光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等の表示装置の照明用光源として、少なくとも一方の端面を光が入射される入射端面とし、前記入射端面から入射した光を導いて前後面の一方の出射面から出射する導光板と、この導光板の前記入射端面に対向させて発光素子とからなる面光源が用いられている。
【０００３】
この種の面光源には、前記発光素子として前記導光板の入射端面の全長にわたる長さの直管状冷陰極管を用い、この冷陰極管を前記導光板の入射端面と平行に配置したもの（特許文献１、２参照）、或いは、前記発光素子として消費電力が少なく、しかも寿命が半永久的であるＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる固体発光素子を用い、この固体発光素子を１つまたは複数、前記導光板の入射端面に対向させて配置したもの（特許文献３参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−７８５８１号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平１０−３１９３９３号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開平１０−１６３５２７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、１つまたは複数の固体発光素子を導光板の入射端面に対向させて配置した従来の面光源は、前記固体発光素子から出射して前記導光板にその入射端面から入射する光が、前記固体発光素子を中心として放射状に広がる光であるため、前記導光板の入射端面から入射した光が導光板の全域に均等に行き渡らず、そのために、前記導光板の出射面から均一な強度分布の光を出射させることができない。
【０００８】
この面光源において、前記固体発光素子の数を多くし、この発光素子を前記導光板の入射端面に沿わせて密な間隔で配置すれば、前記導光板にその入射端面の略全域から光を入射させ、前記導光板の出射面から均一な強度分布の光を出射することができるが、前記固体発光素子数を多くしたのでは、コスト高になるとともに、消費電力が増大してしまう。
【０００９】
この発明は、固体発光素子を備えた面光源として、少ない発光素子数で、導光板の出射面の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができるものを提供することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の面光源は、透明板の少なくとも一つの端面が光を入射させる入射端面を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板内を導かれた光を出射する出射面を形成し、他方の板面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記出射面から出射させる反射面を形成する導光板と、細長透明材の一つの側面が光を出射する細長出射面を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面と交差する２つの端面の少なくとも一方が光を入射させる入射端面を形成し、前記細長出射面と対峙する他の側面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記細長出射面から出射させる反射面を形成してなり、前記細長出射面を前記導光板の入射端面に対向させて配置された導光部材と、前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置され、前記導光部材の細長出射面から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させる位相差板と、前記導光部材の入射端面に対向させて配置された固体発光素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
すなわち、この面光源は、前記固体発光素子からの出射光を前記導光部材にその入射端面から入射させ、その光を前記導光部材の細長出射面とは反対側（細長出射面と対峙する側面）の反射面により内面反射して前記導光部材の細長出射面の全域から前記導光板の入射端面に向けて出射させることにより、前記導光板にその入射端面の全域から均一な強度分布の光を入射させ、その光を前記導光板の反射面により内面反射して前記導光板の出射面の全域から出射させるようにしたものであり、この面光源によれば、少ない発光素子数で、前記導光板の出射面の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができる。
【００１２】
しかも、この面光源は、前記導光部材の細長出射面から出射した光を、前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置された位相差板により、その光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させるようにしているため、前記導光部材にその入射端面から入射してこの導光部材の他側面の反射面により内面反射され、前記導光部材の細長出射面から出射して前記導光板にその入射端面から入射した光のうちの高強度の直線偏光成分を、前記導光板の反射面により高い反射強度で内面反射させ、この導光板の出射面から充分な強度の光を出射させることができる。
【００１３】
このように、この発明の面光源は、少なくとも一つの端面が入射端面を形成し、２つの板面の一方が出射面を、他方の板面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記出射面から出射させる反射面を形成する導光板と、一つの側面が細長出射面を形成し、前記細長出射面と交差する２つの端面の少なくとも一方が入射端面を、前記細長出射面と対峙する他の側面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記細長出射面から出射させる反射面を形成してなり、前記細長出射面を前記導光板の入射端面に対向させて配置された導光部材と、前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置され、前記導光部材の細長出射面から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させる位相差板と、前記導光部材の入射端面に対向させて配置された固体発光素子とを備えることにより、少ない発光素子数で、導光板の出射面の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができるようにしたものである。
【００１４】
この発明の面光源において、前記導光部材の反射面は、前記導光部材の入射端面から入射した光を前記導光部材の細長出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっているのが好ましい。
【００１５】
さらに、前記導光板の反射面は、前記導光板の入射端面から入射した光を前記導光板の出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっているのが好ましい。
またさらに、前記位相差板は、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与えるλ／２位相差板からなっていることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２はこの発明の第１の実施例を示しており、図１（ａ）及び（ｂ）は面光源の平面図及び側面図、図２は前記面光源の導光部材と位相差板と導光板からの出射光の直線偏光成分を示す模式図である。
【００１７】
この実施例の面光源１は、図１に示したように、導光板２と、この導光板２の側方に配置された導光部材７と、前記導光板２と導光部材７との間に配置された位相差板１２と、前記導光部材７の側方に配置された１つの発光素子１４とを備えている。
【００１８】
前記導光板２は、アクリル系樹脂板等の透明板からなっており、その一つの端面が光が入射される入射端面３を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板に導かれた光を出射する平坦な出射面４を、他方の板面が前記入射端面３から入射した光を内面反射して前記出射面４から出射させる反射面５を形成している。
【００１９】
この導光板２の反射面５は、前記導光板２の他方の板面の全域に密に並べて互いに平行に形成され、前記導光板２の入射端面３から入射した光を前記出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部６からなっている。
【００２０】
前記複数のプリズム部６は、前記導光板２の入射端面３と平行で、且つ前記導光板２の全幅にわたる長さを有する断面形状が台形状の細長プリズム部であり、これらのプリズム部６の両側面のうち、前記入射端面３側の側面は、出射面４に対して略垂直な急角度面に形成され、他方の側面は、導光板２の反射面５の外面側に向かって入射端面３の方向に前記出射面４に対し３０〜６０度（好ましくは略４５度）の角度で傾いた傾斜面に形成されており、これらの側面（急角度面と傾斜面）の間の頂面部は、出射面４と平行な平坦面に形成されている。
【００２１】
なお、図では前記複数のプリズム部６を大きく誇張して示しているが、これらのプリズム部６は、１０〜１００μｍ程度の極く小さいピッチで形成されている。
【００２２】
すなわち、前記導光板２は、その入射端面３から入射した光を導いて出射面４から出射するものであり、この導光板２に前記入射端面３から入射した光は、図１（ｂ）に矢線で示したように、導光板２内を直進するか、あるいは前記出射面４で外気（空気）との界面での全反射により内面反射されて前記反射面５の複数の細長プリズム部６のいずれかの傾斜面に入射し、その傾斜面で外気との界面での全反射により出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射され、前記出射面４から出射する。
【００２３】
一方、前記導光板２の側方に配置された導光部材７は、前記導光板２の入射端面３に対応する長さを有する角棒状の細長透明材（例えばアクリル系樹脂材）からなっており、その一つの側面が光を出射する細長出射面９を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面９と交差する２つの端面の一方が光が入射される入射端面８を、前記細長出射面９と対峙する他の側面が前記入射端面８から入射した光を内面反射して前記細長出射面９から出射させる反射面１０を形成している。
【００２４】
この導光部材７の他側面の反射面１０は、前記他側面の全域に密に並べて互いに平行に形成され、前記導光部材７の入射端面８から入射した光を前記導光部材７の一側面の細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部１１からなっている。
【００２５】
前記複数のプリズム部１１は、前記導光部材７の入射端面８と平行で、且つ前記導光部材７の他側面の全幅にわたる長さを有する断面形状が三角形状の細長プリズム部であり、これらのプリズム部１１の両側面のうち、前記入射端面８側の側面は、前記細長出射面９に対して略垂直な急角度面に形成され、他方の側面は、前記細長出射面９の外面側に向かって入射端面８の方向に前記細長出射面９に対し３０〜６０度（好ましくは略４５度）の角度で傾いた傾斜面に形成されている。
【００２６】
なお、図では前記複数のプリズム部１１を大きく誇張して示しているが、これらのプリズム部１１は、１０〜１００μｍ程度の極く小さいピッチで形成されている。
【００２７】
すなわち、前記導光部材７は、その入射端面８から入射した光を導いて一側面の細長出射面９から出射するものであり、この導光部材７に前記入射端面８から入射した光は、図１（ａ）に矢線で示したように、導光部材７内を直進するか、あるいは前記細長出射面９で外気との界面での全反射により内面反射されて前記反射面１０の複数の細長プリズム部１１のいずれかの傾斜面に入射し、その傾斜面で外気との界面での全反射により前記細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射され、前記細長出射面９の全域から均一な強度分布で出射する。
【００２８】
そして、この導光部材７は、その細長出射面９を前記導光板２の入射端面３に対向させるとともに、前記導光部材７の細長出射面９と前記導光板２の入射端面３とを互いに平行にして配置されている。
【００２９】
なお、この実施例では、前記導光部材７の反射面１０の後側に、前記反射面１０を透過して導光部材７の後側に漏れた光を前記導光部材７に戻すためのリフレクタ１３を配置している。
【００３０】
また、前記導光板２と導光部材７との間に配置された位相差板１２は、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与えるλ／２位相差板であり、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光の直線偏光成分の偏光面を、実質的に９０度回転させて前記導光板２の入射端面３に入射させる。
【００３１】
このλ／２位相差板１２は、前記導光板２の入射端面３及び前記導光部材７の細長出射面９の全域に対応する細長形状を有しており、前記導光板２の入射端面３と前記導光部材７の細長出射面９との間に、一方の面を前記導光板２の入射端面３に透明な粘着剤により貼付けられ、他方の面を前記導光部材７の細長出射面９に透明な粘着剤により貼付けられて配置されている。
【００３２】
また、前記導光部材７の入射端面８に対向させて配置された発光素子１４は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等からなる白色光を出射する固体発光素子であり、例えば、赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤと青色ＬＥＤとを透明樹脂によりモールドし、これらのＬＥＤが発する赤、緑、青の光を混色させた白色光を出射するものである。
【００３３】
この面光源１は、前記固体発光素子１４からの出射光を前記導光部材７にその入射端面８から入射させ、その光を前記導光部材７の細長出射面９とは反対側の反射面１０により内面反射して前記導光部材７の細長出射面９の全域から均一な強度分布で前記導光板２の入射端面３に向けて出射させることにより、前記導光板２にその入射端面３の全域から均一な強度分布の光を入射させ、その光を前記導光板２の反射面５により内面反射して前記導光板２の出射面４の全域から出射させるようにしたものであり、この面光源１によれば、少ない発光素子数で、前記導光板２の出射面４の全域から均一な強度分布の光を出射することができる。
【００３４】
しかも、この面光源１は、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光を、前記導光板２の入射端面３と前記導光部材７の細長出射面９との間に配置されたλ／２位相差板１２により、その光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板２の入射端面３に入射させるようにしているため、前記導光部材７にその入射端面８から入射してこの導光部材７の他側面の反射面１０により内面反射され、前記導光部材７の細長出射面９から出射して前記導光板２にその入射端面３から入射した光のうちの高強度の直線偏光成分を、前記導光板２の反射面５により高い反射強度で内面反射させ、この導光板２の出射面４から充分な強度の光を出射させることができる。
【００３５】
すなわち、前記導光板２は、上述したように、その入射端面３から入射し、導光板２内を直進するか、あるいは出射面４により内面反射されて反射面５に入射した光を、この反射面５により内面反射して出射面４から出射させるが、前記反射面５による反射強度は、その光に含まれる直線偏光成分によって異なるため、前記反射面１０への入射光線とその反射光線とを含む入射面に垂直な方向に振動する直線偏光成分（以下、Ｓ波と言う）が、前記入射面内で振動する直線偏光成分（以下、Ｐ波と言う）よりも高い強度で内面反射される。
【００３６】
また、前記導光部材７は、上述したように、その入射端面８から入射し、導光部材７内を直進するか、あるいは一側面の細長出射面９により内面反射されて他側面の反射面１０に入射した光を、この反射面１０により内面反射して前記細長出射面９から出射させるが、前記反射面１０による反射強度もその光に含まれる直線偏光成分によって異なり、前記反射面１０への入射光線とその反射光線とを含む入射面に垂直な方向に振動する直線偏光成分のＳ波が、前記入射面内で振動する直線偏光成分のＰ波よりも高い強度で内面反射される。
【００３７】
そのため、前記導光部材７の細長出射面９から出射する光は、前記Ｐ波の偏光成分よりもＳ波の偏光成分の強度が高い。
【００３８】
そして、前記導光板２の反射面５と前記導光部材７の反射面１０とは互いに９０度で交差する位置に配置されているため、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光をそのまま前記導光板２に入射させた場合は、その光のうち、前記導光部材７の反射面１０で反射した反射強度の低いＰ波が、前記導光板２の反射面５に対して反射強度が高いＳ波として入射し、前記導光部材７の反射面１０で反射した反射強度の高いＳ波が、前記導光板２の反射面５に対して反射強度が低いＰ波として入射するため、前記導光板２の出射面４から出射する光の強度が低い。
【００３９】
それに対し、前記面光源１では、前記導光板２の入射端面３と前記導光部材７の細長出射面９との間にλ／２位相差板１２を配置しているため、図２に示したように、前記導光部材７の細長出射面９から出射したＳ波Ｓ１及びＰ波Ｐ１が前記λ／２位相差板１２により偏光面を９０度回転されて前記導光板２にその入射端面３から入射する。
【００４０】
そのため、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光のうち、強度の高いＳ波Ｓ１が、前記導光板２の反射面５に、この反射面５による反射強度が高いＳ波Ｓ２となって入射し、強度の低いＰ波は、前記導光板２の反射面５に、この反射面５による反射強度が低いＰ波となって入射する。
【００４１】
したがって、この面光源１によれば、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光の強度の高い偏光成分の光を、前記導光板２２の反射面２５により、高い反射強度で内面反射させることができ、そのために、前記導光板２２の出射面４から充分な強度の光を出射させることができる。
【００４２】
このように、前記面光源１は、透明板の一端面が光が入射される入射端面３を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板内を導かれた光を出射する出射面４を、他方の板面が前記入射端面３から入射した光を内面反射して前記出射面４から出射させる反射面５を形成する導光板と、細長透明材の一側面が光を出射する細長出射面９を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面９と交差する２つの端面の一方が光が入射される入射端面８を、前記細長出射面９と対峙する他側面が前記入射端面８から入射した光を内面反射して前記細長出射面９から出射させる反射面１０を形成してなり、前記細長出射面９を前記導光板２の入射端面３に対向させて配置された導光部材７と、前記導光板２の入射端面３と前記導光部材７の細長出射面９との間に配置され、前記導光部材７の細長出射面９から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板２の入射端面３に入射させる位相差板１２と、前記導光部材７の入射端面８に対向させて配置された固体発光素子１４とを備えたものであるため、少ない発光素子数で、導光板２の出射面４の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができる。
【００４３】
この実施例の面光源１は、発光素子として、ＬＥＤ等からなる１つの固体発光素子１４を備えたものであるため、コストを低減するとともに、消費電極も少なくすることができる。
【００４４】
また、前記固体発光素子１４は、その駆動電圧を制御することにより発光強度を変化させることができるため、前記導光板２の出射面４から出射する光の強度を任意に調整することができる。
【００４５】
しかも、前記面光源１は、前記導光部材７の他側面の反射面１０を、前記導光部材７の入射端面８から入射した光を前記導光部材７の細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部１１により形成しているため、この導光部材７の細長出射面９から出射した光を、前記導光板２にその入射端面３に垂直な方向の付近から入射させ、その光を前記導光板２の全域に均等に行き渡らせて、前記導光板２の出射面４の全域から、より強度分布が均一な光を出射することができる。
【００４６】
さらに、前記面光源１は、前記導光板２の後面の反射面５を、前記導光板２の入射端面３から入射した光を前記導光板２の出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部６により形成しているため、前記導光板２の出射面４から、正面輝度（導光板２の出射面４の法線付近の方向に出射する光の輝度）の高い光を出射することができる。
【００４７】
前記面光源１は、例えば液晶表示装置の照明用光源に利用される。図３は前記面光源１を備えた液晶表示装置の一例を示す分解斜視図であり、この液晶表示装置は、透過型液晶表示素子２０の後側に、前記液晶表示素子２０をその後側から照明するためのバックライトとして、前記面光源１を配置したものである。
【００４８】
前記透過型液晶表示素子２０は、その内部構造は図示しないが、表示の観察面側である前側の透明基板２２と、この前側基板２２に対向する後側の透明基板２３とが枠状のシール材２４を介して接合され、これらの基板２２，２３間に液晶層が設けられるとともに、それぞれの基板２２，２３の前記液晶層に対向する内面に、互いに対向する領域により複数の画素を形成する透明電極が設けられた液晶セル２１と、この液晶セル２１をはさんでその前後に配置された一対の偏光板２５，２６とからなっている。
【００４９】
なお、この液晶表示素子２０は、ノーマリーホワイトモードのＴＮ（ツイステッドネマティック）型液晶表示素子であり、前記液晶セル２１の液晶層の液晶分子は、前後の基板２２，２３間において実質的に９０度のツイスト角でツイスト配向している。
【００５０】
また、前記一対の偏光板２５，２６はそれぞれ、互いに直交する方向に透過軸２５ａ，２６ａと吸収軸（図示せず）をもった吸収偏光板であり、これらの偏光板２５，２６は、それぞれの透過軸２５ａ，２６ａを実質的に直交させて配置されている。
【００５１】
そして、前記面光源１は、その導光板２の出射面４を前記液晶表示素子２０の後面（後側偏光板２６の外面）に対向させるとともに、前記導光板２の出射面４から出射する光のうち、強度の高いＳ波Ｓ２の偏光面に平行な方向、つまり導光板２の反射面５の複数の細長プリズム部６の長さ方向を、前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６の透過軸２６ａと実質的に平行にして配置されている。
【００５２】
この液晶表示装置は、前記面光源１からの光を前記液晶表示素子２０にその後面から入射させて表示するものであり、前記面光源１の導光板２の出射面４から出射した光は、前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６によりその吸収軸に平行な振動面をもった偏光成分を吸収され、前記後側偏光板２６の透過軸２６ａに平行な直線偏光とされて液晶セル２１に入射する。
【００５３】
なお、前記面光源１の導光板２の出射面４から出射する光は、前記導光板２の反射面５の複数の細長プリズム部６の長さ方向に平行な偏光面をもったＳ波Ｓ２の偏光強度が高く、それと直交するＰ波Ｐ２の偏光強度が弱い光であるが、この液晶表示装置では、前記面光源１を、前記導光板２の出射面４から出射する光のうち、強度の高いＳ波Ｓ２の偏光面に平行な方向を前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６の透過軸２６ａと実質的に平行にして配置しているため、前記面光源１の導光板２の出射面４から出射した光の強度の高いＳ波Ｓ２を、前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６を透過させて液晶セル２１に入射させることができる。
【００５４】
そして、前記液晶セル２１に入射した光は、その両基板２２，２３の電極間に印加される電界に応じた液晶層の複屈折作用を受けて液晶セル２１の前側に出射するため、前記液晶セル２１液晶層に印加される電界を制御し、前記液晶層を透過した光を前側偏光板２５の吸収軸に平行な偏光面をもった直線偏光とすることにより、その直線偏光を前記前側偏光板２５で吸収させる暗表示が行なわれ、前記液晶層を透過した光を前記前側偏光板２５の透過軸２５ａに平行な偏光面をもった直線偏光とすることにより、その直線偏光を前記前側偏光板２５を透過させて前側に出射して明表示が行なわれる。
【００５５】
この液晶表示装置は、上述したように導光板２の出射面４の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射する面光源１をバックライトとし、この面光源１を、その導光板２の出射面４から出射する光のうち、強度の高いＳ波Ｓ２の振動面に平行な方向を前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６の透過軸２６ａと実質的に平行にして配置したものであるため、前記液晶表示素子２０に、明るく、しかも輝度むらの無い高品質の画像を表示することができる。
【００５６】
また、前記面光源１は、上述したように、固体発光素子１４の駆動電圧を制御することにより導光板２の出射面４から出射する光の強度を任意に調整することができるため、前記液晶表示装置の表示輝度を、外部環境の明るさに応じた最適輝度にすることができる。
【００５７】
なお、上記液晶表示装置は、前記面光源１からの光を利用する透過表示を行なうものであるが、例えば、前記面光源１の導光板２の後側に反射板を配置するか、あるいは前記液晶表示素子２０の後側偏光板２６を、互いに直交する方向に透過軸と反射軸をもち、入射光の互いに直交する２つの直線偏光成分のうち、前記透過軸に平行な偏光成分を透過させ、前記反射軸に平行な偏光成分を反射する反射偏光板に置き換えることにより、前記面光源１からの光を利用する透過表示と、表示の観察側である前側から入射する外光（外部環境の光）利用する反射表示との両方の表示を行なわせることができる。
【００５８】
また、上記液晶表示装置は、前記面光源１をバックライトとしたものであるが、前記面光源１は、反射表示を行なう反射型液晶表示素子を備えた液晶表示装置のフロントライトとして用いることもでき、その場合は、前記面光源１を、その導光板２の出射面４を前記反射型液晶表示素子の前面（前側偏光板の外面）に対向させるとともに、前記導光板２の出射面４から出射する光のうち、強度の高いＳ波Ｓ２の偏光面に平行な方向（導光板２の反射面５の複数の細長プリズム部６の長さ方向）を、前記反射型液晶表示素子の前側偏光板の透過軸と実質的に平行にして配置すればよい。
【００５９】
なお、上記実施例の面光源１は、導光部材７の他側面の反射面１０を、前記導光部材７の入射端面８から入射した光を前記導光部材７の一側面の細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部１１により形成したものであるが、前記導光部材７の他側面の反射面は、例えば、導光部材７の入射端面８側から他端側に向かって前記細長出射面９に近くなる方向に傾いた連続した傾斜面としてもよい。
【００６０】
また、上記実施例の面光源１は、前記導光板２の反射面５を、前記導光板２の入射端面３から入射した光を前記導光板２の出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部６により形成したものであるが、前記導光板２の反射面５は、例えば、導光板２の入射端面３側から他端側に向かって出射面４に近くなる方向に傾いた連続した傾斜面としてもよい。
【００６１】
さらに、上記実施例の面光源１は、前記導光部材７の入射端面８に対向させて１つの固体発光素子１４を配置したものであるが、前記導光部材７の入射端面８の面積が前記固体発光素子１４よりも大きい場合は、前記導光部材７の入射端面８に対向させて複数の固体発光素子１４を配置してもよい。
【００６２】
また、上記実施例の面光源１は、導光板２の一端面を入射端面３に形成し、その入射端面３に対向させて一端面が入射端面８に形成された導光部材７を配置するとともに、この導光部材７の入射端面８に対向させて固体発光素子１４を配置したものであるが、前記導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、その両方の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置してもよく、また、前記導光板２の両端面をそれぞれ入射端面３に形成し、その両方の入射端面３にそれぞれ対向させてλ／２位相差板１２と導光部材７とを配置するとともに、これらの導光部材７の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置してもよい。
【００６３】
図４はこの発明の第２の実施例を示しており、（ａ）は面光源の平面図、（ｂ）は前記面光源の側面図である。
【００６４】
この実施例の面光源１ａは、導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、その両方の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置したものであり、この実施例では、前記導光部材７の他側面の反射面１０を、前記導光部材７の入射端面８と平行で、且つ前記導光部材７の他側面の全幅にわたる長さを有するとともに、両側面がそれぞれ導光部材７の細長出射面９に対して３０〜６０度（好ましくは略４５度）の角度で傾いた傾斜面に形成された断面形状が三角形状の複数の細長プリズム部１１ａにより形成し、前記導光部材７の両方の入射端面８から入射した光をそれぞれ、前記複数のプリズム部１１ａにより前記細長出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射するようにしている。
【００６５】
この面光源１ａによれば、前記導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、その両方の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置しているため、その両方の固体発光素子１４から同じ強度の光を出射させることにより、前記導光部材７の細長出射面９の全域からより均一な強度分布の光を導光板２の入射端面３に向けて出射させ、前記導光板２にその入射端面３の全域から均一な強度分布の光を入射させることができる。
【００６６】
また、この面光源１ａによれば、前記導光部材７の両方の入射端面８にそれぞれ対向させて配置された２つの固体発光素子１４の一方を点灯させ、他方を消灯させたり、両方の固体発光素子１４の発光強度をそれぞれ制御することにより、前記導光板２にその入射端面３から入射させる光の強度を広範囲に変化させ、前記導光板２の出射面４から出射する光の強度をより広い強度範囲で調整することができる。
【００６７】
図５はこの発明の第３の実施例を示しており、（ａ）は面光源の平面図、（ｂ）は前記面光源の側面図である。
【００６８】
この実施例の面光源１ｂは、導光板２の両端面をそれぞれ入射端面３に形成し、その両方の入射端面３にそれぞれ対向させてλ／２位相差板１２と導光部材７を配置するとともに、これらの導光部材７の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置したものであり、この実施例では、前記導光板２の反射面５を、前記導光板２の入射端面３と平行で、且つ前記導光板２の全幅にわたる長さを有するとともに、両側面がそれぞれ導光板２の出射面４に対して３０〜６０度（好ましくは略４５度）の角度で傾いた傾斜面に形成された断面形状が三角形状の複数の細長プリズム部６ａにより形成し、前記導光板２の両方の入射端面３から入射した光をそれぞれ、前記複数のプリズム部６ａにより出射面４の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射するようにしている。
【００６９】
なお、この面光源１ｂは、前記導光板２の両方の入射端面３にそれぞれ対向させて配置した導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、これらの導光部材７の両方の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置したものであり、前記導光部材７の他側面の反射面１０は、図４に示した第２の実施例と同じ複数の細長プリズム部１１ａにより形成されている。
【００７０】
この面光源１ｂによれば、前記導光部材７の両端面をそれぞれ入射端面８に形成し、その両方の入射端面８にそれぞれ対向させてλ／２位相差板１２と導光部材７を配置するとともに、これらの導光部材７の入射端面８にそれぞれ対向させて固体発光素子１４を配置しているため、両方の導光部材７の入射端面８に対向する固体発光素子１４からそれぞれ同じ強度の光を出射させ、前記両方の導光部材７の細長出射面９からの出射光を前記導光板２にその両方の入射端面３から入射させることにより、前記導光板２の出射面４の全域からさらに均一な強度分布の光を入射させることができる。
【００７１】
また、この面光源１ａによれば、前記両方の導光部材７の入射端面８にそれぞれ対向させて配置された各固体発光素子１４の点灯及び消灯や、それぞれの固体発光素子１４の発光強度を制御することにより、前記導光板２にその両方の入射端面３から入射させる光の強度を広範囲に変化させ、前記導光板２の出射面４から出射する光の強度をさらに広い強度範囲で調整することができる。
【００７２】
なお、上述した各実施例の面光源１，１ａ，１ｂは、液晶表示装置に限らず、光の透過を制御して画像を表示する表示素子を備えた表示装置の照明光源や、表示装置以外の照明光源にも広く使用することができる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明の面光源は、透明板の少なくとも一つの端面が光を入射させる入射端面を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板内を導かれた光を出射する出射面を形成し、他方の板面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記出射面から出射させる反射面を形成する導光板と、細長透明材の一つの側面が光を出射する細長出射面を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面と交差する２つの端面の少なくとも一方が光を入射させる入射端面を形成し、前記細長出射面と対峙する他の側面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記細長出射面から出射させる反射面を形成してなり、前記細長出射面を前記導光板の入射端面に対向させて配置された導光部材と、前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置され、前記導光部材の細長出射面から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させる位相差板と、前記導光部材の入射端面に対向させて配置された固体発光素子とを備えたものであるため、少ない発光素子数で、導光板の出射面の全域から均一な強度分布でしかも充分な強度の光を出射することができる。
【００７４】
この発明の面光源において、前記導光部材の反射面は、前記導光部材の入射端面から入射した光を前記導光部材の細長出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっているのが好ましく、このようにすることにより、前記導光部材の細長出射面から出射した光を、前記導光板にその入射端面に垂直な方向の付近から入射させ、その光を前記導光板の全域に均等に行き渡らせて、前記導光板の出射面の全域から、より強度分布が均一な光を出射することができる。
【００７５】
さらに、前記導光板の反射面は、前記導光板の入射端面から入射した光を前記導光板の出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっているのが好ましく、このようにすることにより、前記導光板の出射面から、正面輝度の高い光を出射することができる。
また、さらに、位相差板は、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与えるλ／２位相差板からなることが好ましく、このようにすることにより、前記導光部材から出射した光の直線偏光成分の偏光面を確実に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例を示す面光源の平面図及び側面図。
【図２】前記面光源の導光部材と位相差板と導光板からの出射光の直線偏光成分を示す模式図。
【図３】前記面光源を備えた液晶表示装置の一例を示す分解斜視図。
【図４】この発明の第２の実施例を示す面光源の平面図及び側面図。
【図５】この発明の第３の実施例を示す面光源の平面図及び側面図。
【符号の説明】
１，１ａ，１ｂ…面光源
２…導光板
３…入射端面
４…出射面
５…反射面
６，６ａ…プリズム部
７…導光部材
８…入射端面
９…細長出射面
１０…反射面
１１，１１ａ…プリズム部
１２…位相差板
１４…固体発光素子
Claims (4)
- 透明板の少なくとも一つの端面が光を入射させる入射端面を形成し、前記透明板の２つの板面の一方が前記透明板内を導かれた光を出射する出射面を形成し、他方の板面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記出射面から出射させる反射面を形成する導光板と、
細長透明材の一つの側面が光を出射する細長出射面を形成し、前記細長透明材の前記細長出射面と交差する２つの端面の少なくとも一方が光を入射させる入射端面を形成し、前記細長出射面と対峙する他の側面が前記入射端面から入射した光の、その入射光と反射光とを含む入射面に対して垂直な方向に振動する直線偏光成分を前記入射面と平行な面内で振動する直線偏光成分より強く内面反射して前記細長出射面から出射させる反射面を形成してなり、前記細長出射面を前記導光板の入射端面に対向させて配置された導光部材と、
前記導光板の入射端面と前記導光部材の細長出射面との間に配置され、前記導光部材の細長出射面から出射した光の直線偏光成分の偏光面を実質的に９０度回転させて前記導光板の入射端面に入射させる位相差板と、
前記導光部材の入射端面に対向させて配置された固体発光素子と、
を備えたことを特徴とする面光源。 - 導光部材の反射面は、前記導光部材の入射端面から入射した光を前記導光部材の細長出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっていることを特徴とする請求項１に記載の面光源。
- 導光板の反射面は、前記導光板の入射端面から入射した光を前記導光板の出射面の法線に対する角度が小さくなる方向に向けて内面反射する複数のプリズム部からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の面光源。
- 位相差板は、透過光の常光と異常光との間に１／２波長の位相差を与えるλ／２位相差板からなっていることを特徴とする請求項１または２に記載の面光源。
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