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技術 液晶表示装置

出願人 学校法人慶應義塾大日本印刷株式会社日東電工株式会社日東樹脂工業株式会社
発明者 小池康博中村瑠奈荒川文裕山本浩淵田岳仁前澤昌平武本博之村上奈穗石川毅樋口榮三郎
出願日 2013年2月5日 (7年4ヶ月経過) 出願番号 2013-020335
公開日 2013年9月26日 (6年9ヶ月経過) 公開番号 2013-190778
状態 特許登録済
技術分野 液晶4(光学部材との組合せ) 面状発光モジュール
主要キーワード 不等辺三角形状 Eモード 二等辺三角柱形状 略三角柱形状 微小突起群 不等辺三角形 並列ピッチ 略三角形形状
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (14)

課題

光の利用効率が高く、明るい映像を表示できる液晶表示装置を提供する。

解決手段

液晶表示パネル15と、面光源装置20とを備え、面光源装置20は、光源部と、光源部からの光を、光の導光方向と略平行な面内において出光面法線方向から所定の角度をなす第1の方向に最大強度指向性を有し、かつ、当該面内で振動する偏光成分の比率が高い偏光光である第1指向性光出射する導光板21と、第1指向性光を、その偏光状態を実質的に維持しつつ導光板の出光面の法線方向から所定の角度内の第2の方向に指向した第2指向性光として出光するプリズムシート30と、を備える。単位プリズム稜線方向は、導光板21の入光面に略平行であり、第2の偏光板14の透過軸は、第2指向性光の偏光方向と導光板21の光の導光方向に略平行しており、第2の偏光板14の透過軸は、第1の偏光板13の透過軸と略直交している。

概要

背景

近年、ディスプレイとして、面光源装置を用いた液晶表示装置の普及には目覚ましいものがある。面光源装置を用いた液晶表示装置として、例えば、エッジライト型面光源装置を備える液晶表示装置が知られている。このような液晶表示装置においては、光源から出射された光は、導光板入射し、導光板の出光面液晶セル側面)と裏面とで全反射を繰り返しながら伝播する。導光板内を伝播する光の一部は、導光板の裏面等に設けられた光散乱体等により進行方向を変えられて出光面から導光板外へ出射する。導光板の出光面から出射した光は、拡散シートプリズムシート輝度向上フィルム等の各種光シートによって拡散集光された後、液晶セルの両側に偏光板が配置された液晶パネルに入射する。液晶セルの液晶層液晶分子画素ごとに駆動され、入射光の透過および吸収を制御する。その結果、映像が表示される。

上述のように、液晶パネルは、両側(表裏)に偏光板を備えているため、液晶パネルに入射する光の約半分が入射側の偏光板に吸収されてしまい、光の利用効率が本質的に低い。そこで、所望の明るさを得るために、より多くの光を偏光板に入射させようとすると、光源の消費電力が増大することに加え、光源からの熱が液晶等に悪影響を与え、表示が見づらくなってしまう等の様々な問題がある。

液晶表示装置における光の利用効率を改善するために、様々な提案がなされている。その1つとして、光源からの無偏光光を、互いに直交関係にある二つの直線偏光に透過および反射で分離する偏光分離体を用い、分離された一方の偏光光を透過させて直接利用するとともに、反射した他方の偏光光も再利用するものがある。すなわち、偏光分離体により分離した偏光成分のうち、透過した片方の偏光成分は該透過光の偏光方向と下偏光板(入射側偏光板)の透過軸方向とを一致させて液晶セルに入射させ、他方の偏光成分は光源側に戻して、その光を複屈折、反射、回折または拡散等により直線偏光を解消した後、再度偏光分離体に導いて再利用することで、光利用効率を向上させる技術である。例えば、特許文献1には、面状導光板の出光面側に、出射する光が面状導光板表面に対してほぼ垂直になるような光制御シートを設け、さらにその上に、偏光分離手段を配置するバックライトが記載されている。

しかし、特許文献1に記載のバックライトは、偏光分離体の構造が複雑で、特に断面が三角形状の柱状プリズムアレイ斜面部分偏光分離層を形成することが難しく、量産性が不十分である。近年では、導光板から出射する光が、所定の偏光状態を有するように構成された面光源装置等も開発されているが、導光板から出射された偏光光である出射光が十分に有効利用されておらず、十分な明るさは得られていない。

また、特許文献2は、面光源から所定の方向に偏光された光を出射させ、プリズムシートの基材として2軸延伸されたフィルムなど複屈折率を有する基材を用いることにより、液晶パネルに入射する偏光光の偏光方向を制御することで、偏光板に吸収される光を減少させ光の利用効率を向上させる旨が記載されている。しかし、特許文献2の液晶表示装置もまた、光の利用効率が依然として不十分である。

概要

光の利用効率が高く、明るい映像を表示できる液晶表示装置を提供する。液晶表示パネル15と、面光源装置20とを備え、面光源装置20は、光源部と、光源部からの光を、光の導光方向と略平行な面内において出光面の法線方向から所定の角度をなす第1の方向に最大強度指向性を有し、かつ、当該面内で振動する偏光成分の比率が高い偏光光である第1指向性光を出射する導光板21と、第1指向性光を、その偏光状態を実質的に維持しつつ導光板の出光面の法線方向から所定の角度内の第2の方向に指向した第2指向性光として出光するプリズムシート30と、を備える。単位プリズム稜線方向は、導光板21の入光面に略平行であり、第2の偏光板14の透過軸は、第2指向性光の偏光方向と導光板21の光の導光方向に略平行しており、第2の偏光板14の透過軸は、第1の偏光板13の透過軸と略直交している。

目的

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

観察者側に設けられる第1の偏光板と背面側に設けられる第2の偏光板との間に液晶セルを備える液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを背面側から照明する面光源装置と、を備え、該面光源装置は、光源部と、該光源部からの光を、該光源部に対向する入光面から入射させ、該液晶表示パネルと対向する出光面から、光の導光方向と略平行な面内において該出光面の法線方向から所定の角度をなす第1の方向に最大強度指向性を有し、かつ、該面内で振動する偏光成分の比率が高い偏光光である第1指向性光出射する導光板と、該導光板より該液晶表示パネル側に配置され、該導光板側に凸となる柱状の単位プリズムが複数配列されたプリズム部を備え、該第1指向性光を、その偏光状態を実質的に維持しつつ該導光板の該出光面の法線方向から所定の角度内の第2の方向に指向した第2指向性光として出光するプリズムシートと、を備え、該単位プリズムの稜線方向は、該導光板の該入光面に略平行であり、該第2の偏光板の透過軸は、該第2指向性光の偏光方向と該導光板の光の導光方向に略平行しており、該第2の偏光板の透過軸は、該第1の偏光板の透過軸と略直交している、液晶表示装置

請求項2

前記プリズムシートが、前記プリズム部より前記液晶表示パネル側に、該プリズム部を支持する基材部を備え、該基材部が実質的に光学的に等方性を有する、請求項1に記載の液晶表示装置。

請求項3

前記第1指向性光が、前記光の導光方向と略平行な面内で振動する偏光成分を52%以上含む、請求項1または2に記載の液晶表示装置。

請求項4

前記導光板が光散乱剤を含有し、かつ、該導光板の裏面側に凸となる柱状の裏面側単位光学要素が、該導光板の前記入光面側から反対側の側面へ複数配列され、前記単位プリズムの配列方向が、該裏面側単位光学要素の配列方向と略平行である、請求項1から3のいずれかに記載の液晶表示装置。

請求項5

前記面光源装置と前記第1の偏光板との間に偏光選択反射シートをさらに備える、請求項1から4のいずれかに記載の液晶表示装置。

技術分野

0001

本発明は、液晶表示装置に関する。

背景技術

0002

近年、ディスプレイとして、面光源装置を用いた液晶表示装置の普及には目覚ましいものがある。面光源装置を用いた液晶表示装置として、例えば、エッジライト型面光源装置を備える液晶表示装置が知られている。このような液晶表示装置においては、光源から出射された光は、導光板入射し、導光板の出光面液晶セル側面)と裏面とで全反射を繰り返しながら伝播する。導光板内を伝播する光の一部は、導光板の裏面等に設けられた光散乱体等により進行方向を変えられて出光面から導光板外へ出射する。導光板の出光面から出射した光は、拡散シートプリズムシート輝度向上フィルム等の各種光シートによって拡散集光された後、液晶セルの両側に偏光板が配置された液晶パネルに入射する。液晶セルの液晶層液晶分子画素ごとに駆動され、入射光の透過および吸収を制御する。その結果、映像が表示される。

0003

上述のように、液晶パネルは、両側(表裏)に偏光板を備えているため、液晶パネルに入射する光の約半分が入射側の偏光板に吸収されてしまい、光の利用効率が本質的に低い。そこで、所望の明るさを得るために、より多くの光を偏光板に入射させようとすると、光源の消費電力が増大することに加え、光源からの熱が液晶等に悪影響を与え、表示が見づらくなってしまう等の様々な問題がある。

0004

液晶表示装置における光の利用効率を改善するために、様々な提案がなされている。その1つとして、光源からの無偏光光を、互いに直交関係にある二つの直線偏光に透過および反射で分離する偏光分離体を用い、分離された一方の偏光光を透過させて直接利用するとともに、反射した他方の偏光光も再利用するものがある。すなわち、偏光分離体により分離した偏光成分のうち、透過した片方の偏光成分は該透過光の偏光方向と下偏光板(入射側偏光板)の透過軸方向とを一致させて液晶セルに入射させ、他方の偏光成分は光源側に戻して、その光を複屈折、反射、回折または拡散等により直線偏光を解消した後、再度偏光分離体に導いて再利用することで、光利用効率を向上させる技術である。例えば、特許文献1には、面状導光板の出光面側に、出射する光が面状導光板表面に対してほぼ垂直になるような光制御シートを設け、さらにその上に、偏光分離手段を配置するバックライトが記載されている。

0005

しかし、特許文献1に記載のバックライトは、偏光分離体の構造が複雑で、特に断面が三角形状の柱状プリズムアレイ斜面部分偏光分離層を形成することが難しく、量産性が不十分である。近年では、導光板から出射する光が、所定の偏光状態を有するように構成された面光源装置等も開発されているが、導光板から出射された偏光光である出射光が十分に有効利用されておらず、十分な明るさは得られていない。

0006

また、特許文献2は、面光源から所定の方向に偏光された光を出射させ、プリズムシートの基材として2軸延伸されたフィルムなど複屈折率を有する基材を用いることにより、液晶パネルに入射する偏光光の偏光方向を制御することで、偏光板に吸収される光を減少させ光の利用効率を向上させる旨が記載されている。しかし、特許文献2の液晶表示装置もまた、光の利用効率が依然として不十分である。

先行技術

0007

特開平6−265892号公報
特許第4673463号公報

発明が解決しようとする課題

0008

本発明は上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、光の利用効率が高く、明るい映像を表示できる液晶表示装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0009

本発明の液晶表示装置は、観察者側に設けられる第1の偏光板と背面側に設けられる第2の偏光板との間に液晶セルを備える液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを背面側から照明する面光源装置と、を備える。面光源装置は、光源部と;該光源部からの光を、該光源部に対向する入光面から入射させ、該液晶表示パネルと対向する出光面から、光の導光方向と略平行な面内において該出光面の法線方向から所定の角度をなす第1の方向に最大強度指向性を有し、かつ、該面内で振動する偏光成分の比率が高い偏光光である第1指向性光を出射する導光板と;該導光板より該液晶表示パネル側に配置され、該導光板側に凸となる柱状の単位プリズムが複数配列されたプリズム部を備え、該第1指向性光を、その偏光状態を実質的に維持しつつ該導光板の該出光面の法線方向から所定の角度内の第2の方向に指向した第2指向性光として出光するプリズムシートと、を備える。該単位プリズムの稜線方向は、該導光板の該入光面に略平行である。該第2の偏光板の透過軸は、該第2指向性光の偏光方向と該導光板の光の導光方向に略平行である。該第2の偏光板の透過軸は、該第1の偏光板の透過軸と略直交している。
1つの実施形態においては、上記プリズムシートは、上記プリズム部より上記液晶表示パネル側に、該プリズム部を支持する基材部を備え、該基材部は実質的に光学的に等方性を有する。
1つの実施形態においては、上記第1指向性光は、上記光の導光方向と略平行な面内で振動する偏光成分を52%以上含む。
1つの実施形態においては、上記導光板は光散乱剤を含有し、かつ、該導光板の裏面側に凸となる柱状の裏面側単位光学要素が、該導光板の前記入光面側から反対側の側面へ複数配列され、上記単位プリズムの配列方向は、該裏面側単位光学要素の配列方向と略平行である。
1つの実施形態においては、上記液晶表示装置は、上記面光源装置と上記第1の偏光板との間に偏光選択反射シートをさらに備える。

発明の効果

0010

本発明によれば、光の利用効率が高く、明るい映像を表示可能な液晶表示装置を提供できる。その結果、例えば光源の数の削減および/または光源の出力の削減により光源部の消費電力を低減することができる。さらに、光の利用効率を向上させるための部材数を削減することができるので、コスト、製造効率および薄型化のいずれの観点からも非常に有利である。特に、非常に高価な偏光選択反射シートを削除しても、良好な表示特性を維持することができる。薄型化を実現することにより、デザイン選択幅を大幅に拡大することができ、商業的に価値の高い液晶表示装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の1つの実施形態による液晶表示装置を説明する概略斜視図である。
図1の液晶表示装置に用いられる液晶セルの概略断面図である。
VAモードにおける液晶分子の配向状態を説明する概略断面図である。
図1の液晶表示装置における面光源装置の構成を説明する概略断面図である。
図4の面光源装置の導光板の出光側単位光学要素及び裏面側単位光学要素の形状を説明する概略図である。
導光板及びプリズムシートからの出射光の様子を示す図である。
入射角とP成分とS成分との各種関係を示す図である。
図4の面光源装置のプリズムシートの単位プリズムを説明する概略図である。
単位プリズムの他の実施形態を示す概略図である。
本発明の1つの実施形態において、導光板から出射する第1指向性光L1の輝度強度分布と、プリズムシートから出射する第2指向性光L2の輝度の強度分布を説明する図である。
本発明の1つの実施形態において、導光板及びプリズムシートからの出射光の偏光方向と、第1の偏光板の透過軸及び第2の偏光板の透過軸との関係を示す図である。
単位プリズムの変形形態の形状を示す概略図である。
実施例で用いた導光板の出光側単位光学要素の形状を説明する概略図である。

0012

以下、図面等を参照して、本発明の1つの実施形態について説明する。
なお、図1を含め、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ、形状は、理解を容易にするために、適宜誇張している。
また、板、シート、フィルム等の言葉を使用しているが、これらは、一般的な使い方として、厚さの厚い順に、板、シート、フィルムの順で使用されており、本明細書中でもそれに倣って使用している。しかし、このような使い分けには、技術的な意味は無いので、特許請求の範囲の記載は、シートという記載で統一して使用した。従って、シート、板、フィルムの文言は、適宜置き換えることができるものとする。例えば、プリズムシートは、プリズムフィルムとしてもよいし、プリズム板としてもよい。
さらに、本明細書中に記載する各部材の寸法等の数値及び材料名等は、実施形態としての一例であり、これに限定されるものではなく、適宜選択して使用してよい。

0013

図1は、本発明の1つの実施形態による液晶表示装置1を説明する図である。本実施形態の液晶表示装置1は、面光源装置20と、面光源装置20により背面から照明される液晶表示パネル15とを備える。なお、液晶表示装置1には、説明等は省略するが、この他に、液晶表示装置として動作するために必要とされる通常の配線回路、部材などの機器が備えられている。

0014

なお、図中及び以下の説明において、理解を容易にするために、液晶表示装置1の使用状態において、導光板の光の導光方向に垂直な方向をX方向、導光板の光の導光方向をY方向、観察画面の法線方向をZ方向とする。観察者は、観察者側となるZ2側から背面側となるZ1側に向けて、液晶表示パネル15の画面の表示を視認する。また、プリズムシート30や液晶表示パネル15の厚み方向(Z方向)においては、Z1側は、光の入射側であり、Z2側は光の出射側となる。

0015

液晶表示パネル15は、透過型映像表示部であり、観察者側(出射側、Z2側)に配置された第1の偏光板13と、面光源装置20側(Z1側)に配置された第2の偏光板14と、第1の偏光板13と第2の偏光板14との間に配置された液晶セル12とを有している。偏光板は、入射した光を直交する二つの偏光成分に分解し、一方の方向(透過軸と平行な方向)の偏光成分を透過させ、当該一方の方向に直交する方向(吸収軸と平行な方向)の偏光成分を吸収する機能を有している。本実施形態では、第2の偏光板14の透過軸及び第1の偏光板13の透過軸は、液晶表示パネル15の正面方向(液晶表示装置1の観察画面の正面方向)から見て、実質的に直交している。本実施形態においては、例えば、第1の偏光板13の透過軸はX方向であり、第2の偏光板14の透過軸はY方向である。X方向は、上記のとおり導光板の光の導光方向に垂直な方向であり、図示例においては画面の左右方向である。Y方向は、上記のとおり導光板の光の導光方向であり、図示例においては画面の上下方向である。第2の偏光板14の透過軸は、後述する導光板21の光の導光方向に実質的に平行である。なお、本明細書において、「実質的に直交」および「略直交」という表現は、2つの方向のなす角度が90°±10°である場合を包含し、好ましくは90°±7°であり、さらに好ましくは90°±5°である。「実質的に平行」および「略平行」という表現は、2つの方向のなす角度が0°±10°である場合を包含し、好ましくは0°±7°であり、さらに好ましくは0°±5°である。さらに、本明細書において単に「直交」または「平行」というときは、実質的に直交または実質的に平行な状態を含み得るものとする。

0016

図2を参照すると、本実施形態の液晶セル12は、一対の基板121、121’と、当該基板間に挟持された表示媒体としての液晶層122とを有する。一般的な構成においては、一方の基板121に、カラーフィルター及びブラックマトリクスが設けられており、他方の基板121’に、液晶の電気光学特性を制御するスイッチング素子と、このスイッチング素子にゲート信号を与える走査線及びソース信号を与える信号線と、画素電極及び対向電極とが設けられている。上記基板121、121’の間隔(セルギャップ)は、スペーサー等によって制御できる。上記基板121、121’の液晶層122と接する側には、例えば、ポリイミドからなる配向膜等を設けることができる。

0017

1つの実施形態においては、液晶層122は、電界が存在しない状態でホモジニアス配列配向させた液晶分子を含む。このような液晶層(結果として、液晶セル)は、液晶層の遅相軸方向、進相軸方向、及び厚み方向の屈折率をそれぞれ、nx、ny、nzとした場合、代表的には、nx>ny=nzの3次元屈折率を示す。なお、本明細書において、ny=nzとは、nyとnzが完全に同一である場合だけでなく、nyとnzとが実質的に同一である場合も包含する。

0018

このような3次元屈折率を示す液晶層を用いる駆動モードの代表例としては、インプレースイッチング(IPS)モード、フリンジフィールドスイッチング(FFS)モード等が挙げられる。上記IPSモードは、電圧制御複屈折(ECB:Electrically Controlled Birefringence)効果を利用し、電界が存在しない状態でホモジニアス配列に配向させた液晶分子を、例えば、金属で形成された対向電極と画素電極とで発生させた基板に平行な電界(横電界ともいう)で応答させる。より具体的には、例えば、テクタイムズ社出版「月刊ディスプレイ7月号」p.83〜p.88(1997年版)や、日本液晶学会出版「液晶vol.2No.4」p.303〜p.316(1998年版)に記載されているように、ノーマリーブッラクモードでは、液晶セルの電界無印加時の配向方向と一方の側の偏光子の吸収軸とを一致させて、上下の偏光板を直交配置させると、電界のない状態で完全に黒表示になる。電界があるときは、液晶分子が基板に平行を保ちながら回転動作することによって、回転角に応じた透過率を得ることができる。なお、上記のIPSモードは、V字型電極又はジグザグ電極等を採用した、スーパー・インプレーンスイッチング(S−IPS)モードや、アドバンスド・スーパー・インプレーンスイッチング(AS−IPS)モードを包含する。

0019

上記FFSモードは、電圧制御複屈折効果を利用し、電界が存在しない状態でホモジニアス配列に配向させた液晶分子を、例えば、透明導電体で形成された対向電極と画素電極とで発生させた基板に平行な電界(横電界ともいう)で応答させるものをいう。なお、FFSモードにおける横電界は、フリンジ電界ともいう。このフリンジ電界は、透明導電体で形成された対向電極と画素電極との間隔を、セルギャップより狭く設定することによって発生させることができる。より具体的には、SID(Society for Information Display)2001 Digest,p.484−p.487や、特開2002−031812号公報に記載されているように、ノーマリーブラックモードでは、液晶セルの電界無印加時の配向方向と、一方の側の偏光子の吸収軸とを一致させて、上下の偏光板を直交配置させると、電界のない状態で完全に黒表示になる。電界があるときは、液晶分子が基板に平行を保ちながら回転動作することによって、回転角に応じた透過率を得ることができる。なお、上記のFFSモードは、V字型電極又はジグザグ電極等を採用した、アドバンスド・フリンジフィールドスイッチング(A−FFS)モードや、ウルトラ・フリンジフィールドスイッチング(U−FFS)モードを包含する。

0020

上記の電界が存在しない状態でホモジニアス配列に配向させた液晶分子を用いる駆動モード(例えば、IPSモード、FFSモード)は斜めの階調反転がなく、斜め視野角が広いため、本発明に用いられる正面方向に指向した面光源を用いても斜めからの視認性が優れるという利点がある。

0021

別の実施形態においては、液晶層122は、電界が存在しない状態でホメオトロピック配列に配向させた液晶分子を含む。電界が存在しない状態でホメオトロピック配列に配向させた液晶分子を用いる駆動モードとしては、例えば、バーティカルアライメント(VA)モードが挙げられる。VAモードは、マルチドメインVA(MVA)モードを包含する。

0022

図3は、VAモードにおける液晶分子の配向状態を説明する概略断面図である。図3(a)に示すように、VAモードにおける液晶分子は、電圧印加時には、液晶分子は基板121、121’面に略垂直(法線方向)に配向する。ここで、「略垂直」とは、液晶分子の配向ベクトルが法線方向に対して傾いている場合、すなわち、液晶分子がチルト角を有する場合も包含する。当該チルト角(法線からの角度)は、好ましくは10°以下、さらに好ましくは5°以下、特に好ましくは1°以下である。このような範囲のチルト角を有することにより、コントラストに優れ得る。また、動画表示特性が向上し得る。このような略垂直配向は、例えば、垂直配向膜を形成した基板間に負の誘電率異方性を有するネマチック液晶を配することにより実現され得る。このような状態で一方の基板の面から光を入射させると、第2の偏光板14を通過して液晶層122に入射した直線偏光の光は、略垂直配向している液晶分子の長軸の方向に沿って進む。液晶分子の長軸方向には実質的に複屈折が生じないため入射光は偏光方位を変えずに進み、第2の偏光板と直交する透過軸を有する第1の偏光板13で吸収される。これにより電圧無印加時において暗状態の表示が得られる(ノーマリブラックモード)。電極間に電圧が印加されると、液晶分子の長軸が基板面に平行に配向する。この状態の液晶分子は、第2の偏光板14を通過して液晶層に入射した直線偏光の光に対して複屈折性を示し、入射光の偏光状態は液晶分子の傾きに応じて変化する。所定の最大電圧印加時において液晶層122を通過する光は、例えばその偏光方位が90°回転させられた直線偏光となるので、第1の偏光板13を透過して明状態の表示が得られる。再び電圧無印加状態にすると配向規制力により暗状態の表示に戻すことができる。また、印加電圧を変化させて液晶分子の傾きを制御して第1の偏光板13からの透過光強度を変化させることにより階調表示が可能となる。VAモードの場合には、斜め方向の中間調の透過率が正面方向の中間調の透過率よりも高いため、本発明に用いられる正面方向に指向した面光源を用いても斜めからみた中間調が明るく、黒つぶれが少ないという利点がある。

0023

図4は、本実施形態の面光源装置20の構成を説明する図である。図4(a)には、図1にA1−A2で示した線に沿った面光源装置20の矢視断面図を示し、図4(b)には、図1にB1−B2で示した線に沿った面光源装置20の矢視断面図を示す。面光源装置20は、図1に示すように、液晶表示パネル15の背面側(Z1側)に配置され、液晶表示パネル15を背面側から照明する照明装置である。面光源装置20は、図1及び図4に示すように、導光板21と、光源部10と、プリズムシート30と、反射シート11とを備えるエッジライト型の面光源装置(バックライト)である。面光源装置20は、光源部10を導光板21の1つの側面(図1の21aまたは21b)に沿って配置した1灯式と呼ばれる面光源装置であってもよく、光源部10を導光板21の対向する2つの側面(図1の21aおよび21b)に沿ってそれぞれ配置した2灯式と呼ばれる面光源装置であってもよい。図4(a)に示すように、本実施形態においては2灯式の面光源装置を例示している。なお、面光源装置20は、図1に示すように、プリズムシート30と液晶表示パネル15との間に、特定の偏光状態(偏光方向)の偏光を透過し、それ以外の偏光状態の光を反射する偏光選択反射シート16を備えた形態としてもよい。偏光選択反射シート16は、第2の偏光板14の偏光軸に平行な偏光方向の光を透過するように配置することにより、第2の偏光板14に吸収されてしまう光を再利用することができ、利用効率をさらに高めることができ、また、輝度も向上できる。

0024

導光板21は、光源部10から入射した光を、導光板21内で反射作用等を受けながら光源部10側とは対向する端部側へ導光し、その導光過程で、徐々に出光面21d(プリズムシート30側の面)から出射する部材である。導光板21は、基部22と、出光側単位光学要素部23と、裏面側単位光学要素部25とを有している。基部22は、シート状の部材であり、透光性を有している。

0025

出光側単位光学要素部23は、図1及び図4に示すように、基部22のプリズムシート30側(Z2側)の面に形成されている。出光側単位光学要素部23には、複数の出光側単位光学要素24が並列されている。出光側単位光学要素24は、柱状であり、図4(b)に示す断面に現れる断面形状を維持して、光を導光する方向(Y方向)を長手方向とし、この長手方向と直交する方向(X方向)に複数並列されている。

0026

図5は、実施形態の導光板21の出光側単位光学要素24及び裏面側単位光学要素26の形状を説明する図である。図5(a)は、図4(b)に示す断面の導光板21の一部を拡大して示し、図5(b)は、図4(a)に示す断面の導光板21の一部を拡大して示している。図5(a)に示すように、出光側単位光学要素24は、その並列方向に平行であって厚み方向に直交する断面(XZ断面)において、その断面形状が、基部22の一方の面上に底辺を有し、基部22から突出する凸状の三角形形状である。本実施形態の出光側単位光学要素24では、底辺に対向する頂点曲線状である例を示しているが、曲線状ではなく、った角部を有する形態としてもよく、また底辺が曲線状であってもよい。出光側単位光学要素24は、図5(a)に示すように、その並列ピッチがPaであり、並列方向における基部22側の幅(すわなち、断面三角形形状の底辺の長さ)がWaであり、出光側単位光学要素24の高さ(厚み方向における寸法)がHaであり、断面三角形状の頂角がθ3、頂角以外の角度がθ1,θ2である。代表的には、並列ピッチPaは、底辺の長さWaに等しい。

0027

出光側単位光学要素24の図4(b)及び図5(a)に示す断面形状は、次の条件A及び条件Bのうちの少なくとも一方を満たすことが好ましい。
条件A:頂角θ3以外の角となる断面三角形形状の基部22上に位置する底角の角度θ1、θ2が、25°以上45°以下である。
条件B:底辺の長さWaに対する、高さHaの比(Ha/Wa)が、0.2以上0.5以下である。
条件A及び条件Bの少なくとも一方が満たされる場合、導光板21から出光する光のうち、出光側単位光学要素24の並列方向(X方向)に沿った成分について、偏光性を有しつつ導光板21の出光面21dの法線方向への集光作用を高めることができる。結果として、導光板から出射される偏光光(第1指向性光L1:後述)において、所定の面内で振動する偏光成分の比率を高めることができる。
好ましくは、本実施形態の出光側単位光学要素24は、図4(b),図5(a)に現れる断面(出光側単位光学要素24が並列する方向に沿った断面)において、二等辺三角形形状であり、角度θ1,θ2は等しい。このような形態とすることにより、正面方向輝度を効果的に上昇させること、及び、出光側単位光学要素24の並列方向(X方向)に沿った面内での輝度の角度分布対称性を付与することができる。

0028

なお、本願明細書における「三角形形状」とは、厳密な意味での三角形形状のみでなく、製造技術における限界成型時の誤差等を含む略三角形形状を含む。また同様に、本明細書において用いる、その他の形状や幾何学的条件を特定する用語、例えば、「楕円」、「円」等の用語も、厳密な意味に縛られることなく、同様の光学的機能を期待し得る程度の誤差を含めて解釈することとする。

0029

図1に示すように、導光板21の裏面側(Z1側)には、裏面側単位光学要素部25が形成されている。裏面側単位光学要素部25には、複数の裏面側単位光学要素26が並列されて形成されている。裏面側単位光学要素26は、柱状であり、図4(a),図5(b)に示す断面に現れる断面形状を維持して、導光板の光の導光方向に垂直な方向(X方向)を長手方向とし、導光板の光の導光方向(Y方向)に複数並列されている。この裏面側単位光学要素26の配列方向は、前述の第2の偏光板14の透過軸に実質的に平行している。図5(b)に示すように、裏面側単位光学要素26は、その並列方向(Y方向)に略平行であって厚み方向(Z方向)に直交する断面(YZ面)において、その断面形状が、基部22の背面側(Z1側)の面上に底辺を有し、基部22から背面側(Z1側)に突出する凸状の三角形形状(楔形状)である。本実施形態の裏面側単位光学要素26は、その頂点が鈍角の角を有している例を示したが、これに限らず、例えば、その頂部が裏面側に凸となる曲面状としてもよい。

0030

裏面側単位光学要素26は、図5(b)に示すように、その並列ピッチがPbであり、並列方向における基部22側の幅(すわなち、断面三角形形状の底辺の長さ)がWbであり、裏面側単位光学要素26の高さ(厚み方向における寸法)がHbであり、断面三角形状の頂角がθ6、頂角以外の角度がθ4,θ5である。この並列ピッチPbは、底辺の長さWbに等しい。裏面側単位光学要素26の断面形状は、配列方向に平行かつ厚み方向に平行な断面において、対称な形状であってもよく、非対称な形状であってもよい。図5(b)では、2灯式面光源装置に用いられる裏面側単位光学要素26の断面形状を示している。この場合、当該断面形状は、配列方向に平行かつ厚み方向に平行な断面において、対称な形状であることが好ましい。より具体的には、図5(b)に示す裏面側単位光学要素26の断面形状は、二等辺三角形状であり、底角θ4,θ5が等しくされている。一方、1灯式面光源装置に用いられる場合には、裏面側単位光学要素26の断面形状は、例えば後述の図6(b)に示すように、非対称な三角形状としてもよい。この場合、底角θ4,θ5は、この裏面側単位光学要素26の配列方向において、光源部10側に位置する方の底角が、他方の底角より大きくなることが、効率よく光を導光させ、出射させるという観点から好ましい。このような裏面側単位光学要素26を設けることにより、光源部10からの導光板21内を効率よく導光させ、出射させることができ、裏面側単位光学要素26の並列方向(Y方向)に沿った面内での明るさの均一性等を向上させることができる。また、導光板21から出射する光が受ける拡散作用を極力低減できる。

0031

導光板21の各部の寸法の一例を以下に示す。
出光側単位光学要素24に関して、底部の幅Waは、20μm〜500μmとすることができ、高さHaは、4μm〜250μm以下とすることができる。また、出光側単位光学要素24の頂角θ3は、90°〜125°以下とすることができる。
基部22の厚さは、0.25mm〜10mmとすることができ、導光板21全体の厚さは、0.3mm〜10mmとすることができる。
裏面側単位光学要素26に関して、底部の幅Wbは、20μm〜500μmとすることができ、高さHbは、1μm〜10μmとすることができる。また、裏面側単位光学要素26の頂角θ6は、176.0°〜179.6°とすることができる。

0032

この導光板21は、例えば、押し出し成型により、又は、基部22となる基材上に出光側単位光学要素24及び裏面側単位光学要素26を賦型することにより、基部22と出光側単位光学要素部23及び裏面側単位光学要素部25とを一体に製造可能である。押し出し成型によって導光板21を製造する場合、出光側単位光学要素部23及び裏面側単位光学要素部25が、基部22の母材となる材料と同一の樹脂材料としてもよいし、異なる材料を用いてもよい。

0033

導光板21の基部22の母材となる材料や、出光側単位光学要素24,裏面側単位光学要素26を形成する材料としては、光を効率よく透過させるものであれば、種々の材料を使用することができる。例えば、光学用途として広く使用され、優れた機械的特性光学特性、安定性及び加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができ、ポリメチルメタクリレートPMMA)等のアクリル樹脂スチレン樹脂ポリカーボネート(PC)樹脂ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレート系やウレタンアクリレート系反応性樹脂電離放射線硬化型樹脂等)、ガラス等を用いることができる。

0034

光源部10は、図1および図4(a)に示すように、導光板21の基部22の板状の対向する2組の側面のうち、出光側単位光学要素24の長手方向(Y方向)両端となる一組の側面21aおよび21bのうち、一方の面又は双方の面に対して対向する位置に、その面に沿って配置される。本実施形態では、図1および図4(a)に示すように、導光板21の2つの側面21aおよび21bに面する位置に、側面21aおよび21bに沿って光源部10が設けられる例を示している。この光源部10は、LED(発光ダイオード)等のように指向性の高い光を出射する発光源が好ましい。本実施形態の光源部10は、複数の点光源10aが配列されて形成されており、この点光源10aは、LEDである。この光源部10は、不図示の制御装置により各点光源(LED)10aの出力、すなわち、各点光源10aの点灯及び消灯や、点灯時の明るさ等を、他の点光源の出力から独立して調節可能となっている。

0035

導光板21の裏面側には、反射シート11が設けられている。この反射シート11は、導光板21の裏面側等から放出される光を反射して、導光板21内に戻す機能を有している。この反射シート11は、例えば、金属等の高い反射率を有する材料により形成されたシート(例えば、正反射性銀箔シート、薄い金属板アルミニウム等を蒸着したもの)、高い反射率を有する材料により形成された薄膜(例えば金属薄膜)を表面層として含んだシート(例えば、PET基材に銀を蒸着したもの)、屈折率の異なる2種類以上の薄膜を多層積層することにより鏡面反射性を有するシート、拡散反射性の白色の発泡PET(ポリエチレンテレフタレート)シート等を用いることができる。金属等の高い反射率を有する材料により形成されたシート、高い反射率を有する材料により形成された薄膜(例えば金属薄膜)を表面層として含んだシート等といった、いわゆる鏡面反射を可能とする反射シートを使用することが、集光性や、光の利用効率を向上させるという観点から好ましい。鏡面反射を可能とする反射シートは、光を鏡面反射させることにより、光の指向性を失わさず、その結果、出射光の偏光方向が維持されると推定される。よって、所望の出射光分布の実現に反射シート11も貢献し得る。

0036

図6は、導光板21及びプリズムシート30からの出射光の様子を示す図である。図6(a)は、上記で説明してきた2灯式の場合を説明する図であり、図6(b)は、参考としての1灯式を説明する図である。導光板21は、上述のような構成を有しており、その出光面21d(プリズムシート30側の面)から出射する光は、所定の方向に最大強度を有する指向性を有し、所定の半値幅を有する光(以下、第1指向性光L1と称する場合がある)となる。図6(a)では、導光板21の側面21aおよび21bに光源部10が配置されているので、光源部10からの光の主たる導光方向はY方向となる。ここで、導光板21が上述のような構成を有することにより、導光板21を伝播する光は、後述する作用により出射方向および偏光状態が制御される。その結果、導光板21から出射する光は、図6(a)に示すように、YZ面内において出光面21dの法線方向に対して側面21b側へ角度αをなす方向(以下、第1の方向と称する場合がある)に最大強度(ピーク)を有する偏光光となる。本実施形態の角度αは、図示例では約73°である。導光板を適切に設計することにより、目的に応じて任意の適切な角度αを実現することができる。例えば、角度αは65°〜80°であり得る。なお、本発明に用いられる導光板21においては、1灯式であっても2灯式であっても、出射方向および偏光状態の制御が良好に実現され得る。

0037

さらに、本実施形態の導光板21は、光の導光方向と平行な方向の面内(YZ面内)で振動する偏光成分の比率が高い偏光光を出射する特性を有する。すなわち、第1指向性光は、YZ面内で振動する偏光成分の比率が高い偏光光となる。以下、YZ面内で振動する偏光成分をP成分、光の導光方向と平行かつYZ面に垂直な平面(XY平面)で振動する偏光成分をS成分と称する場合がある。したがって、P成分は、その偏光方向(振動方向)が第2の偏光板14の透過軸方向(Y方向)と略平行となる。後述するように、プリズムシート30は、第1指向性光の偏光状態を維持しつつ第2の方向(法線方向)に最大強度を有する第2指向性光を出射するので、第2指向性光もまたP成分の比率が高い偏光光となる。その結果、第2の偏光板で吸収される光を減らすことができるので、光の利用効率が高く、明るい液晶表示装置を得ることができる。

0038

なお、導光板21が光を導光する原理は、光が光学的に密(屈折率n1)と疎(屈折率n2)の媒質境界面において入射角θaが下記式1のθcに達すると全反射を起すことを利用しており、θcを臨界角という。
sinθc=n2/n1 (式1)
導光板21内を導光する光は、裏面側単位光学要素26での全反射により出光面21dへの入射角θaが、この臨界角θcよりも小さくなったときに、導光板21から出射する。

0039

図7は、入射角とP成分とS成分との各種関係を示す図である。図7(a)に示すように、入射角が臨界角より若干小さい領域では、P成分の光と、S成分の光とでは、P成分の光の反射率がS成分の光の反射率より小さくなる。従って、導光板21の出光面21dで内側に反射される光は、S成分の比率の高い偏光光とし、出光面21dから出射する光をP成分の比率の高い偏光光とすることができる。例えば、n1=1.5、n2=1.0とすると、θa=33°41′24″のとき、P成分の反射率が0となり、P成分の光が導光板21の出射面から出射し、反射光はS成分のみの偏光光とすることができる。結果として、導光板21の出光面21dからはP成分の多い偏光光が出射される。

0040

本実施形態では、導光板21の屈折率及び裏面側単位光学要素26の底角θ4,θ5を、出光面21dへの入射角θaが臨界角θcよりも若干小さくなるように設けている。このような形態とすることで、導光板21から出射する光は、P成分の多い偏光光として出射される。しかも、入射角θaが特定の小さい領域にされているので、出射角度も特定の小さい領域に限定される。すなわち、第1の方向(出射角αの方向)に最大強度を有し、かつP成分の比率の高い偏光光を、第1指向性光L1として、出光面21dから出射することができる。

0041

導光板21からの出射光(第1指向性光L1)は、P成分を好ましくは52%以上、より好ましくは55%以上含む。第1指向性光L1がこのような性質を有することにより、第2の偏光板で吸収される光を減らすことができ、光の利用効率が高く、明るい液晶表示装置を得ることができる。なお、P成分の比率の上限は、理想的には100%であり、1つの実施形態においては60%であり、別の実施形態においては57%である。

0042

次に、プリズムシート30について説明する。図1及び図4に示すように、プリズムシート30は、シート状に形成された基材部31と、基材部31の導光板21側(Z1側)の面(入光面)に設けられたプリズム部32とを有している。このプリズムシート30は、導光板21から入射した第1の方向に最大強度を有する第1指向性光L1を、その偏光状態を保ったまま、単位プリズム33内部での全反射等によって、その出光面30aの略法線方向(図6中の角度βが略90°)である第2の方向に最大強度を有する第2指向性光L2として、出光面30aから出射する。上述のように、「第1の方向に最大強度を有する第1指向性光」とは、輝度の強度分布の最大強度のピークが第1の方向にある強度分布を有する光という意味であり、ここでは、導光板21から出射した光に相当する。また、「略法線方向」とは、法線方向から所定の角度内の方向、例えば、法線方向から±10°の範囲内の方向を包含する。

0043

基材部31は、その導光板21側(Z1側)にプリズム部32が一体に形成されたシート状の部材であり、プリズム部32の担体となる部材である。この基材部31の導光板21側とは反対側(Z2側)の面が出光面30aとなる。本実施形態の出光面30aは、平坦で平滑面として形成されている。基材部31は、通常の光学式ディスプレイや液晶ディスプレイの面光源装置機構に用いられるフィルム状等の部材である。

0044

基材部31は、好ましくは、実質的に光学的に等方性を有する。本明細書において「実質的に光学的に等方性を有する」とは、位相差値が液晶表示装置の光学特性に実質的に影響を与えない程度に小さいことをいう。例えば、基材部31の面内位相差Reは、好ましくは20nm以下であり、より好ましくは10nm以下である。面内位相差がこのような範囲であれば、導光板から出射した第1指向性光の偏光状態を実質的に変化させることなく(P成分の比率を維持したまま)、所定の方向に第2指向性光として出射することができる。なお、面内位相差Reは、23℃における波長590nmの光で測定した面内の位相差値である。面内位相差Reは、Re=(nx−ny)×dで表される。ここで、nxは光学部材の面内において屈折率が最大になる方向(すなわち、遅相軸方向)の屈折率であり、nyは当該面内で遅相軸に垂直な方向(すなわち、進相軸方向)の屈折率であり、dは光学部材の厚み(nm)である。

0045

基材部31は、別の実施形態においては、面内位相差を有していてもよい。基材部31の面内位相差Reは、その厚みによって大きく異なるが、例えば100nm〜10000nmである。この実施形態においては、基材部の遅相軸と第2の偏光板の透過軸とが直交または平行となるように配置すればよい。

0046

さらに、基材部31の光弾性係数は、好ましくは−10×10−12m2/N〜10×10−12m2/Nであり、より好ましくは−5×10−12m2/N〜5×10−12m2/Nであり、さらに好ましくは−3×10−12m2/N〜3×10−12m2/Nである。光弾性係数がこのような範囲であれば、一般に液晶表示装置が使用されると想定される温度範囲(0℃〜50℃)および湿度範囲(0%〜90%)において、基材部の体積変化による応力が生じても面内位相差がほとんど増加せず、また一般的な方法により基材部を固定・貼り付け等を行うことによる応力が印加されても同様に面内位相差がほとんど増加せず、安定した面光源装置の特性が得られるという利点がある。

0047

基材部31を構成する材料は、可視光線全波長域に透過性能を有する無色透明のものを使用することが好ましい。また、基材部31上に電離放射線硬化性樹脂を用いてプリズムを形成する場合には、さらに電離放射線透過性を有するものが好ましい。例えば、TAC(三酢酸セルロース)や、PMMA等のアクリル樹脂、PC樹脂により形成されたフィルムが好ましく、光学的な等方性を付与する観点から未延伸フィルムがより好ましい。また、基材部31の厚さは、その扱い易さや強度から25μm〜300μmが好ましい。なお、電離放射線とは、紫外線電子線などの分子架橋ないし重合しうるエネルギー量子を持つ放射線を意味する。

0048

プリズム部32には、図1及び図4に示すように、複数の単位プリズム33が基材部31の入光側(Z1側)の面に、そのシート面に沿って複数並列されて形成されている。単位プリズム33は、柱状であり、導光板の光の導光方向に直交する方向(X方向)を長手方向とし、その長手方向に所定の断面形状を維持して延在し、かつ、導光板の光の導光方向(Y方向)に複数並列されている。ここで、シート面とは、各光学シート等において、そのシート全体として見たときにおける、シートの平面方向となる面を示すものであり、本明細書中、及び、特許請求の範囲においても同一の定義として用いている。例えば、プリズムシート30のシート面は、プリズムシート30全体として見たときにおける、プリズムシート30の平面方向となる面であり、プリズムシート30の出光面30aと平行であり、液晶表示パネル15の観察面と実質的に平行な面である。

0049

単位プリズム33の長手方向(稜線方向)は、表示装置1を正面方向(Z方向)から見て、液晶表示パネル15の第2の偏光板14の透過軸と略直交方向に向いていてもよい。すなわち、表示装置1の表示面と平行な面上において、単位プリズム33の並列方向は、液晶表示パネル15の第2の偏光板14の透過軸と略平行方向に配列していてもよい。また、このとき、単位プリズム33の長手方向(稜線方向)は、表示装置1を正面方向(Z方向)から見て、導光板21の出光側単位光学要素24の長手方向(稜線方向)と略直交する。

0050

なお、上述したとおり、本実施形態の液晶表示装置における各部材の稜線方向および/または軸方向は、代表的には互いに略直交または略平行であるが、液晶層のマトリックスならびにプリズムシートおよび導光板の単位光学要素のピッチや配列によっては、互いに干渉してモアレが発生する場合がある。その場合には、単位プリズム33の稜線方向ならびに/あるいは導光板21の出光側単位光学要素24および/または裏面側単位光学要素26の稜線方向を、表示装置1を正面方向(Z方向)から見て、所定の範囲内で斜めに配置することでモアレを回避することが可能である。斜め配置の範囲としては、好ましくは20°以下であり、より好ましくは5°以下である。この範囲を超えると、後述する光の指向性に対して影響を与える場合がある。

0051

図8は、本実施形態のプリズムシート30のプリズム部32を説明する図である。図8では、図4(a)に示す断面の一部を拡大して示した図である。図8に示すように、本実施形態の単位プリズム33は、基材部31の導光板21側の面から導光板21側(Z1側)に突出した形状を有しており、基材部31のシート面と平行な方向における単位プリズム33の幅は、基材部31の法線方向(Z方向)に沿って基材部31から離れるにつれて小さくなっている。

0052

本実施形態の単位プリズム33は、図8に示すように、配列方向(Y方向)に平行かつ厚み方向(Z方向)に平行な断面における断面形状が三角形状であり、いわゆる、三角柱プリズムである。この単位プリズム33は、図8に示す断面形状が、単位プリズム33の配列方向において光源部10側となる第1斜面34を、他方の第2斜面35よりも急斜面とした不等辺三角形である。このとき、第1斜面34とプリズムシート30のシート面の法線Fとがなす角(入射面角)をφ1とし、第2斜面35とプリズムシート30のシート面の法線Fとがなす角(反射面角)をφ2とすると、φ1<φ2である。これは、導光板21から第1の方向にピークを有して出光する第1指向性光L1を、出光面30aの略法線方向(第2の方向)へ向けるためである。

0053

この単位プリズム33のピッチはPであり、断面形状において基材部31側の幅がWである。本実施形態のピッチPは、幅Wに等しい。さらに、単位プリズム33の高さ(厚み方向における単位プリズム33間の谷底となる点から頂点tまでの寸法)がHである。

0054

以下、単位プリズム33に入射する光の挙動について説明する。なお、図8及び後述の図9では、説明の便宜上、光の挙動としては各光の成分に対応した代表光線を矢印で示し、縦横の寸法比及び各層間の寸法比等は適宜、実寸とは変えて誇張して示している。

0055

導光板21から出射され、第1の方向に最大強度を有する第1指向性光L1は、空気層(屈折率約1.0)を直進した後、単位プリズム33の第1斜面34に入射し、単位プリズム33内を略直進し、第2斜面35で全反射され、単位プリズム33の配列方向において出光面30a(シート面)に対して略直交する方向(第2の方向)に最大強度を有する第2指向性光L2となって出射する。このとき、第1指向性光L1での偏光方向の偏りは、第2指向性光L2においても維持されている。従って、第2斜面35で反射された光に、シート面の法線方向に強い指向性を持たせることが可能となり、そのような指向性を持たせなかった場合に比べ、液晶表示パネル15のブラックマトリックスによる吸収が抑えられ、光の利用効率を向上できる。また、強い指向性を持たせることにより、その光の偏光方向がばらつくこともない。さらに、第1斜面34及び第2斜面35は、平坦面によって構成されるので、形状の精度を確保することが容易となるため、品質管理が容易であり、量産性を向上できる。

0056

図8に示す単位プリズム33の第1斜面34の傾斜角度は、第1指向性光L1が最大強度を有する方向(第1の方向、出射角α)によって適宜調整される。一般的には、第1斜面34とプリズムシート30の出光面30a(シート面)に対する法線Fとがなす角φ1は、30°〜37°である。また、第2斜面35の各平坦面の傾斜角度は、第1指向性光L1が内部反射によって、プリズムシート30の出光面30a(シート面)の法線方向に最大強度を有する第2指向性光L2となるように調整される。第2斜面35の各平坦面が法線Fとなす角φ2は、第1指向性光L1が最大強度を有する所定方向によって適宜調整され、通常30°〜37°であり、φ2>φ1を満たすことが好ましい。単位プリズム33高さHは、単位プリズム33のピッチPによっても変わるが、ピッチPが50μmの場合、通常、高さHは、30μm〜45μmである。単位プリズム33のピッチPは、特に限定されないが、通常10μm〜100μmである。

0057

単位プリズム33の頂点tは、図8に示すような尖った形状でもよいし、図示しないが頂点t近傍が面取りされた曲面状となっていてもよいし、先端が平坦面となるようにカットされていてもよい。単位プリズム33の頂点tの先端がカットされている場合、単位プリズム33の高さHとは、厚み方向における単位プリズム33間の谷底となる点から先端の平坦面までの高さとする。

0058

図9は、単位プリズム33の他の実施形態を示す図である。図9では、図8と同様の断面における単位プリズム33の形状を示している。単位プリズム33は、図9に示すように、第2斜面35が傾斜角度の異なる複数の平坦面35a,35bを有している形態としてもよい。第2斜面35の各平坦面35a,35bは、第1斜面34から入射した第1指向性光L1(L1a,L1b)を、各平坦面に到達した成分ごとにプリズムシート30の出光面30aに対する略法線方向に最大強度を有する第2指向性光L2(L2a,L2b)となるように内部反射させる傾斜角度を有しており、その傾斜角度は平坦面ごとに個別に制御可能である。図9に示すように、第2斜面35の各平坦面のうち、頂点t側(Z1側)の平坦面35aと法線Fとがなす角(第1反射面角)はφ2であり、第2斜面35の基材部31側(Z2側)の平坦面35bと法線Fとがなす角(第2反射面角)はφ3である。

0059

導光板21から出射され、第1の方向に最大強度を有する第1指向性光L1(L1a、L1b)は、空気層(屈折率約1.0)を直進した後、単位プリズム33の第1斜面34に入射し、単位プリズム33内を略直進し、第2斜面35の平坦面35a,35bでそれぞれ反射され、個々の平坦面35a,35bに到達した成分ごとに、単位プリズム33の配列方向において出光面30a(シート面)に対して直交する方向(第2の方向)に最大強度を有する第2指向性光L2(L2a、L2b)となって出射する。なお、隣接する単位プリズム33によって第1指向性光L1が遮られるため、第2斜面35の各平坦面のうち基材部31側(Z2側)に近い平坦面ほど、第1指向性光L1のうち、シート面の法線となす角度が小さい成分しか到達しない。図9の実施形態では、第1指向性光L1は、第2斜面35に含まれる個々の平坦面に到達する成分ごとにL1a、L1bと分けて図示している。第1指向性光L1とは、導光板21から出射される各光の成分(図9に示す光L1a、L1b)が合成された光である。従って、図9に示すような単位プリズム33とした場合には、第2指向性光L2の指向性をより強めることができる。

0060

従って、単位プリズム33が図9に示すような形態である場合にも、各平坦面35a,35bから反射された各光の成分が合成された光(プリズムシート30の光出面からの出射光)は、シート面の法線方向に強い指向性を持たせることが可能となり、その光の偏光方向がばらつくこともない。さらに、図9に示すような形態であっても、第1斜面34及び第2斜面35は、平坦面によって構成することにより、形状の精度を確保することが容易となるため、品質管理が容易であり、量産性を向上できる。

0061

図9に示す形態において、第2斜面35の各平坦面の傾斜角度は、第1指向性光L1が内部反射によって、プリズムシート30の出光面30a(シート面)の法線方向に最大強度を有する第2指向性光L2となるように、平坦面ごとに個別に調整される。第2斜面35の各平坦面の傾斜角度は、単位プリズム33の頂点tに近い平坦面ほど、プリズムシート30の出光面30a(シート面)に対する法線Fとなす角度が大きいことが好ましい。すなわち、図9に示す単位プリズム33の場合、φ2>φ3であることが好ましい。これにより、第2指向性光L2の最大強度のピークをより狭いものとし、第2指向性光L2の指向性を向上することができ、正面方向における輝度を向上させることができる。さらに、第2斜面35の各平坦面が法線Fとなす角φ2,φ3は、第1指向性光L1が最大強度を有する所定方向によって適宜調整され、通常30〜37度である。

0062

図9に示すように、単位プリズム33の第2斜面35が2つの平坦面35a,35bからなる場合、第2斜面35の傾斜角度が変化する各平坦面35a,35bの境界点を設ける位置は、第1指向性光の指向方向によって適宜調整される。この境界点は、単位プリズム33の高さHを100%としたとき、単位プリズム33の基底面(単位プリズム33間の谷底となる点が位置する面)からの高さが20〜80%の位置に設けられる。

0063

なお、単位プリズム33は、第2斜面35が複数の平坦面からなる場合、その平坦面の数は、図示したものに限定されず、3つ以上の平坦面からなるものであってもよい。

0064

プリズムシート30は、通常は、形状の精度が優れ、かつ、量産性に優れる点から、光透過性を有するシート状の部材等を基材部31とし、その一方の面にプリズム部32を設けた形態となるが、単一材料押出し成型法等により形成した単層構成としてもよい。光透過性を有する基材部の一方の面側にプリズム部32を設けてプリズムシート30を製造する場合のプリズム部形成用材料と、単一材料を押出し成型して単層構成のプリズムシート30を製造する場合の光学シート形成用材料とは、同様の材料を用いることができる。以下、プリズム部形成用材料及び単層構成のプリズムシート形成用材料を総称してプリズム用材料と称する。プリズム用材料は、例えば、エポキシアクリレート系やウレタンアクリレート系の反応性樹脂(電離放射線硬化性樹脂等)を用いる場合には、2P法による成型が可能であり、基材上、又は、材料を単独に金型内硬化させてプリズム部を成型することができる。また、押し出し成型によりプリズムシートを形成する場合には、プリズム用材料として、PC、PET等のポリエステル樹脂、PMMA、MS等のアクリル系樹脂環状ポリオレフィン等の光透過性の熱可塑性樹脂を用いることができる。なお、押出し成形によってプリズムシートを成型する場合、その成型条件により樹脂の分子が配向して複屈折が発生する為、分子が配向しないような条件で成型することが好ましい。

0065

プリズムシート30の製造方法は、従来公知の方法を適宜用いることができる。例えば、所望の単位プリズム形状を有するプリズム部32の賦形型紫外線硬化性樹脂等のプリズム部形成用材料を入れ、そこに基材部31となる基材を重ね、ラミネーター等を用いて基材をプリズム列形成用材料に圧着しながら紫外線等を照射してプリズム部形成用材料を硬化させ、プリズム列の型を剥離又は除去してプリズムシート30を形成してもよい(例えば、特開2009−37204号公報の図2参照)。また、プリズム形状に対し逆凹凸形状の凹部を有する回転するロール凹版にプリズム部形成用材料液を塗工充填し、これに基材部31となる部材を供給して版面のプリズム部形成用材料液の上からロール凹版に押圧し、押圧した状態で、紫外線照射等によりプリズム部形成用材料液を硬化させた後に、固化したプリズム部形成用材料を基材とともに回転するロール凹版から剥離すれば、プリズムシート30は連続製造できる(例えば、特開平5−169015号公報参照)。また、プリズムシート30は、前記のような熱可塑性樹脂を用いて押し出し成型法によっても製造可能である。プリズムシート30を押し出し成型する際の材料としては、上述のプリズムシート形成材料を使用することができる。

0066

プリズムシート30における偏光方向制御の方法とその効果について述べる。図6に示すように、導光板21から出射された第1の方向に最大強度を有する第1指向性光L1は、プリズムシート30の単位プリズム33の第2斜面35での全反射等によって第2の方向(液晶表示パネル15の法線方向(出射角0°、角度β=90°))に最大強度を有する第2指向性光L2として出射される。この時、例えば、プリズム部32の屈折率n1が1.50の場合、空気の屈折率n2は1.0であるので、θcは、41°48′37″となり、入射角θb≧θcであれば、入射光は全反射する。図7(b)、(c)に示すように、全反射領域(θb≧θc)では、P成分の光とS成分の光とでは、入射角θbにより位相が異なって変化して出射することとなる。このことが出射する偏光光の偏光方向に影響を及ぼす。これに対し、入射角θbを制御することにより、液晶表示パネル15に入射する光の偏光方向を制御でき、光の利用効率の向上を図ることができる。本実施形態では、単位プリズム33の第1斜面34及び第2斜面35の傾斜角度や屈折率を制御することにより、入射角θbを制御している。これにより、図7(b)、(c)に示すような全反射領域において、P成分とS成分との位相差を小さくして、偏光光の偏光方向に対する影響を最小限とすることができる。その結果、第1指向性光の偏光状態を実質的に維持しつつ、第2の方向(略法線方向)に第2指向性光を出射することができる。上述の通り、第1指向性光においてはP成分の比率が高いので、その偏光状態を維持することにより、第2の偏光板14によって吸収されてしまう光を減らすことができ、液晶表示パネル15への入射光を有効に利用することが可能となる。

0067

図10は、実施形態の導光板21から出射する第1指向性光L1の輝度の強度分布と、プリズムシート30から出射する第2指向性光L2の輝度の強度分布を説明する図である。図10(a)は、導光板21から出射される第1指向性光L1における輝度の強度分布の一例を表すグラフである。図10(b)は、プリズムシート30の出光面30aからの出射される第2指向性光L2における輝度の強度分布の一例を表すグラフである。このグラフは、例えば、ゴニオメーターを備えた輝度計やELDIM社製EZコントラストなどの配光分布測定装置を用い、導光板21から出射された光の輝度の強度分布を室温、大気中にて測定して得られる。

0068

本実施形態の導光板21から出射する第1指向性光は、図10(a)に示すように、画面上下方向(Y方向)において、導光板21の出光面に対する法線に対して、側面21b側(Y2側)に約73°の方向に最大強度を有し、60〜80°の範囲に分布している。なお、第1指向性光L1は、この範囲の法線となす角に大多数の光が指向されていることが好ましいが、その範囲外の光が存在していてもよい。第1指向性光L1は、その強度分布の半値幅となる角度(半値幅角)を±5°以上とすることができ、通常±10〜20°であり、しかも、YZ面内に振動面を有するような偏光方向を有する光(P成分)の比率の高い偏光光である。半値幅とは、輝度の最大強度のピークにおいて、最大値を100%としたときに、この最大値を有する角度から、輝度の強度が50%となるときの角度までの角度の差を意味し、半値幅が大きいほど指向性は弱くなる。

0069

プリズムシート30の出光面30aからの出射光である第2指向性光L2は、図10(b)に示すように、単位プリズム33の偏向作用により、シート面の法線方向に最大強度を有しており、その半値幅を第1指向性光L1の半値幅よりも小さくすることができる。また、本実施形態のプリズムシート30は、導光板21から出射した光を、その単位プリズム33の光学作用により、出光面30aからの出射光の半値幅角を±20°以下とすることができ、より好適な形態とすることにより、半値幅角±10°以下とすることができる。プリズムシート30の出光面30aからの出射光は、その半値幅が小さいほど、正面方向における輝度が向上し、かつ、指向性の広がりによる偏光方向のばらつきも小さくなる。上述のように、本実施形態の面光源装置20は、上述の導光板21及びプリズムシート30を備えることにより、面光源装置20の出光面(プリズムシート30の出光面30a)から、その法線方向に、半値幅角±20°以下となるような指向性の高い光、略平行光を出射することができ、しかも、その出射光を、第2の偏光板14の透過軸に略平行な方向、すなわちYZ面内に振動面を有するような偏光方向の光(P成分)の比率の高い光とすることができる。その結果、第2の偏光板14によって吸収されてしまう光を減らすことができ、液晶表示パネル15への入射光を有効に利用することが可能となる。

0070

図11は、本実施形態の導光板21及びプリズムシート30からの出射光の偏光方向と、第1の偏光板13の透過軸及び第2の偏光板14の透過軸との関係を示す図である。上述のように、導光板21から出射する光(第1指向性光)はP成分の比率が高く、その主たる偏光方向は、図11(a)に示すように、ほぼ矢印D1方向(Y方向)である。また、導光板21から出射した光は、プリズムシート30により、その強度のピーク方向を偏向されて出射する。このとき、単位プリズム33の界面での全反射によって偏向され、しかも、プリズムシート30の基材部31は、複屈折性を有していない部材であるので、プリズムシート30から出射する光(第2指向性光)の偏光方向は、図11(b)に示すように、ほぼ矢印D2方向(Y方向)である。すなわち、面光源装置20から出射する光は、主として矢印D2方向の偏光方向を有する偏光光である。

0071

面光源装置20から出射した光は、液晶表示パネル15の第2の偏光板14に入射する。この第2の偏光板14の透過軸は、図11(c)に示すように、ほぼ矢印D3方向(Y方向)である。この第2の偏光板14の透過軸の方向D3は、裏面側単位光学要素26の配列方向及び単位プリズム33の配列方向に略平行な方向(Y方向)である。また、第1の偏光板13の透過軸は、図11(d)に示すように、ほぼ矢印D4方向(X方向)である。従って、面光源装置20(プリズムシート30)から出射した光の主たる偏光方向D2と、第2の偏光板14の透過軸D3は、平行である。また、第1の偏光板13の透過軸D4は、第2の偏光板14の透過軸D3に直交しており、電界印加された液晶セル12によって90°偏光方向が回転した光の偏光方向に略平行である。さらに、液晶表示パネル15へ入射する光は、その半値幅が従来のものに比べて狭く、指向性の高いものとなっているので、偏光方向のばらつき等が小さい。よって、面光源装置20(プリズムシート30)から第2の偏光板14で吸収される光(偏光光)の量を大幅に低減でき、光の利用効率が向上する。

0072

以上のように、本実施形態によれば、導光板21から出射した偏光光におけるP成分の比率が高く、第1の方向に最大強度を有する第1指向性光L1の出射方向を、プリズムシート30により第2の方向(液晶表示装置1の画面正面方向)に偏向し、かつ、その偏光状態を維持し、第2の偏光板14の透過軸と平行な偏光方向を有する偏光光を多く含む光として出射する。さらに、第1の偏光板13の透過軸は、第2の偏光板14の透過軸に直交しており、電界印加された液晶セル12によって90°偏光方向が回転した光の偏光方向に略平行である。従って、液晶表示パネル15の透過率を最大とすることができ、表示装置1の光の利用効率を向上でき、明るい映像を表示できる。

0073

ここまで、本発明の特定の実施形態について説明してきたが、本発明の技術的思想から逸脱することなく種々の改変を行い得ることは当業者に明らかである。本発明は、そのような改変をすべて包含する。以下、可能な改変のうちいくつかの代表例を説明する。以下に説明する可能な改変の形態および説明を省略する当業者に自明の改変の形態を適宜組み合わせてもよいことは言うまでもない。

0074

(1)プリズムシート30は、十分な剛性等を有していれば、基材部31を備えずプリズム部32のみの形態としてもよい。また、プリズムシート30は、第2の偏光板14および偏光選択反射シート16とは別体である形態に限らず、第2の偏光板14または偏光選択反射シート16の導光板21側(Z1側)にプリズム部32を一体化した形態としてもよい。このような形態であれば、基材部31による光の偏光方向への影響を大幅に低減できるので、より明るい液晶表示装置を得ることができる。また、部材数を低減できるので、安価に製造することができ、かつ、液晶表示装置の薄型化に寄与することができる。液晶表示装置の薄型化は、デザインの選択幅を広げるので、商業的な価値が大きい。さらに、このような形態であれば、プリズムシートを面光源装置(実質的には導光板)に取り付ける際のこすれによるプリズムシートの傷つきを回避できるので、そのような傷に起因する表示の濁りを防止することができる。例えば、偏光板にプリズムシートを一体化させたプリズムシート付偏光板を、第2の偏光板として用いることができる。以下、プリズムシート付偏光板に好適に用いられ得る偏光子の具体的な特性および材料等の代表例を説明する。

0075

上記偏光子の波長589nmの透過率(単体透過率ともいう)は、好ましくは41%以上であり、より好ましくは42%以上である。なお、単体透過率の理論的な上限は50%である。また、偏光度は、好ましくは99.5%〜100%であり、更に好ましくは99.9%〜100%である。上記の範囲であれば、液晶表示装置に用いた際に正面方向のコントラストをより一層高くすることができる。

0076

上記単体透過率及び偏光度は、分光光度計を用いて測定することができる。上記偏光度の具体的な測定方法としては、上記偏光子の平行透過率(H0)及び直交透過率(H90)を測定し、式:偏光度(%)={(H0−H90)/(H0+H90)}1/2×100より求めることができる。上記平行透過率(H0)は、同じ偏光子2枚を互いの吸収軸が平行となるように重ね合わせて作製した平行型積層偏光子の透過率の値である。また、上記直交透過率(H90)は、同じ偏光子2枚を互いの吸収軸が直交するように重ね合わせて作製した直交型積層偏光子の透過率の値である。なお、これらの透過率は、JlS Z 8701−1982の2度視野C光源)により、視感度補正を行ったY値である。

0077

上記偏光子としては、目的に応じて任意の適切な偏光子が採用され得る。例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルム等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質吸着させて一軸延伸したもの、ポリビニルアルコール脱水処理物ポリ塩化ビニル脱塩酸処理物等のポリエン系配向フィルム等が挙げられる。また、米国特許5,523,863号等に開示されている二色性物質と液晶性化合物とを含む液晶性組成物を一定方向に配向させたゲストホストタイプのE型およびO型偏光子、米国特許6,049,428号等に開示されているリオトロピック液晶を一定方向に配向させたE型およびO型偏光子等も用いることができる。

0078

このような偏光子の中でも、高い偏光度を有するという観点から、ヨウ素を含有するポリビニルアルコール系フィルムによる偏光子が好適に用いられる。偏光子に適用されるポリビニルアルコール系フィルムの材料には、ポリビニルアルコール又はその誘導体が用いられる。ポリビニルアルコールの誘導体としては、ポリビニルホルマールポリビニルアセタール等が挙げられる他、エチレン、プロピレン等のオレフィンアクリル酸メタクリル酸クロトン酸等の不飽和カルボン酸や、そのアルキルエステルアクリルアミド等で変性したものが挙げられる。ポリビニルアルコールの重合度は、1000〜10000程度、ケン化度は80モル%〜100モル%程度のものが一般に用いられる。

0079

上記ポリビニルアルコール系フィルム(未延伸フィルム)は、常法に従って、一軸延伸処理ヨウ素染色処理が少なくとも施される。さらには、ホウ酸処理ヨウ素イオン処理を施すことができる。また、上記処理の施されたポリビニルアルコール系フィルム(延伸フィルム)は、常法に従って乾燥されて偏光子となる。

0080

一軸延伸処理における延伸方法は特に制限されず、湿潤延伸法と乾式延伸法のいずれも採用できる。乾式延伸法の延伸手段としては、たとえば、ロール間延伸方法、加熱ロール延伸方法、圧縮延伸方法等が挙げられる。延伸は多段で行うこともできる。前記延伸手段において、未延伸フィルムは、通常、加熱状態とされる。通常、未延伸フィルムは30μm〜150μm程度のものが用いられる。延伸フィルムの延伸倍率は目的に応じて適宜に設定できるが、延伸倍率(総延伸倍率)は2倍〜8倍程度、好ましくは3倍〜6.5倍、さらに好ましくは3.5倍〜6倍である。延伸フィルムの厚さは5μm〜40μm程度が好適である。

0081

ヨウ素染色処理は、ポリビニルアルコール系フィルムをヨウ素及びヨウ化カリウムを含有するヨウ素溶液に浸漬することにより行われる。ヨウ素溶液は、通常、ヨウ素水溶液であり、ヨウ素及び溶解助剤としてヨウ化カリウムを含有する。ヨウ素濃度は、好ましくは0.01重量%〜1重量%程度、より好ましくは0.02重量%〜0.5重量%であり、ヨウ化カリウム濃度は、好ましくは0.01重量%〜10重量%程度、より好ましくは0.02重量%〜8重量%である。

0082

ヨウ素染色処理にあたり、ヨウ素溶液の温度は、通常20℃〜50℃程度、好ましくは25℃〜40℃である。浸漬時間は通常10秒間〜300秒間程度、好ましくは20秒間〜240秒間の範囲である。ヨウ素染色処理にあたっては、ヨウ素溶液の濃度、ポリビニルアルコール系フィルムのヨウ素溶液への浸漬温度、浸漬時間等の条件を調整することにより、ポリビニルアルコール系フィルムにおけるヨウ素含有量及びカリウム含有量が所望の範囲になるように調整する。ヨウ素染色処理は、一軸延伸処理の前、一軸延伸処理中、一軸延伸処理の後の何れの段階で行ってもよい。

0083

ホウ酸処理は、ホウ酸水溶液へポリビニルアルコール系フィルムを浸漬することにより行う。ホウ酸水溶液中のホウ酸濃度は、2重量%〜15重量%程度、好ましくは3重量%〜10重量%である。ホウ酸水溶液中には、ヨウ化カリウムによりカリウムイオン及びヨウ素イオンを含有させることができる。ホウ酸水溶液中のヨウ化カリウム濃度は0.5重量%〜10重量%程度、さらには1重量%〜8重量%とするのが好ましい。ヨウ化カリウムを含有するホウ酸水溶液は、着色の少ない偏光子、即ち可視光のほぼ全波長域に亘って吸光度がほぼ一定のいわゆるニュートラルグレーの偏光子を得ることができる。

0084

ヨウ素イオン処理には、例えば、ヨウ化カリウム等によりヨウ素イオンを含有させた水溶液を用いる。ヨウ化カリウム濃度は0.5重量%〜10重量%程度、さらには1重量%〜8重量%とするのが好ましい。ヨウ素イオン含浸処理にあたり、その水溶液の温度は、通常15℃〜60℃程度、好ましくは25℃〜40℃である。浸漬時間は通常1秒〜120秒程度、好ましくは3秒〜90秒間の範囲である。ヨウ素イオン処理の段階は、乾燥工程前であれば特に制限はない。後述の水洗浄後に行うこともできる。

0085

上記処理の施されたポリビニルアルコール系フィルム(延伸フィルム)は、常法に従って、水洗浄工程、乾燥工程に供することができる。

0086

乾燥工程は、任意の適切な乾燥方法、例えば、自然乾燥送風乾燥加熱乾燥等を採用し得る。例えば、加熱乾燥の場合には、乾燥温度は代表的には20℃〜80℃、好ましくは25℃〜70℃であり、乾燥時間は好ましくは1分〜10分間程度である。また、乾燥後の偏光子の水分率は好ましくは10重量%〜30重量%であり、より好ましくは12重量%〜28重量%であり、さらに好ましくは16重量%〜25重量%である。水分率が過度に大きいと、偏光板を乾燥する際に、偏光子の乾燥に伴って偏光度が低下する傾向がある。特に500nm以下の短波長領域における直交透過率が増大する、すなわち、短波長の光が漏れるために、黒表示が青色に着色する傾向がある。逆に、偏光子の水分率が過度に小さいと、局所的な凹凸欠陥クニック欠陥)が発生しやすい等の問題を生じる場合がある。

0087

(2)プリズムシート30の単位プリズム33は、その配列方向に平行かつ厚み方向に平行な断面おいて、その断面形状が、頂点を通りシート面に直交する直線に対して非対称である形態に限らず、上記断面形状が二等辺三角形状のように対称な形態としてもよい。断面形状が二等辺三角形の単位プリズムとする場合、導光板21からの出射光の輝度分布を、実施形態に示したプリズムシート30よりも、より狭い分布とすることが、集光性を高める観点から好ましい。さらに、図12に示すように、断面形状が、頂点を通りシート面に直交する直線に対して対称な多角形形状としてもよい。このような断面形状が対称な形状の単位プリズム33を備えるプリズムシートは、2灯式の面光源装置にも適用できる。

0088

図12に示す単位プリズム33の変形形態について簡単に説明する。この単位プリズム33Cは、第1斜面34C及び第2斜面35Cの両方が複数の平坦面を有しており、その断面形状が、その頂点tを通りシート面に直交する線に対して対称な形状となっている。単位プリズム33Cは、傾斜角度が異なる2つの平坦面34a,34bからなる第1斜面34Cと、傾斜角度が異なる2つの平坦面35a,35bからなる第2斜面35Cを有する略三角柱形状(多角形形状)である。このとき、単位プリズム33Cは、第1斜面34Cが側面21a側、第2斜面35Cが側面21b側となるように配置される。図12に示す単位プリズム33Cに対して、側面21a,21bから入射した光は、導光板21内を導光し、導光板21から第1指向性光として出射される。この第1指向性光は、第1斜面34Cの平坦面34a,34b、第2斜面35Cの平坦面35a,35bから入射する。単位プリズム33Cでは、第1斜面34Cの各平坦面34a,34bの傾斜角度は、上述したように導光板21からの第1指向性光が入射可能な角度であり、かつ、第2斜面35Cから入射した光をシート面の法線方向に最大強度を有する第2指向性光として反射することができる角度でもある。さらに、第2斜面35Cの各平坦面35a,35bの傾斜角度は、第1斜面34Cから入射した光をシート面の法線方向に最大強度を有する第2指向性光として反射することができる角度であり、かつ、導光板21からの第1指向性光が入射可能な角度である。第1斜面34Cの各平坦面34a,34cの傾斜角度の好ましい条件は、上述した図6図7(a)に示す第2斜面35の各平坦面において好ましい条件と同様である。単位プリズム33をこのような形態とすることにより、2灯式の面光源装置を備える液晶表示装置においても、光の利用効率を向上し、明るい映像を表示できる。なお、上記のような形状に限らず、単位プリズム33は、三角形の頂点部が短い上底となる台形であってもよいし、少なくとも一方の斜面が導光板21側に凸となる曲面状であってもよい。

0089

(3)導光板21は、基部22の厚さが略一定である形態に限らず、1つの側面側に光源部10を設ける場合は、光源部10を設ける側の側面21a側が最も厚く、対向する側面21b側に向かうにつれて徐々に薄くなるテーパ形状であってもよい。このような形態とすることにより、光の利用効率と輝度の均一性を高めることができる。また、光源部10を導光板21の両側面21a,21bに配置した2灯式面光源装置の場合は、裏面側を中央部が薄くなるアーチ状のものとしたもの等であってもよい。さらに、導光板21は、特開2007−220347号公報、特開2011−90832号公報、特開2004−213019号公報、特開2008−262906号公報等に記載の裏面側単位光学要素26や出光側単位光学要素24等を備えた形態としてもよい。

0090

(4)プリズムシート30は、必要に応じて偏光を乱さない程度に光拡散機能を付与するために光拡散層を備える形態としてもよい。光拡散層は、例えば、光拡散性微粒子透光性樹脂に分散した層等を用いることができる。この光拡散層は、プリズムシート30の任意の位置に設けることができる。例えば、出光面30a上に設けられていてもよいし、厚み方向において基材部31とプリズム部32との間に設けられていてもよい。

0091

(5)プリズムシート30の出光面30aは、平滑面である形態に限らず、例えば、出光面30aの表面に、好ましくは平均突起高さ(例えば、JIS B 0601(1994年版)に規定の十点平均粗さRz)が可視光線波長域(代表的には0.38μm〜0.78μm)以上の微小突起群を有するマット層を形成してもよい。マット層を形成することにより、他の部材との密着による干渉を防止し、および/または、キズ等外観の不具合を隠すことができる。マット層は、好ましくは、第1指向性光の偏光方向を乱さない程度の微細凹凸形状を有する。マット層は、マット剤コーティングエンボス加工等を適宜用いることにより形成できる。マット剤をコーティングした場合には、プリズム部32とコーティングにより形成されたマット層の伸縮バランスを調整することができ、プリズムシート30の反りや撓み等の変形を抑えるという効果も得られる。

0092

(6)面光源装置20は、目的に応じて、任意の適切な位置に任意の適切な光学シートをさらに有していてもよい。例えば、面光源装置20は、導光板21とプリズムシート30との間、および/または、プリズムシート30と液晶表示パネル15との間に、光拡散シートレンズアレイシート等を有していてもよい。面光源装置が光拡散シートを有する場合には、液晶表示装置の視野角を広げることができる。

0093

(7)液晶表示装置は、目的に応じて、任意の適切な位置に任意の適切な光学補償フィルム(本明細書において、異方性光学素子位相差フィルム補償板とも称する場合がある)をさらに有していてもよい。光学補償フィルムの配置位置、使用枚数、複屈折性(屈折率楕円体)等は、液晶セルの駆動モード、所望の特性等に応じて適切に選択され得る。

0094

例えば、液晶セルがIPSモードである場合には、液晶表示装置は、液晶セル12と第2の偏光板14との間に配置された、nx1>ny1>nz1を満たす第1の異方性光学素子と、該第1の異方性光学素子と液晶セルとの間に配置された、nz2>nx2>ny2の関係を満たす第2の異方性光学素子と、を備えてもよい。第2の光学異方性素子は、nz2>nx2=ny2を満たす、いわゆるポジティブプレートであってもよい。該第1の異方性光学素子の遅相軸と該第2の異方性光学素子の遅相軸とは直交しても平行であってもよく、視野角と生産性を考慮すると平行であることが好ましい。さらに、このとき、好ましい位相差範囲としては、
60nm<Re1<140nm
1.1<Nz1<1.7
10nm<Re2<70nm
—120nm<Rth2<—40nm
ここで、Reは異方性光学素子の面内位相差であり、上記で定義したとおりである。Rthは異方性光学素子の厚み方向の位相差であり、Rth={(nx1+ny2)/2−nz2}×d2で表される。NzはNz係数であり、Nz=(nx1−nz1)/(nx1−ny1)で表される。ここで、nxおよびnyは、上記で定義したとおりである。nzは、光学部材(ここでは、第1の異方性光学素子または第2の異方性光学素子)の厚み方向の屈折率である。なお、添え字の「1」および「2」は、それぞれ第1の異方性光学素子および第2の異方性光学素子を表す。
あるいは、第1の異方性光学素子がnx1>nz1>ny1を満たし、かつ第2の異方性光学素子が、nx2=ny2>nz2を満たす、いわゆるネガティブCプレートであってもよい。なお、本明細書においては、例えば「nx=ny」は、nxとnyが厳密に等しい場合のみならず、nxとnyが実質的に等しい場合も包含する。本明細書において「実質的に等しい」とは、液晶表示装置の全体的な光学特性に実用上の影響を与えない範囲でnxとnyが異なる場合も包含する趣旨である。したがって、本実施形態におけるネガティブCプレートは、二軸性を有する場合を包含する。
第2の異方性光学素子は、目的や所望の特性に応じて省略されてもよい。

0095

液晶セルがIPSモードである場合には、液晶表示パネルは、いわゆるOモードであってもよく、いわゆるEモードであってもよい。「Oモードの液晶表示パネル」とは、液晶セルの光源側に配置された偏光子の吸収軸方向と、液晶セルの初期配向方向とが実質的に平行であるものをいう。「Eモードの液晶パネル」とは、液晶セルの光源側に配置された偏光子の吸収軸方向と、液晶セルの初期配向方向とが実質的に直交するものをいう。「液晶セルの初期配向方向」とは、電界が存在しない状態で、液晶層に含まれる液晶分子が配向した結果生じる液晶層の面内屈折率が最大となる方向をいう。Oモードの場合は、上記異方性光学素子は第1の偏光板と液晶セルの間に配置され得、Eモードの場合は、上記異方性光学素子は第2の偏光板と液晶セルの間に配置され得る。

0096

また例えば、液晶セルがVAモードである場合には、液晶表示装置は、偏光板として円偏光板を用いてもよい。すなわち、第1の偏光板は、偏光子の液晶セル側にλ/4板として機能する異方性光学素子を備えてもよく、第2の偏光板は、偏光子の液晶セル側にλ/4板として機能する異方性光学素子を備えてもよい。第2の偏光板は、上記異方性光学素子と偏光子との間に、nz>nx>nyの屈折率の関係を有する別の異方性光学素子を備えてもよい。さらに、該液晶セルの位相差波長分散値(Recell[450]/Recell[550])をαcellとし、上記第1の偏光板および第2の偏光板の異方性光学素子の平均位相差波長分散値(Re(λ/4)[450]/Re(λ/4)[550])をα(λ/4)としたときに、α(λ/4)/αcellが0.95〜1.02であることが好ましい。さらに、第1の偏光板の偏光子の吸収軸と上記異方性光学素子の遅相軸とのなす角は、実質的に45度または実質的に135度であることが好ましい。加えて、上記異方性光学素子のNz係数は、1.1<Nz≦2.4の関係を満たすことが好ましく、上記別の異方性光学素子のNz係数は、−2≦Nz≦−0.1の関係を満たすことが好ましい。

0097

液晶セルがVAモードである場合には、液晶表示装置はまた、偏光板として直線偏光板を用いてもよい。すなわち、第1の偏光板は、偏光子の液晶セル側にλ/4板以外の異方性光学素子を備えてもよく、第2の偏光板は、偏光子の液晶セル側にλ/4板以外の異方性光学素子を備えてもよい。上記第1の偏光板および第2の偏光板の異方性光学素子は、それぞれ、1枚であってもよく、2枚以上であってもよい。このような直線偏光板における異方性光学素子は、液晶セルの複屈折や斜め方向から見た場合の偏光子の吸収軸のみかけ上のなす角がずれること等に起因する光漏れを複屈折によって補償するものであり、その光学特性は目的等に応じて任意の適切なものを用いることができる。例えば、上記異方性光学素子は、好ましくはnx>ny>nzの関係を満足し得る。より具体的には、異方性光学素子の面内位相差Reは、好ましくは20nm〜200nmであり、より好ましくは30nm〜150nmであり、さらに好ましくは40nm〜100nmである。異方性光学素子の厚み方向の位相差Rthは、好ましくは100nm〜800nmであり、より好ましくは100nm〜500nmであり、さらに好ましくは150nm〜300nmである。異方性光学素子のNz係数は、好ましくは1.3〜8.0である。

0098

(8)導光板21は、光散乱材を含んでいてもよい。例えば、導光板21の基部22は、略均一に分散された光散乱材(光拡散性粒子:図示せず)を含んでいてもよい。光散乱材は、基部22内を進む光に対し、反射や屈折等によって、その光の進路方向を変化させ、拡散(散乱)させる機能を有している。光散乱材は、基部22の母材とは異なる屈折率を有した材料により形成された粒子としてもよいし、光に対して反射作用を有する材料により形成された粒子を用いてもよい。光散乱材の材質平均粒径、屈折率等は、導光板21から出射する出射光に要求される指向性の強さに応じて適切に調整することができる。例えば、光散乱材の材質、平均粒径、屈折率等は、特許第3874222に記載の範囲を採用することができる。特許第3874222の記載は、その全体が本明細書に参考として援用される。光散乱材を形成する材料としては、例えば、シリカ二酸化珪素)、アルミナ酸化アルミニウム)、アクリル樹脂、PC樹脂、シリコーン系樹脂等の透明物質からなる粒子が挙げられる。この形態においては、図1図4および図5に示すような裏面側単位光学要素26を設けることが好ましい。

0099

(9)なお、通常の液晶表示装置においては、偏光サングラスをかけたまま液晶表示装置を観察する場合を考慮して、垂直方向の偏光成分を透過し、水平方向の偏光成分を吸収するように第1の偏光板を配置することが一般的である。しかし、本発明では光源装置の偏光成分を利用するように第1の偏光板および第2の偏光板を配置した場合、第1の偏光板の透過軸が偏光サングラスの透過軸と略直交する場合がある。そのため、本発明では第1の偏光板の視認側に、偏光状態もしくは偏光軸角度を部分的もしくは全面的に変化させるもしくは解消させる光学部材(例えば、λ/4板、λ/2板もしくは高位相差フィルム、散乱素子等)を用いてもよい。

0100

(10)第2指向性光がP成分の偏光を多く含み、第2の偏光板の透過軸と一致させることで、光利用効率を向上させることが本発明の特徴の1つであることを説明してきた。すなわち、本発明によれば、導光体のYZ平面と第2の偏光板の透過軸とが平行になるように、したがって第2の偏光板の吸収軸がYZ平面と直交するように液晶表示パネルを配置することにより、光利用効率の向上を実現するものである。しかし、上記のとおり、第1の偏光板の方位角によっては、偏光サングラスを用いた場合のように問題が生じる場合があり得る。そこで、液晶表示パネルに用いられる偏光板の吸収軸角度を自由に設定するために、λ/2板を用いることができる。具体的には、第2の偏光板の偏光部とプリズム部との間にλ/2板を配置することにより、偏光方向を最適に変化させて用いることができる。この場合、λ/2板は、偏光選択反射シートとプリズム部との間に配置してもよく、偏光選択反射シートと偏光部との間に配置してもよい。λ/2板が偏光選択反射シートとプリズム部との間に配置される場合には、λ/2板の遅相軸が偏光選択反射シートの透過軸の方向と導光板のYZ平面の方向との間の方向となるように配置され得る。この場合、λ/2板は、好ましくは、その遅相軸が偏光選択反射シートの透過軸の角度(方向)と導光板のYZ平面の角度(方向)との平均の角度となるように配置され得る。λ/2板が偏光選択反射シートと偏光部との間に配置される場合には、偏光選択反射シートの透過軸はYZ平面と平行になるように配置され得、かつ、λ/2板の遅相軸は第2の偏光板(実質的には、偏光部)の透過軸の方向と偏光選択反射シートの透過軸の方向との間の方向になるように配置され得る。この場合、λ/2板は、好ましくは、その遅相軸が第2の偏光板(実質的には、偏光部)の透過軸の角度(方向)と偏光選択反射シートの透過軸の角度(方向)との平均の角度になるように配置され得る。

0101

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。実施例における試験および評価方法は以下のとおりである。また、特に明記しない限り、実施例における「部」および「%」は重量基準である。

0102

(1)液晶表示装置の明るさ
実施例および比較例で得られた液晶表示装置の明るさを、JIS C 8152「照明用白色発光ダイオードの測定」に準じて評価した。具体的には、液晶表示装置から出射される光線全光束を米国Labsphere社製積分球(品名:CSTM−LMS−760型)で測定し、積算光束量を求めた。比較例1を基準(100%)として、積算光束比を明るさの評価基準とした。
(2)第1指向性光L1の最大強度の方向
実施例および比較例で得られた面光源装置において、図6で示された導光板から出射される第1指向性光L1の最大強度の方向は、トプコン社製輝度計(品名:BM−7)とゴニオメーターで測定し、法線を0°とした時の法線からの角度αとして求めた。測定としては、導光板の中央部を輝度計の視野2°とし、ゴニオメーターを使って図1で示したZ2軸からY2軸方向に面光源装置を傾けて測定を行った。
(3)光の導光方向と略平行な面内で振動する偏光成分の比率
実施例および比較例で得られた面光源装置において、図6で示されたプリズムシートから出射される第2指向性光L2の偏光成分の比率は、トプコン社製輝度計(品名:BM−7)とゴニオメーターで測定し、図11の矢印D1方向に偏光板の透過軸を合わせて、矢印D1を0°とした時に下記の式から求めた。
偏光比率=0°輝度値/(0°輝度値+90°輝度値)×100%
測定としては、導光板の中央部を輝度計の視野2°とし、図11のX−Y面方向に面光源装置をゴニオメーターで0°、90°で回転させて測定を行った。
(4)面光源からの出射特性
導光板の出射特性を面光源の光源配置と平行方向に出射した光の半値幅角で表示した。測定方法としては、実施例および比較例で得られた面光源装置について、前述したEZコントラストを用いて面光源の中央部分からの出射分布を測定し、ピーク輝度の1/2の値の輝度を示す面光源の光源配置と平行方向の角度幅として表示した。

0103

<実施例1>
(A)導光板の作製
光散乱材を含有したアクリル樹脂を用いて、基部となるシート上に出光側単位光学要素および裏面側単位光学要素を賦型することにより、図1および図4に示すような導光板を作製した。ここで、裏面側単位光学要素は、図4(a)とは異なり、1灯式の面光源装置に適応した形状(断面形状が配列方向に平行かつ厚み方向に平行な断面において非対称な形状を有する楔形状プリズム柱状)であった。裏面側単位光学要素の稜線方向は、光源部の点光源の配列方向(X方向)と平行とした。出光側単位光学要素は、図13に示すように二等辺三角柱形状に類似した形状(底角θ1=θ2=45°;プリズム先端部分を、ピッチを100%とした時に50%の部分を頂角140°のプリズムとした断面が五角形のプリズム形状)であり、その稜線方向は、裏面側単位光学要素の稜線方向に直交する方向(Y方向)とした。この導光板は、YZ面内において、出光面の法線方向に対して側面側(反光源部側)に約73°方向に最大強度を有する第1指向性光L1を出射するものであった。以下、この導光板を便宜上「両面プリズムA」と称する場合がある。

0104

(B)反射シート
反射シートとして、基材(PETシート)の表面に銀を蒸着した銀反射シートを用いた。

0105

(C)プリズムシートの作製
基材部としてトリアセチルセルロース(TAC)フィルム(富士写真フイルム社製、製品名「フジタックZRF80S」、厚み:80μm)を用いた。当該TACを配置した所定の金型に、プリズム用材料としての紫外線硬化型ウレタンアクリレート樹脂を充填し、紫外線を照射してプリズム用材料を硬化させることにより、図8に示すようなプリズムシートを作製した。基材部の面内位相差Reは0nmであり、厚み方向の位相差Rthは5nmであった。単位プリズムは、三角柱プリズムであり、配列方向に平行かつ厚み方向に平行な断面形状が不等辺三角形状であり、光源部側の第1斜面が、他方の第2斜面よりも急斜面(φ1<φ2)であった(図8参照)。単位プリズムの稜線方向は、光源部の点光源の配列方向(X方向)に平行とした。

0106

(D)点光源
点光源としてLED光源を用い、これを複数配列して光源部とした。

0107

(E)面光源装置の作製
上記の導光板、反射シート、プリズムシートおよび点光源を図1に示すような配置で組み立てて、面光源装置を作製した。なお、本実施例および以下で示す実施例2〜8および比較例1〜3で用いた面光源装置は、図1および図4に示す面光源装置とは異なり、すべて1灯式である。

0108

(F)IPS用補償板付偏光板の作製
(F−1)第1の異方性光学素子の作製
環状ポリオレフィン系ポリマーを主成分とする市販の高分子フィルム[オプテス社製、
商品名「ゼオノアフィルムZF14−130(厚み:60μm、ガラス転移温度:13
6℃)」]を、テンター延伸機を用いて、温度158℃で、フィルム幅が元のフィルム幅
の3.0倍となるように幅方向固定端一軸延伸した(横延伸工程)。得られたフィルム
は、搬送方向に進相軸を有するネガティブ二軸プレートであった。このネガティブ二軸プ
レートの正面位相差は118nm、Nz係数は1.16であった。
(F−2)第2の異方性光学素子の作製
スチレン無水マレイン酸共重合体(ノヴァ・ケミカルジャパン社製、製品名「ダイ
ラーク D232」)のペレット状樹脂を、単軸押出機とTダイを用いて、270℃で押出し、シート状の溶融樹脂冷却ドラムで冷却して厚み100μmのフィルムを得た。このフィルムを、ロール延伸機を用いて、温度130℃、延伸倍率1.5倍で、搬送方向に自由端一軸延伸して、搬送方向に進相軸を有する位相差フィルムを得た(縦延伸工程)。得られたフィルムを、テンター延伸機を用いて、温度135℃で、フィルム幅が前記縦延伸後のフィルム幅の1.2倍となるように幅方向に固定端一軸延伸して、厚み50μmの二軸延伸フィルムを得た(横延伸工程)。得られたフィルムは、搬送方向に進相軸を有するポジティブ二軸プレートであった。このポジティブ二軸プレートの正面位相差Reは20nm、厚み位相差Rthは−80nmであった。
(F−3)IPS用補償板付偏光板の作製
メチロールメラミン50重量部を純水に溶解し、固形分濃度3.7重量%の水溶液を調製し、この水溶液100重量部に対して、正電荷を有するアルミナコロイド平均粒子径15nm)を固形分濃度10重量%で含有する水溶液を調製した。アセトアセチル基を有するポリビニルアルコール系樹脂平均重合度1200、ケン化度98.5%、アセトアセチル化度5モル%)100重量部に対して、この水溶液18重量部を加え、アルミナコロイド含有接着剤を調製した。得られたアルミナコロイド含有接着剤を、トリアセチルセルロース(TAC)フィルム(コニカミノルタ社製、製品名「KC4UW」、厚み:40μm)の片面に塗布した。一方、ポリビニルアルコールを主成分とする高分子フィルム[クラレ製、商品名「9P75R(厚み:75μm、平均重合度:2,400、ケン化度99.9モル%)」]を水浴中に1分間浸漬させつつ搬送方向に1.2倍に延伸した後、ヨウ素濃度0.3重量%の水溶液中で1分間浸漬することで、染色しながら、搬送方向に、全く延伸していないフィルム(原長)を基準として3倍に延伸し、ホウ酸濃度4重量%、ヨウ化カリウム濃度5重量%の水溶液中に浸漬しながら、搬送方向に、原長基準で6倍に延伸し、70℃で2分間乾燥することにより、偏光子を作製した。得られた偏光子の片面に、上記のTACフィルム/アルミナコロイド含有接着剤の積層体を、両者の搬送方向が平行となるようにロールトゥー・ロールで積層した。続いて、偏光子の反対側の面に、上記アルミナコロイド含有接着剤を片面に塗布した第1の異方性光学素子を、両者の搬送方向が平行となるようにロール・トゥー・ロールで積層した。その後、55℃で6分間乾燥させて、波長589nmの単体透過率が43.2%の偏光板(第1の光学異方性素子/偏光子/TACフィルム)を得た。この偏光板の第1の光学異方性素子表面に、第2の光学異方性素子を、アクリル系粘着剤(厚み5μm)を介して、これらの搬送方向が平行となるようにロール・トゥー・ロールで積層することにより、IPS用補償板付偏光板を得た。

0109

(G)液晶表示装置の作製
IPSモードの液晶表示装置(Apple社製、商品名「iPad2」)から液晶表示パネルを取り出し、当該液晶表示パネルから偏光板等の光学部材を取り除き、液晶セルを取り出した。液晶セルは、その両表面(それぞれのガラス基板の外側)を洗浄して用いた。この液晶セルの上側(視認側)に市販の偏光板(日東電工社製、製品名「CVT1764FCUHC」)を第1の偏光板として貼り付けた。さらに、偏光サングラスをかけて液晶表示装置を観察した際の視認性を向上させるために、第1の偏光板の上にλ/4波長板(カネカ社製、商品名「UTZフィルム#140」)を遅相軸が第1の偏光板の吸収軸と45°の角度をなすようにアクリル系粘着剤を介して貼り付けた。また、液晶セルの下側(光源側)に上記(F)で得られたIPS用補償板付偏光板を第2の偏光板としてアクリル系粘着剤を介して貼り付けて、液晶表示パネルを得た。このとき、第1の偏光板の透過軸が図1におけるX方向となり、第2の偏光板の透過軸が図1におけるY方向となるようにして貼り付けた。この液晶表示パネルに上記(E)で作製した面光源装置を組み込み、図1に示すような液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0110

<実施例2>
液晶表示パネルの第2の偏光板とプリズムシートとの間に偏光選択反射シート(3M社製、製品名「DBEF」)を配置したこと以外は実施例1と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0111

<比較例1>
反射シートを白色のPETシートとし、かつ、裏面側にドット状の光拡散層が形成された導光板を用いた。この導光板は、裏面側単位光学要素および出光側単位光学要素を有さず、導光板の光散乱層は、光源部から遠ざかるに従って、そのドットの大きさが大きくなるようなグラデーションパターンを有していた。この導光板は、第1指向性光L1が最大強度を有する方向(第1の方向、出射角α)は65°付近であるが、実施例で用いた導光板よりも出射角が広く分布するような光を出射するものであった。さらに、反射シートとして、白色のPETシートを用いた。このような導光板および反射シートを用いたこと、液晶表示パネルの第1の偏光板の透過軸がY方向となり、第2の偏光板の透過軸がX方向となるようにしたこと、ならびに、液晶表示パネルの第2の偏光板とプリズムシートとの間に偏光選択反射シートを配置したこと以外は実施例1と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0112

<比較例2>
液晶表示パネルの第1の偏光板の透過軸がY方向となり、第2の偏光板の透過軸がX方向となるようにしたこと以外は実施例1と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0113

<比較例3>
偏光選択反射シートを用いなかったこと以外は比較例1と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0114

<実施例3>
出光側単位光学要素の断面形状が異なる導光板(以下、両面プリズムBと称する場合がある)を、実施例1の両面プリズムAと同様にして作製した。具体的には、両面プリズムBにおいては、出光側単位光学要素は、断面が直角二等辺三角柱形状(底角θ1=θ2=45°、頂角90°)のプリズム形状であり、その稜線方向は、裏面側単位光学要素の稜線方向に直交する方向(Y方向)とした。この両面プリズムBを両面プリズムAの代わりに導光板として用いたこと、および、プリズムシートの基材部としてTACフィルムの代わりに、アクリル系樹脂フィルム(面内位相差Re=3nm、厚み方向位相差Rth=10nm、厚み=40μm)を用いたこと以外は実施例2と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。なお、このアクリル系樹脂フィルムは、以下のようにして作製した:特開2010−284840号公報の製造例1に記載のイミド化MS樹脂100重量部およびトリアジン系紫外線吸収剤(アデカ社製、商品名:T−712)0.62重量部を、2軸混練機にて220℃にて混合し、樹脂ペレットを作製した。得られた樹脂ペレットを、100.5kPa、100℃で12時間乾燥させ、単軸押出機にてダイス温度270℃でTダイから押出してフィルム状に成形した(厚み160μm)。さらに当該フィルムを、その搬送方向に150℃の雰囲気下に延伸し(厚み80μm)、次いでフィルム搬送方向と直交する方向に150℃の雰囲気下に延伸して、厚み40μmのフィルムを得た。

0115

<実施例4>
出光側単位光学要素の断面形状が異なる導光板(以下、両面プリズムCと称する場合がある)を、実施例1の両面プリズムAと同様にして作製した。具体的には、両面プリズムCにおいては、出光側単位光学要素は、断面が二等辺三角柱形状(底角θ1=θ2=20°、頂角140°)のプリズム形状であり、その稜線方向は、裏面側単位光学要素の稜線方向に直交する方向(Y方向)とした。この両面プリズムCを両面プリズムAの代わりに導光板として用いたこと、および、プリズムシートの基材部としてTACフィルムの代わりに実施例3のアクリル系樹脂フィルムを用いたこと以外は実施例2と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0116

<実施例5>
出光側単位光学要素の断面形状が異なる導光板(以下、両面プリズムDと称する場合がある)を、実施例1の両面プリズムAと同様にして作製した。具体的には、両面プリズムDにおいては、出光側単位光学要素は、断面が二等辺三角柱形状に類似した形状(底角θ1=θ2=20°、頂角140°の二等辺三角形の底辺部分が断面曲線状とされた形状)のプリズム形状であり、その稜線方向は、裏面側単位光学要素の稜線方向に直交する方向(Y方向)とした。この両面プリズムDを両面プリズムAの代わりに導光板として用いたこと、および、プリズムシートの基材部としてTACフィルムの代わりに実施例3のアクリル系樹脂フィルムを用いたこと以外は実施例2と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0117

<実施例6>
プリズムシートの基材部としてTACフィルムの代わりに実施例3のアクリル系樹脂フィルムを用いたこと以外は実施例2と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0118

<実施例7>
IPSモードの液晶表示装置の代わりにMVAモードの液晶表示装置(SONY社製、商品名「KDL20J3000」)から液晶表示パネルを取り出し、このパネルの液晶セルを用いたこと以外は実施例6と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0119

<実施例8>
図1および図4に示すような2灯式の面光源装置を用いたこと、それに対応して、導光板として両面プリズムAの2灯式用設計となる両面プリズムE(裏面側単位光学要素の断面形状が、図6(b)のように、配列方向に平行かつ厚み方向に平行な断面において非対称な形状を有する楔形状プリズム柱状である)を用いたこと、および、プリズムシートの基材部としてTACフィルムの代わりに実施例3のアクリル系樹脂フィルムを用いたこと以外は実施例2と同様にして液晶表示装置を作製した。得られた液晶表示装置を上記(1)〜(4)の評価に供した。結果を表1に示す。

0120

0121

<評価>
偏光選択反射シートは非常に高価であるので、液晶表示装置において偏光選択反射シートを削除することができれば、コスト、製造効率および薄型化のいずれの観点からも非常に有利である。一方で、良好な表示品位を維持するためには、偏光選択反射シートを用いる場合に対して80%以上の全光束を得る必要がある。ここで、表1から明らかなように、実施例1の液晶表示装置は、全光束の積算光束比が偏光選択反射シートを備える液晶表示装置の80%以上であり、偏光選択反射シートを備えなくとも、明るく良好な映像を表示できた。さらに、偏光選択反射シートを備える実施例2の液晶表示装置は、対応する従来の構成の液晶表示装置(比較例1)に対する積算光束比が134%となり、大幅に明るく、光の利用効率の高い表示装置となった。
実施例1と比較例2とを比較すると明らかなように、液晶表示装置の正面方向から見て、第2の偏光板14の透過軸方向と、プリズムシート30から出射する光(第2指向性光L2)の主たる偏光方向とを平行とすることにより、透過光量を増大させ、輝度を向上させることができた。

実施例

0122

以上のように、本発明によれば、比較的簡単な構成で、液晶表示装置における光の利用効率を向上させ、明るい映像を表示することができる。また、本発明によれば、高価な偏光選択反射シート等を用いなくとも、光の利用効率は高く、良好な明るさを実現できる。

0124

1液晶表示装置
10光源部
10a点光源
11反射板
12液晶セル
13 第1の偏光板
14 第2の偏光板
15液晶表示パネル
16偏光選択反射シート
20面光源装置
21導光板
24出光側単位光学要素
26 裏面側単位光学要素
30プリズムシート
31基材部
33単位プリズム
34 第1斜面
35 第2斜面

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