JP2004354678A - 偏光光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトの発光波長特性と反射型偏光フィルムの偏光分離効果を発現する波長特性を一致させることで、反射型偏光フィルムの輝度向上効果を有効に発現させ、高輝度の偏光光源装置を提供するとともに、それを用いて、視認性に優れた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で最大光強度を示す光源を有する照明手段１１の光出射側に、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で偏光度が最大となる反射型偏光フィルム２１を配置した偏光光源装置１０が提供される。反射型偏光フィルム２１の光出射側には、吸収型偏光フィルム２２を積層することができる。また反射型偏光フィルム２１には、位相差層２３、好ましくは１／４波長位相差フィルムを積層することができる。偏光光源装置１０の光出射側に、液晶セル３０及び前面側吸収型偏光フィルム４１をこの順で配置して、液晶表示装置５０とされる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及びそれに好適な偏光光源装置に関するものである。詳しくは、バックライトの発光特性に適した反射型偏光分離フィルムを適用することによって、反射型偏光分離フィルムによる光の利用効率を向上させ、画面輝度を高めた偏光光源装置及び液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、小型、軽量であるため、様々な分野で使用されている。液晶表示装置における液晶分子は、ブラウン管（ＣＲＴ）などに使用されている発光物質ではなく、単に光の偏光状態を制御する光バルブとしての機能しかもたないために、何らかの方法で照明しないと液晶表示部が暗くて見えない。照明方式には、外光を取り込んで反射させて利用する方式と、内部に光源を組み込んで使う方式がある。前者は反射型液晶表示装置と呼ばれ、後者は透過型液晶表示装置と呼ばれている。また、内部に光源を組み込んではいるが、昼間の戸外など明るいところでは反射型として作用させ、夜間などの暗いところでは光源を点灯させて透過型として作用させる半透過半反射型液晶表示装置も知られている。さらに、反射型仕様を採用しながら、夜間などの暗いところではフロントライトを使用して照明する方式も知られている。
【０００３】
内部に光源を組み込んだ従来の透過型液晶表示装置の一例について、図１０をもとに説明する。液晶表示装置は一般に、液晶セル３０内に封入された液晶分子の配向状態を電気的に変化させることで、そこを通過する光の偏光状態を制御するものであり、液晶セル３０は、対向する一対の透明電極、すなわち背面側透明電極３１及び前面側透明電極３２と、それらの間に挟持された液晶層３３とで構成される。図示は省略するが、液晶セル３０はこのほか、両最表面に配置されるセル基板、液晶層３３を配向させるための配向膜、カラー表示であればカラーフィルター層なども有している。
【０００４】
液晶セル３０の前面には、そこを透過した光の偏光状態を検出する吸収型偏光フィルム４１が配置され、その他、位相差フィルム４２などの光学素子も配置されている。一方、液晶セル３０の背面には、特定の偏光光のみを取り出して液晶セル３０に向けて出射するための偏光光源装置８１が、必要に応じて背面側の位相差層（図示せず）を介して配置される。偏光光源装置８１は、液晶セル３０と面する位置に、吸収型偏光フィルム２２を配置し、その背面に必要に応じて拡散シート７５とプリズムシート７６を配置し、さらにその背面側に光源装置７０を配置して構成される。光源装置７０は、光源７１を側方又は下方に有する導光板７２と、導光板７２の背後の反射板７３とで構成されており、光源７１が側方に配置されている場合、そこからの光は反射鏡７４で反射されて、事実上そのすべてが導光板７２に導かれ、さらに吸収型偏光フィルム２２側へ出射するようになっている。以上のような形で、液晶表示装置８０が構成されている。このような液晶表示装置８０における光源７１には、冷陰極管が多く用いられている。
【０００５】
近年、背面側吸収型偏光フィルムと光源装置の間に反射型偏光フィルムを挿入する輝度向上システムの採用が増えてきた。この輝度向上システムは、例えば、特表平 ９−５１１８４４ 号公報（特許文献１）に記載されているように、光源装置からの出射光のうち背面側吸収型偏光フィルムが吸収してしまう偏光成分を、反射型偏光フィルムで事前に反射させて光源装置に戻すことにより、再利用可能とするものである。したがって、輝度向上システムを利用すれば、消費電力を増すことなく透過輝度を上げることができるし、逆に、透過輝度を維持したままで消費電力を少なくすることができる。
【０００６】
さらに、反射型偏光フィルムを利用した輝度向上システムの透過輝度向上効果をより高める方法が、例えば、特開 ２００１−１４７３２１号公報（特許文献２）に提案されている。この文献には、反射型直線偏光分離フィルムと位相差フィルムとを互いの光軸が４５°又は１３５°で交わるように配置する方式が開示されており、位相差フィルムとして１／４波長板が例示されている。
【０００７】
輝度向上システムは、反射型偏光フィルムで反射された本来は利用されない偏光光を、その反射型偏光フィルムを透過する偏光光に変換することで機能を発現させるものなので、この変換効率が高ければ、輝度向上率を高くすることができる。反射型直線偏光分離フィルムに位相差層を組み合わせることで、本来は利用されない反射された偏光光が円偏光となる。そして、円偏光は反射される際に偏光の向きが反転する。すなわち、右円偏光は反射後に左円偏光となり、逆に左円偏光は反射後に右円偏光となる。したがって、反射型直線偏光分離フィルムにより反射された偏光光は、位相差層により円偏光に変換された後、光源装置に組み込まれている反射板で反射する際に偏光反転を生じ、再び位相差層を通過した後では、直線偏光の偏光方向が当初とは直交する方向となり、反射型直線偏光分離フィルムを透過する偏光光に変換されている。こうして事実上すべての偏光光が反射型直線偏光分離フィルムを通過し、さらに背面側吸収型偏光フィルムを通過できる。つまり、１回の反射による往復で、理想的には本来利用されない光がすべて有効な偏光光に変換されるため、効率が良く、輝度向上効果も高くなる。
【０００８】
しかしながら、一般に、反射型偏光フィルムの有効波長特性と光源装置の発光波長特性とは一致していないため、反射型偏光フィルムによる輝度向上効果は必ずしも十分に発現されていなかった。
【０００９】
さらに、反射型偏光フィルムと１／４波長位相差フィルムとを、互いの光軸が４５°又は１３５°で交わるように配置する輝度向上システムを用いた場合であっても、照明装置の発光波長特性、位相差フィルムの円偏光効果が発現する有効波長特性、及び反射型偏光フィルムの偏光分離効果が最大に発現する有効波長特性が必ずしも一致しないため、輝度向上システムが必ずしも有効に作用せず、輝度向上効果を十分に発現することができなかった。
【００１０】
一方、冷陰極管を光源とする方式に替わって、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする方式も広まってきており、例えば、月刊ディスプレイ，２００１年１１月号，第 ５６−６２頁（非特許文献１）には、ＬＥＤをバックライトやフロントライトに用いる方式が紹介されている。このような発光ダイオードを光源とする方式は、中小型のモバイル機器などに多く用いられている。
【００１１】
【特許文献１】特表平９−５１１８４４号公報
【特許文献２】特開２００１−１４７３２１号公報
【非特許文献１】月刊ディスプレイ，２００１年１１月号，第５６−６２頁
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、バックライトの発光波長特性と反射型偏光フィルムの偏光分離効果を発現する有効波長特性を一致させることで、反射型偏光フィルムの輝度向上効果を一層有効に発現させ、高輝度を有する偏光光源装置を提供するとともに、それを用いて、視認性に優れた液晶表示装置を提供することにある。
【００１３】
本発明のもう一つの目的は、反射型偏光フィルムと位相差フィルムとを互いの光軸が４５°又は１３５°で交わるように配置する輝度向上システムを用いた場合に、照明装置の発光波長特性、位相差フィルムの円偏光効果が発現する有効波長特性、及び反射型偏光フィルムの偏光分離効果が最大に発現する有効波長特性を一致させることで、輝度向上システムを一層有効に発現させ、高輝度を有する偏光光源装置を提供するとともに、それを用いて、視認性に優れた液晶表示装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で最大光強度を示す光源を有する背面照明手段を、それに適合した波長特性を有する反射型偏光フィルムと組み合わせることで、反射型偏光フィルムの輝度向上効果を高めることができることを見出し、本発明に至った。
【００１５】
すなわち、本発明によれば、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で最大光強度を示す光源を有する照明手段の光出射側に、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で偏光度が最大となる反射型偏光フィルムが配置されてなる偏光光源装置が提供される。
【００１６】
ここで、照明手段は、面光源とその片面に配置された反射板を備え、面光源の反射板が位置する面とは反対側の面から光を出射するようになっているものであることができる。この照明手段は、光出射側に、凹凸形状の規則的又は不規則な配列パターンを表面に有するプリズムシートを備えることができる。照明手段はまた、青色光を蛍光体に照射して白色光とするものであることができる。
【００１７】
反射型偏光フィルムの光出射側には、吸収型偏光フィルムを積層することができる。反射型偏光フィルムが反射型直線偏光分離フィルムである場合、その反射型直線偏光分離フィルムの照明手段側に位相差層を積層するのが有利である。また、反射型偏光フィルムが反射型円偏光分離フィルムである場合には、その反射型円偏光分離フィルムの光出射側に位相差層を積層するのが有利である。このように位相差層を積層する場合、その位相差層は、１／４波長位相差フィルムであるのが有利である。この位相差層は、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲の直線偏光光に対して円偏光効果を発現するものであるのが好ましい。
【００１８】
上記いずれかの偏光光源装置において、光拡散性を付与するため、光源手段よりも光出射側のいずれかの位置に、面内位相差値が３０ｎｍ以下の光拡散層を少なくとも１層積層することができる。この光拡散層は接着性を有していてもよい。
【００１９】
また本発明によれば、上記いずれかの偏光光源装置の光出射側に、液晶セル及び前面側吸収型偏光フィルムがこの順で配置されている液晶表示装置が提供される。ここで、液晶セルと前面側吸収型偏光フィルムとの間には、面内位相差値が３０ｎｍ以下の光散乱層が積層されていてもよい。また、偏光光源装置における反射型偏光フィルム又はそれを含む積層体から前面側吸収型偏光フィルムに至る各部材の隣り合う少なくとも一対は、感圧接着剤により密着積層されていることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明を明確にするために、その具体例を示す図面を参照しながら以下に詳細な説明を行う。図１は、本発明に係る偏光光源装置の層構成の例を示す断面模式図である。図２は、ＬＥＤを光源とする照明手段の例を示す断面模式図である。図３は、本発明に係る偏光光源装置の別の層構成例を示す断面模式図である。図４は、反射型偏光フィルムと吸収型偏光フィルムと位相差層を積層する場合の軸構成の例を示す模式図である。図５は、本発明に係る偏光光源装置に光拡散層を配置する場合の層構成の例を示す断面模式図である。図６は、本発明に係る液晶表示装置の一例を示す断面模式図である。図７は、後述する対照例及び実施例１で作製した偏光光源装置の層構成を示す断面模式図である。図８は、同じく対照例及び実施例１で輝度を測定する状態を示す断面模式図である。図９は、後述する実施例２及び３で作製した偏光光源装置の層構成を示す断面模式図である。図１０は、従来の透過型液晶表示装置の例を示す断面模式図である。
【００２１】
図１を参照して、本発明の偏光光源装置１０は、照明手段１１の光出射側に反射型偏光フィルム２１を配置したものである。照明手段１１は、例えば、面光源１２とその片面に配置された反射板１３とで構成することができ、この場合は、面光源１２の反射板１３に面する側と反対側の面から光を出射することになる。照明手段１１は、図１（ａ）に示す如く、その光出射側に、拡散シート又はプリズムシート１４を備えることができる。図１（ａ）は、面光源１２の背面に反射板１３を備え、前面に拡散シート又はプリズムシート１４を備える照明手段１１の光出射側、すなわち、拡散シート又はプリズムシート１４の外側に、反射型偏光フィルム２１を配置した例である。また、図１（ｂ）に示す如く、反射型偏光フィルム２１は、吸収型偏光フィルム２２と積層して用いることもできる。図１（ｂ）は、面光源１２の背面に反射板１３を備える照明手段１１の光出射側、すなわち、反射板１３とは反対側に、反射型偏光フィルム２１と吸収型偏光フィルム２２をこの順で配置した例である。この場合、反射型偏光フィルム２１を透過して出てくる直線偏光が、吸収型偏光フィルム２２を透過するように、軸合わせをする。例えば、反射型偏光フィルム２１が反射型直線偏光分離フィルムである場合には、反射型偏光フィルム２１と吸収型偏光フィルム２２を、両者の偏光透過軸が略平行となるように積層する。
【００２２】
そして本発明では、照明手段１１として、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で最大光強度を示す光源を有するものを用いる。このような照明手段としては、特に限定されるものでないが、例えば、ＬＥＤを光源とするものを挙げることができる。具体的には、青色光を蛍光体に照射して白色光とするものが、かかる照明手段として適している。ＬＥＤを光源とする照明手段の例を図２に示す。図２を参照して、照明手段１１は、光源（ＬＥＤ）１２ａからの光を導光板１２ｂに取り込み、反射板１３での反射も利用し、前面側の拡散シート又はプリズムシート１４を介して光を出射するようになっており、これら全体がフレーム１１ａで覆われている。光源（ＬＥＤ）１２ａは、導光板１２ｂの一端面に配置する方式、導光板１２ｂの向かい合う二端面に配置する方式、導光板の四隅のうち一箇所に配置する方式などがある。
【００２３】
照明手段１１に用いる光源１２ａは、上記のようなＬＥＤであるのが好ましいが、従来からの偏光光源装置に採用されている冷陰極管や無機又は有機のエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ランプなどであっても、本発明で規定する４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で最大光強度を示すものがあれば、同様に使用することができる。
【００２４】
導光板１２ｂは、光源１２ａから発せられた光を内部に取り込み、面状発光体として機能するものであり、例えば、プラスチックシートやガラス板からなり、背面側に、凹凸処理や白色ドット印刷処理、ホログラム処理などを施したものが挙げられる。導光板１２ｂをプラスチックシートで構成する場合、その材質は、例えば、ポリカーボネート、ノルボルネン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどでありうる。
【００２５】
反射板１３は、例えば、内部に空洞を形成した白色プラスチックシート、酸化チタンや亜鉛華の如き白色顔料を表面に塗布したプラスチックシート、屈折率の異なる少なくとも２種のプラスチックフィルムを積層してなる多層プラスチックシート、アルミニウムや銀の如き金属からなるシートなどであることができる。これらのシートは、鏡面加工されたもの、粗面加工されたもののいずれも使用可能である。反射板を構成するプラスチックシートの材質としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ノルボルネン系樹脂、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレートなどを挙げることができる。
【００２６】
照明手段１１の出射面側に必要に応じて配置される拡散シート又はプリズムシート１４のうち、拡散シートは、入射光を散乱透過するシートであり、通常は全光線透過率が６０％以上、ヘイズ率が１０％以上の光学素子である。ここで、拡散シートの全光線透過率は、高ければ高いほどよく、８０％以上の全光線透過率を示すものがより好ましい。このような拡散シートとしては、例えば、プラスチックシートやガラス板を粗面化処理したもの、内部に空洞を形成したり粒子を添加したりしたプラスチックシートやガラス板などを挙げることができる。プラスチックシートの材質は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ノルボルネン系樹脂、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレートなどであることができる。粗面化処理には、サンドブラストや、エンボスロールの圧着による加工、プラスチック粒子やガラス粒子、シリカ粒子の如き粒子を樹脂に混合したものを表面に塗工する方法などがある。
【００２７】
プリズムシートは、光源から発せられた光を集光するものであり、例えば、プラスチックシート上に微細な多数のプリズムを形成したもの、凸レンズや凹レンズを敷き詰めたマイクロレンズアレイなどが挙げられる。凹凸形状の規則的又は不規則な配列パターンを表面に有するプリズムシートは、適当なものの一つである。拡散シートとプリズムシートの両方が配置されることもある。
【００２８】
図１に戻って、本発明で使用する反射型偏光フィルム２１とは、ある種の偏光光を透過し、それと逆の性質を有する偏光光を反射するものである。反射型偏光フィルムには、直線偏光に対して偏光分離機能を有する反射型直線偏光分離フィルムと、円偏光に対して偏光分離機能を有する反射型円偏光分離フィルムとがある。反射型直線偏光分離フィルムは、特定振動方向の直線偏光を透過し、それと直交する方向の直線偏光を反射するものである。反射型直線偏光分離フィルムの偏光透過軸とは、特定振動方向の偏光がこの偏光フィルムの垂直方向から入射したときに透過率が最大となる方向をいい、偏光反射軸とは、それと直交する方向をいう。一方、反射型円偏光分離フィルムは、ある回転方向の円偏光を透過し、それと逆の方向に回転する円偏光を反射するものである。本発明において反射型円偏光分離フィルムを使用する場合には、１／４波長位相差フィルムを積層することで、透過光が円偏光から直線偏光に変換された状態で出射するようにするのが好ましい。
【００２９】
反射型直線偏光分離フィルムとしては、例えば、ブリュースター角による偏光成分の反射率の差を利用した反射型偏光フィルム（例えば、特表平 ６−５０８４４９ 号公報に記載のもの）、微細な金属の線状パターンを施工した反射型偏光フィルム（例えば、特開平 ２−３０８１０６ 号公報に記載のもの）、少なくとも２種の高分子フィルムが積層され、屈折率異方性による反射率の異方性を利用する反射型偏光フィルム（例えば、特表平 ９−５０６８３７ 号公報に記載のもの）、高分子フィルム中に少なくとも２種の高分子で構成される海島構造を有し、屈折率異方性による反射率の異方性を利用する反射型偏光フィルム（例えば、米国特許第 ５，８２５，５４３号明細書に記載のもの）、高分子フィルム中に粒子が分散しており、屈折率異方性による反射率の異方性を利用する反射型偏光フィルム（例えば、特表平 １１−５０９０１４号公報に記載のもの）、高分子フィルム中に無機粒子が分散しており、粒子のサイズによる散乱能差に基づく反射率の異方性を利用する反射型偏光フィルム（例えば、特開平 ９−２９７２０４ 号公報に記載のもの）などが挙げられる。
【００３０】
一方、反射型円偏光分離フィルムとしては、例えば、コレステリック液晶による選択反射特性を利用した反射型偏光フィルム（例えば、特開平 ３−４５９０６号公報に記載のもの）などが挙げられる。
【００３１】
反射型偏光フィルムの厚みは特に限定されないが、液晶表示素子などに本発明の偏光光源装置を適用する場合を考慮すると、反射型偏光フィルムは薄いほうが好ましい。具体的には１ｍｍ以下、さらには０．２ｍｍ 以下であるのが好ましい。そこで、少なくとも２種の高分子フィルムが積層され、屈折率異方性による反射率の異方性を利用する反射型偏光フィルムや、高分子フィルム中に少なくとも２種の高分子で構成される海島構造を有し、屈折率異方性による反射率の異方性を利用する反射型偏光フィルム、また、コレステリック液晶による選択反射特性を利用した反射型偏光フィルムは、本発明による偏光光源装置の厚みを薄くするために特に好ましい。
【００３２】
本発明では、照明手段１１として、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で最大光強度を示す光源を有するものを用いることから、反射型偏光フィルム２１もそれに合わせて、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で偏光度が最大となるものを用いる。このような、低波長領域で最大の偏光度を示す反射型偏光フィルムとして、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ 社（３Ｍ社）製の“ＤＢＥＦ−Ｐ２”（商品名）があり、これは、日本では住友スリーエム株式会社から入手することができる。この“ＤＢＥＦ−Ｐ２ ”は、２種の高分子フィルムが積層されたものであって、同社で従来から販売されている反射型直線偏光分離フィルム“ＤＢＥＦ−Ｐ”に比べ、特に低波長域での偏光度を改良したものといわれている。本発明者らの測定によれば、現在入手できる“ＤＢＥＦ−Ｐ２ ”は、約４９０ｎｍの波長で最大の偏光度を示した。
【００３３】
図１（ｂ）に示す如く、反射型偏光フィルム２１に吸収型偏光フィルム２２を積層する場合、ここで用いる吸収型偏光フィルム２２とは、特定振動方向の偏光光を透過し、それと直交する方向の偏光光を吸収するものである。吸収型偏光フィルムの偏光透過軸とは、特定振動方向の偏光がその偏光フィルムの垂直方向から入射したときに、透過率が最大となる方向をいう。
【００３４】
このような吸収型偏光フィルムとしては、例えば、公知のヨウ素系偏光フィルムや染料系偏光フィルムが使用できる。ヨウ素系偏光フィルムとは、延伸したポリビニルアルコールフィルムにヨウ素が吸着されたフィルムであり、染料系偏光フィルムとは、延伸したポリビニルアルコールフィルムに二色性染料が吸着されたフィルムである。これらの偏光フィルムは、耐久性向上のため、その片面又は両面を高分子フィルムで被覆したものが好ましい。保護のために被覆する高分子の材質としては、二酢酸セルロースや三酢酸セルロース、ポリエチレンテレフタレート、ノルボルネン系樹脂などが使用できる。
【００３５】
吸収型偏光フィルムの厚みは特に限定されないが、液晶表示素子などに本発明の偏光光源装置を適用する場合を考慮すると、吸収型偏光フィルムも薄いほうが好ましい。具体的には１ｍｍ以下、さらには０．２ｍｍ 以下であるのが好ましい。
【００３６】
さらに本発明においては、反射型偏光フィルムに位相差層を積層することができる。この場合の例を図３に示す。反射型偏光フィルム２１が反射型直線偏光分離フィルムである場合には、図３（ａ）に示すように、反射型偏光フィルム２１の照明手段１１側に、位相差層２３を積層することができる。これにより、反射型偏光フィルム２１で反射して照明手段１１側へ戻る直線偏光は、位相差層２３で円偏光に変換され、照明手段１１の反射板１３で反射されるときに偏光反転して逆回りの円偏光となり、再び位相差層２３を通過した後は当初の直線偏光と直交する向きの直線偏光となり、反射型偏光フィルム２１を透過するので、輝度向上システムが効果的に発揮される。図３（ａ）は、図１（ｂ）に示した偏光光源装置において、反射型偏光フィルム２１の光源装置１１側に位相差層２３を積層した例であり、その他の符号は図１（ｂ）と同じなので、説明は省略する。
【００３７】
一方、反射型偏光フィルム２１が反射型円偏光分離フィルムである場合には、図３（ｂ）に示すように、反射型円偏光分離フィルム２１ａの光出射側に位相差層２４を積層することができる。このように、反射型円偏光分離フィルム２１ａの光出射側に位相差層２４を積層すれば、先述の如く、透過光が円偏光から直線偏光に変換された状態で、吸収型偏光フィルム２２又は液晶セル（図示せず）側へ出射するようになる。この場合、反射型円偏光分離フィルム２１ａで反射して照明手段１１側へ戻る円偏光は、照明手段１１の反射板１３で反射されるときに偏光反転して逆回りの円偏光となり、再び反射型円偏光分離フィルム２１ａに到達したときはその反射型円偏光分離フィルム２１ａを透過するようになり、輝度向上システムが効果的に発揮される。図３（ｂ）は、図１（ｂ）に示した偏光光源装置において、反射型偏光フィルムを反射型円偏光分離フィルム２１ａとし、その反射型円偏光分離フィルム２１ａと吸収型偏光フィルム２２との間に位相差層２４を積層した例であって、その他の符号は図１（ｂ）と同じなので、説明は省略する。
【００３８】
図３に示した位相差層２３，２４は、直線偏光を円偏光に、また円偏光を直線偏光に変換する役割を果たすものであることから、通常、１／４波長位相差フィルムが用いられる。図３（ａ）に示したように、吸収型偏光フィルム２２／反射型偏光フィルム２１／位相差層２３の順で積層する場合は、図４（ａ）に模式的に軸の向きを示すように、反射型偏光フィルム２１の偏光透過軸９１と吸収型偏光フィルム２２の偏光透過軸９２とが略平行となるようにし、さらに、反射型偏光フィルム２１の偏光透過軸９１と位相差層２３の光軸９３とのなす角度を調整することにより、輝度向上効率を調整できる。位相差層２３が１／４波長位相差層である場合には、図４の（ａ）〜（ｃ）に模式的に軸の向きを示すように、反射型偏光フィルム２１の偏光透過軸９１と吸収型偏光フィルム２２の偏光透過軸９２とが略平行となるように配置し、さらに、それらの偏光透過軸９１，９２と位相差層２３の光軸９３とが、４５°又は１３５°の角度をなすように配置することで、最大の輝度向上効果を発現させることができる。実用的には、この角度を中心に±５°以内であれば、さしたる支障はない。
【００３９】
位相差層２３又は２４は、層の面内における最大屈折率方向をｘ軸、それと直交する面内の軸をｙ軸、厚み方向をｚ軸とし、それぞれの軸方向における屈折率をｎ_ｘ、ｎ_ｙ及びｎ_ｚ と表したときに、配向状態を表すのに使用されるＮｚ係数＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）が−２より大きいものであるのが好ましい。
【００４０】
位相差層２３又は２４の材質は、特に限定されない。単層であってもよいし、２層以上の積層体からなるものであってもよい。積層する際には、同種の位相差フィルムを積層してもよいし、異種の位相差フィルムを積層してもよい。位相差フィルムの例としては、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ノルボルネン系樹脂をはじめとする環状ポリオレフィン系樹脂などの合成高分子や、二酢酸セルロース、三酢酸セルロースなどの天然高分子からなるフィルムを、一軸又は二軸に延伸したもの、また、透明高分子フィルム上に光学異方性のある化合物又は液晶組成物からなる層を配向させたものなどを挙げることができる。
【００４１】
位相差層は、合成高分子又は天然高分子を一軸延伸又は二軸延伸する方法により作製することができるが、その他、無機層状化合物やディスコティック液晶などを面内で配向させる方法、ネマティック液晶などを塗布する方法などによっても、作製することができる。
【００４２】
本発明では、反射型偏光フィルムと照明手段の間で生じる輝度向上システムを最適なものにすることを主たる目的とするので、図１０に示したような形で光源装置に通常用いられる拡散シート５５は使用しないほうが好ましい場合がある。そこで、偏光光源装置を構成する反射型偏光フィルムの近辺に光拡散層を組み込んでしまうのが好ましい。光拡散層を積層する場所は、その光拡散層の面内位相差値が３０ｎｍ以下であれば特に制限されない。この場合の例を図５に示す。図５は、図３（ａ）に示した吸収型偏光フィルム２２／反射型偏光フィルム２１／位相差層２３からなる層構成に対し、いずれかの位置に光拡散層２５を配置する例を示している。図５の（ａ）は、吸収型偏光フィルム２２の外側に光拡散層２５を配置したものである。図５の（ｂ）は、吸収型偏光フィルム２２と反射型偏光フィルム２１の間に光拡散層２５を配置したものである。図５の（ｃ）は、反射型偏光フィルム２１と位相差層２３の間に光拡散層２５を配置したものである。図５の（ｄ）は、位相差層２３の外側（照明手段１１側）に光拡散層２５を配置したものであり、この場合には、光拡散層２５の面内位相差値は３０ｎｍ以下であることがもちろん好ましいが、それより大きくても使用可能である。
【００４３】
光拡散層２５は高い全光線透過率を示すほうがよいことから、その全光線透過率は８０％以上であるのが好ましく、より好ましくは９０％以上である。また、光拡散層２５の拡散性能を表す指標であるヘイズ率は、所望とする拡散性能に応じて任意に設定されるが、通常は３０％以上９５％以下、好ましくは６０％以上９５％以下である。ここでヘイズ率とは、（拡散光線透過率／全光線透過率）×１００（％）で表される数値である。
【００４４】
光拡散層２５の材質は特に制限されないが、例えば、有機又は無機の微粒子が分散された高分子フィルムや光拡散性感圧接着剤、屈折率変調型光拡散フィルムなどが好適に用いられる。積層偏光フィルムの部材点数を減らして厚みを薄くするために、有機又は無機の微粒子が分散された光拡散性感圧接着剤は、特に好ましい光拡散層の一つである。ここで、有機又は無機の微粒子を構成する材質としては、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、シリコーン、シリカ、酸化チタンなどを挙げることができる。母体となる感圧接着剤としては、公知の各種のものが使用でき、例えば、アクリレート系感圧接着剤、ゴム系感圧接着剤、シリコーン系感圧接着剤、ウレタン系感圧接着剤などが挙げられる。中でもアクリレート系感圧接着剤が好ましく使用できる。
【００４５】
反射型偏光フィルムに吸収型偏光フィルムや位相差層を積層する場合、その積層フィルムの取扱い性を容易にするために、構成するフィルムや層間を感圧接着剤で密着するのが好ましい。密着することで、不要な反射による光のロスを防ぐこともできる。感圧接着剤としては、公知の各種のものが使用できる。例えば、アクリレート系感圧接着剤、ゴム系感圧接着剤、シリコーン系感圧接着剤、ウレタン系感圧接着剤などが挙げられる。中でもアクリレート系感圧接着剤が好ましく使用される。感圧接着剤の厚みは特に制限されないが、通常１μｍ 以上１００μｍ 以下であり、好ましくは２０μｍ以上、また好ましくは５０μｍ以下である。
【００４６】
本発明においては、液晶セルの光学補償を行うための位相差フィルムを積層することもできる。適当な位相差フィルムの例として、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ノルボルネン系樹脂をはじめとする環状ポリオレフィン系樹脂などの合成高分子や、二酢酸セルロース、三酢酸セルロースなどの天然高分子からなるフィルムを一軸又は二軸に延伸してなるフィルム、また、透明高分子フィルム上に光学異方性のある化合物又は液晶組成物を塗布してなるフィルム（例えば、富士写真フィルム株式会社から販売されている“ＷＶフィルム”、新日本石油株式会社から販売されている“ＮＨフィルム”や“ＬＣフィルム”、住友化学工業株式会社から販売されている“ＶＡＣフィルム”など；いずれも商品名）が挙げられる。液晶セルの光学補償を目的とする場合は、偏光光源装置の液晶セル側に位相差フィルムが配置される。この場合も、空気層の介在による光のロスを防ぐため、感圧接着剤により密着積層することが望ましい。
【００４７】
本発明の偏光光源装置は、表示用液晶セルと組み合わせて、液晶表示装置とすることができる。すなわち、本発明による液晶表示装置５０は、図６に例を示すような、偏光光源装置１０の出射光面側に、液晶セル３０と前面側吸収型偏光フィルム４１とをこの順に配置したものである。ここで、液晶セル３０と前面側吸収型偏光フィルム４１の間には、必要に応じて前面側位相差フィルム４２を１枚又は複数枚配置することができ、また必要に応じて、液晶セル３０の前面側に光拡散層を配置することもできる。さらには、前面側位相差フィルムと光拡散層の両者を配置してもよい。光拡散層は、面内位相差値が３０ｎｍ以下であることが好ましい。液晶表示装置を構成する各部材、特に、反射型偏光フィルム２１又はそれを含む積層偏光フィルム（図６では、光拡散層２５／吸収型偏光フィルム２２／反射型偏光フィルム２１／位相差層２３の積層体）から前面側吸収型偏光フィルム４１に至るまでの各部材は、隣り合う少なくとも一対が感圧接着剤により密着積層されているのが好ましく、さらには、隣り合うすべての部材同士が感圧接着剤により密着積層されているのが一層好ましい。
【００４８】
図６では、図５（ａ）に示したのと同じ、光拡散層２５／吸収型偏光フィルム２２／反射型偏光フィルム２１／位相差層２３／照明手段１１の順で配置された偏光光源装置１０の光拡散層２５側に、液晶セル３０を配置し、さらにその液晶セル３０の前面側には、前面側位相差フィルム４２と前面側吸収型偏光フィルム４１が配置されて、液晶表示装置５０が構成されている。この液晶表示装置は、透過型として機能する。
【００４９】
図６において、液晶セル３０は、透過光量をスイッチングするために液晶を２枚の基板間に封入し、電圧印加により液晶の配向状態を変化させる機能を有する装置である。２枚の基板のそれぞれ内側には、背面側透明電極３１及び前面側透明電極３２が配置され、それらの間に液晶層３３が挟持されている。図示は省略するが、液晶セル３０はこのほか、液晶層３３を配向させるための配向膜、カラー表示であればカラーフィルター層なども有している。本発明において、液晶セル３０を構成する液晶の種類やその駆動方式は特に限定されず、公知のツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶やスーパーツイステッドネマティック（ＳＴＮ）液晶などが使用でき、さらに、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動方式、垂直配向（ＶＡ）方式、 Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ 駆動方式、光学補償ベンド（ＯＣＢ）など、偏光を用いて表示を行うあらゆる方式に本発明を適用することができる。
【００５０】
前面側吸収型偏光フィルム４１については、先に本発明の偏光光源装置において任意に使用することができる吸収型偏光フィルムの例として説明したのと同様のものを用いることができる。
【００５１】
液晶セル３０と前面側偏光フィルム４１との間には、必要に応じて位相差フィルム４２が配置される。この位相差フィルムとしては、通常、樹脂の延伸フィルムが用いられ、適当な例としては、ポリカーボネート系樹脂、ポリアリレート系樹脂、ポリサルフォン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ノルボルネン系樹脂をはじめとする環状ポリオレフィン系樹脂などの合成熱可塑性高分子や、三酢酸セルロースをはじめとする天然高分子などを、テンターなどの延伸装置により一軸又は二軸に延伸してなるフィルムが挙げられる。また、透明高分子フィルムに液晶化合物を塗布してなるフィルム、例えば、富士写真フィルム株式会社から販売されている“ＷＶフィルム”（商品名）、新日本石油株式会社から販売されている“ＬＣフィルム”（商品名）、住友化学工業株式会社から販売されている“ＶＡＣフィルム”（商品名）などを、位相差フィルム４２として用いることもできる。
【００５２】
さらに、液晶セル３０の前面側に光拡散層を積層する場合は、先に本発明の偏光光原装置を構成する光拡散層の例として説明したのと同様のものを用いることができる。
【００５３】
図６には、図５（ａ）に示した偏光光源装置１０を用いた例を示したが、この偏光光源装置を、図５（ｂ）〜（ｄ）に示したものに変えることももちろん可能である。いずれの偏光光源装置を用いる場合も、液晶セル３０は、照明手段１１とは反対側、すなわち、図５（ｂ）〜（ｄ）における吸収型偏光フィルム２２の上に配置される。さらにその液晶セル３０の上には、前面側吸収型偏光フィルム４１が配置される。液晶セル３０と前面側吸収型偏光フィルム４１の間には、必要に応じて前面側位相差フィルム４２や光拡散層を配置できることは、図６の場合と同様である。
【００５４】
従来の偏光光源装置や液晶表示装置においては、図１０に示したような拡散シート７５やプリズムシート７６が広く用いられている。本発明による偏光光源装置１０にも、これらの一方又は双方を配置することができるが、これらは反射型偏光フィルムと照明手段の間における偏光状態を乱す原因になるため、可能であれば、配置しないほうが好ましい。特に、図３に示したように位相差層２３又は２４を積層し、円偏光を照明手段側に戻す場合は、かかる拡散シートやプリズムシートを配置しないほうが好ましい。一方、図１に示したように、照明手段１１の光出射側に直接、反射型偏光フィルム２１（特に、反射型直線偏光分離フィルム）が面する場合には、照明手段１１の光出射側に拡散シート又はプリズムシートを備えるのが好ましい。この場合、凹凸形状の規則的又は不規則な配列パターンを表面に有するプリズムシートは、適当なものの一つである。
【００５５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、例中で用いた材料は次のとおりである。
【００５６】
（１） 吸収型偏光フィルム
ＳＲＷ０６２Ａ ：ポリビニルアルコールにヨウ素が吸着配向したヨウ素系吸収型偏光フィルム、住友化学工業株式会社から入手。
【００５７】
（２） 反射型偏光フィルム
ＤＢＥＦ−Ｐ 及び ＤＢＥＦ−Ｐ２ ：それぞれ、２種の高分子フィルムが積層され、屈折率異方性による反射率の異方性を利用した反射型直線偏光分離フィルム、いずれも住友スリーエム株式会社から入手。
【００５８】
これら２種の反射型偏光フィルムについて、株式会社島津製作所製の分光光度計“ＵＶ−２４５０ ”を使用し、波長４００ｎｍから７００ｎｍの間で、法線入射光に対する偏光度を１０ｎｍ毎に測定した。そのうち、波長４００ｎｍから５００ｎｍの間の最大偏光度及びそのときの波長、並びに、波長４００ｎｍから７００ｎｍの間の最大偏光度及びそのときの波長を表１に示す。
【００５９】

【００６０】
（３） 位相差層（位相差フィルム）
ＳＥＮ４９０１３８ 及び ＳＥＮ４９０１１８：それぞれ、ノルボルネン系樹脂が一軸延伸された位相差フィルム、住友化学工業株式会社から入手。
【００６１】
これらの位相差フィルムについて、王子計測機器株式会社製の自動複屈折率計“ＫＯＢＲＡ−２１ＡＤＨ ”を用い、波長５５０ｎｍにおいて、面内位相差値及びＮｚ係数を測定した。結果を表２に示した。
【００６２】

【００６３】
（４） 感圧接着剤
感圧接着剤＃７：無色透明なアクリレート系感圧接着剤、住友化学工業株式会社から入手。
【００６４】
（５） 光源装置（照明手段）
ＮＴＴドコモ株式会社から販売されている携帯電話端末“Ｆ５０４ｉ ”より、光源装置だけを取り外し、これを用いた。この光源装置は、青色ＬＥＤから発する光を蛍光体に照射し、白色光として導光板に入射し、そこから出射する形式の白色ＬＥＤであり、その最大光強度を示す波長は４６２ｎｍであった。
【００６５】
対照例
（Ａ）偏光光源装置の作製
図７に示すように、反射型偏光フィルム２１（ＤＢＥＦ−Ｐ）、感圧接着剤６２（感圧接着剤＃７）、吸収型偏光フィルム２２（ＳＲＷ０６２Ａ ）及び感圧接着剤６２（感圧接着剤＃７）をこの順で密着積層した。この際、反射型偏光フィルム２１の偏光透過軸と吸収型偏光フィルム２２の偏光透過軸が平行となるように配置した。この積層フィルムを、吸収型偏光フィルム２２の外側に配置した感圧接着剤６２側で１．１ｍｍ 厚のガラス板６１に貼り合わせ、さらに上記光源装置１１の上に、ガラス板６１が上側となるように配置して、偏光光源装置１０を作製した。
【００６６】
（Ｂ）透過輝度評価方法
図８に示すように、台座６５の上に、（Ａ）で作製した偏光光源装置１０を水平に配置した。台座６５の上方には、輝度計６９（株式会社トプコン製の商品名“ＢＭ−７”）を輝度測定用に配置した。光源装置１１を点灯し、輝度計６９により偏光光源装置１０の透過輝度を測定した。測定は、すべて暗室にて行った。結果を表３に示した。
【００６７】
実施例１
反射型偏光フィルム２２として、ＤＢＥＦ−Ｐ に替えて ＤＢＥＦ−Ｐ２ を使用した。その他は対照例と同じである。結果を表３に示した。
【００６８】
実施例２
面内位相差値が１３８ｎｍの位相差フィルム ＳＥＮ４９０１３８を使用し、これを、反射型偏光フィルム ＤＢＥＦ−Ｐ２に、感圧接着剤＃７を介して貼り合わせた。この際、反射型偏光フィルム ＤＢＥＦ−Ｐ２の偏光透過軸と位相差フィルム ＳＥＮ４９０１３８の光軸とが４５°で交わるように配置した。さらにその反射型偏光フィルム ＤＢＥＦ−Ｐ２上に、感圧接着剤＃７、吸収型偏光フィルム ＳＲＷ０６２Ａ、及び感圧接着剤＃７の順に積層して、積層偏光フィルムを作製した。吸収型偏光フィルム ＳＲＷ０６２Ａは、その偏光透過軸が反射型偏光フィルム ＤＢＥＦ−Ｐ２の偏光透過軸と平行になるようにした。ここで作製した積層偏光フィルムは、図９に示すとおり、感圧接着剤６２／吸収型偏光フィルム２２／感圧接着剤６２／反射型偏光フィルム２１／感圧接着剤６２／位相差フィルム２３の層構成となっている。また、軸構成は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示すとおりである。この積層偏光フィルムの吸収型偏光フィルム２２上にある感圧接着剤６２側で１．１ｍｍ 厚のガラス板６１に貼り合わせ、さらに、先の光源装置１１の上に、ガラス板６１が上側となるように配置して、偏光光源装置１０を作製した。この偏光光源装置１０について、対照例と同じ方法で透過輝度を測定し、結果を表３に示した。
【００６９】
実施例３
位相差フィルム２３として、面内位相差値が１１８ｎｍである ＳＥＮ４９０１１８を使用した。その他は、実施例２と同じである。結果を表３に示した。
【００７０】

【００７１】
表３からわかるように、反射型偏光フィルムとして、 ＤＢＥＦ−Ｐ を使用した対照例の偏光光源装置に対し、 ＤＢＥＦ−Ｐ２ を使用した実施例１では、約１．０４倍の輝度向上効果が確認できた。また、実施例１で使用した偏光光源装置に、１／４波長位相差フィルムとして、面内位相差値が１３８ｎｍである ＳＥＮ４９０１３８を積層した実施例２では、透過輝度が約 １．１９倍に向上した。さらに、同じ偏光光源装置に、面内位相差値が１１８ｎｍである ＳＥＮ４９０１１８を積層した実施例３では、透過輝度が約１．２１倍に向上した。
【００７２】
これらの例で使用した光源装置（照明手段）は、先に示した如く、波長４６２ｎｍで最大光強度を示すものであり、その１／４波長は１１５．５ｎｍ と計算されることから、面内位相差値がそれに近い１１８ｎｍである ＳＥＮ４９０１１８を用いた場合には、液晶表示装置の輝度を一層向上させることができるようになる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の偏光光源装置は、例えば、青色光を蛍光体によって白色光とするような、低波長域に最大光強度を示す光源に対して、透過輝度を高めることができ、これを液晶表示装置に適用すれば、表示画面の視認性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る偏光光源装置の層構成の例を示す断面模式図である。
【図２】ＬＥＤを光源とする照明手段の例を示す断面模式図である。
【図３】本発明に係る偏光光源装置の別の層構成例を示す断面模式図である。
【図４】反射型偏光フィルムと吸収型偏光フィルムと位相差層を積層する場合の軸構成の例を示す模式図である。
【図５】本発明に係る偏光光源装置に光拡散層を配置する場合の層構成の例を示す断面模式図である。
【図６】本発明に係る液晶表示装置の一例を示す断面模式図である。
【図７】対照例と実施例１で作製した偏光光源装置の層構成を示す断面模式図である。
【図８】対照例と実施例１で輝度を測定する状態を示す断面模式図である。
【図９】実施例２と３で作製した偏光光源装置の層構成を示す断面模式図である。
【図１０】従来の透過型液晶表示装置の例を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１０……偏光光源装置、
１１……照明手段（光源装置）、
１１ａ……フレーム、
１２……面光源、
１２ａ……光源（ＬＥＤ）、
１２ｂ……導光板、
１３……反射板、
１４……拡散フィルム又はプリズムフィルム、
２１……反射型偏光フィルム、
２１ａ……反射型円偏光分離フィルム、
２２……吸収型偏光フィルム、
２３，２４……位相差層、
２５……光拡散層、
３０……液晶セル、
３１，３２……透明電極、
３３……液晶層、
４１……前面側吸収型偏光フィルム、
４２……前面側位相差フィルム、
５０……液晶表示装置、
６１……ガラス板、
６２……感圧接着剤、
６５……台座、
６９……輝度計、
７０……光源装置、
７１……光源、
７２……導光板、
７３……反射板、
７４……反射鏡、
７５……拡散シート、
７６……プリズムシート、
８０……液晶表示装置、
８１……偏光光源装置、
９１……反射型偏光フィルムの偏光透過軸、
９２……吸収型偏光フィルムの偏光透過軸、
９３……位相差層の光軸。

Claims (13)

1. ４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で最大光強度を示す光源を有する照明手段の光出射側に、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲で偏光度が最大となる反射型偏光フィルムが配置されてなることを特徴とする偏光光源装置。
2. 照明手段は、面光源とその片面に配置された反射板を備え、面光源の反射板が位置する面とは反対側の面から光を出射するようになっている請求項１に記載の偏光光源装置。
3. 照明手段は、その光出射側に、凹凸形状の規則的又は不規則な配列パターンを表面に有するプリズムシートを備える請求項２に記載の偏光光源装置。
4. 照明手段は、青色光を蛍光体に照射して白色光とするものである請求項１〜３のいずれかに記載の偏光光源装置。
5. 反射型偏光フィルムの光出射側に吸収型偏光フィルムが積層されている請求項１〜４のいずれかに記載の偏光光源装置。
6. 反射型偏光フィルムが反射型直線偏光分離フィルムであり、該反射型直線偏光分離フィルムの照明手段側に位相差層が積層されている請求項１〜５のいずれかに記載の偏光光源装置。
7. 反射型偏光フィルムが反射型円偏光分離フィルムであり、該反射型円偏光分離フィルムの光出射側に位相差層が積層されている請求項１〜４のいずれかに記載の偏光光源装置。
8. 位相差層のさらに光出射側に吸収型偏光フィルムが積層されている請求項７に記載の偏光光源装置。
9. 位相差層が１／４波長位相差フィルムである請求項６〜８のいずれかに記載の偏光光源装置。
10. 位相差層は、４００ｎｍから５００ｎｍの波長範囲の直線偏光光に対して円偏光効果を発現するものである請求項９に記載の偏光光源装置。
11. 照明手段よりも光出射側のいずれかの位置に、面内位相差値３０ｎｍ以下の光拡散層が少なくとも１層積層されている請求項１〜１０のいずれかに記載の偏光光源装置。
12. 光拡散層が接着性を有する請求項１１に記載の偏光光源装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の偏光光源装置の光出射側に、液晶セル及び前面側吸収型偏光フィルムがこの順で配置されてなることを特徴とする、液晶表示装置。

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