JP2010237550A - 液晶表示装置及び面状光源 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトの光の利用効率を向上させた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】液晶層を挟持する液晶セル２２０の下側に下偏光板２３０を備えた液晶パネル２００と、液晶パネル２００の下側に配置されて、面状に発光することにより光を提供する面状光源１００とを有する液晶表示装置であって、面状光源１００は、光源１６０と、光源１６０からの光を誘導して面状に出射させる導光板１４０と、導光板１４０の下側に配置される反射シート１５０と、導光板１４０の上側に配置される光学フィルム１３０と、を有し、光学フィルム１３０は、導光板１４０からの光を複屈折させる複屈折フィルムと、複屈折フィルムとは異なる屈折率を有して複屈折フィルムに積層される透明フィルムと、を含んで構成されて、導光板１４０からの光の偏光成分を、下偏光板２３０で吸収される光を減少させるように変化させる、ことを特徴とする液晶表示装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライトからの光を用いて液晶パネルに画像を表示させる液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、一般に薄型で軽量・低消費電力であることから、携帯電話や可般型のパーソナルコンピュータをはじめとする携帯情報端末や薄型テレビ等、さまざまな電子機器に使用されている。

このような液晶表示装置は、ブラウン管やプラズマによるディスプレイ装置とは異なり、バックライトから入射した光の光量が制御されて画像等が表示される。また、光制御素子として複数色のカラーフィルタを具備させることによって多色のカラー表示を行うことが可能である。このような液晶表示装置は、液晶パネルと、面状に発光することにより液晶パネルに光を提供するバックライトとを含んで構成される。そして当該液晶パネルは、一対の基板の間に液晶層を挟持した液晶セルと、当該一対の基板に対して液晶層の反対側の面にそれぞれ配置された上偏光板及び下偏光板と、を有している。液晶パネルは、液晶層に電界が印加されて、バックライトから液晶層に入射する光の偏光状態を変化させることで光の透過量が制御されて、画像を表示するものである。

偏光板は、所定の直線偏光成分は吸収し、これと振動面が直交する直線偏光は透過する機能を有する。このため、液晶パネルに照射される光が無偏光の場合には、照明光の少なくとも５０％が下偏光板に吸収される。つまり、液晶表示装置ではバックライトから出射する光が無偏光の場合には、照明光の約半分が偏光板で吸収され損失となっている。

液晶表示装置のバックライトには、サイドライト方式（導光体方式）、直下方式（反射板方式）等があり、一般に、薄型のバックライトを実現する場合にはサイドライト方式が用いられる。サイドライト方式のバックライトは、発光ダイオードによって線状または点状に発光する光源と、光源を端部に備える導光板と呼ばれる板状の透明板と、導光板から出射する光の進行方向を調整するプリズムシートと呼ばれる光学シートや、拡散シートを備える。導光板は、その端面（側面）に対向して配置された光源からの光を面状に形成された光出射面に誘導して、当該光出射面を発光させる機能を有するものである。導光板の光出斜面から出射する光は、導光方向（光源が設けられた端面から対向する端面に向かう方向）に出射する光のうち、光出射面の垂線（法線）に対して一般に６０〜８０度傾いた方向において、輝度及び光度の最大値（ピーク）を有する。また、一般に、導光板から出射する光のうち、輝度または光度が最大となる角度（ピーク角度）、及び、この近傍の角度で出射する光は、導光方向と平行な方向の偏光成分が導光方向と垂直な方向の偏光成分よりも多い光となる。

なお、バックライトの発光効率を向上させる技術として、バックライトと下偏光板の間にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを配置する構成が記載されている（非特許文献１）。

Ｘｉａｎｇ−Ｄｏｎｇ Ｍｉ "Ｌｉｇｈｔ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｆｒｅｎｅｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ "，ＳＩＤ ０７ ＤＩＧＥＳＴ ，ｐ４６１−４６４， ２００７

導光板から出射する光は一般に導光板の光出射面の垂線方向に対し、６０〜８０度傾いた方向に、輝度及び光度の最大値（ピーク）を有し、輝度及び光度の最大値を有する光はプリズムシート等の光学部材に斜めに入射する。そして、プリズムシート等の裏面に斜め方向から入射する光は、入射面に対して垂直な方向の偏光成分が、入射面に対して平行な方向の偏光成分よりも多く反射されるため、導光方向と垂直な方向の偏光成分が導光板に戻される。すなわち、サイドライト方式の場合、導光方向と平行な方向の偏光成分は液晶パネルに向けて出射されやすいが、導光方向と垂直な方向の偏光成分は出射されにくい。このため、導光方向と垂直な方向の偏光成分が有効利用されず、バックライトの光の利用効率が悪くなる。

本発明は、上記課題に鑑みて、バックライトの光の利用効率を向上させた液晶表示装置を提供することを目的とする。また本発明は、所定方向の偏光成分の割合を少なくした照明光を出射する面状光源を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置は、液晶層を挟持する液晶セルの下側に下偏光板を備えた液晶パネルと、前記液晶パネルの下側に配置されて、面状に発光することにより該液晶パネルに光を提供する面状光源とを有する液晶表示装置であって、前記面状光源は、光源と、前記光源からの光を誘導して面状に出射させる導光板と、前記導光板の下側に配置される反射手段と、前記導光板の上側に配置される偏光変換手段と、を有し、前記偏光変換手段は、前記導光板からの光を複屈折させる複屈折手段と、前記複屈折手段とは異なる屈折率を有して該複屈折手段に積層される反射率制御手段と、を含んで構成されて、前記導光板からの光の偏光成分を、前記下偏光板で吸収される光を減少させるように変化させる、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記面状光源は、前記偏光変換手段の上側に配置されて、少なくとも２つの斜面を有して稜線が一方向に延びるプリズム列を備えた１つ又は複数のプリズムシートを有する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記導光板は、所定方位角及び所定視野角において輝度がピークを有するように光を出射し、前記プリズムシートは、１つのプリズムシートであって、前記プリズムシートの稜線は、前記所定方位角に対して略垂直に設けられ、前記下偏光板の透過軸は、前記所定方位角に略平行に設けられ、前記複屈折手段は、前記所定方位角に対して垂直となる方向の偏光成分を減少させて、前記所定方位角に対して平行となる偏光成分を増大させるように、前記導光板から前記所定方位角で出射した光の偏光成分を変換する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記反射率制御手段は、前記複屈折手段において前記導光板側に積層される、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記反射率制御手段は、前記複屈折手段において前記プリズムシート側に積層される、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記反射率制御手段は、前記複屈折手段において前記プリズムシート側に積層される第１反射率制御手段と、前記複屈折手段において前記導光板側に積層される第２反射率制御手段と、を含む、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも低い屈折率を有する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも高い屈折率を有する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記第１反射率制御手段及び前記第２反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも低い屈折率を有する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記第１反射率制御手段及び前記第２反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも高い屈折率を有する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記第１反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも高い屈折率を有し、前記第２反射率制御手段は、前記複屈折手段が形成の屈折率よりも低い屈折率を有する、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記プリズムシートは、前記プリズム列を前記液晶パネル側に備えた透明基材と、前記透明基材とは異なる屈折率を有して該透明基材の前記プリズム列の反対側に備えられた反射率制御手段と、を含む、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記導光板は、複屈折性を有して、前記導光板が誘導する光の偏光方向を、前記下偏光板で吸収される光を減少させるように変換させる、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記複屈折手段は、前記導光板から出射した光において互いに直交する偏光成分に１／４波長の位相差を与える、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記複屈折手段は、前記導光板から出射した光において互いに直交する偏光成分に１／８波長の位相差を与える、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記偏光変換手段は、前記プリズムシートに面する側に、拡散層が積層されている、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記プリズムシートは、複数のプリズムシートであって、前記プリズムシートは、前記下偏光板の下側に面して配置されて、稜線が所定の一方向に延びるプリズム列を備えた第１プリズムシートと、前記偏光変換手段の上側に面して配置されて、前記所定の一方向とは異なる方向に稜線が延びるプリズム列を備えた第２プリズムシートとを含み、前記下偏光板は、前記第１プリズムシートの稜線の方向に応じて、透過軸が設けられ、前記偏光変換手段における前記複屈折手段は、前記第２プリズムシートの稜線の方向に応じて、前記導光板からの光の偏光方向を変化させる、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記プリズムシートは、前記第１プリズムシートと前記第２プリズムシートによる２つのプリズムシートから構成されて、前記導光板は、所定方位角及び所定視野角において輝度がピークを有するように光を出射し、前記第１プリズムシートの稜線と前記第２プリズムシートの稜線は、互いに直交する方向に延び、前記下偏光板は、前記第１プリズムシートの稜線の方向に対して垂直となる方向に透過軸が設けられ、前記偏光変換手段における前記複屈折手段は、前記所定方位角で出射する光の偏光方向を、前記第２プリズムシートの稜線の方向に対して平行となる方向に変化させる、ことを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置の一態様では、前記複屈折手段は、前記導光板から出射した光において互いに直交する偏光成分に１／２波長の位相差を与える、ことを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る面状光源は、光源と、前記光源からの光を誘導して面状に出射させる導光板と、前記導光板の下側に配置される反射手段と、前記導光板の上側に配置される偏光変換手段と、を有し、前記偏光変換手段は、前記導光板からの光を複屈折させる複屈折手段と、前記複屈折手段とは異なる屈折率を有して該複屈折手段に積層される反射率制御手段と、を含んで構成されて、前記導光板からの光における所定の偏光成分を減少させるように変化させる、ことを特徴とする。

本発明にかかる液晶表示装置によれば、バックライトから提供される光の利用効率を高めることができる。また、本発明にかかる面状光源によれば、また本発明は、所定の偏光成分の割合を少なくした照明光を出射する面状光源を提供することを目的とする。

本発明の実施形態１の面状光源及びそれを備えた液晶表示装置を構成する部材を分離した状態の概略図である。 本発明の実施形態１の面状光源の平面図、及び方位角φの説明図である。 導光板から出射する光の極角θの説明図である。 本発明の実施形態１の面状光源の主要部の断面図である。 本発明の実施形態１の面状光源に係るプリズムシートの一部を拡大した断面図である。 複屈折フィルムを通る光線の偏光状態変化の一例である。 本発明の実施形態１の面状光源に係る光学フィルムの一部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態１の面状光源の主要部の断面図である。 本発明の実施形態３の面状光源及びそれを備えた液晶表示装置を構成する部材を分離した状態の概略図である。 本発明の実施形態３の面状光源に係るプリズムシートの一部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態４の面状光源及びそれを備えた液晶表示装置を構成する部材を分離した状態の概略図である。 本発明の実施形態４の面状光源に係る光学フィルムの一部を拡大した断面図である。 本発明の実施形態６の面状光源に係るプリズムシートの一部を拡大した断面図である。

以下において、本発明にかかる液晶表示装置の各実施形態について、図面を参照して説明するが、本発明はこれらの記載により限定されず、その技術的思想の範囲内において当業者にとって様々な変更及び修正が可能である。また、各実施形態のうちいずれか２以上の形態を組み合わせた形態も本発明に包含されるものとする。

［実施形態１］
図１は、本実施形態にかかる液晶表示装置を構成する各部材の様子を示す図であり、当該液晶表示装置は、照明装置である面状光源１００と液晶パネル２００とを含んで構成される。また、図２は本実施形態にかかる液晶表示装置に含まれる面状光源１００の平面図であり、同図においては、方位角φの定義も併記されるとともに、後述するプリズムシート１２０における稜線の方向についても矢印１２５で示される。面状光源１００は所定の偏光成分の割合が大きい照明光を出射する光出射面を有し、液晶表示装置のバックライトとして好適である。バックライトは、液晶表示パネルの表示領域にその背面側から光を照射して、表示領域を略均一に照明するため、その光出射面は表示領域とほぼ同じ形状となるように形成される。

図１において本実施形態の面状光源１００は、導光板１４０と、導光板の端面の近傍に配置される光源１６０と、導光板１４０の裏側に配置された反射手段１５０と、導光板１４０の上側に配置された偏光変換手段１３０（本実施形態では、偏光変換手段１３０として光学フィルム１３０を用いる）と、プリズムシート１２０と、拡散シート１１０と、を含んで構成されている。また、液晶パネル２００は、液晶表示装置の観察者側に設けられる上偏光板２１０と、面状光源１００側に設けられる下偏光板２３０と、これらに挟持された液晶セル２２０で構成されている。上偏光板２１０と下偏光板２３０の吸収軸の方向は互いに直交するように設けられる。そして下偏光板２３０の透過軸が、面状光源１００において偏光成分の割合が高い方向と概ね平行になるように設けられる。

液晶セル２２０は、本明細書には図示はしないがカラーフィルタを備える第１の基板と、マトリクス状に配列したアクティブマトリクス素子等を備える第２の基板と、第１の基板及び第２の基板に挟持された液晶層と、アクティブマトリクス素子及び液晶層を駆動するためのドライバＩＣと、信号源及び電源との接続のためのフレキシブルプリント基板とを含んで構成されている。なお、実際に液晶表示装置を構成するにはフレームなどの機械的構造物や、面状光源１００における光源１６０を発光させるために必要な電源や配線などの電気的構造物が必要であるが、本発明の特徴となる構成でない部分については一般的な手段を用いればよく、これらについての詳細な説明は省略する。

光源１６０は、小型、高発光効率、低発熱といった条件を満たすものを用いると良く、このような光源として本実施形態では発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ）を用いる。光源１６０として用いられる発光ダイオードは、点状の光源であるため、導光板１４０の端面に対向して、必要に応じた個数が配置される。なお、本実施形態では発光ダイオードを用いているが、蛍光ランプ等の他の光源を用いても良い。また、図１では発光ダイオードによる光源１６０を１つの端面に沿って３個配置しているが、異なる個数の発光ダイオードを配置しても良いし、或いは、発光ダイオードからの光を線状光源に変換する光学素子を光源１６０と導光板１４０の間に配置するようにしても良い。

また、光源１６０としては、白色の光を発する発光ダイオードを用いることができる。白色の発光を実現する発光ダイオードとしては、例えば、青色の発光と、この青色の光で励起され黄色の光を発する蛍光体を組み合わせることで白色発光を実現する発光ダイオードを用いることができる。また、青色または紫外線の発光と、この発光する光で励起され発光する蛍光体と組み合わせることで、青色、緑色及び赤色に発光ピーク波長を有する白色発光を実現する発光ダイオードを用いることができる。あるいは、液晶表示装置が加法混色によりカラー表示を実現する場合には、赤色、青色、緑色の三原色を発光する発光ダイオードを用いると良い。例えば照明光の照射対象としてカラー液晶表示パネルを用いる場合、液晶表示パネルのカラーフィルタの透過スペクトルに対応した発光ピーク波長を有する光源を用いることで、色再現範囲が広い表示装置が実現できる。あるいは、カラーフィールドシーケンシャルによりカラー表示を実現する場合は、液晶表示パネルに光損失の原因であるカラーフィルタが必要ないため、赤色、青色、緑色の三原色を発光する発光ダイオードを用いることで光の損失が少なく色再現範囲が広い表示装置が実現できる。

反射手段１５０としては、本実施形態では、樹脂板や高分子フィルムの支持基材上に、アルミニウム、銀等の反射率の高い金属薄膜が、蒸着法やスパッタリング法等により成膜された反射シートが用いられる。この反射手段１５０としては、支持基材上に、増反射膜となるように誘電体多層膜が形成されたもの、或いは、白色顔料をコートしたものが用いられてもよい。また、支持基材上に、屈折率の異なる透明媒体が複数層積層されることで反射手段として機能するようにされたものを用いてもよい。この反射手段（以下、反射シート）１５０は、導光板１４０の下側に配置されて、後述する導光板１４０内を導波する光を光射出面に向かうように反射する。

導光板１４０は、その端面に配置された光源１６０から出射した光を、入射させつつ導波させて、液晶パネル２００に対向するように形成された光出射面に誘導し、光出斜面においてその光を面状に出射させる。導光板１４０は、可視光に対して透明な板状部材から構成され、導光板１４０の端面から入射して導光板１４０内を導波する光を、液晶パネル２００側に形成された光出射面に出射させるための構造を備える。導光板１４０の材料としては、可視光に対して透明な樹脂材料を用いれば良く、例えばアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、環状オレフィン系樹脂が用いられる。

ここで、図２を用いて、方位角φを説明する。液晶パネル２００側から面状光源１００をみて、光源１６０が設置されている方向を６時方向とし、光源１６０が設置されている端部の反対側に位置する端部が存在する方向を１２時方向とする。そして、３時方向となる方向をφ＝０°として方位角φを定義する。つまり、導光板１４０において、図２で示すように、光源１６０が設置されている端部の方向はφ＝２７０°の方位角、その反対側の端部が存在する方向はφ＝９０°の方位角となる。

図３は、導光板１４０近傍の光線の様子を示す図である。図３に示すとおり、導光板１４０の光出射面から出射する光の極角（視野角）θは、導光板１４０の光出射面における垂線（法線）方向を０°として定義される。本実施形態に係る面状光源１００では、導光板１４０として、方位角φがほぼ９０°であって極角θが＝６０〜８０°の方向において輝度又は光度が最大値をとる導光板を用いる。このような導光板は、導光板１４０の裏側の面に、導光板１４０の光出射面（導光板の表側の面）に対して傾斜角度が０．５〜３°程度となる複数の段差を形成するなどして実現される。

導光板１４０から出射する光の極角θが、導光板１４０の光出射面の垂線方向に対して傾いている場合には、導光方向（光源１６０が設けられた端面から、導光板１４０において当該側面に対向する端面に向かう方向）と平行なφ＝９０°方向の偏光成分の割合が大きい出射光が得られる。このように、導光板１４０の光出射面の垂線方向に対して傾いた方向に出射する光において、導光方向と平行なφ＝９０°方向の偏光成分が、導光方向と垂直なφ＝０°方向の偏光成分よりも多くなるのは、導光板１４０と空気との界面で光が屈折する際に、φ＝９０°方向の偏光成分とφ＝０°方向の偏光成分の透過率が異なることに起因するものであって一般的に知られている。ここで、本実施形態では、方位角φ＝９０°方向の偏光成分をＰ偏光成分、方位角φ＝０°方向の偏光成分をＳ偏光成分として定義するものとし、Ｐ偏光成分の方向は下偏光板２３０の透過軸の方向に、Ｓ偏光成分の方向は吸収軸の方向に対応する。

導光板１４０、あるいはプリズムシート１２０などから出射する光の輝度を、検光子（偏光板）を回転しながら、検光子を通して測定したときの最大輝度Ｉ_ｍａｘ、最小輝度Ｉ_ｍｉｎとすると、偏光度ρは式（１）で表される。

本実施形態では以下、導光板１４０の出射光のうち輝度が最大となる光の方位角がφ＝９０°で極角θ＝７６°である場合について説明する。極角θ＝７６°の出射角度では、上述のように、φ＝９０°方向の偏光成分の多い出射光が得られ、偏光度ρが約１４％となった。なお、本実施形態では方位角φ＝９０°で極角θ＝７６°において、光の輝度が最大となるように、導光板１４０における光出射面から出射しているが、他の異なる角度において光の輝度が最大となってもよいことは言うまでもない。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線における面状光源１００の断面構造を模式的に示す図であり、面状光源１００を拡大した図が示されている。図４で示すように、光学フィルム１３０には、複屈折手段１３２（本実施形態では、複屈折手段１３２として複屈折フィルム１３２を用いる）の表面に第１反射率制御手段１３１（本実施形態では、第１反射率制御手段として第１透明フィルム１３１を用いる）及び第２反射率制御手段１３３（本実施形態では、第２反射率制御手段として第２透明フィルム１３３を用いる）が設けられている。光学フィルム１３０での光入射角度及び出射角度は、光入射面および光出射面の垂線（法線）に対して傾いているため、プリズムシート１２０入射時において、φ＝０°の偏光成分が反射されて、φ＝９０°の偏光成分の割合が大きい光が得られる。ここで、光学フィルム１３０と空気との界面における反射率を制御すれば、プリズムシート１２０入射時のφ＝９０°における偏光成分の割合がより多くなる。そして特に、複屈折フィルム１３２にφ＝０°の偏光成分をφ＝９０°の偏光成分に変換する機能をもたせれば、プリズムシート１２０に入射する光のφ＝９０°における偏光成分の割合が更に増加し、バックライトの光利用効率を向上させることができる。

そこで、光学フィルム１３０は、複屈折フィルム１３２と、当該複屈折フィルム１３２と異なる屈折率を有する第１透明フィルム１３１と第２透明フィルム１３３を含んで構成される。第１透明フィルム１３１は、複屈折フィルム１３２のプリズムシート１２０側に積層されて、第２透明フィルム１３３は、複屈折フィルム１３２の導光板１４０側に積層される。複屈折フィルム１３２は、導光板１４０から出射される光のＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換する機能を有し、第１透明フィルム１３１及び第２透明フィルム１３３によって、複屈折フィルム１３２の表面の反射率が制御される。

また、図５は、面状光源１００におけるプリズムシート１２０と光学フィルム１３０の拡大断面図である。複屈折フィルム１３２としては、例えば、ポリカーボネート系樹脂やオレフィン系樹脂などからなる透明なフィルムを一方向に延伸することで面内に屈折率の一軸異方性を持たせた透明体が用いられる。第１透明フィルム１３１及び第２透明フィルム１３３は、導光板１４０からプリズムシート１２０に向かう光及びその逆方向に向かう光が、複屈折フィルム１３２との界面において屈折されるように、複屈折フィルム１３２とは異なる屈折率をそれぞれ有し、光学的にほぼ等方となるように形成される。第１透明フィルム１３１及び第２透明フィルム１３３は、複屈折フィルム１３２が有する屈折率と異なる屈折率を有している。ここで、本実施形態における複屈折フィルム１３２の屈折率とは、複屈折フィルム１３２が有する常光屈折率であるが、常光屈折率と異常光屈折率とを平均した屈折率であってもよい。第１透明フィルム１３１及び第２透明フィルム１３３の屈折率は、複屈折フィルム１３２の常光屈折率、異常光屈折率、及びその平均の屈折率のいずれの屈折率とも異なるのが望ましい。第１透明フィルム１３１及び第２透明フィルム１３３は、例えば、延伸して複屈折フィルム１３２を形成する材料とは異なる絶対屈折率を有した材料で形成される。

図５で示すように、導光板１４０の光出射面を極角θで出射した光Ｌ１は、光学フィルム１３０に入射角θで入射して、光学フィルム１３０内を進行する（光Ｌ２）。そして、プリズムシート１２０側の光学フィルム１３０の界面に達した光Ｌ２のうちの一部は、第１透明フィルム１３１から出射して空気中を進行して入射角θでプリズムシート１２０に入射する（光Ｌ４）。また、光Ｌ２の残りの部分は、第１透明フィルム１３１と空気との界面で反射されて再び光学フィルム１３０内を進行し（光Ｌ３）、導光板１４０側の界面から出射して導光板１４０に向けて空気中を進行する（光Ｌ６）。さらに、光Ｌ４の一部は、プリズムシート１２０の内部を経て液晶パネル２００に向けて進行し、光Ｌ４の残りの部分は、基材１２２により光学フィルム１３０側に反射される（光Ｌ５）。光Ｌ３や光Ｌ５においては、界面等で反射しているためにφ＝０°のＳ偏光成分が光Ｌ２や光Ｌ４と比べて増大している。光Ｌ３が複屈折フィルム１３２を通過する際、及び光Ｌ５が光学フィルム１３０に入射して複屈折フィルム１３２を通過する際に、複屈折フィルム１３２は、φ＝０°の偏光方向であるＳ偏光の状態を変化させるものとすればよい。

ここで、導光板１４０から、輝度が最大となる角度で出射する光Ｌ１は、φ＝９０°の偏光方向であるＰ偏光成分の割合が大きい。しかし、複屈折フィルム１３２に入射して進行する光Ｌ２において、偏光の解消度合いが大きいと導光板１４０から出射した光はＰ偏光成分の割合よりもＳ偏光成分の割合が多くなってプリズムシート１２０に至ってしまう。そこで、Ｐ偏光成分の割合が多い光Ｌ２の偏光解消の度合いを小さくするとともに、プリズムシート１２０等に反射されてＳ偏光成分の割合が多くなった光Ｌ３や光Ｌ５を複屈折フィルム１３２で偏光を解消させてＰ偏光成分の割合を増大させる。このため、本実施形態における複屈折フィルム１３２は、光Ｌ１に対して、互いに直交する偏光成分の間に４分の１波長以下の位相差を生じさせる波長板として機能するようにする。具体的には、複屈折フィルム１３２は、例えば、視感度が高い５５０ｎｍの波長近辺を基準として厚みが定められた４分の１波長板である。

上記のような効果となる複屈折フィルム１３２の条件は、例えば、複屈折フィルム１３２の厚さをｔ_１、及び、屈折率異方性をΔｎとしたとき、リターデーションΔｎｔ_１の値が１７５ｎｍ以下、遅相軸角度はφ＝３５°〜７０°となるようにすれば機能する。さらにＰ偏光成分の割合を向上させるために、複屈折フィルム１３２が８分の１波長板として機能するようにするのが望ましい。

図６は、複屈折フィルム１３２が８分の１波長板である際の、複屈折フィルム１３２を通る光線における偏光状態の変化の一例を示す図であり、偏光状態の変化がポアンカレ球を用いて説明される。ここでは、Ｓ偏光の完全直線偏光の座標を（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（−１，０，０）、Ｐ偏光の完全直線偏光の座標を（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）＝（１，０，０）とし、複屈折フィルム１３２の遅相軸がこれらに対して４５°傾斜して設けられる。同図においては、Ｓ偏光の完全直線偏光の光が、複屈折フィルム１３２に入射して光学フィルム１３０と空気との界面で反射して再び複屈折フィルム１３２内を進行する際の偏光状態の変化と、Ｐ偏光の完全直線偏光の光が、複屈折フィルム１３２に入射してプリズムシート１２０側に出射する際の偏光状態の変化が、概念的に示される。ここでまず、Ｓ偏光の偏光状態変化について説明する。Ｓ偏光の完全直線偏光が、複屈折フィルム１３２を通過する前の状態は、図の点Ａ１となる。複屈折フィルム１３２を通過すると、図の点Ｂ１に変換されて楕円偏光となる。そして、光学フィルム１３０と空気との界面で反射されて再び複屈折フィルム１３２内を通過すると、偏光状態が図の点Ｃ１の円偏光に変換される。（図６の説明においては、便宜上、Ｓ偏光の完全直線偏光の一部が光学フィルム１３０と空気との界面において透過すること考慮していない）。

次にＰ偏光の偏光状態変化について説明する。Ｐ偏光の完全直線偏光が複屈折フィルム１３２を通過する前の状態は、図の点Ａ２となる。そして、複屈折フィルム１３２を通過すると、図の点Ｂ２に変換されて楕円偏光となりプリズムシート１２０の裏面に達する。なお、プリズムシート１２０の裏面に達した楕円偏光は、楕円偏光のうちのＰ偏光成分の透過率が約９０％であるため概ねプリズムシート１２０を通過する。しかし、楕円偏光のうちのＳ偏光成分の透過率は約５０％であって、プリズムシート裏面で残りの約半分の光線が反射され、再度光学フィルム１３０に入射する。光学フィルム１３０に再入射された偏光方向がＳ偏光成分の光は、先に説明したような偏光変換（Ａ１→Ｂ１）が起こる。従って、導光板１２０に戻るまでに、Ｓ偏光成分の光はＢ１のような楕円偏光に変換される。

ここで、上記のように偏光を変換する機能を有した複屈折フィルム１３２の条件としては、例えば、導光板１２０に再入射する光の偏光状態が、円偏光になればよく、ポアンカレ球のＳ３の座標の絶対値が０．９以上になれば望ましい。このためには、複屈折フィルム１３２の厚さをｔ_１、屈折率異方性をΔｎとしたとき、リターデーションΔｎｔ_１の値が４５〜８５ｎｍ、遅相軸角度はφ＝３５°〜７０°となるようにする。また、ポアンカレ球のＳ３の座標の絶対値が０．９９以上になるようなΔｎｔ_１、遅相軸角度にすればより望ましく、それぞれΔｎｔ_１の値が５５〜７０ｎｍ、遅相軸角度はφ＝４５°〜６０°に設定すればよい。このように、上述したような８分の１波長板として光学フィルム１３０を機能させることで、導光板１４０からの出射光におけるＰ偏光の状態を大きく崩さずにプリズムシート１２０に入射させ、プリズムシート１２０や界面で反射されてＳ偏光成分の割合が多い光の偏光を変換する。そして、プリズムシート１２０等で反射されて偏光が変換された光は、導光板１４０における反射シート１５０等に反射されて再びプリズムシート１２０に入射することとなる。これにより、プリズムシート１２０入射時の光のＰ偏光成分の割合を増やすことができる。

図７に光学フィルム１３０の拡大断面図を示す。複屈折フィルム１３２のプリズムシート１２０側には第１透明フィルム１３１を設ける。導光板１４０から出射する光のうち、輝度または光度が最大値となる角度の光が光学フィルム１３０に入射する際、Ｓ偏光成分をより多く反射させるために第１透明フィルム１３１を設ける。本実施形態では、複屈折フィルム１３２の屈折率よりも屈折率が高い透明な層を第１透明フィルム１３１として設ける。第１透明フィルム１３１の厚さｄ_１が導光板１４０から出射するときの輝度または光度が最大となる角度に対して、以下の式（２）の条件を満たすように形成するとよい。第１透明フィルム１３１の屈折率をｎ_１とし、導光板１４０から出射する光の輝度または光度が最大となる角度で第１透明フィルム１３１内を進む角度θ_１とすると、厚さｄ_１は式（２）を満たせばよい。

ここで、λは光の波長、ｍは０以上の整数である。波長λについては視感度が高い５５０ｎｍについてｄ_１を設定すればよい。なお、第１透明フィルム１３１の膜厚はｍの値を１以上としても同様の効果が得られるが、膜厚ｄ_１が大きくなると第１透明フィルム１３１を構成する透明体の屈折率の波長依存性の影響が大きくなるため、ｍ＝０の場合の膜厚を選択するのが望ましい。

面状光源１００から照射された光は、下偏光板２３０と、液晶セル２２０と、上偏光板２１０とを含んで構成される液晶パネル２００を透過している。面状光源１００からの光が画像の形成に用いられるが、その際、下偏光板２３０でＳ偏光成分が吸収されている。このため、面状光源１００出射時にはＰ偏光成分の割合が多いことがのぞましく、第１透明フィルム１３１でＳ偏光成分を導光板１４０側により多く反射させることがのぞましい。

ここで、プリズムシート１２０と導光板１４０の間に、第１透明フィルム１３１及び第２透明フィルム１３３が積層されない光学フィルム１３０を設けた場合のプリズムシート１２０出射後の正面輝度は、プリズムシート１２０と導光板１４０の間に光学フィルム１３０を設けない構成におけるプリズムシート１２０出射後の正面輝度に比べ約５％高いが、ピーク輝度では約５％低い。まず、複屈折フィルム１３２に第１透明フィルム１３１を積層した光学フィルム１３０を設ける場合であって、正面輝度及びピーク輝度が光学フィルム１３０を設けない構成よりも高くするには、第１透明フィルム１３１のＳ偏光反射率を５６％以上にするのが望ましい。具体的には、複屈折フィルム１３２の屈折率が１．５である場合、前記Ｓ偏光反射率を実現する屈折率ｎ_１と膜厚ｄ_１をかけた値である光路長ｎ_１ｄ_１の範囲は、第１透明フィルム１３１の屈折率が１．７である場合、１２０ｎｍ＜ｎ_１ｄ_１＜１５５ｎｍである。また、第１透明フィルム１３１の屈折率が２．０である場合、５５ｎｍ＜ｎ_１ｄ_１＜２２０ｎｍである。更に５％ピーク輝度を向上させるためには、第１透明フィルム１３１のＳ偏光反射率は、６６％以上であるのが望ましい。第１透明フィルム１３１の屈折率が１．９である場合、１３５ｎｍ＜ｎ_１ｄ_１＜１４０ｎｍである。また、第１透明フィルム１３１の屈折率が２．０である場合、９５ｎｍ＜ｎ_１ｄ_１＜１８０ｎｍである。

また、本実施形態における第１透明フィルム１３１は以下の方法で形成することができる。第１透明フィルム１３１を形成するための塗料（以下、高屈折率層塗料）は、チタアニゾルとしてテトラ−ｎ−ブトキシチタン（３５重量部）、親油性スメクタイトとしてコープケミカル製スメクタイトＳＡＮ（３重量部）、これに溶媒として２−２−４トリメチルブタン（６００重量部）を混合し、調整される。この低屈折率層塗料をスピンコートで複屈折フィルム１３２に塗布をする。その際のスピンコート条件は最初回転数３５０ｒｐｍで５秒間、引き続き回転数１８００ｒｐｍで回転数２０秒間である。その後、７０℃に制御した恒温槽にいれ、１０分間加熱し熱硬化させる。この作成方法により、複屈折フィルム１３２より高い屈折率である透明な層が複屈折フィルム１３２に形成される。

複屈折フィルム１３２の導光板１４０側には、図７で示すように、第２透明フィルム１３３を設ける。第２透明フィルム１３３は、導光板１４０から出射する光のうち、プリズムシート１２０に入射する際に、少なくとも輝度または光度が最大値となる角度のＰ偏光成分を増加させるために設けられる。本実施形態では、複屈折フィルム１３２の屈折率よりも屈折率が低い透明な層を第２透明フィルム１３３として設ける。その厚さｄ_２が導光板１４０から出射するときの輝度または光度が最大となる角度に対して以下の条件を満たすように形成するとよい。第２透明フィルム１３３の屈折率をｎ_２とし、導光板１４０から出射する光の輝度または光度が最大となる角度で第２透明フィルム１３３内を進む角度θ_２とすると厚さｄ_２は式（３）を満たせばよい。

波長λについては第２透明フィルム１３３と同様に視感度が高い５５０ｎｍについてｄ_２を設定すればよい。なお、第２透明フィルム１３３の膜厚は第２透明フィルム１３３の膜厚と同様にｍの値を０以上の整数としても同様の効果が得られるが、膜厚ｄ_２が大きくなると第２透明フィルム１３３を構成する透明体の屈折率の波長依存性の影響が大きくなるため、ｍ＝０の場合の膜厚を選択するのが望ましい。

ここで、複屈折フィルム１３２に第２透明フィルム１３３を積層して第１透明フィルム１３１を積層しない光学フィルム１３０を設ける場合であって、正面輝度及びピーク輝度が光学フィルム１３０を設けない構成よりも高くなるようにするには、第２透明フィルム１３３のＳ偏光反射率を２７％以下にするのが望ましい。複屈折フィルム１３２の屈折率が１．５である場合、前記Ｓ偏光反射率を実現する屈折率ｎ_２と膜厚ｄ_２をかけた値である光路長ｎ_２ｄ_２の範囲は、第２透明フィルム１３３の屈折率が１．３である場合、９５ｎｍ＜ｎ_２ｄ_２＜１８０ｎｍである。また、第２透明フィルム１３３の屈折率が１．２である場合、７５ｎｍ＜ｎ_２ｄ_２＜２００ｎｍである。更に５％ピーク輝度を向上させるためには、第２透明フィルム１３３の反射率は１５％以下であるのが望ましい。第２透明フィルム１３３の屈折率が１．２５である場合の光路長ｎ_２ｄ_２の範囲は、１３０ｎｍ＜ｎ_２ｄ_２＜１４５ｎｍである。また、第２透明フィルム１３３の屈折率が１．２である場合、１０５ｎｍ＜ｎ_２ｄ_２＜１７０ｎｍである。

本実施形態における第２透明フィルム１３３は以下の方法で形成することができる。第２透明フィルム１３３を形成するための塗料（以下、低屈折率層塗料）は、シリカゾル（リン酸酸性、溶剤は水：エタノール＝１：４、アルコキシシラン重合物は５重量％含有）（８０重量部）、無機酸化物粒子として酸化ケイ素の分散液（平均粒子系は１０〜５０ｎｍ、無機酸化物粒子分は１０重量％）（１２０重量部）、これに２−プロパノール（２８０重量部）が混合されて、調整される。この低屈折率層塗料はスピンコートで複屈折フィルム１３２に塗布される。その際のスピンコート条件は最初回転数３５０ｒｐｍで５秒間、引き続き回転数１２００ｒｐｍで回転数２０秒間である。その後、７０°に制御した恒温槽にいれ、１０分間加熱し熱硬化させる。この作成方法により、複屈折フィルム１３２より低い屈折率である透明な層が複屈折フィルム１３２に形成される。

従って、上記光学フィルム１３０を用いることにより、プリズムシート１２０入射する光のＰ偏光成分の割合を、増やすことが可能となる。なお、本実施形態における光学フィルム１３０は、複屈折フィルム１３２の両面に透明な層（第１透明フィルム１３１、第２透明フィルム１３３）を有する構成であるが、第１透明フィルム１３１のみ、第２透明フィルム１３３のみが複屈折フィルム１３２に積層される構成としてもよく、これらの構成においても、プリズムシート１２０入射時の光及び導光板１４０側に戻された光におけるＰ偏光成分の割合を増やす効果が得られる。第１透明フィルム１３１と第２透明フィルム１３３の両方が複屈折フィルム１３２に積層された図７で示されるような光学フィルム１３０を用いることで、いずれか片方が複屈折フィルム１３２に積層された光学フィルム１３０を用いる場合よりもさらに、Ｐ偏光成分の割合を増やすことができる。

更に、φ＝９０°である偏光成分を増加させるために、光学フィルム１３０やプリズムシート１２０で反射されて導光板１４０に戻ってくる光のφ＝０°である偏光成分をφ＝９０°である偏光成分に偏光変換するのもよい。これは、例えば、導光板１４０に複屈折性を持たせることで、導光板１４０を通過する光の偏光状態を変化させてφ＝０°の偏光成分をφ＝９０°の偏光成分に変換させる。このような導光板は、例えば、一軸延伸したポリカーボネート系樹脂、或いは環状オレフィン系樹脂を基材として、導光板内を導波する光を表側に出射させるための微細な段差、凹凸形状、レンズ形状などから構成される微細な傾斜面を形成したものを用いることができる。

導光板１４０は、図８のように、光学フィルム１３０やプリズムシート１２０の裏側の面で反射した光Ｌ６、Ｌ８、Ｌ９が導光板１４０を通過する際、φ＝０°である偏光成分の偏光状態を変化させるものであれば良く、より望ましくは導光板１４０の下側に設けられた反射シート１５０での反射を介して、再びプリズムシート１２０へ入射する光をφ＝９０°である偏光成分に変換するものである。このため、例えば、導光板１４０は、その遅相軸角度を方位角φ＝３０°〜６０°とし、導光板１４０の厚さをｔ_２、屈折率異方性をΔｎＬとしたとき、リターデーションΔｎＬｔ_２の値が１００〜１５０ｎｍとなるようにすれば機能する。導光板１４０が複屈折性を有することで、導光板１４０を通過する光におけるφ＝９０°の偏光成分が増加し、プリズムシート１２０に入射する光のφ＝９０°である偏光成分が更に増加する。なお、本実施形態における導光板１４０は複屈折性を有する構成であるが、複屈折性を有しない構成としてもよいのは言うまでもない。

プリズムシート１２０は少なくとも２つの斜面を有し、その稜線が一方向に伸びるプリズム列を備える。プリズムシート１２０は図５に示すようにプリズム１２１と基材１２２で構成されている。プリズムシート１２０の基材１２２には、例えば、透明なフィルムでトリアセチルセルロースフィルムや無延伸のポリカーボネートフィルムなど少なくとも面内の屈折率異方性がほとんどない光学的に等方な透明体を用いられる。また、基材１２２として、ポリカーボネート系樹脂やオレフィン系樹脂などからなるフィルムを一方向に延伸することで、面内に屈折率の一軸異方性を持たせた透明体を用いることができる。ただし、これらの１軸異方性を有する透明体を用いる場合には、プリズムシート１２０を通過する光のφ＝９０°の偏光成分とφ＝０°の偏光成分に位相差が生じないようにするために、例えば、当該フィルムの遅相軸をφ＝０°もしくはφ＝９０°にして用いる必要がある。

基材１２２として、更にポリカーボネート系樹脂やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用いることも有効である。ただし、ＰＥＴフィルムは２軸異方性を有するため、この場合には、１軸異方性をもつフィルムと同様に、プリズムシートを通過する光のφ＝９０°である偏光成分とφ＝０°の偏光成分に位相差が生じないようにする必要がある。具体的には、上記と同様にフィルムの遅相軸をφ＝０°もしくはφ＝９０°に配置するようにすれば良い。

プリズム１２１の形状は、例えば図５のように、左右の斜面が非対称形状であるようにしてもよい。本実施形態では、図５のようなプリズム形状を有するプリズムシート１２０が用いられる。このプリズム１２１の断面形状は、２種類の主たる傾斜角度を備える複数の斜面で構成されており、相対的に光源から遠い側の斜面が少なくとも３つの斜面から構成され、そのうちの少なくとも一つの斜面は他の斜面に対してプリズムシート１２０の光出射側からみて逆向きの傾きを有する。これは、プリズムの稜線が設けられる方向と直交する方位角において、導光板１４０から出射する光の極角を変化させたときに生じる色の変化を抑制するためである。なお、本実施形態では図５のような左右非対称であるプリズム形状を有するプリズムシート１２０が用いられるが、本発明にかかるプリズムが図５の形状に限定されないことは言うまでもないことである。

拡散シート１１０はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート等の透明な高分子フィルムの表面に凹凸を形成する方法等で作成されている。本実施形態における拡散シート１１０は、プリズムシート１２０からの光を立ち上げたり、散乱したりすることにより、面状光源１００における輝度の均一性を向上させる。

実施形態１のプリズムシート１２０は、導光板１４０からの光線を、図５で示すように１回透過で取り出すため、プリズムシート１２０内部から導光板１４０に戻る光量が少ない。プリズムシート１２０を透過する光線は偏光が崩れにくく、界面において更に偏光度が強まって出射される。

以上説明した実施形態１の構成を用いると、プリズムシート１２０に入射する光におけるφ＝９０°である偏光成分の割合および光量が増える効果が得られる。この効果により、面状光源１００から照射した光は液晶パネルにおける上偏光板２１０および下偏光板２３０での吸収による光損失が少なくなり、面状光源１００の光利用効率が向上する。

[実施形態２]
以下では、本発明に係る液晶表示装置の実施形態２について説明する。実施形態２では、第２透明フィルム１３３の屈折率が複屈折フィルム１３２よりも高い点が実施形態１と異なる。その他の構成は実施形態１と略同様である。これは導光板１４０から出射する光のうち少なくとも輝度や光度が最大値となる角度の光が、光学フィルム１３０を透過する際、φ＝０°である偏光成分をより多く導光板１４０側に戻し、φ＝９０°である偏光成分をプリズムシート１２０側に入射させるためである。第２透明フィルム１３３の膜条件や、その形成については実施形態１の第１透明フィルム１３１と同様に設定すればよい。これにより、プリズムシート１２０に入射する光のφ＝９０°である偏光成分の割合が増加する効果が得られる。

なお、実施形態２における光学フィルム１３０は複屈折フィルム１３２の両面に、複屈折フィルム１３２よりも屈折率が高い透明な層（第１透明フィルム１３１、第２透明フィルム１３３）を有する構成であるが、両面に、複屈折フィルム１３２よりも屈折率が低い透明な層を設けるようにしてもよい。また、複屈折フィルム１３２よりも屈折率が高い第１透明フィルム１３１、又は、第２透明フィルム１３３のいずれか一方のみを設ける構成としてもよいし、複屈折フィルム１３２よりも屈折率が低い第１透明フィルム１３１、又は、第２透明フィルム１３３のいずれか一方のみを設ける構成としてもよい。これらの、この構成においても、プリズムシート１２０に入射する光の偏光方向がφ＝９０°である偏光成分の割合を増やす効果は得られる。

さらに、導光板１４０が複屈折性を有すれば、第２透明フィルム１３３によって反射し、導光板１４０に戻ってきた光について、φ＝０°である偏光成分をφ＝９０°である偏光成分に変換し、プリズムシート１２０に入射するＰ偏光成分の割合が増加する効果がより大きくなる。実施形態２における第２透明フィルム１３３の屈折率は実施形態１と異なり、複屈折フィルム１３２の屈折率よりも大きい。このため、第２透明フィルム１３３で反射して戻ってくる光のφ＝０°である偏光成分の割合が実施形態１よりも多い。したがって、導光板１４０で偏光解消されるφ＝０°である偏光成分の割合が、実施形態１よりも増えるので、導光板１４０に複屈折性を有する効果は実施形態１よりも大きい。導光板１４０の構成は実施形態１と同様に形成して、リターデーションの値や遅層軸角度を設定すればよい。

以上説明した実施形態２の構成では、実施形態１で得られる効果に加え、プリズムシート１２０に入射するφ＝９０°である偏光成分の割合が増加し、バックライトの光利用効率が高くなるという効果が得られる。

[実施形態３]
以下においては、本発明に係る液晶表示装置の実施形態３について、図９、１０を用いて説明する。

図９は、本発明の実施形態３における液晶表示装置を構成する各部材の様子を示す図であり、面状光源１００を構成する部材が実施形態１と異なっている。具体的には、実施形態１とは異なるプリズム形状を有して互いに稜線方向が異なる複数枚のプリズムシート（第１プリズムシート１２０及び第２プリズムシート１７０）と複数枚の拡散シート（拡散シート１１０及び１８０）を面状光源１００は含んでおり、さらに、光学フィルム１３０における複屈折フィルム１３２のリターデーションΔｎｔ_１および遅相軸が、実施形態１及び実施形態２と異なる。実施形態１及び実施形態２とほぼ同様になる点については説明を省略する。

以下、図９をもとに実施形態３に係る液晶表示装置の構成について説明する。図９で示すように、実施形態３の面状光源１００は、導光板１４０と、導光板１４０の端面の近傍に配置される光源１６０と、導光板１４０の裏側に配置された反射シート１５０と、導光板１４０の上側に配置された光学フィルム１３０と、第１プリズムシート１２０及び第２プリズムシート１７０と、拡散シート１１０及び１８０で構成されている。また、図１０は、実施形態３で用いる第１プリズムシート１２０及び第２プリズムシート１７０の拡大断面図である。実施形態３では、図１０のようにプリズム１２１の形状は左右の斜面が対称形状で、つまり形状が直角二等辺三角形であるプリズムを用いる。

また、液晶パネル２００側に位置する第１プリズムシート１２０と光学フィルム１３０側に位置する第２プリズムシート１７０の稜線は、互いに直交するように配置される。第２プリズムシート１７０のプリズムシートの稜線の方位角度φ_１はφ_１＝１５°〜７５°、又は、φ_１＝１０５°〜１６５°とする。また、実施形態３における下偏光板２３０の透過軸は、第１プリズムシート１２０の稜線に対して、ほぼ垂直となる方向に向けて設けられる。

実施形態３における面状光源１００は、導光板１４０の光出射面より出射した光を、拡散シート１８０、第１プリズムシート１２０、第２プリズムシート１７０によって極角θを徐々に小さくするようにして液晶パネル２００等に対して垂直方向に近づけていく（立ち上げる）。すなわちこれらの第１プリズムシート１２０、第２プリズムシート１７０は、光を集光する機能を有している。

ここで、第１プリズムシート１２０、第２プリズムシート１７０入射前、出射後の偏光方向の変化について説明する。まず、第１プリズムシート１２０出射時に液晶表示装置の正面方向に寄与することとなる第２プリズムシート１７０入射時の光線の方位角φ_ｐｒｉ１，及びφ_ｐｒｉ２は、φ_ｐｒｉ１＝φ_１−１３５°， φ_ｐｒｉ２＝φ_１＋１３５°である（φ_１は、第２プリズムシート１７０における稜線の方位角である）。また、正面方向に寄与する第２プリズムシート１７０入射時の光線の極角θ_１は、４５°で、方位角φ_ｐｒｉ１の光線の偏光軸はφ´_{ｐｒｉ１１}＝φ_１−１３５°，φ´_{ｐｒｉ１２}＝φ_１＋１３５°、方位角φ_ｐｒｉ２の光線の偏光軸はφ´_{ｐｒｉ２１}＝φ_１＋１３５°，φ´_{ｐｒｉ２２}＝φ_１−１３５°である。そして、当該光線が第２プリズムシート１７０出射後には、偏光軸の方向はφ_１及びφ_１＋９０°となって、第２プリズムシート１７０を通過することによって、偏光軸の方向が回転させられる。また、第１プリズムシート１２０出射後の偏光軸の方向は、第２プリズムシート１７０出射後の偏光軸の方向と同じである。

第２プリズムシート１７０通過時に偏光軸が回転することにより、第２プリズムシート１７０通過後の偏光度が向上しない。このため、第２プリズムシート１７０入射前の偏光軸を、第２プリズムシート１７０出射後の偏光軸と同じ方向にすれば、第２プリズムシート１７０出射後の偏光度は向上し、バックライトの光利用効率が向上する。したがって、光学フィルム１３０出射後の偏光方向を制御すればよい。実施形態３では、導光板１４０から出射する光線のうち、φ＝９０°もしくは２７０°付近の方位角でθ＝３０°〜６０°の出射光が、φ＝０°もしくは１８０°付近の方位角の出射光よりも高い輝度を有する。第２プリズムシート１７０のプリズムシートの稜線の方位角度φ_１は、φ_１＝１５°〜７５°の場合、φ_ｐｒｉ１の輝度がφ_ｐｒｉ２の輝度よりも大幅に高い。従って、φ_ｐｒｉ１の偏光方向を第２プリズムシート１７０の稜線に対応して、プリズム稜線の角度φ_１に平行となるように回転すればよい。第２プリズムシート１７０入射時の偏光方向φ´_{ｐｒｉ１１}は、上述したように所望の偏光方向φ_１に対して反時計回りの方向に４５°回転している。このため、拡散シート１８０出射後の方位角φ_ｐｒｉ１の光の偏光方向を時計回りに４５°回転させる機能をもつ複屈折フィルム１３２を有すればよく、例えば、２分の１波長板の機能を有するものが望ましい。

上記のような２分の１波長板としての機能を有する複屈折フィルム１３２の条件は、例えば、複屈折フィルム１３２の厚さをｔ_１、屈折率異方性をΔｎとしたとき、リターデーションΔｎｔ_１の値が２００〜３００ｎｍ、遅相軸角度φ_ｐｒｉｓは、φ_ｐｒｉｓ＝φ_１−４５°〜φ_１−９０°とする。

また、第２プリズムシート１７０の稜線の方位角度φ_１はφ_１＝１０５°〜１６５°の場合は、φ_ｐｒｉ２の輝度がφ_ｐｒｉ１の輝度よりも大幅に高い。従って、φ_ｐｒｉ２の偏光方向を第２プリズムシート１７０におけるプリズム稜線の角度φ_１に平行となるように回転すればよい。第２プリズムシート１７０入射時の偏光方向φ´_{ｐｒｉ２１}は所望の偏光方向φ_１に対して時計回りの方向に４５°回転している。このため、拡散シート１８０出射後の方位角φ_ｐｒｉ２の偏光方向を反時計回りに４５°回転させる機能をもつ複屈折フィルム１３２を有すればよく、例えば２分の１波長板の機能を有するものが望ましい。これにより、方位角φ_ｐｒｉ２の光線は、光学フィルム１３０によって回転され偏光方向が角度φ_１のまま維持されて第２プリズムシート１７０から出射し、当該偏光方向に垂直となる方向に稜線が設けられた第１プリズムシート１２０から出射する際にも角度φ_１のまま偏光方向が維持される。そして、下偏光板２３０は第１プリズムシート１２０の稜線に対応して、第１プリズムシート１２０の稜線にほぼ垂直となる方向（第２プリズムシート１７０の稜線にほぼ平行となる方向）に透過軸が設けられて、角度φ_１の偏光方向が維持された光線が下偏光板２３０を透過する。

上記のような２分の１波長板としての機能を有する複屈折フィルム１３２の条件は、例えば、複屈折フィルム１３２の厚さをｔ_１、屈折率異方性をΔｎとしたとき、リターデーションΔｎｔ_１の値が２００〜３００ｎｍ、遅相軸角度φ_ｐｒｉｓは、φ_ｐｒｉｓ＝φ_１−６０°〜φ_１−１５°となるようにすれば機能する。

第１プリズムシート１２０入射時の光束をより多くするためには、第１透明フィルム１３１および第２透明フィルム１３３の屈折率が、複屈折フィルム１３２の屈折率よりも低くするのが望ましい。なお、第１透明フィルム１３１または第２透明フィルム１３３のいずれかを有しない構成としても、バックライト出射後の光利用効率は向上する。第１透明フィルム１３１および第２透明フィルム１３３の膜の条件は、実施形態１の第２透明フィルム１３３と同様に設定すればよい。

なお、第２プリズムシート１７０の基材を複屈折フィルム１３２にし、裏面である導光板１４０側に第２透明フィルム１３３を設ける構成にしてもよい。この場合には、複屈折フィルムと透明フィルムとを含んで構成された光学フィルム１３０と、プリズム列が構成された第２プリズムシート１７０とが、一体的に構成される。このような構成にすることで、面状光源１００の薄型化が可能となる。

なお、第１プリズムシート１２０、第２プリズムシート１７０の裏面である導光板１４０側に、プリズムシートの基材の屈折率よりも低い透明な層を設けると、第１プリズムシート１２０及び第２プリズムシート１７０を通過する光束が増加し、面状光源１００出射後の光束が向上する。この場合において、第１プリズムシート１２０及び第２プリズムシート１７０における基材は、複屈折性を有していてもよいし有していなくてもよい。プリズムシートの基材の屈折率よりも低い透明な層は、実施形態１の第２透明フィルム１３３と同様に形成すればよい。また、同様に第１プリズムシート１２０及び第２プリズムシート１７０の裏面である導光板１４０側に、プリズムシートの基材の屈折率よりも高い透明な層を設けてもよい。この場合において、プリズムシートの基材の屈折率よりも高い透明な層は、実施形態１の第１透明フィルム１３１と同様に形成される。さらに、導光板１４０に偏光を解消させる機能を持たせてもよく、面状光源１００の光利用効率を向上できる。

以上説明した実施形態３の構成を用いると、第１プリズムシート１２０に入射する光における所望の偏光方向の偏光度が向上して、面状光源１００から液晶パネル２００に光が提供される。この効果により、面状光源１００から照射した光は、液晶パネル２００における上偏光板２１０および下偏光板２３０での吸収による光損失が少なくなり、面状光源１００の光利用効率が向上する。

［実施形態４］
以下においては、本発明に係る液晶表示装置の実施形態４について図１１、１２を用いて説明する。図１１は、本発明の実施形態４における液晶表示装置を構成する各部材の様子を示す図であり、第２プリズムシート１７０と導光板１４０の間にある部材が光学フィルム１３０の１枚である点が、実施形態３の図９と異なり、実施形態３と略同様になる部分については説明を省略する。図１２は、本発明の実施形態４における光学フィルム１３０の拡大断面図である。実施形態４における光学フィルム１３０は、図１２に示すような複屈折フィルム１３２の第２プリズムシート１７０に面する側に拡散層１３４を有し、導光板１４０に面する側に第２透明フィルム１３３を有する構成である。

拡散層１３４を設けると拡散機能を備えた光学フィルム１３０が実現できる。ここで、例えば拡散層１３４は、図１２のように複屈折フィルム１３２の第２プリズムシート１７０に面する側にビーズ等で設けられた凹凸により形成される。このように、拡散層１３４が形成されることで、実施形態３で設けられた拡散シート１８０を省略することができ、面状光源１００の薄型化が可能となる。なお、図１２のように形成された光学フィルム１３０を、実施形態１及び実施形態２における光学フィルム１３０として用いてもよく、この場合には、拡散機能を備えた光学フィルム１３０に対応して、プリズムシート１２０の形状等が適宜設けられる。

［実施形態５］
以下においては、本発明に係る液晶表示装置の実施形態５について図１３を用いて説明する。実施形態５が実施形態１および２と異なる点は、プリズムシート１２０の構成であり、実施形態１および２とほぼ同様となる点については説明を省略する。

図１３は、プリズムシート１２０の拡大断面図が示されている。実施形態５では、図１３に示すように、実施形態１及び２で用いたプリズムシート１２０の裏面に、第３反射率制御手段１２３（本実施形態では、第３反射率制御手段１２３として第３透明フィルム１２３を用いる）を設けたプリズムシート１２０を用いる。第３透明フィルム１２３は、導光板１４０から出射する光のうち、少なくとも輝度や光度が最大値となる角度の光がプリズムシート１２０に入射する際に、偏光方向がφ＝０°である偏光成分がより多く反射されるようにするために設けられる。例えば、実施形態５の場合、プリズムシートの基材１２２の屈折率よりも屈折率が高い透明な層を、第３透明フィルムとして、光学フィルム１３０が面する側に一層設ける。膜条件、および形成方法は実施形態１の第１透明フィルム１３１と同様に形成するとよい。また、プリズムシートの基材１２２の屈折率よりも屈折率が低い透明な層を、光学フィルム１３０が面する側に、第３透明フィルム１２３として設けるようにしてもよい。この場合には、膜条件、および形成方法は実施形態１の第２透明フィルム１３３と同様に形成するとよい。

以上説明した実施形態５の構成では、実施形態１または２で得られる効果に加え、プリズムシート出射時の偏光方向がφ＝９０°である偏光成分の割合がより高い光が得られるようになる。

［実施形態６］
以下においては、本発明に係る液晶表示装置の実施形態６について説明する。実施形態６が実施形態５と異なる点は、光学フィルム１３０の構成である。

実施形態６では、光学フィルム１３０の第１透明フィルム１３１および第２透明フィルム１３３に、複屈折フィルム１３２の屈折率よりも屈折率が低い透明な層を設ける。第１透明フィルム１３１および第２透明フィルム１３３を、複屈折フィルム１３２の屈折率よりも屈折率を低くすることで、プリズムシート１２０入射前の全光束が実施形態５よりも増加し、プリズムシート１２０出射後の偏光方向がφ＝９０°である偏光成分の光束が増加する。さらに、プリズムシート裏面の第３透明フィルム１２３で反射される偏光方向がφ＝０°である偏光成分の光束は増加し、複屈折フィルム１３２により偏光解消される偏光方向がφ＝０°である偏光成分は増加し、面状光源１００を出射する偏光方向がφ＝９０°である偏光成分の光束は増加する。このため、面状光源１００の光利用効率は実施形態５よりも高くなる。

実施形態６における第１透明フィルム１３１、第２透明フィルム１３３は、実施形態１の第１透明フィルム１３１と同様の方法で透明な層を形成するとよい。尚、第２透明フィルム１３３は設けなくても上記の効果は得られる。

以上説明した各実施形態の構成では、プリズムシート出射時の偏光方向がφ＝９０°である偏光成分の割合が、より高い光が得られるようになる。

１００ 面状光源、１１０，１８０ 拡散シート、１２０ プリズムシート（第１プリズムシート）、１３０ 光学フィルム、１４０ 導光板、１５０ 反射手段（反射シート）、１６０ 光源、１７０ プリズムシート（第２プリズムシート）、１３１ 第１透明フィルム、１３２ 複屈折フィルム、１３３ 第２透明フィルム、１２１ プリズム、１２２ 基材、２００ 液晶パネル、２１０ 上偏光板、２２０ 液晶セル、２３０ 下偏光板、１３４ 拡散層、１２３ 透明フィルム（第３透明フィルム）、１２５ 稜線方向。

Claims (20)

1. 液晶層を挟持する液晶セルの下側に下偏光板を備えた液晶パネルと、前記液晶パネルの下側に配置されて、面状に発光することにより該液晶パネルに光を提供する面状光源とを有する液晶表示装置であって、
   前記面状光源は、
   光源と、
   前記光源からの光を誘導して面状に出射させる導光板と、
   前記導光板の下側に配置される反射手段と、
   前記導光板の上側に配置される偏光変換手段と、を有し、
   前記偏光変換手段は、
   前記導光板からの光を複屈折させる複屈折手段と、
   前記複屈折手段とは異なる屈折率を有して該複屈折手段に積層される反射率制御手段と、を含んで構成されて、前記導光板からの光の偏光成分を、前記下偏光板で吸収される光を減少させるように変化させる、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記面状光源は、
   前記偏光変換手段の上側に配置されて、少なくとも２つの斜面を有して稜線が一方向に延びるプリズム列を備えた１つ又は複数のプリズムシートを有する、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
   前記導光板は、所定方位角及び所定視野角において輝度がピークを有するように光を出射し、
   前記プリズムシートは、１つのプリズムシートであって、
   前記プリズムシートの稜線は、前記所定方位角に対して略垂直に設けられ、
   前記下偏光板の透過軸は、前記所定方位角に略平行に設けられ、
   前記複屈折手段は、前記所定方位角に対して垂直となる方向の偏光成分を減少させて、前記所定方位角に対して平行となる偏光成分を増大させるように、前記導光板から前記所定方位角で出射した光の偏光成分を変換する、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
   前記反射率制御手段は、前記複屈折手段において前記導光板側に積層される、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
   前記反射率制御手段は、前記複屈折手段において前記プリズムシート側に積層される、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
   前記反射率制御手段は、
   前記複屈折手段において前記プリズムシート側に積層される第１反射率制御手段と、
   前記複屈折手段において前記導光板側に積層される第２反射率制御手段と、を含む、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
7. 請求項４又は５のいずれかに記載の液晶表示装置において、
   前記反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも低い屈折率を有する、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項４又は５のいずれかに記載の液晶表示装置において、
   前記反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも高い屈折率を有する、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項６に記載の液晶表示装置において、
   前記第１反射率制御手段及び前記第２反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも低い屈折率を有する、
   ことを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項６に記載の液晶表示装置において、
    前記第１反射率制御手段及び前記第２反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも高い屈折率を有する、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項６に記載の液晶表示装置において、
    前記第１反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも高い屈折率を有し、
    前記第２反射率制御手段は、前記複屈折手段の屈折率よりも低い屈折率を有する、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
12. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
    前記プリズムシートは、
    前記プリズム列を前記液晶パネル側に備えた透明基材と、
    前記透明基材とは異なる屈折率を有して該透明基材の前記プリズム列の反対側に備えられた反射率制御手段と、を含む、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
13. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
    前記導光板は、複屈折性を有して、前記導光板が誘導する光の偏光方向を、前記下偏光板で吸収される光を減少させるように変換させる、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
14. 請求項３に記載の液晶表示装置において、
    前記複屈折手段は、前記導光板から出射した光において互いに直交する偏光成分に１／４波長の位相差を与える、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
15. 請求項３に記載の液晶表示装置において、
    前記複屈折手段は、前記導光板から出射した光において互いに直交する偏光成分に１／８波長の位相差を与える、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
16. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
    前記偏光変換手段は、
    前記プリズムシートに面する側に、拡散層が積層されている、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
17. 請求項２に記載の液晶表示装置において、
    前記プリズムシートは、複数のプリズムシートであって、
    前記プリズムシートは、
    前記下偏光板の下側に面して配置されて、稜線が所定の一方向に延びるプリズム列を備えた第１プリズムシートと、
    前記偏光変換手段の上側に面して配置されて、前記所定の一方向とは異なる方向に稜線が延びるプリズム列を備えた第２プリズムシートとを含み、
    前記下偏光板は、前記第１プリズムシートの稜線の方向に応じて、透過軸が設けられ、
    前記偏光変換手段における前記複屈折手段は、前記第２プリズムシートの稜線の方向に応じて、前記導光板からの光の偏光方向を変化させる、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
18. 請求項１７に記載の液晶表示装置において、
    前記プリズムシートは、前記第１プリズムシートと前記第２プリズムシートによる２つのプリズムシートから構成されて、
    前記導光板は、所定方位角及び所定視野角において輝度がピークを有するように光を出射し、
    前記第１プリズムシートの稜線と前記第２プリズムシートの稜線は、互いに直交する方向に延び、
    前記下偏光板は、前記第１プリズムシートの稜線の方向に対して垂直となる方向に透過軸が設けられ、
    前記偏光変換手段における前記複屈折手段は、前記所定方位角で出射する光の偏光方向を、前記第２プリズムシートの稜線の方向に対して平行となる方向に変化させる、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
19. 請求項１８に記載の液晶表示装置において、
    前記複屈折手段は、前記導光板から出射した光において互いに直交する偏光成分に１／２波長の位相差を与える、
    ことを特徴とする液晶表示装置。
20. 光源と、
    前記光源からの光を誘導して面状に出射させる導光板と、
    前記導光板の下側に配置される反射手段と、
    前記導光板の上側に配置される偏光変換手段と、を有し、
    前記偏光変換手段は、
    前記導光板からの光を複屈折させる複屈折手段と、
    前記複屈折手段とは異なる屈折率を有して該複屈折手段に積層される反射率制御手段と、を含んで構成されて、前記導光板からの光における所定の偏光成分を減少させるように変化させる、
    ことを特徴とする面状光源。

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