JP2010262274A - 液晶表示装置および集光素子付偏光板 - Google Patents

Abstract

【課題】正面コントラスト比に優れた液晶表示装置、および正面コントラスト比に優れた液晶表示装置を実現し得る集光素子付偏光板を提供すること。
【解決手段】本発明の液晶表示装置は、背面光源装置と、背面偏光板と、黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含む液晶セルと、前面偏光板とをこの順に備え、該背面偏光板の偏光子の吸収軸と、該前面偏光板の偏光子の吸収軸とが直交し、該背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が該背面偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい集光光が、該背面偏光板に入射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置および集光素子付偏光板に関する。より詳細には、本発明は、正面コントラスト比に優れた液晶表示装置、および正面コントラスト比が優れた液晶表示装置を実現し得る集光素子付偏光板に関する。

液晶表示装置の正面コントラスト比を向上するために、これまで、カラーフィルタの顔料分散性の向上、液晶材料およびスペーサー材料の最適化、ＴＦＴ配線の位置およびＭＶＡの配向突起の最適化等により、液晶セル内での偏光解消散乱を極力減らす手法がとられている（例えば、特許文献１、特許文献２）。液晶セル以外の部材としては、防眩処理の散乱性を少なくするなどの検討が行われている。また、バックライトについても、集光性を高めて正面コントラスト比を向上する技術がある（例えば、特許文献３）。しかし、これらの技術を用いてもなお、十分に高い正面コントラスト比を示す液晶表示装置は得られていない。

特開２００８−２１６３１５号公報 特開２００２−２３１７０号公報 特開２００８−１９７６５２号公報

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、正面コントラスト比に優れた液晶表示装置、および正面コントラスト比に優れた液晶表示装置を実現し得る集光素子付偏光板を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、背面光源装置と、背面偏光板と、黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含む液晶セルと、前面偏光板とをこの順に備え、該背面偏光板の偏光子の吸収軸と、該前面偏光板の偏光子の吸収軸とが直交し、該背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が該背面偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい集光光が、該背面偏光板に入射する。
好ましい実施形態においては、上記集光光の上記背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が、その他の方向における半値角よりも小さい。
好ましい実施形態においては、上記背面光源装置が、上記集光光を出射する。
好ましい実施形態においては、上記背面光源装置と上記背面偏光板との間に、集光素子をさらに備え、該集光素子が、該背面光源装置から出射された光を、所定の方向にコリメートして、上記集光光に変換する。
好ましい実施形態においては、上記前面偏光板の上記液晶セルとは反対側に、光拡散素子をさらに備え、該光拡散素子が、該前面偏光板からの出射光を、少なくとも上記背面偏光板の吸収軸と直交する方向に拡散させる。
本発明の別の局面によれば、集光素子付偏光板が提供される。この集光素子付偏光板は、入射光を集光光に変換する集光素子と、偏光板とを有し、該集光光の該偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が、該偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい。

本発明によれば、背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が背面偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい集光光が、背面偏光板を透過した後、黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含む液晶セルに入射することにより、液晶セルの偏光解消散乱が抑制され、正面方向の黒表示時における輝度が低い、すなわち正面コントラスト比の高い液晶表示装置を提供することができる。

（ａ）は、本発明の好ましい実施形態による液晶表示装置の概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の別の好ましい実施形態により液晶表示装置の概略断面図である。 半値角を算出する方法を説明するための模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、背面偏光板にコリメートされた光が入射する状態を模式的に説明する分解斜視図である。 （ａ）は、液晶セルに入射する直線偏光の振動方向と液晶セルの液晶分子の配向方向との関係を説明する図であり、（ｂ）は、（ａ）の場合における偏光解消散乱の測定結果を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）の比較対象として、液晶セルに入射する直線偏光の振動方向と液晶セルの液晶分子の配向方向との関係を説明する図であり、（ｄ）は、（ｃ）の場合における偏光解消散乱の測定結果を示す図である。 本発明の好ましい実施形態に用いられる変角プリズムを有するサイドライト方式の光源装置の概略斜視図である。 （ａ）は、本発明の好ましい実施形態に用いられるレンチキュラーレンズを有する集光素子の概略断面図であり、（ｂ）は、この集光素子の概略平面図である。 本発明の好ましい実施形態に用いられるルーバー層を有する集光素子の概略斜視図である。 本発明の好ましい実施形態に用いられるフレネルレンズを有する集光素子の概略断面図である。 光拡散半値角を算出する方法を説明するための模式図である。 本発明の好ましい実施形態による集光素子付偏光板の概略断面図である。

Ａ．液晶表示装置
Ａ−１．全体構成
図１（ａ）は、本発明の好ましい実施形態による液晶表示装置の概略断面図である。液晶表示装置１００ａは、背面光源装置１１０ａと、背面偏光板１０と、液晶セル１２０と、前面偏光板１０’とをこの順に有する。背面偏光板１０は偏光子１１を有し、前面偏光板１０’は偏光子１１’を有する。図示例においては、背面偏光板１０は偏光子１１の両側に保護層１２、１３を有し、前面偏光板１０’は偏光子１１’の両側に保護層１２’、１３’を有する。背面偏光板１０の偏光子１１の吸収軸と前面偏光板１０’の偏光子１１’の吸収軸とは直交している。液晶セル１２０は、一対の基板（代表的には、ガラス基板）１２１、１２２と、基板１２１、１２２間に配された、表示媒体としての液晶を含む液晶層１２３とを有する。液晶層１２３は、黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含む（図示せず）。背面偏光板１０と液晶セル１２０との間、および／または液晶セル１２０と前面偏光板１０’との間に、目的に応じて任意の適切な位相差層が配置されていてもよい（図示せず）。保護層１２、１３、１２’、１３’の少なくとも１つは、目的、偏光板の構成および液晶表示装置の構成に応じて省略されてもよい。

図１（ｂ）は、本発明の別の好ましい実施形態による液晶表示装置の概略断面図である。液晶表示装置１００ｂは、背面光源装置１１０ｂと上記背面偏光板１０との間に、集光素子２０をさらに備える。

本発明の液晶表示装置においては、背面偏光板に集光光が入射する。この集光光の上記背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角は、背面偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい。さらに好ましくは、上記集光光の上記背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角は、その他の方向における半値角よりも小さい。上記集光光は、上記背面光源装置または上記集光素子から出射される。背面光源装置または集光素子からの出射光は、背面偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向において、集光されていてもよく、集光されていなくてもよい。なお、本明細書において、「半値角」とは、出射面内所定の方向において、出射角度に対する輝度を測定し、図２に示すように、輝度の最大値（代表的には、出射角度０°時の輝度）から半分となる出射角度を、拡散の両側で測定し、当該両側の角度を足したもの（図２の角度ａ＋角度ａ’）をいう。

図３（ａ）は、本発明の液晶表示装置において、背面光源装置１１０ａが集光光を出射し得る場合の、背面偏光板１０に集光光が入射する状態を模式的に説明する分解斜視図である。なお、わかりやすくするために、図３（ａ）において、背面光源装置１１０ａおよび背面偏光板１０以外の部材は省略している。図３（ａ）に示すように、背面光源装置１１０ａは、仮想平面１１２の面内に向けて集光された集光光１１１を出射する。図３（ａ）では、仮想平面１１２の面内の光のみが示されているが、実際には、上記集光光は、例えば、後述の半値角を示し、背面偏光板１０の偏光子の吸収軸の方向Ｂと直交する方向Ａにおける半値角は、方向Ｂにおける半値角よりも小さい。以下、本明細書において、上記のように所定の方向の半値角が他の方向の半値角よりも小さい集光光を「所定の方向にコリメートされた光」ともいう。すなわち、図３（ａ）においては、集光光１１１は方向Ａにコリメートされた光である。なお、本明細書において、「直交」とは、実質的に直交する場合も包含する。ここで、「実質的に直交」とは、９０°±３．０°である場合を包含し、好ましくは９０°±１．０°、さらに好ましくは９０°±０．５°である。また、「平行」とは、実質的に平行となる場合も包含する。ここで、「実質的に平行」とは、０°±３．０°である場合を包含し、好ましくは０°±１．０°、さらに好ましくは０°±０．５°である。

図３（ｂ）は、本発明の液晶表示装置が集光素子２０をさらに備え、集光素子２０が集光光を出射し得る場合、すなわち、集光素子２０が背面光源装置１１０ｂから出射された光を所定の方向にコリメートして、集光光に変換する場合の、背面偏光板１０に集光光が入射する状態を模式的に説明する分解斜視図である。なお、わかりやすくするために、図３（ｂ）において、背面光源装置１１０ｂ、集光素子２０および背面偏光板１０以外の部材は省略している。図３（ｂ）に示すように、背面光源装置１１０ｂは、ランダムな方向に出射光２１を出射する。出射光２１は集光素子２０を通過して、背面偏光板１０の偏光子の吸収軸の方向Ｂとは直交する方向Ａにコリメートされた集光光２１’に変換される。図３（ｂ）では、仮想平面２２の面内の光のみが示されているが、実際には、上記集光光は、例えば、後述の半値角を示し、背面偏光板１０の偏光子の吸収軸の方向Ｂと直交する方向Ａにおける半値角は、方向Ｂにおける半値角よりも小さい。

上記集光光を出射し得る背面光源装置または集光素子から出射される光のコリメートされる方向（背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向）の半値角Ｆｗ１は、好ましくは５°〜６０°であり、さらに好ましくは７°〜３０°である。上記半値角Ｆｗ１がこのような範囲であれば、液晶セルによる偏光解消散乱の少ない液晶表示装置を得ることができる。

上記集光光を出射し得る背面光源装置または集光素子から出射される光のコリメートされる方向（背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向）の半値角をＦｗ１とし、コリメートされる方向に直交する方向（背面偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向）の半値角をＦｗ２とした場合、Ｆｗ２／Ｆｗ１は、好ましくは１．２以上であり、より好ましくは１．２〜１０．０であり、さらに好ましくは４．５〜８．５である。このように、背面偏光子の吸収軸と直交する方向に選択的にコリメートさせることにより、液晶セルによる偏光解消散乱の少ない液晶表示装置を得ることができる。

上記集光光を出射し得る背面光源装置または集光素子から出射される光のコリメートされる方向の半値角Ｆｗ１とコリメートされる方向に直交する方向の半値角Ｆｗ２との平均（（Ｆｗ１＋Ｆｗ２）／２）は、好ましくは２０°〜１２０°であり、さらに好ましくは３０°〜１００°である。

本発明の液晶表示装置においては、背面偏光板に当該背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向にコリメートされた光が入射し、当該背面偏光板から出射する直線偏光はその振動方向（図３（ａ）および（ｂ）の方向Ａ）にコリメートされている。このような液晶表示装置であれば、上記直線偏光は、黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含む液晶セルに対して、当該直線偏光の振動方向に小さい入射角度で入射し得る。その結果、液晶セルによる偏光解消散乱を効果的に抑制することができ、黒表示時における輝度が低く正面コントラスト比の高い液晶表示装置が得られる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、黒表示時における輝度は、液晶セルに入射する直線偏光の振動方向と上記液晶分子の配向方向との角度に影響されると推定される。

このように推定される作用について、図４を用いてより具体的に説明する。図４（ａ）は、本発明の好ましい実施形態に対応する、液晶セルに入射する直線偏光の振動方向と黒表示時の上記液晶分子の配向方向との関係を説明する図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の場合における偏光解消散乱の測定結果を示す図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）の比較対象として、液晶セルに入射する直線偏光の振動方向と黒表示時の上記液晶分子の配向方向との関係を説明する図であり、図４（ｄ）は図４（ｃ）の場合における偏光解消散乱の測定結果を示す図である。なお、わかりやすくするために、図４（ａ）および（ｃ）において、液晶セルについて液晶分子１２４以外の要素（基材、液晶層）は省略し、背面偏光板１０（吸収軸Ｂ）、液晶分子１２４、前面偏光板１０’（吸収軸Ｂ’）、直線偏光１４、１４’（振動方向Ａ、Ａ’）が図示されている。また、図４（ａ）および（ｃ）において、直線偏光の振動方向Ａ、Ａ’は、網掛けで示す面内にある。図４（ａ）において、背面偏光板１０を透過して生成された直線偏光１４は、液晶セルに対して、背面偏光板１０の偏光子の吸収軸Ｂと平行する方向から斜めに、一定の角度で入射している。このような直線偏光１４は、その振動方向Ａと液晶分子１２４の配向方向とが直交している。このような場合、直線偏光１４は液晶分子１２４の常光屈折率しか認識しないため、液晶分子１２４の熱ゆらぎに対しても大きな偏光解消散乱を起こさないと考えられる。一方、図４（ｃ）においては、背面偏光板１０を透過して生成された直線偏光１４’が、液晶セルに対して、背面偏光板１０の偏光子の吸収軸Ｂと直交する方向から斜めに、一定の角度で入射している。このような直線偏光１４’は、その振動方向Ａ’と液晶分子１２４の配向方向とが直交しない。このような場合、直線偏光１４’は液晶分子１２４の異常光屈折率をも認識するため、液晶分子１２４の熱ゆらぎに対して比較的大きな偏光解消散乱を起こすと考えられる。これらの結果、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）における黒表示時の偏光散乱量および正面方向の散乱輝度は、図４（ｃ）の場合に比べて（すなわち、図４（ｄ）の測定結果に比べて）小さくなっていると考えられる。図４（ａ）における直線偏光１４は、本発明の液晶表示装置における背面偏光板を透過した「背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が背面偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい集光光（背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向にコリメートされた光）」に対応する。すなわち、本発明の液晶表示装置においては、背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向にコリメートされた直線偏光がその振動方向に小さい入射角度で液晶セルに入射し、かつ、当該液晶セルが黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含むので、黒表示時の散乱輝度が小さくなり（すなわち、黒表示時に光漏れが少なくなり）、正面コントラスト比が高くなると考えられる。

本発明の液晶表示装置は、上記前面偏光板１０’の上記液晶セル１２０とは反対側（視認側）に、光拡散素子を有していてもよい（図示せず）。当該光拡散素子を有すれば、正面コントラスト比が優れることに加えて、さらに広視野角の液晶表示装置を得ることができる。

Ａ−２．背面光源装置
上記背面光源装置は、用途（液晶表示装置の照明方式、液晶セルの駆動モード、集光素子の有無および種類など）に応じて、任意の適切なものが採用され得る。上記背面光源装置は、直下方式であってもよく、サイドライト方式であってもよい。上記光源としては、例えば、冷陰極蛍光ランプ、ＬＥＤが挙げられる。

１つの実施形態においては、上記背面光源装置として、集光光を出射し得る光源装置が用いられる。このような光源装置としては、例えば、変角プリズムを有するサイドライト方式の光源装置が挙げられる。

図５は、本発明の好ましい実施形態に用いられる変角プリズムを有するサイドライト方式の光源装置の概略斜視図である。この変角プリズムを有するサイドライト方式の光源装置１１０ａは、光源１１３と、導光板１１４と、複数の柱状の変角プリズム１１５とを備える。柱状の変角プリズム１１５は、好ましくは、凸面（頂角側）を入射側として、それぞれ並列して配置される。柱状の変角プリズム１１５は、導光板１１４より出射した光の進行方向を垂直方向に変換し得る。柱状の変角プリズム１１５のレンズピッチｂは、好ましくは、３０μｍ〜０．５ｍｍである。上記柱状の変角プリズム１１５の頂角ｃは、好ましくは、５０°〜１２０°である。変角プリズムを有するサイドライト方式の光源装置１１０ａは、必要に応じて、柱状の変角プリズム１１５の平滑面側に異方性拡散層を有していてもよい（図示せず）。このように構成された変角プリズムを有するサイドライト方式の光源装置１１０ａは、柱状の変角プリズム１１５が延びる方向と直交する方向（図５における左右方向）にコリメートされた光を出射し得る。

上記柱状の変角プリズムを構成する材料は、可視光透過率が高く、屈折率の高い樹脂が好適に用いられる。このような樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂等が挙げられる。

上記柱状変角プリズムの厚みは、好ましくは２０μｍ〜２５０μｍであり、さらに好ましくは３０μｍ〜１００μｍである。

上記柱状の変角プリズムを製造する方法としては、例えば、押出成形、射出成形等の成形方法が用いられ得る。

上記異方性拡散層としては、任意の適切なものが用いられ得る。上記異方性拡散層としては、例えば、上記異方性拡散シート等が挙げられる。

Ａ−３．集光素子
本発明の液晶表示装置は、上記背面光源装置として、ランダムな方向に光を出射する光源装置を用いる場合、背面光源装置と背面偏光板との間に集光素子を備え得る。集光素子は、入射光を所定の方向にコリメートして、集光光に変換する機能を有する。したがって、集光素子を用いれば、背面光源装置によりランダムな方向に出射された光を、所定の方向にコリメートして背面偏光板に入射させることができる。

上記集光素子は、上記半値角を示す光を出射し得る限りにおいて、任意の適切なものが用いられ得る。上記集光素子としては、例えば、（１）平凸レンズを有する集光素子、（２）ルーバー層を有する集光素子、（３）フレネルレンズを有する集光素子等が挙げられる。上記集光素子の厚みは、その形態により変動し得る。代表的には、集光素子の厚みは、好ましくは２０μｍ〜２５０μｍであり、さらに好ましくは３０μｍ〜１００μｍである。

上記平凸レンズは、代表的には、レンチキュラーレンズである。以下、簡単のため、レンチキュラーレンズを用いる場合について具体的に説明する。図６（ａ）は、本発明の好ましい実施形態に用いられるレンチキュラーレンズを有する集光素子の概略断面図であり、図６（ｂ）は、この集光素子の概略平面図である。この集光素子２０ａは、レンチキュラーレンズ部１と遮光層２とを備える。上記集光素子２０ａは、レンチキュラーレンズ部１の凸面を出射側とすることにより、コリメートされた光を出射することができる。

レンチキュラーレンズ部１は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、複数の半割円柱状のレンチキュラーレンズを並列に配置して形成される。レンチキュラーレンズのレンズピッチｄは、好ましくは０．５ｍｍ以下であり、さらに好ましくは０．２ｍｍ以下である。図６では、半割円柱状のレンチキュラーレンズを示しているが、レンチキュラーレンズの形状は、上記半値角を示す光を出射する限り、任意の適切な形状（例えば、半割楕円柱状）を採用し得る。

遮光層２は、レンチキュラーレンズ部１の平滑面側に形成される。遮光層２においてレンチキュラーレンズ部１の稜線状頂部に対応する部分には、開口部３が設けられている。上記開口部３を有する遮光層２を設ければ、斜め方向への光漏れを防止することができるので、半値角の小さい光を出射し得る集光素子を得ることができる。上記遮光層２は、光吸収性であってもよいし、光反射性であってもよい。上記開口部３は、好ましくは、図６（ｂ）に示すように、帯状である。上記開口部が帯状であれば、当該開口部３が延びる方向と直交する方向（図６における左右方向）に選択的にコリメートし得る集光素子を得ることができる。上記開口部３の面積比率は、上記レンチキュラーレンズ部１の平滑面の面積に対して、好ましくは５％〜５０％であり、さらに好ましくは１０％〜３０％である。上記開口部の面積比率がこのような範囲であり、開口部３が帯状であれば、上記半値角を示す集光素子を得ることができる。

上記集光素子を製造する方法としては、例えば、所定のレンズパターンに対応した溝を有するロールを用いて、レンチキュラーレンズ部を構成するシート状材料、フィルム状材料または板状材料の片面に当該レンズパターンを形成させた後、レンチキュラーレンズ部の平滑面側に、アルミニウム、銀等をパターン蒸着して開口部を有する遮光層を形成させる方法が挙げられる。

上記レンチキュラーレンズ部を構成する材料としては、可視光透過率が高く、屈折率の高い樹脂が好適に用いられる。このような樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂が挙げられる。

上記ロールのレンズパターンとしては、上記集光素子が上記半値角を示す光を出射し得る限りにおいて、任意の適切なパターンを採用し得る。上記レンズパターンは、代表的には、上で説明したレンチキュラーレンズ部に対応するパターンである。

上記平凸レンズは、レンチキュラーレンズ以外にも、上記半値角を示す光を出射する限り、任意の適切なレンズを採用し得る。レンチキュラーレンズ以外の平凸レンズとしては、例えば、砲弾型レンズが挙げられる。砲弾型レンズを採用する場合、集光素子は複数の砲弾型レンズをアレイ状に配置させた砲弾型レンズ部と入射光を１方向に拡散させ得る異方性拡散シートとを有する。このような異方性拡散シートとしては、例えば、１方向に配向した繊維または楕円球状微粒子を分散させたシート等が挙げられる。

図７は、本発明の好ましい実施形態に用いられるルーバー層を有する集光素子の概略斜視図である。この集光素子２０ｂは、透明性樹脂部４と光吸収性樹脂部５が交互にストライプ状に形成されたルーバー層を有する。透明性樹脂部４の幅ｅは、好ましくは５０μｍ〜５００μｍであり、さらに好ましくは７０μｍ〜２００μｍである。光吸収性樹脂部５の幅ｆは、好ましくは１μｍ〜１００μｍであり、さらに好ましくは３μｍ〜５０μｍである。上記ルーバー層を有する集光素子２０ｂは、入射角の大きい光を光吸収性樹脂部５によって吸収または反射し、透明性樹脂部４を透過する光の進行方向を所定の出射角に制御することにより、コリメートされた光を出射する。したがって、ルーバー層を有する集光素子２０ｂによりコリメートされる方向は、図７におけるストライプパターンと直交する。

上記透明性樹脂部を構成する材料としては、例えば、可視光透過率が高い樹脂が好適に用いられる。このような材料としては、例えば、セルロースアセテートブチレート、トリアセチルセルロース等のセルロース系樹脂；ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂；シリコーン樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。上記光吸収性樹脂部を構成する材料としては、例えば、上記透明性樹脂部を構成する材料に、遮光性物質を含有させた材料が挙げられる。当該遮光性物質としては、例えば、カーボンブラック等の暗色顔料、暗色染料、金属、金属酸化物等が挙げられる。

上記ルーバー層を製造する方法としては、例えば、透明性樹脂部を構成する材料と光吸収性樹脂部を構成する材料とを交互に積層した後、積層面と直交する方向（積層方向）に沿って所望の厚さとなるようにスライスする方法が挙げられる。

図８は、本発明の好ましい実施形態に用いられるフレネルレンズ（図示例においてはリニアフレネルレンズ）を有する集光素子の概略断面図である。この集光素子２０ｃは、フレネルレンズ６と、必要に応じて拡散素子７とを備える。

上記フレネルレンズのパターンは、好ましくは、直線状に形成される。上記フレネルレンズを有する集光素子は、このように直線状にパターンを形成することにより、直線方向と直交する方向にコリメートされた光を出射することができる。

上記フレネルレンズのレンズピッチｇは、好ましくは、０．０２ｍｍ〜０．５ｍｍであり、さらに好ましくは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍである。上記フレネルレンズのピッチは、均等であってもよいし、均等でなくてもよい。

上記拡散素子としては、任意の適切なものが採用され得る。上記拡散素子としては、例えば、透明基板フィルム上に微粒子を含むバインダーを塗工した表面凹凸型拡散フィルムもしくは内部拡散フィルム、非相溶の樹脂を配合し押出成形した相分離押出シート、エンボスロールにて表面に凹凸パターンを形成したエンボスシート等が挙げられる。

Ａ−４．偏光板
上記背面偏光板は、好ましくは、偏光子を有し、偏光子の両側に保護層を有する。

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を吸着させて一軸延伸したもの、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物等ポリエン系配向フィルム等が挙げられる。これらのなかでも、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素などの二色性物質を吸着させて一軸延伸した偏光子が、偏光二色比が高く特に好ましい。これら偏光子の厚さは特に制限されないが、一般的に、１μｍ〜８０μｍ程度である。

ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を吸着させて一軸延伸した偏光子は、例えば、ポリビニルアルコールをヨウ素の水溶液に浸漬することによって染色し、元長の３倍〜７倍に延伸することで作製することができる。必要に応じてホウ酸や硫酸亜鉛、塩化亜鉛等を含んでいてもよいし、ヨウ化カリウムなどの水溶液に浸漬することもできる。さらに必要に応じて染色の前にポリビニルアルコール系フィルムを水に浸漬して水洗してもよい。

ポリビニルアルコール系フィルムを水洗することでポリビニルアルコール系フィルム表面の汚れやブロッキング防止剤を洗浄することができるだけでなく、ポリビニルアルコール系フィルムを膨潤させることで染色のムラなどの不均一を防止する効果もある。延伸はヨウ素で染色した後に行ってもよいし、染色しながら延伸してもよいし、また延伸してからヨウ素で染色してもよい。ホウ酸やヨウ化カリウムなどの水溶液中や水浴中でも延伸することができる。

上記保護層は、偏光板の保護層として使用できる任意の適切なフィルムで形成される。当該フィルムの主成分となる材料の具体例としては、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）等のセルロース系樹脂や、ポリエステル系、ポリビニルアルコール系、ポリカーボネート系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系、ポリスチレン系、ポリノルボルネン系、ポリオレフィン系、（メタ）アクリル系、アセテート系等の透明樹脂等が挙げられる。また、（メタ）アクリル系、ウレタン系、（メタ）アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型樹脂または紫外線硬化型樹脂等も挙げられる。この他にも、例えば、シロキサン系ポリマー等のガラス質系ポリマーも挙げられる。また、特開２００１−３４３５２９号公報（ＷＯ０１／３７００７）に記載のポリマーフィルムも使用できる。このフィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基ならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとＮ−メチルマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。当該ポリマーフィルムは、例えば、上記樹脂組成物の押出成形物であり得る。

上記液晶セル側の上記保護層（内側保護層）は、光学的に等方性を有することが好ましい。具体的には、内側保護層の厚み方向の位相差Ｒｔｈ（５５０）は、好ましくは−２０ｎｍ〜＋２０ｎｍ、さらに好ましくは−１０ｎｍ〜＋１０ｎｍ、特に好ましくは−６ｎｍ〜＋６ｎｍ、最も好ましくは−３ｎｍ〜＋３ｎｍである。内側保護層の面内位相差Ｒｅ（５５０）は、好ましくは０ｎｍ以上１０ｎｍ以下、さらに好ましくは０ｎｍ以上６ｎｍ以下、特に好ましくは０ｎｍ以上３ｎｍ以下である。このような光学的に等方性を有する保護層を形成し得るフィルムの詳細は、特開２００８−１８０９６１号公報に記載されており、その記載は本明細書に参考として援用される。

上記前面偏光板は、上記背面偏光板と同様のものが用いられ得る。

Ａ−５．液晶セル
上記液晶セルは、一対の基板（代表的には、ガラス基板）と、基板間に配された、表示媒体としての液晶を含む液晶層とを有する。上記液晶層は、黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含む。上記液晶層が黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含めば、振動方向にコリメートされた直線偏光を液晶セルに入射させることにより得られる偏光解消散乱抑制の効果が顕著に得られる。このような液晶層を有する液晶セルの駆動モードとしては、例えば、ＶＡ（垂直配向）モード、ＭＶＡ（マルチドメイン垂直配向）モード、ＰＶＡ（パターンＶＡ）モード、ＴＮ（ツイスティッドネマティック）モード、ＥＣＢ（電界制御複屈折）モード、ＯＣＢ（ベンドネマティック）モードが挙げられる。

Ａ−６．光拡散素子
本発明の液晶表示装置は、上記前面偏光板の上記液晶セルとは反対側（視認側）に、光拡散素子を有していてもよい。当該光拡散素子を有すれば、正面コントラスト比が優れることに加えて、さらに広視野角の液晶表示装置を得ることができる。

上記光拡散素子は、上記光拡散素子による光拡散は、等方性であってもよいし、異方性であってもよい。好ましくは、上記光拡散素子は、上記背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向にて選択的に光を拡散し得る異方性光拡散素子である。上記光拡散素子を用いれば、正面コントラスト比が優れることに加えて、さらに広視野角の液晶表示装置を得ることができる。

上記光拡散素子による光拡散が等方性の場合、上記光拡散素子の拡散半値角は、いずれの方向についても、好ましくは５°〜１００°である。拡散半値角は、液晶表示装置の用途に応じて選択され得る。例えば、ＰＤＡ用途等の斜め方向の輝度の必要性が低い用途においては、上記拡散半値角は好ましくは５°〜５０°である。また、モニター用途等の斜め方向の輝度が正面方向同様に要求される用途においては、上記拡散半値角は好ましくは３０°〜７０°である。なお、拡散半値角とは、光拡散素子の正面からレーザー光を照射し、拡散した光の拡散角度に対する拡散輝度を測定し、図９に示すように、レーザーの直進透過光を除く光拡散輝度の最大値から半分の輝度となる拡散角度を、拡散の両側で測定し、当該両側の角度を足したもの（図９の角度ｈ＋角度ｈ´）をいう。

上記光拡散素子が背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向に選択的に光を拡散する場合、上記光拡散素子の背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向の拡散半値角は、好ましくは５°〜６０°であり、上記光拡散素子の背面偏光板の偏光子の吸収軸方向の拡散半値角は、好ましくは２０°〜１２０°である。

上記光拡散素子は、任意の適切な方法で得ることができる。上記光拡散素子は、例えば、微粒子を透明樹脂バインダーに分散させることにより得ることができる。

上記光拡散素子は、必要に応じて、保護フィルム、粘着剤層、接着剤層および／または表面処理層（例えば、ハードコート処理層、反射防止処理層等）と一体型であってもよい。

上記光拡散素子は、市販品を用いてよい。市販品の光拡散素子の具体例としては、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製の商品名「Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ ＬＳＤ５ＰＥ５−１０」が挙げられる。

Ｂ．集光素子付偏光板
本発明の集光素子付偏光板は、集光素子と偏光板とを有する。図１０は、本発明の好ましい実施形態による集光素子付偏光板の概略断面図である。集光素子付偏光板２００は、偏光板１０と集光素子２０とを有する。偏光板１０は、偏光子１１を有し、図示例においては偏光子１１の両側に保護層１２、１３を有する。集光素子付偏光板２００は、代表的には、液晶表示装置の背面光源装置と液晶セルとの間に配置される。このとき、集光素子２０は背面光源装置側に配置される。集光素子２０、偏光子１１および保護層１２、１３は、任意の適切な接着剤層または粘着剤層を介して貼り付けられる。保護層１２、１３の少なくとも１つは、目的、偏光板の構成および液晶表示装置の構成に応じて省略されてもよい。

偏光板１０としては、上記Ａ−４項で説明した偏光板が用いられ得る。

集光素子２０は、入射光を集光光に変換する。この集光光偏光板１０の偏光子１１の吸収軸と直交する方向における半値角は、偏光板１０の偏光子１１の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい。さらに好ましくは、上記集光光の偏光板１０の偏光子１１の吸収軸と直交する方向における半値角は、その他の方向における半値角よりも小さい。集光素子２０としては、上記Ａ−３項で説明した集光素子が用いられ得る。

本発明の集光素子付偏光板は、入射光を、振動方向にコリメートされた直線偏光に変換して出射することができるので、例えば、上記のように液晶表示装置の背面光源装置と液晶セルとの間に配置して用いた場合に、正面コントラスト比の高い液晶表示装置を得ることができる。

偏光板１０と集光素子２０との厚みの和は、好ましくは２０μｍ〜３００μｍであり、さらに好ましくは３０μｍ〜２５０μｍである。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。実施例および比較例における評価方法は、以下の通りである。

〈正面コントラスト比〉
視野角測定装置（ＡＵＴＲＯＮＩＣ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ社製、商品名「Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ」）を用いて、液晶表示装置の白表示及び黒表示の正面輝度を測定し、その比（白／黒）から算出した。

〈集光素子および等方拡散バックライトの半値角〉
視野角測定装置（ＡＵＴＲＯＮＩＣ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ社製、商品名「Ｃｏｎｏｓｃｏｐｅ」）を用いて、集光素子および等方拡散バックライトからの出射光の全方位（極角０−８０°）輝度コーンを測定し、最大値の輝度（極角０°時の輝度）に対して、図３のように輝度が半分になる角度を拡散の両側で測定し、当該両側の角度を足して（図３の角度ａ＋角度ａ’）集光素子および等方拡散バックライトの半値角とした。当該拡散の方向としては、集光素子付偏光板の偏光子（すなわち、背面偏光板の偏光子）の吸収軸の方向と、直交する方向および平行する方向を選び、評価した。なお、表１における半値角の平均とは、当該２つの方向の半値角を平均したものである。また、集光素子からの出射光は、集光素子の平滑面側から後述の背面光源からの光を照射して得られた出射光である。

［参考例１］集光素子の作製
レンチキュラーレンズパターンに対応した溝を有するロールを用いて、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）シートの表面（片面）に、レンチキュラーレンズのパターンを形成した。上記ＰＭＭＡシートのレンチキュラーレンズのパターンを転写していない側（平滑面）に、アルミニウムのパターン蒸着を行い、レンチキュラーレンズの稜線状頂部の直下部分に帯状の開口部を有する反射層を形成させて、集光素子を作製した。当該反射層の開口部の面積比率は７％（反射部の面積比率９３％）であった。

［参考例２］液晶セル
ＭＶＡモードの液晶セルを含む市販の液晶ディスプレイ（ソニー社製、商品名「ＢＲＡＶＩＡ ＫＤＬ２０Ｊ３０００」）から液晶パネルを取り出し、液晶セルの上下に配置されていた光学フィルムをすべて取り除いた後、当該液晶セルの上下のガラス基板の表面を洗浄して用いた。

［参考例３］背面光源装置の作製
冷陰極蛍光ランプ（ソニー社製「ＢＲＡＶＩＡ ＫＤＬ２０Ｊ３０００」に搭載されていたＣＣＦＬ）上に、光拡散板（ソニー社製「ＢＲＡＶＩＡ ＫＤＬ２０Ｊ３０００」に搭載されていた光拡散板）を積層し、背面光源装置を作製した。

［参考例４］等方拡散バックライトの作製
半値角２０°の砲弾型白色ＬＥＤ（日亜化学社製Φ５ｍｍ、３Ｖ）を、縦２０個×横２０個を密集配置して作製したＬＥＤアレイの上に、拡散シート（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社 Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｄｉｆｆｕｓｅｒｓ ＬＳＤ５ＰＥ５−１０、ヘイズ９２％、全光線透過率８９％、半値角２０°（全方位））を積層し、等方拡散バックライトを得た。

［実施例１］
参考例１で得られた集光素子に背面偏光板（日東電工社製、商品名「ＮＰＦ−ＳＥＧ１４２３ＤＵ」）をアクリル系粘着剤（厚み２３μｍ）を介して貼り付けて、集光素子付偏光板を得た。このとき、上記背面偏光板の偏光子の吸収軸の方向と集光素子の反射層の開口部の方向とが平行となるよう（すなわち、集光素子によりコリメートされる方向が、背面偏光板の偏光子の吸収軸の方向と直交するよう）に、上記集光素子と上記背面偏光板とを配置した。
得られた集光素子付偏光板の背面偏光板側に、参考例２で得られた液晶セルをアクリル系粘着剤（厚み２３μｍ）を介して貼り付けた。さらに、当該液晶セルの集光素子付偏光板が貼り付けられていない側に、前面偏光板（日東電工社製、商品名「ＮＰＦ−ＳＥＧ１４２３ＤＵ」）をアクリル系粘着剤（厚み２３μｍ）を介して貼り付けて、液晶パネルを得た。このとき背面偏光板と前面偏光板とは、それぞれの有する偏光子の吸収軸の方向が互いに直交するようにして配置した。
得られた液晶パネルの集光素子が形成された側に、参考例３で得られた背面光源装置を結合し、液晶表示装置（背面光源装置／集光素子付偏光板（集光素子／背面偏光板）／液晶セル／前面偏光板）を得た。
得られた液晶表示装置の正面コントラスト比および用いた集光素子の半値角を表１に示す。

［比較例１］
上記背面偏光板の偏光子の吸収軸の方向と集光素子の反射層の開口部の方向とが直交するよう（すなわち、集光素子によりコリメートされる方向が、背面偏光板の偏光子の吸収軸の方向と平行であるよう）に、集光素子と偏光板とを配置した以外は、実施例１と同様にして、液晶表示装置を得た。
得られた液晶表示装置の正面コントラスト比および用いた集光素子の半値角を表１に示す。

［比較例２］
参考例２で得られた液晶セルの両側に偏光板（日東電工社製、商品名「ＮＰＦ−ＳＥＧ１４２３ＤＵ」）をアクリル系粘着剤（厚み２３μｍ）を介して貼り付けて、液晶パネルを得た。
得られた液晶パネルを参考例４で得られた等方拡散バックライトと結合し、液晶表示装置（等方拡散バックライト／背面偏光板／液晶セル／前面偏光板）を得た。
得られた液晶表示装置の正面コントラスト比および用いた等方拡散バックライトの半値角を表１に示す。

実施例１から明らかなように、集光素子付偏光板の集光素子と背面偏光板とを、光が集光素子によりコリメートされる方向と背面偏光板の偏光子の吸収軸の方向とが直交するように配置することにより、正面コントラスト比の高い液晶表示装置を得ることができる。

一方、集光素子付偏光板の集光素子と背面偏光板とを、光が集光素子によりコリメートされる方向と背面偏光板の偏光子の吸収軸の方向とが平行となるように配置した場合（比較例１）、および背面偏光板に、全方位においてコリメートされた光が入射する場合（比較例２）は、本願発明のように正面コントラスト比の高い液晶表示装置を得ることができない。

本発明の液晶表示装置は、例えば、パソコンモニター、ノートパソコン、コピー機などのＯＡ機器、携帯電話、時計、デジタルカメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯ゲーム機などの携帯機器、ビデオカメラ、テレビ、電子レンジなどの家庭用電気機器、バックモニター、カーナビゲーションシステム用モニター、カーオーディオなどの車載用機器、商業店舗用インフォメーション用モニターなどの展示機器、監視用モニターなどの警備機器、介護用モニター、医療用モニターなどの介護・医療機器等に好適に用いられ得る。また、本発明の集光素子付偏光板は、このような液晶表示装置に好適に用いられ得る。

１０ 背面偏光板
１０’ 前面偏光板
１１ 偏光子
２０ 集光素子
１００ 液晶表示装置
１１０ 背面光源装置
１２０ 液晶セル
２００ 集光素子付偏光板

Claims (6)

1. 背面光源装置と、背面偏光板と、黒表示時に略垂直配向した液晶分子を含む液晶セルと、前面偏光板とをこの順に備え、
   該背面偏光板の偏光子の吸収軸と、該前面偏光板の偏光子の吸収軸とが直交し、
   該背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が該背面偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい集光光が、該背面偏光板に入射する、
   液晶表示装置。
2. 前記集光光の前記背面偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が、その他の方向における半値角よりも小さい、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記背面光源装置が、前記集光光を出射する、請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記背面光源装置と前記背面偏光板との間に、集光素子をさらに備え、
   該集光素子が、該背面光源装置から出射された光を、所定の方向にコリメートして、前記集光光に変換する、
   請求項１または２に記載の液晶表示装置。
5. 前記前面偏光板の前記液晶セルとは反対側に、光拡散素子をさらに備え、
   該光拡散素子が、該前面偏光板からの出射光を、少なくとも前記背面偏光板の吸収軸と直交する方向に拡散させる、
   請求項１から４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 入射光を集光光に変換する集光素子と、偏光板とを有し、
   該集光光の該偏光板の偏光子の吸収軸と直交する方向における半値角が、該偏光板の偏光子の吸収軸と平行な方向における半値角よりも小さい、
   集光素子付偏光板。