JP2011002851A - 偏光変換シート及び面光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】面光源装置から出射する光の偏光状態を制御し、偏光板の光線透過軸方向8aの偏光成分を増加させることによって、面光源装置から出射する光の利用効率を上昇させることにより、明るい表示を行うことができる液晶表示装置に使用される偏光変換シート及び面光源装置を提供する。
【解決手段】光源3からの光が入射される導光板4と、複屈折を有するフィルムからなり導光板4から出射された光が入射されこの光の偏光状態を変換する偏光変換シート6を有する。偏光変換シート6は、導光板4から出射された光について、液晶表示部2の偏光板8の光線透過軸方向8aと同じ方向の偏光成分の光強度を上昇させる。
【選択図】図1
【解決手段】光源3からの光が入射される導光板4と、複屈折を有するフィルムからなり導光板4から出射された光が入射されこの光の偏光状態を変換する偏光変換シート6を有する。偏光変換シート6は、導光板4から出射された光について、液晶表示部2の偏光板8の光線透過軸方向8aと同じ方向の偏光成分の光強度を上昇させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、2枚の基板間に液晶を封入した液晶セル及び偏光板と、光源及び導光板とを備えた液晶表示装置に使用される偏光変換シート及び面光源装置に関する。
従来、液晶セル及び偏光板と、光源及び導光板とを備えた液晶表示装置が提案されている。液晶セルは、2枚の基板間に液晶を封入して構成されている。すなわち、この液晶表示装置においては、光源から発せられた光が導光板を経て偏光板に入射され、この偏光板を経た光が液晶セルに入射される。そして、この液晶セルが表示画面となる。
このような液晶表示装置においては、光源及び導光板が面光源装置を構成しており、この面光源装置によって、表示画面内が均一な明度で照明されるようになっている。しかしながら、面光源装置の構成によっては、表示画面内の明度が不均一となり、良質な表示が行えない虞れがあった。そのため、従来より、液晶表示装置において、表示画面内を均一な明度で照明するための種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1に記載されている液晶表示装置は、導光板から偏りをもって出射した面状の光が、プリズムシート及び偏光板を介して、液晶セルに照射されるように構成されている。プリズムシートは、導光板から出射した光の最大強度方向を偏光板の光線透過軸方向へ旋回させ、偏光板を透過する偏光成分の光量を多くするようになっている。このプリズムシートは、2軸延伸されたポリエチレンテレフタレート(Polyethyleneterephthalate:PET)のシート部材のいずれか一方の面に紫外線硬化樹脂によってプリズム面を形成することによって構成されている。
ところで、前述したような従来の液晶表示装置においては、面光源装置から出射した光は、偏光方向が旋回されているのみであり、偏光状態が制御されているわけではない。そのため、面光源装置から出射された光のうち、偏光板を透過する光は、必ずしも充分な光量とはなっていない。
したがって、このような従来の液晶表示装置においては、光利用効率が低くなり、充分な明度の表示画面が得られない虞れがあった。
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、面光源装置から出射する光の偏光状態を制御し、面光源装置から出射した光量に対して偏光板を透過する光量を従来より増加させることで光利用効率を向上させ、明るい表示を行うことができる液晶表示装置に使用される偏光変換シート及び面光源装置を提供することを目的とする。
前述の課題を解決するため、本発明に係る偏光変換シートは、以下の特徴を備えるものである。
〔特徴1〕
ポリカーボネイト、ポリエーテルスルフォン、ポリメチルメタクリレート、または、脂環式ポリオレフィンのいずれかの材料からなる複屈折を有するフィルムからなり、フィルムの一方の主面に複数のプリズムが形成されており、これらプリズムは、断面形状が略三角形となっていることを特徴とする。
ポリカーボネイト、ポリエーテルスルフォン、ポリメチルメタクリレート、または、脂環式ポリオレフィンのいずれかの材料からなる複屈折を有するフィルムからなり、フィルムの一方の主面に複数のプリズムが形成されており、これらプリズムは、断面形状が略三角形となっていることを特徴とする。
〔特徴2〕
特徴1を有する偏光変換シートにおいて、フィルムが位相差板であることを特徴とする。
特徴1を有する偏光変換シートにおいて、フィルムが位相差板であることを特徴とする。
〔特徴3〕
特徴1、または、特徴2を有する偏光変換シートにおいて、複数のプリズムが回折格子の機能を有することを特徴とする。
特徴1、または、特徴2を有する偏光変換シートにおいて、複数のプリズムが回折格子の機能を有することを特徴とする。
〔特徴4〕
特徴1乃至特徴3のいずれか一を有する偏光変換シートにおいて、偏光変換シートの他方の主面に、光を拡散させて出射する拡散パターンが形成されていることを特徴とする。
特徴1乃至特徴3のいずれか一を有する偏光変換シートにおいて、偏光変換シートの他方の主面に、光を拡散させて出射する拡散パターンが形成されていることを特徴とする。
また、本発明に係る面光源装置は、以下の特徴を備えるものである。
〔特徴5〕
光源と、光源からの光が入射する入射面と、この入射面から入射した入射光が反射、または、透過する反射面と入射面から入射した光を出射する出射面とを少なくとも有する導光板と、導光板の反射面側に配置され反射面を透過した光を反射して導光板に戻す反射板と、特徴1乃至特徴4のいずれか一を有する偏光変換シートとを備え、導光板の出射面側に偏光変換シートのプリズムが形成されている面を向けて配置して構成されることを特徴とする。
光源と、光源からの光が入射する入射面と、この入射面から入射した入射光が反射、または、透過する反射面と入射面から入射した光を出射する出射面とを少なくとも有する導光板と、導光板の反射面側に配置され反射面を透過した光を反射して導光板に戻す反射板と、特徴1乃至特徴4のいずれか一を有する偏光変換シートとを備え、導光板の出射面側に偏光変換シートのプリズムが形成されている面を向けて配置して構成されることを特徴とする。
本発明に係る偏光変換シート及び面光源装置を使用した液晶表示装置においては、複屈折を有するフィルムからなる偏光変換シートが、導光板から出射された光の偏光状態を変換し偏光板の光線透過軸方向と同じ方向の偏光成分の光強度を上昇させて偏光板に入射させるので、光源から出射される光の利用効率を上昇させ、明るい表示を行うことができる。
この液晶表示装置は、従来の液晶表示装置に比較して、偏光変換シートを追加することのみで構成されるので、構成が複雑化することがなく、薄型化が阻害されることもない。なお、偏光変換シートとしては、市販の位相差板を用いることもできる。
さらに、この液晶表示装置は、プリズム面を有する偏向シートを用いて構成することもでき、この場合において、プリズム面の向きを導光板側としてもその反対側としてもよく、設計の自由度が高いので、種々の用途に適用することができる。
すなわち、本発明は、光源及び導光板からなる面光源装置から出射する光の偏光状態を制御し、偏光板の光線透過軸方向の偏光成分を増加させることによって、面光源装置から出射する光の利用効率を上昇させることにより、明るい表示を行うことができる液晶表示装置に使用される偏光変換シート及び面光源装置を提供することができるものである。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、以下に説明する実施の形態においては、簡単のため、いくつかの異なる図面において共通の指示符合によって同一の部材を示している。また、本実施の形態の図面は、本発明の内容を説明するために用いられるものであり、各部の寸法の比率を正確に反映するものではない。
また、図面を参照する際の便宜上、各図面中にxyz直交座標系を設定している。すなわち、導光板における上面、または、下面の2つの辺に沿ってx軸及びy軸を設定し、出射面の法線方向にz軸を設定している。また、z軸の正負方向を上下と称することとする。
〔1〕液晶表示装置の全体構成
図1は、本実施の形態における液晶表示装置の構成を示す斜視図である。
図1は、本実施の形態における液晶表示装置の構成を示す斜視図である。
本実施の形態に係る液晶表示装置は、図1に示すように、面光源装置1と、この面光源装置1によって照明される液晶表示部2とを有して構成される。
面光源装置1は、光源となる発光ダイオード3と、この発光ダイオード3からの光が端面部から入射される導光板4と、反射板5と、偏光変換シート6とから構成される。これら導光板4、反射板5及び偏光変換シート6は、密着されて積層されて、面光源装置1を構成する。
導光板4は、発光ダイオード3からの光が入射する端面部である入射面4aと、この入射面4aから入射した入射光が反射、または、透過する反射面4bと、入射面4aから入射した光を出射する略矩形状の出射面4cとを少なくとも有している。この出射面4cは、導光板4のxy平面と平行な上面に形成されている。
反射板5は、導光板4の反射面4b側に配置され、この反射面4bを透過した光を反射して導光板4に戻すものである。この反射板5は、プラスチックフィルム等の表面に、銀やアルミニウムなどの光沢金属の薄膜を、蒸着法やスパッタ法などによって形成したものである。
そして、偏光変換シート6は、ポリカーボネイト(Polycarbonate:PC)、ポリエーテルスルフォン(poly ether sulfone:PES)、ポリメチルメタクリレート(Polymethylmethacrylate:PMMA)、脂環式ポリオレフィン(cycloaliphatic polyolefin)のいずれかの材料からなる複屈折を有するフィルムからなり、導光板4から出射された光が入射され、この光の偏光状態を変換する機能を有している。
なお、導光板4と偏光変換シート6との間には、必要に応じて、偏向シート7を配置してもよい。この場合には、これら導光板4、反射板5、偏向シート7及び偏光変換シート6は、密着されて積層されて、面光源装置1を構成する。
液晶表示部2は、偏光変換シート6を経た光が入射される偏光板8と、この偏光板8を経た光が入射される液晶セル9とから構成される。液晶セル9は、2枚の基板間に液晶を封入して構成されている。
そして、この液晶表示装置においては、偏光変換シート6は、導光板4から出射された光について、偏光板8の光線透過軸方向8aと同じ方向の偏光成分の光強度を上昇させる機能を有している。
〔2〕導光板の構成
図2Aは、導光板4の平面図である。
図2Aは、導光板4の平面図である。
図2Bは、導光板4の側面図である。
図2Cは、導光板4の斜視図である。
導光板4は、より詳細には、図2A乃至図2Cに示すように、略矩形状の出射面4c及びこの出射面4cに対向する反射面4bを有する略板状の形状を有している。この導光板4をなす材料としては、一定の屈折率を有する透明な材料が利用でき、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリオレフィン、または、ポリカーボネートなどが挙げられる。なお、この導光板4をなす材料は、これら例示した材料に限定されるものではない。
この導光板4の入射面4aは、出射面4c及び反射面4bに略直交している。複数の発光ダイオード3は、入射面4aに対向して、略等間隔で直線状に配置されており、これら発光ダイオード3から出射された光は、入射面4aを介して導光板4に入射される。出射面4cは、平面状に形成されている。
図3Aは、導光板4の入射面4a近傍の形状を示す平面図である。
図3Bは、導光板4の入射面4a近傍の形状の他の例を示す平面図である。
図3Cは、導光板4の入射面4a近傍の形状のさらに他の例を示す平面図である。
入射面4aには、図3A乃至図3Cに示すように、導光板4の厚み方向に伸びる突条状のプリズムを一体的に形成しておいてもよい。この入射面4aにおけるプリズム形状は、図3Aに示すように、略三角形の断面形状を有するものとしてもよく、図3Bに示すように、略半楕円形の断面形状を有するものとしてもよく、または、図3Cに示すように、なめらかな波型形状の断面形状を有するものとしてもよい。さらに、この入射面4aは、プリズムの表面に微細な凹凸形状を有するものとしてもよい。
反射面4bは、導光板4のxy平面に略平行となされ、図2A乃至図2Cに示すように、複数の反射溝10を有して形成されている。反射溝10は、入射面4aに略平行な方向に形成され、入射面4aから入射面4aの反対側の端面部近傍に亘って連続して形成されている。これら反射溝10は、断面形状が非対称な形状となされており、入射面4a側に傾斜した第1面10aが、入射面4aの反対側に傾斜した第2面10bよりも幅が広くなっている。
図4は、反射面4bに形成された光の進行方向を変えるための反射溝10の形状を示す平面図である。
これら反射溝10の稜線は、入射面4aに略平行な直線であってもよいし、また、図4に示すように、入射面4aの略中央部を中心とした同心円状の曲線であってもよい。
さらに、隣り合う反射溝10同士の間隔は一定でもよいし、場所によって変化していてもよい。また、各々の反射溝10の入射面4aからの距離は、所定の関数で表記されるものとしてもよい。隣り合う反射溝10同士の間隔を調整することによって、導光板4の反射効率等の特性を微調整することができる。
これら反射溝10においては、図2B及び図2Cに示すように、入射面4a側に傾斜した第1面10aが広いため、この反射溝10に入射した光の大部分が反射される。したがって、反射面4bにおいては、入射された光を高い効率で出射面4c方向に反射することができ、導光板4における光利用効率を高めることができる。
そして、導光板4の反射面4bで反射されずに、この反射面4bを透過した光は、反射板5によって反射され、再び導光板4に入射する。そのため、高い光利用効率が得られる。
図5Aは、反射溝10を有する導光板4の反射面4bの形状を示す断面図である。
反射溝10は、図5Aに示すように、入射面4a側に傾斜した第1面10aと、入射面4aの反対側に傾斜した第2面10bとを有する。第1面10aは、出射面4cに対する傾斜角度が所定の角度α1となされており、第2面10bは、出射面4cに対する傾斜角度が所定の角度α2となされている。これら傾斜角度α1,α2は、全ての反射溝10について一定としてもよいし、一部、あるいは、全ての反射溝10について、異なっているものとしてもよい。
図5Bは、反射溝10を有する導光板4の反射面4bの形状の他の例を示す断面図である。
なお、反射面4bにおいては、図5Bに示すように、隣り合う反射溝10の間に、平面部を設けてもよい。さらに、反射溝10は、溝(導光板4に対する凹形状)ではなく、突条部(導光板4に対する凸形状)として設けてもよい。
図6は、反射溝10の第1面10aの作用を示す断面図である。
反射溝10の第1面10aは、図6に示すように、入射面4aより入射され出射面4cと角度ψ1をなして第1面10aに入射された光を、出射面4cに対して角度ψ2をなす光として反射する。すなわち、入射面4aより入射し、出射面4cの法線に対してある角度ψ1をなして第1面10aへ入射した光は、出射面4cの法線とのなす角度が減少した状態で、出射面4cに向かう。
そして、第1面10aにより反射された光は、出射面4cの法線となす角度ψ2が臨界角より小さくなっていると、図6において点X1に示すように、この出射面4cから出射される。
出射面4cに対する第1面10aの傾斜角度α1は、0.5°乃至50°であることが好ましい。
なお、第2面10bは、第1面10aのような反射作用を有さないので、導光板4における反射作用の観点からは、出射面4cに対する傾斜角度ができるだけ大きいことが望ましい。しかし、導光板4を射出成形する際の型抜きを容易とする観点から、第2面10bの出射面4cに対する傾斜角度は、90°以下が望ましい。第2面10bの出射面4cに対する傾斜角度は、さらに好ましくは30°乃至90°であり、さらに好ましくは35°乃至88°である。
また、図5Aに示すように、反射溝10間に平面部がない場合には、隣接する反射溝10の間の間隔pは、一定の間隔とすることができる。この間隔pは、好ましくは1μm乃至100μmであり、さらに好ましくは2μm乃至80μmであり、さらに好ましくは5μm乃至60μmである。
なお、隣接する反射溝10の間の間隔pを一定にすると、液晶表示部2の液晶セル9との干渉によって、モアレ縞が生ずることがある。したがって、この間隔pは、意図的にランダムに設定するようにしてもよい。
また、図5Bに示すように、反射溝10間に平面部がある場合には、隣接する反射溝10間の間隔p´は、出射光分布が均一となるように、発光ダイオード3(光源)からの距離に応じて、場所ごと変えてもよい。あるいは、間隔p´を一定とし、反射溝10(または、反射隆起部)の幅pを、発光ダイオード3からの距離に応じて場所ごとに変えてもよい。この場合には、反射溝10の深さ(または、反射隆起部の高さ)が、場所ごとに変化することとなる。
このような構成により、図6に示すように、発光ダイオード3から導光板4の入射面4aに入射した光は、出射面4cの法線に対してなす角度が臨界角となるまでは、出射面4cと反射面4bとの間を内面全反射を繰り返しながら、導光板4の内部を進むこととなる。
そして、出射面4cには、異方性を有する異方性拡散パターンとしてのホログラムが形成されている。このホログラムは、3次元的に形成されたホログラムと区別するためにサーフェスレリーフホログラムと称されるものである。
図7は、導光板4の出射面4cに形成されたホログラムの詳細を示す拡大図であり、ホログラムを200倍に拡大した拡大図である。
図8は、導光板4の出射面4cに形成されたホログラムの詳細を示す拡大図であり、図7よりもさらに拡大した拡大図である。
図7及び図8に示すように、ホログラム19は、200倍程度以上に拡大して見た場合、入射面4aから入射面4aと対抗する面に向かう方向に沿って伸びる線状(あるいは非常に細い楕円状)の多数のランダムスペックル、または、ランダムスペックル領域19aを有している。このランダムスペックル領域19aは、例えば、他の領域に比べて透過率が高いか、または、低い領域であり、ランダムな溝、あるいは、凹凸によって形成されている。このランダムスペックル領域19aは、その形状及び位置が、ホログラム19の全体において、一定では無く、ランダム性を有している。
後述するように、線状のランダムスペックル領域19aにより、ホログラム19に入射した光は、入射面4aから入射面4aと対抗する面に向かう方向と比較して、これと直交する方向に強く拡散される。各方向の拡散角度の比率(拡散比)は、ランダムスペックル領域19aの長軸及び短軸の寸法によって決定される。
また、ランダムスペックル領域19aのランダム性により、ホログラム19への入射光は、ランダムな方向へ散乱、あるいは、透過される。したがって、このホログラム19は、ディフューザとしての機能も有している。
図9Aは、ホログラムの作用を説明する図であって、導光板4の出射面4cの点P1から出射された光の強度の角度依存性を示す平面図である。
図9Bは、ホログラムの作用を説明する図であって、導光板4の出射面4cの点P1から出射された光の強度分布を立体的に示す斜視図である。
導光板4の出射面4c上の任意の点P1から出射された光は、図9A及び図9Bに示すように、出射面4cに形成されたホログラム19によって、楕円E1で示すように、ランダムスペックル領域19aの長軸方向に沿ったr方向に比較して、ランダムスペックル領域19aの短軸方向に沿ったθ方向に強く拡散される。すなわち、このホログラム19は、出射面4cから出射される光を前記r方向に比較してθ方向へ大きく拡散させて透過する。
この導光板4においては、ホログラム19の異方性拡散作用により、θ方向における一様な出射光の強度分布が実現される。そのため、この導光板4においては、出射面4cからの出射光における輝線の出現が防止される。
なお、図9A及び図9B中の点C1は、参考のために、出射面4cに等方的拡散素子を設けた場合に点P1から出射された光の強度分布を示す。この場合、出射面から出射された光は、円C1で表される等方的強度分布を有する。
図10Aは、導光板4からの出射光の強度分布を示すグラフであって、r方向における出射光の強度分布を示すグラフである。
図10Bは、導光板4からの出射光の強度分布を示すグラフであって、θ方向における出射光の強度分布を示すグラフである。
導光板4からの出射光は、図10A及び図10Bに示すように、r方向と比較してθ方向に強く拡散され、θ方向における拡散角Φθの半値幅Φθ0は、r方向における拡散角Φrの半値幅Φr0よりも十分に大きい(Φθ0>>Φr0)。
r方向における拡散角Φrの半値幅Φr0は、0°<Φr0≦5°の範囲が好ましく、0°<Φr0≦1°の範囲であることがより好ましい。一方、θ方向における拡散角Φθの半値幅Φθ0は、5°≦Φθ0≦70°の範囲が好ましく、5°≦Φθ0≦30°の範囲であることがより好ましく、5°≦Φθ0≦10°の範囲であることがより好ましい。
また、θ方向における拡散角Φθの半値幅Φθ0と、r方向における拡散角Φrの半値幅Φr0との比は、3≦(Φθ0/Φr0)≦180の範囲であることが好ましい。
図11は、導光板4の出射面4cに等方的拡散素子を設けた場合に、この出射面4cからの出射光に出現する輝線を示す平面図である。
導光板4の出射面4cに等方的拡散素子を設けた場合には、反射面4bにおける連続する反射溝10によって反射された光は、図11に示すように、視点V0に到達する多数の経路を有する。したがって、視点V0から導光板4を見たとき、発光ダイオード3と視点V0とを結ぶ線上に、輝線BLが現れる。
前述した本実施形態の導光板4においては、出射面4cに形成されたホログラム19が、前述のr方向に比較してθ方向に強く異方的に光を拡散する。したがって、視点V0から導光板4(光源方向)を見たとき、視点V0に向かう光線強度が抑制され、輝線BLの出現が防止される。
また、本実施形態の導光板4においては、r方向における出射光の拡散角が抑制されることにより、ディフューザとしてのホログラム19によるr方向の臨界角の変動が抑制され、出射角の一様性が保持される。
〔3〕ホログラムの製造装置の概略構成
ここで、導光板4に設けるホログラム19を製造する装置について説明する。
ここで、導光板4に設けるホログラム19を製造する装置について説明する。
図12は、ホログラム19の製造装置の概略構成を示す斜視図である。
この装置は、図12に示すように、+Z方向(光軸方向)に所定波長のレーザ光Lを出射するレーザ光源(図示せず)と、±X方向(光軸に直交する方向)に、例えば1mm幅程度のスリット状の第1開口101aを有する第1遮蔽板101と、+Y方向(光軸及びX方向に直交する方向)に開いた三角形状の第2開口102aを有する第2遮蔽板102と、−Y方向に開いた三角形状の第3開口103aを有する第3遮蔽板103とを有し、レーザ光源から発せられたレーザ光が、第1開口101a、第2開口102a及び第3開口103aを順次通過するようになっている。
第3開口103aを通過したレーザ光Lは、例えばフォトポリマーからなる感光性フィルム104に照射される。この感光性フィルム104は、テーブル105により、固定及び回転が可能に支持されている。また、テーブル105は、支持部材106により、光軸L0を中心に回転可能に支持されている。さらに、支持部材106は、第1スライダ107により、固定及び支持されている。第1スライダ107は、第2スライダ108により、±Z方向にに移動可能に支持されている。また、第2スライダ108は、基台109により、±Y方向に移動可能に支持されている。
なお、第2及び第3遮蔽板102,103間には、適宜の集束レンズ(図示せず)が設けてある。また、第1開口101aには、レーザ光Lを拡散させて透過させる磨りガラスの如きディフューザが設けてある。
第1及び第2開口101a,102aの組み合わせは、レーザ光Lに対して、所定長さを有する線状開口(あるいは、細長矩形開口)として作用する。すなわち、この線状開口(あるいは、細長矩形開口)は、第1開口101aの幅を短辺とし、第2開口102aが第1開口101aと重なる±X方向の距離を長辺としたものとなる。そして、基台109に対して第2スライダ108を±Y方向へ移動することにより、あるいは、、第2スライダ108に対して第2遮蔽板102を±Y軸方向へ移動することにより、線状開口の長さを変更することができる。
第1及び第2開口101a,102aからなる線状開口(あるいは、細長矩形開口)を通過して感光性フィルム104に照射されるレーザ光Lは、略々、それぞれの断面形状が横長の線状形状(または、細長楕円形状)を有する複数のスペックルを備えた光ビームとなっている。
そして、第3遮蔽板103は、線状開口を通過したレーザ光Lのうち、第3開口103aに位置するレーザ光Lを通過させる。したがって、感光性フィルム104の位置には、第3開口103aを通過したレーザ光Lによる光スポットが形成される。
図13は、ホログラム19の作成において、感光性フィルム104上に形成される光スポットの形状を示す正面図である。
前述のホログラムの製造装置において、支持部材106に対してテーブル105を回転させることにより、図13に示すように、感光性フィルム104上の所望の円周方向位置β1に、レーザ光Lによる光スポットを形成することができる。
また、基台109に対して第2スライダ108を±Y方向へ移動させることにより、図13に示すように、感光性フィルム104上の所望の半径方向位置r1に、レーザ光Lによる光スポットを形成することができる。
したがって、テーブル105を所望位置へ回転させるとともに、支持部材106を所望のY方向位置へ位置決めすることにより、図13に示すように、感光性フィルム104上の所望領域104aに、レーザ光Lによる光スポットを形成することができる。
ところで、レーザ光Lは、第1開口101aを透過するとき、ディフューザによって拡散される。ディフューザによって拡散されたレーザ光Lは、感光性フィルム104において、多数のランダムな略楕円状(あるいは、線状)の輝点を発生させる。これら輝点が、感光性フィルム104において、ランダムスペックルを形成することとなる。
これらランダムスペックルの短軸及び長軸の平均寸法の比率は、第1及び第2開口101a,102aからなる線状開口(あるいは、細長矩形開口)の長辺及び短辺の寸法の比率に対応している。また、ランダムスペックルの長軸と、線状開口(あるいは、細長矩形開口)の長辺の方向は、互いに直交する。より具体的には、線状開口(あるいは、細長矩形開口)の長辺及び短辺がL,Wであるとすると、ランダムスペックルの短軸及び長軸の平均寸法は、λh/L,λh/Wとなる。ここで、λはレーザ光Lの波長であり、hは第1開口101aと感光性フィルム104との距離である。
したがって、図13に示すように、感光性フィルム104の所望領域104aに対して、ディフューザで拡散されたレーザ光Lを照射することにより、この所望領域104aにおいて、多数のランダムスペックルを形成することができる。これらランダムスペックルは、感光性フィルム104が光軸L0と交わる点を略々中心とする円の半径方向に伸びる線状形状、または、細長楕円形状を有する。
そして、ランダムスペックルの輝点部分には、窪みが形成され、この窪みがレリーフ型スペックルパターンとなる。このようなレリーフ型スペックルパターンが多数形成された材料は、透過光を拡散させることができる。
ホログラム19の製造に当たっては、感光性フィルム104上の各所望領域104aに対して露光を繰り返して多重露光を行い、感光性フィルム104の全体を露光する。露光した感光性フィルム104を現像すると、スペックルが凹凸によって形成されたマスターホログラムが得られる。このようにして作製したマスターホログラムの電鋳型をとってロール金型とし、このロール金型を用いてロール転写を行うことによって、導光板4の出射面にホログラム19を一体成型することができる。
〔4〕偏向シートの構成
図14は、導光板4及び偏向シート7を有する面光源装置1の一部を示す断面図である。
図14は、導光板4及び偏向シート7を有する面光源装置1の一部を示す断面図である。
面光源装置1において、導光板4の出射面4cから出射された光は、図14に示すように、出射面4cとのなす角度γ1,γ2が小さい成分の光L1,L2を含んでいる。
この導光板4からの出射光が入射される偏向シート7を用いる場合には、この偏向シート7は、平坦な上面7bと平坦ではない下面7cを有しており、導光板4の出射面4cとのなす角度が小さい光L1,L2が下面7cから入射されると、上面7bと大きな角度をなす光L1´,L2´に偏向させて出射する。
このようにして、偏向シート7は、液晶表示部2に向けて出射される光の正面強度を向上させる。
図15は、偏向シート7の構成を示す平面図である。
偏向シート7は、例えば、ポリメチルメタクリレート(Polymethylmethacrylate:PMMA)、ポリオレフィン(polyolefin)、または、ポリカーボネイト(Polycarbonate:PC)のような、透明な材料からなり、上面7bに対向する下面7cには、図15に示すように、複数のプリズム状の構造をなす形状を有している。これらプリズム状形状の稜線7aは、直線状、あるいは、曲線状に連続している。この偏向シート7は、導光板4の反射面4bに形成された直線状、あるいは、曲線状の反射溝10に対して、プリズム状形状の稜線7aを略々平行か、または、所定角度の傾きを有する方向として、導光板4の出射面4c上に設置される。
なお、偏向シート7の下面7cを導光板4側とは反対方向(上方側)に向けて配置した場合にも、この下面7cのプリズム状形状の頂角を適切に選択することにより、液晶表示部2に向けて出射される光の正面強度を向上させることができる。
〔5〕偏光変換シートの構成
図16は、偏光変換シート6を有する液晶表示装置の一部の構成を示す斜視図である。
図16は、偏光変換シート6を有する液晶表示装置の一部の構成を示す斜視図である。
偏光変換シート6に用いられる材料としては、ポリカーボネイト(Polycarbonate:PC)、ポリエーテルスルフォン(poly ether sulfone:PES)、ポリメチルメタクリレート(Polymethylmethacrylate:PMMA)、脂環式ポリオレフィン(cycloaliphatic polyolefin)などが挙げられる。
図16においては、偏光変換シート6を透過する前後における光の偏光成分の最大及び最小方向を矢印で示している。すなわち、図16は、導光板4から出射された光の偏光成分の最大方向は、y軸に対してδ1°傾いており、偏向シート7から出射された光の偏光成分の最大方向は、y軸に対してδ2°傾いている場合を示している。
ここで、偏光変換シート6を配置しないとすると、偏向シート7から出射された偏光のうち、y軸からδ°傾いた方向の成分のみが、偏光板8を透過することとなる。このようにして偏光板8を透過する光の光度をI1(カンデラ)とする。
そして、偏光変換シート6を配置した場合には、この偏光変換シート6により、偏光成分の最大方向が偏光板8の光線透過軸方向8aに一致する方向となされ、その結果、偏光板8を透過する光の光度I2(カンデラ)を前記I1(カンデラ)より増加させることができる。また、偏光変換シート6は、偏向シート7から出射された光について、偏光成分の最大方向の光量の偏光成分の最小方向の光量に対する比率を上昇させる。すなわち、偏光変換シート6を配置することにより、より明るい液晶表示を得ることができる。
具体的には、偏光変換シート6として、例えば、λ/4(四分の一波長)位相差板やλ/2(二分の一波長)位相差板(以下、位相差板と述べる)を配置し、この位相差板に対する垂線を軸としてこの位相差板を回転させることにより、偏光板8を透過する光の強度が上昇するような位相差板の配置角度を探すことができる。
偏光変換シート6としては、λ/4位相差板やλ/2位相差板の他に、図16に示すように、面内の任意の一方向aにおける屈折率と、この一方向aとは異なる面内の他方向bにおける屈折率とが異なっているものであれば、利用できる。
また、この偏光変換シート6は、面内の任意の一方向については、面内のどの位置においても、屈折率が一様であることが好ましい。面内の任意の一方向における屈折率が面内の位置によって異なり、最大値n1と最小値n2を有する場合には、|n1−n2|<0.01であることが好ましく、より好ましくは、|n1−n2|<0.005であり、より好ましくは、|n1−n2|<0.001である。このような偏光変換シート6を用いることにより、輝度ムラの少ない面光源装置1を構成することができる。
なお、前述したように、図16中に矢印rで示すように、偏光変換シート6に対する垂線cを軸として偏光変換シート6を回転させても、偏光板8を透過する光の強度が上昇しない場合には、偏光変換シート6の材料、厚み、製法などを変更したのちに、前述と同様に、偏光板8を透過する光の強度が上昇するような偏光変換シート6の配置角度を探すとよい。
偏光変換シート6を透過した光が、偏光板8の光線透過軸8a方向の直線偏光となっていれば、光利用効率が最大となる。偏光変換シート6を透過した光が直線偏光となっていなくとも、偏光の最大強度と最小強度の比が大きければ大きいほど直線偏光に近くなり、光利用効率を高くすることができ、好ましい結果を得ることができる。
また、導光板4や偏向シート7の設計変更などにより、出射光の偏光状態が変わった場合や、偏光板8の向きを変更した場合には、偏光変換シート6の複屈折、厚み、あるいは、延伸方向の向きなどを変化させることにより、偏光変換シート6を透過した後の光の偏光状態を調整することができる。
なお、偏光変換シート6は、複屈折の波長分散が小さいほうが、白色の演色性がよくなり、好ましい結果を得ることができる。また、液晶表示装置の薄型化を図るためには、偏光変換シート6の複屈折は、1×10−5以上が好ましく、より好ましくは、1×10−4以上である。
〔6〕拡散板を用いた構成
図17は、拡散板を偏光変換シート6と偏光板8との間に配置した構成を示す斜視図である。
図17は、拡散板を偏光変換シート6と偏光板8との間に配置した構成を示す斜視図である。
図18は、拡散板を偏向シート7と偏光変換シート6との間に配置した構成を示す斜視図である。
図19は、拡散板を導光板4と偏向シート7との間に配置した構成を示す斜視図である。
液晶表示装置の視野角を広げる等のために、拡散板を用いる場合には、図17に示すように、拡散板11を偏光変換シート6と偏光板8との間に配置したり、または、図18に示すように、拡散板11を偏向シート7と偏光変換シート6との間に配置したり、あるいは、図19に示すように、拡散板11を導光板4と偏向シート7との間に配置することにより、明るい液晶表示を得ることができる。
〔7〕偏光変換シートに代わる光学シートを用いた構成
図20Aは、偏光変換シートに代わる光学シート(a)を用いた構成を示す断面図である。
図20Aは、偏光変換シートに代わる光学シート(a)を用いた構成を示す断面図である。
図20Bは、偏光変換シートに代わる光学シート(b)を用いた構成を示す断面図である。
図20Cは、偏光変換シートに代わる光学シート(c)を用いた構成を示す断面図である。
図20Dは、偏光変換シートに代わる光学シート(d)を用いた構成を示す断面図である。
図20Eは、偏光変換シートに代わる光学シート(e)を用いた構成を示す断面図である。
この液晶表示装置においては、図20Aに示すように、前述のような偏光変換シート6に代えて、偏光変換シート6の片面に光を拡散させるパターン12を形成した光学シート(a)13を用いることもできる。
この場合には、別途の拡散板11を用いる必要がなく、部品点数を減らすことができ、また、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
なお、光を拡散させるパターン12は、偏光変換シート6の導光板4側に形成してもよいし、偏光板8側に形成してもよい。
また、この液晶表示装置においては、図20Bに示すように、前述のような偏光変換シート6及び偏向シート7に代えて、偏光変換シート6の片面に断面が略三角形のプリズム14が複数形成された光学シート(b)15を用いることもできる。
図21は、光学シート(b)15を有する液晶表示装置の構成を示す斜視図である。
図22は、光学シート(b)15の作用を示す斜視図である。
この光学シート(b)15は、図21に示すように、導光板4と偏光板8との間に配置して使用することができる。
この光学シート(b)15は、図22に示すように、導光板4から出射された光の偏光成分の最大方向がy軸に対してδ1°傾いているときに、偏光成分の最大方向を偏光板8の光線透過軸方向8a(y軸に対してδ°)に一致する方向として透過させ、より明るい液晶表示を得ることができるようにする。
また、図21において、光学シート(b)15に代えて、図20Dに示すように、プリズム14を形成した面とは異なる面に光を拡散させるパターン12を形成した光学シート(d)17を用いることもできる。
この場合には、別途偏向シート7及び拡散板11を用いる必要がなくなり、部品点数を減らすことができ、また、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
図23は、光学シート(c)16を有する液晶表示装置の構成を示す斜視図である。
前述の光学シート(b)15は、図23に示すように、断面楔形状の凹凸(突条)が狭い間隔で形成され回折格子の機能を有する図20Cに示す光学シート(c)16に代えてもよい。
この場合のプリズム14間の間隔は、2μm乃至40μmが好ましく、より好ましくは、2μm乃至20μmであり、より好ましくは、2μm乃至7μmである。さらに、プリズム14の断面形状は、不等辺三角形としてもよい。
この光学シート(c)16を用いることにより、偏向シート7を用いる必要がなくなり、部品点数を減らすことができ、また、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
なお、図23において、光学シート(c)16として、ポリエチレンテレフタレート(Polyethyleneterephthalate:PET)からなるフィルム上に回折格子を形成したものを使用した場合には、回折格子の形状によっては、フィルム内の複屈折の状態に依らずに、特定方向に偏光の最大強度が現れる場合がある。この場合には、光学シート(c)16の偏光板8側に、さらに、偏光変換シート6を配置することにより、偏光板8の光線透過軸8a方向の光強度を強くすることができる。
また、図23において、光学シート(c)16に代えて、図20Eに示すように、プリズム14を形成した面とは異なる面に光を拡散させるパターン12を形成した光学シート(e)18を用いることもできる。
この場合には、別途偏向シート7及び拡散板11を用いる必要がなくなり、部品点数を減らすことができ、また、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
〔8〕偏向シートを不要とした構成
図24は、偏向シート7を不要とした導光板4の構成を示す断面図である。
図24は、偏向シート7を不要とした導光板4の構成を示す断面図である。
この液晶表示装置の導光板4において、図24に示すように、反射溝10の第1面10aの出射面4cに対する傾斜角度α1が40°乃至50°である場合には、この第1面10aによって反射された光をそのまま液晶表示部2に入射させることができる。
すなわち、この場合には、発光ダイオード3から出射された光の多くは、直接反射溝10の第1面10aで反射されるか、または、導光板4の出射面4cで一度反射したのちに反射溝10の第1面10aで反射されて、導光板4の出射面4cから、z軸に略々平行に出射することとなる。
図25は、偏向シートを不要とした液晶表示装置の構成を示す斜視図である。
この場合には、図25に示すように、偏向シート7は不要となり、部品点数を減らすことができ、また、液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
図26は、偏向シートを不要とし、拡散板を偏光変換シート6と偏光板8との間に配置した構成を示す斜視図である。
図27は、偏向シートを不要とし、拡散板を導光板4と偏光変換シート6との間に配置した構成を示す斜視図である。
また、この場合には、拡散板11は、用いても用いなくともよい。しかし、液晶表示の視野角を広げたり、輝度むらを減少させるためには、図26に示すように、拡散板11を偏光変換シート6と偏光板8との間に配置したり、または、図27に示すように、拡散板11を導光板4と偏光変換シート6との間に配置することが好ましい。
また、図26及び図27において、偏光変換シート6及び拡散板11に代えて、図20Aに示すように、偏光変換シート6の片面に光を拡散させるパターン12が形成された光学シート(a)13を用いることもできる。ここで、光学シート(a)13における光を拡散させるパターン12は、偏光変換シート6の導光板4側に形成してもよいし、偏光板8側に形成してもよい。
図28は、偏向シートを不要とした場合における偏光変換シート6の作用を示す斜視図である。
このように、偏向シート7を不要とした場合においても、図28に示すように、偏光変換シート6は、導光板4から出射された光の偏光成分の最大方向がy軸に対してδ1°傾いており、拡散板11から出射された光の偏光成分の最大方向がy軸に対してδ3°傾いているときに、偏光成分の最大方向を偏光板8の光線透過軸方向8a(y軸に対してδ°)に一致する方向として透過させ、より明るい液晶表示を得ることができるようにする。
なお、この場合においても、偏光変換シート6は、複屈折の波長分散が小さいほうが、白色の演色性がよくなり、好ましい結果を得ることができる。
なお、前述した実施の形態は、それぞれ本発明の一具体例を示すものであり、本発明は、これら実施の形態に限定されるものではない。本発明は、本発明の範囲を逸脱しない限り、携帯電話機やゲーム機器、電子手帳など種々の対象における液晶表示装置として適用することができる。また、本文中に示した数値は一例に過ぎず、本発明は、これら数値に限定されるものではない。
この液晶表示装置において、導光板4から出射される光が完全な無偏光状態(ランダム偏光状態)である場合には、理論上、複屈折を有するフィルムを偏光変換シート6として配置しても、偏光状態の変化は生じないこととなる。よって、この場合には、本発明による効果は得られない。
しかしながら、偏向シート7を用いている場合は、特に、導光板4内での反射は、臨界角付近における反射も多く、P波の出射光が多くなり、S波の出射光は減少しやすい。その結果、導光板4から出射する光は、何らかの偏りをもった偏光状態になりやすい。この傾向は、特に、導光板4の一側面にのみ光源が配置されている場合に顕著となる。
このように、導光板4から出射する光が偏りをもっている場合に、前記〔表1〕に示すように、本発明による効果が得られることとなる。この〔表1〕において、「最大方向輝度」は、導光板4から出射された光において偏光成分が最大である方向の成分の輝度であり、「最小方向輝度」は、導光板4から出射された光において偏光成分が最小である方向の成分の輝度である。また、「最大方向角度」は、導光板4から出射された光において偏光成分が最大である方向の、前述の実施の形態におけるy軸(光源からの光の入射方向に直交する方向)に対する角度である。この〔表1〕におけるその他の「方向(°)」の記載は、全てy軸に対する角度である。
なお、導光板4から出射される光の偏光状態を決定する要因は複雑であり、全てを解析することは困難である。すなわち、導光板4からの出射光の偏光状態は、導光板4の材料、形状、大きさや、光源の種類、配置などによって変化するため、実際には、作製した導光板4の一つ一つに対して、各種の複屈折を有するフィルムを偏光変換シート6として用いた場合の表示画像の輝度を測定しなければ、効果の大小は分からないともいえる。また、導光板4の状態によっては、偏光変換シート6を用いても、表示画像の輝度がほとんど上昇しない場合もありうる。
そこで、実際には、以下の手順により、偏光変換シート6の配置角度(配置条件)を決めると良い。すなわち、まず、偏向シート7から出射した光を輝度計で測定する。そして、この輝度計と偏向シート7の間に、偏光板を配置する。この偏光板の透過軸方向8aは、偏向シート7からの出射光に対して、偏光変換シート6を経た光が入射される偏光板8と同じ向きにする。このような測定系において、偏向シート7と偏光板の間に偏光変換シート6を配置して、面に垂直な方向を軸にしてこの偏光変換シート6を回転させ、輝度計の読み取り値が最大になる位置を探すことにより、偏光変換シート6の配置方向を決定することができる。
このようにして、この面光源装置1における偏光変換シート6の配置条件が一度決まれば、この面光源装置1の量産時には、偏光変換シート6の配置条件を全て同一にすることにより、ほぼ同一の効果が得られる。
本発明は、2枚の基板間に液晶を封入した液晶セル及び偏光板と、光源及び導光板とを備えた液晶表示装置に使用される偏光変換シート及び面光源装置に適用される。
3 発光ダイオード
4 導光板
4a 入射面
4b 反射面
4c 出射面
5 反射板
6 偏光変換シート
7 偏向シート
7a 稜線
7b 上面
7c 下面
8 偏光板
8a 光線透過軸
9 液晶セル
10 反射溝
10a 第1面
10b 第2面
11 拡散板
12 拡散パターン
13 光学シート(a)
14 プリズム
15 光学シート(b)
16 光学シート(c)
17 光学シート(d)
18 光学シート(e)
19 ホログラム
19a スペックル
4 導光板
4a 入射面
4b 反射面
4c 出射面
5 反射板
6 偏光変換シート
7 偏向シート
7a 稜線
7b 上面
7c 下面
8 偏光板
8a 光線透過軸
9 液晶セル
10 反射溝
10a 第1面
10b 第2面
11 拡散板
12 拡散パターン
13 光学シート(a)
14 プリズム
15 光学シート(b)
16 光学シート(c)
17 光学シート(d)
18 光学シート(e)
19 ホログラム
19a スペックル
Claims (5)
- ポリカーボネイト、ポリエーテルスルフォン、ポリメチルメタクリレート、または、脂環式ポリオレフィンのいずれかの材料からなる複屈折を有するフィルムからなり、前記フィルムの一方の主面に複数のプリズムが形成されており、これらプリズムは、断面形状が略三角形となっている
ことを特徴とする偏光変換シート。 - 前記フィルムが位相差板である
ことを特徴とする請求項1記載の偏光変換シート。 - 前記複数のプリズムが回折格子の機能を有する
ことを特徴とする請求項1、または、請求項2記載の偏光変換シート。 - 前記偏光変換シートの他方の主面に、光を拡散させて出射する拡散パターンが形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一に記載の偏光変換シート。 - 光源と、
前記光源からの光が入射する入射面と、この入射面から入射した入射光が反射、または、透過する反射面と、前記入射面から入射した光を出射する出射面とを少なくとも有する導光板と、
前記導光板の前記反射面側に配置され、前記反射面を透過した光を反射して前記導光板に戻す反射板と、
請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の偏光変換シートと
を備え、
前記導光板の前記出射面側に前記偏光変換シートのプリズムが形成されている面を向けて配置して構成される
ことを特徴とする面光源装置。
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