JP3303278B2 - 偏光面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、光利用効率に優れる偏光
面光源装置、及び明るさに優れて良視認性の液晶表示装
置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、側面からの入射光を上下面の一方よ
り出射するサイドライト型の導光板の光出射面に、偏光
板を介して液晶セルを配置した液晶表示装置が知られて
いた。しかしながら、特定の振動面をもつ直線偏光のみ
を透過して他の光は吸収する偏光板の特性に基づき、液
晶セルに入射させて表示に利用しうる光量が導光板出射
光の４５％程度で理論的にも５０％を超えることがな
く、光の利用効率に乏しくて液晶表示装置等の輝度向上
を阻害する問題点があった。

【０００３】一方、自然光より直線偏光を取り出す素子
としては、誘電体の薄膜を重畳した多層膜を介してブリ
ュースター角により自然光を直線偏光からなる反射光と
透過光に分離するようにした直線偏光分離素子や、複屈
折性誘電体の薄膜を重畳した多層膜を介して自然光を直
線偏光からなる反射光と透過光に分離する直線偏光分離
素子が知られていた。

【０００４】

【発明の技術的課題】本発明は、前記の直線偏光分離素
子を利用して導光板出射光の５０％以上を有効利用でき
て光の利用効率に優れ、輝度に優れる液晶表示装置等を
形成しうる偏光面光源装置の開発を課題とする。

【０００５】

【課題の解決手段】本発明は、側面からの入射光を上面
より出射し、下面側に反射層を有する導光板と、１／４
波長板と、自然光を直線偏光からなる反射光と透過光に
分離する直線偏光分離層を少なくとも有する重畳体から
なり、かつ前記の１／４波長板が式：−１≦Ｎｚ≦１．
５を満足して、それが導光板と直線偏光分離層との間に
位置することを特徴とする偏光面光源装置、及びその偏
光面光源装置の光出射側に液晶セルを配置したことを特
徴とする液晶表示装置を提供するものである。なお前記
のＮｚは、面内の最大屈折率をｎx、それに直交する方
向の屈折率をｎy、及び厚さ方向の屈折率をｎzとしたと
き、（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）にて算出される。

【０００６】

【発明の効果】本発明の偏光面光源装置によれば、直線
偏光分離層にて反射された直線偏光も当該直線偏光分離
層を透過する直線偏光として利用することができる。す
なわち本発明による偏光面光源装置では、導光板より出
射した光が直線偏光分離層を介し直線偏光からなる反射
光と透過光に分離され、その透過光は直線偏光分離層よ
り出射される。

【０００７】一方、前記直線偏光分離層による反射光は
導光板に戻され下面側の反射層を介し反射され、かつそ
の際の反射反転により直線偏光の振動面が変換されて直
線偏光分離層を透過しうる直線偏光となり、直線偏光分
離層に再入射して透過する。その結果、当初の透過光に
当該反射光の反転再入射光が加算された状態の出射光が
得られて光の利用効率が向上する。

【０００８】前記において、直線偏光分離層による反射
光を１／４波長板を透過させることにより直線偏光の振
動面の統一に有効なためか、有効利用できる光量が増大
してより光の利用効率が向上する。その結果、導光板よ
り出射した光の５０％以上を有効利用できる直線偏光と
して得ることができて光の利用効率に優れ、輝度に優れ
て良視認性の液晶表示装置を形成することができる。ま
た前記Ｎｚ特性を満足する１／４波長板の使用にて、透
過光の着色を防止することができる。

【０００９】

【発明の実施形態】本発明の偏光面光源装置は、側面か
らの入射光を上面より出射し、下面側に反射層を有する
導光板と、１／４波長板と、自然光を直線偏光からなる
反射光と透過光に分離する直線偏光分離層を少なくとも
有する重畳体からなり、かつ前記の１／４波長板が面内
の最大屈折率をｎx、それに直交する方向の屈折率をｎ
y、及び厚さ方向の屈折率をｎzとしたとき、式：−１≦
（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）≦１．５を満足して、それ
が導光板と直線偏光分離層との間に位置するものであ
る。その例を図１、図２に示した。１が導光板、２が１
／４波長板、３が直線偏光分離層であり、４は必要に応
じての拡散層である。

【００１０】導光板としては、側面からの入射光を上面
より出射する適宜なものを用いうる。かかる導光板は、
例えば透明又は半透明の樹脂板の上面（光出射面）又は
下面にドット状やストライプ状に拡散体を設けたもの
や、樹脂板の下面に凹凸構造、就中、プリズムアレイか
らなる凹凸構造を付与したものなどとして得ることがで
きる。従って導光板は通例、上面、それに対向する下
面、及び上下面間の少なくとも一側端面からなる光入射
側面を有する板状物からなる。板内の伝送光を拡散や反
射、回折や干渉等により板の上面側に出射するようにし
た、液晶表示装置で公知のサイドライト型バックライト
などにおける導光板はその例である。

【００１１】光の利用効率に優れて明るい偏光光源を得
る点などよりは、下面に光入射側面に沿う方向のプリズ
ム状凹凸を周期的に有する導光板が好ましく用いうる。
その例を図３（ａ）〜（ｃ）に示した。またプリズム状
凹凸の例を図４（ａ）〜（ｃ）に示した。図３におい
て、２１が上面、２２，２６，２７が下面、２３が光入
射側面、２４が横側面、２５が光入射側面２３に対向す
る側端部である。また図４において、２８，２９は凸
部、３０は凹部であり、３２，３５，３６が上り斜面、
３１，３３（３４），３７が対向面である。

【００１２】上下面及び上下面間の光入射側面を有して
導光板を形成する前記の板状物は、同厚板等でもよい
が、好ましくは図例の如く、光入射側面２３に対向する
側端部２５の厚さが光入射側面のそれよりも薄いもの、
就中５０％以下の厚さとしたものである。

【００１３】当該対向側端部の薄厚化により、図４
（ａ）に示した太矢印の如く、光入射側面より入射した
光が伝送端としての当該対向側端部に至るまでに、下面
の上り斜面に効率よく入射し、その反射を介し上面より
出射して入射光を目的面に効率よく供給でき、また導光
板を軽量化することができる利点などがある。ちなみ
に、下面が図３（ａ）の如き直線面の場合、均一厚の導
光板の約７５％の重量とすることができる。

【００１４】前記板状物の下面に設けられるプリズム状
凹凸は、光入射側面に沿う方向の斜面にて凸部又は凹部
として周期的に形成される。なお凸部又は凹部は、その
凸部又は凹部を形成する斜面の下面との交点を結ぶ直線
２０に基づき、斜面の交点（頂点）が当該直線よりも突
出しているか（凸）、窪んでいるか（凹）による。

【００１５】また前記の凸部又は凹部を形成する斜面
は、下面との交点と頂点を結ぶ直線に基づいて上り斜面
とその対向面とからなるものとされる。これにより、上
り斜面に直接入射する伝送光に加えて、対向面に入射し
てその反射を介し上り斜面に入射する伝送光もその上り
斜面を介した反射にて出射面に供給することができ、そ
の分の光利用効率の向上をはかりうる。前記の上り斜面
は、光源から遠ざかる方向に上り傾斜する斜面であるこ
とによる。なお対向面は通例、光源から遠ざかる方向に
下り傾斜する斜面か、水平面とされる。

【００１６】プリズム状凹凸を設ける導光板の面は通
例、上記した如く傾斜面とされるが、その傾斜形状は任
意であり、図３（ａ）に例示の如き直線面や、図３
（ｂ），（ｃ）に例示の如き曲面などのように適宜な面
形状とすることができる。直線面でない場合、出射光の
出射方向を均一化する（指向性）点などよりは、プリズ
ム状凹凸を設ける面の全位置で平均傾斜角度より５度以
内の範囲にあることが好ましい。

【００１７】プリズム状凹凸を形成する凸部又は凹部の
形状も、図４（ａ）〜（ｃ）に例示した如く直線状の斜
面で形成されている必要はなく、屈折面や湾曲面等を含
む斜面にて形成されていてもよい。また凸部又は凹部
は、面の全体で凸凹やその形状等が同じである必要はな
く、出射光の垂直性の向上等の点よりは、光入射側から
徐々にその形状や角度が変化する構造が好ましく、特に
上り斜面の導光板上面に対する傾斜角が光伝送方向に、
従って光入射側より後端側に向かって順次大きくなる構
造が好ましい。

【００１８】凸部又は凹部の周期は、出射光におけるス
トライプ状の輝線の間隔に関係し、面全体における明る
さの平均化などの点よりその周期は、５００μm以下、
就中１０〜４００μm、特に５０〜３００μmが好まし
い。

【００１９】一方、凸部又は凹部を形成する上記した上
り斜面は、図４（ａ）に例示の如く導光板上面に対する
傾斜角θ₁が３０〜５０度、就中３５〜４５度であるこ
とが好ましい。かかる傾斜角の範囲とすることにより、
図４（ａ）に折線矢印で例示した如く、直接又は対向面
を介して入射する伝送光をその上り斜面３２を介し出射
面２１に対して垂直に近い角度で反射して、光を効率よ
く出射させることができる。上り斜面の傾斜角が前記範
囲外では垂直方向とのずれが大きくなり、出射光に垂直
に近い指向性をもたせることが困難で、伝送光の出射効
率（利用効率）が低下する場合がある。

【００２０】また凸部又は凹部を形成する上記した対向
面は、図４（ａ）に例示の如くその導光板上面に対する
傾斜角θ₂が１０度以下、就中５度以下、特に２度以下
であることが好ましい。なお図４（ｂ）に例示の如く、
対向面は当該傾斜角が０度であることも許容する。図例
では傾斜角０度の部分３４を部分的に設けてあるが、垂
直面等からなる段差部分を介して上り斜面間の全体が傾
斜角０度の水平面であってもよい。従って本発明におけ
る対向面には傾斜角０度の水平面も含まれる。

【００２１】前記の傾斜角θ₂の範囲とすることによ
り、図４（ａ）に折線矢印で例示した如く、当該傾斜角
より大きい角度で伝送される光が対向面３１に入射して
反射され、その場合に当該対向面の傾斜角に基づいて出
射面２１により平行な角度で反射されて上り斜面３２に
入射し、反射されて出射面より出射する。その結果、上
り斜面に入射する光の入射角を一定化でき、反射角のバ
ラツキを抑制できて出射光の平行光化をはかることがで
きる。

【００２２】従って凸部又は凹部を形成する上り斜面と
対向面の当該傾斜角を調節することにより、出射光に指
向性をもたせることができ、それにより出射面に対して
垂直方向に近い角度で光を出射させることが可能にな
る。なお直線偏光分離層による反射光を効率よく再出射
させる点などより対向面は、その導光板上面に対する投
影面積が上り斜面のそれの５倍以上、就中１０〜３００
倍、特に２０〜１５０倍となるように形成することが好
ましい。

【００２３】導光板における光入射側面の形状について
は、特に限定はなく、適宜に決定してよい。一般には、
上面（出射面）に対して垂直な面とされるが、例えば湾
曲凹形などの光源の外周等に応じた形状として、入射光
率の向上をはることもできる。また、光源との間に介在
する導入部を有する面構造などとすることもできる。そ
の導入部は、光源などに応じて適宜な形状とすることが
できる。

【００２４】導光板の形成には、入射光の波長領域など
に応じてそれに透明性を示す適宜な材料を用いうる。ち
なみに可視光域では、例えばアクリル系やカーボネート
系、セルロース系やビニルアルコール系、アミド系やイ
ミド系、スチレン系やアリレート系、エステル系やスル
ホン系、エーテルスルホン系やエポキシ系等で代表され
る透明樹脂やガラスなどが一般に用いられる。

【００２５】また導光板は、適宜な方法にて形成するこ
とができる。ちなみにその例としては、所定のプリズム
状凹凸を形成しうる面を有する金型やロールによるプレ
ス成形方法、所定のプリズム状凹凸を形成しうる面を有
する金型に加熱溶融させた熱可塑性樹脂又は紫外線ない
し放射線等で重合処理しうる液状樹脂を供給する方法な
どがあげられる。

【００２６】なお導光板は、例えば光の伝送を担う導光
部にプリズム状凹凸を形成したシートを接着したものの
如く、同種又は異種の材料の積層体などとして形成され
ていてもよく、１種の材料による一体的単層物として形
成されている必要はない。従って導光板は、単層形態や
複層形態等の適宜な形態を有するものであってよい。

【００２７】導光板の厚さは、使用目的による導光板の
サイズや光源の大きさなどにより適宜に決定することが
できる。液晶表示装置等に用いる場合の一般的な厚さ
は、その光入射側面に基づき２０mm以下、就中０．１〜
１０mm、特に０．５〜８mmである。

【００２８】導光板の下面には、図例の如く必要に応じ
て反射層１１、好ましくは金属反射層を付設することも
できる。かかる反射層は、プリズム状凹凸等を形成した
下面からの漏れ光の発生を防止して出射効率の向上に有
効である。また直線偏光分離層による反射光の偏光振動
面を変換する手段としても機能する。

【００２９】前記した偏光振動面の変換手段としては、
金属からなる反射層が特に好ましい。かかる金属反射層
によれば、反射時に直線偏光の振動面を効率的に反転さ
せることができ、その偏光変換効率が屈折率相違の界面
を介した全反射や拡散反射による場合よりも優れてい
る。ちなみに金属面に概ね垂直に直線偏光が入射する
と、振動面の反転効率は１００％近い値となり、直線偏
光分離層を透過しうる直線偏光に効率よく変換すること
ができる。

【００３０】前記の偏光変換効率などの点より好ましい
金属反射層は、アルミニウム、銀、金、銅又はクロムな
どからなる高反射率の金属の少なくとも１種を含有する
金属面を有するものである。導光板との密着性に優れる
金属反射層は、バインダ樹脂による金属粉末の混入塗工
層や、蒸着方式等による金属薄膜の付設層などとして形
成することができる。金属反射層の片面又は両面には、
必要に応じ反射率の向上や酸化防止等を目的とした適宜
なコート層を設けることもできる。

【００３１】導光板の光入射側面には通例、図１，２に
例示の如く光源１２が配置される。その光源としては、
適宜なものを用いうるが例えば（冷，熱）陰極管等の線
状光源や、発光ダイオード等の点光源、あるいはその線
状又は面状等のアレイ体などが好ましく用いうる。低消
費電力性や耐久性等の点よりは、冷陰極管が特に好まし
い。

【００３２】偏光面光源装置の形成に際しては、必要に
応じて線状光源からの発散光を導光板の側面に導くため
に光源を包囲する光源ホルダ１３、均等な面発光を得る
ための拡散板４、漏れ光防止用の反射層１１などの適宜
な補助手段を適宜な位置に配置した組合せ体とすること
もできる。

【００３３】光源ホルダとしては、高反射率金属薄膜を
付設した樹脂シートや金属箔などが一般に用いられる。
拡散板の配置は、明暗ムラの発生を防止して明るさの均
等性により優れる偏光面光源装置の形成に有利であり、
出射光の指向性の維持性などの点より拡散角（拡散範
囲）の小さいものが好ましい。

【００３４】なお反射層については、上記した反射層１
１に代えて、あるいはその反射層と共に、導光板の下面
に沿って反射シートを設けることもできる。その反射シ
ートについては、導光板で説明した反射層に準じること
ができ、従って偏光面光源装置では金属反射面を有する
反射シートが好ましく用いうる。

【００３５】１／４波長板は、直線偏光分離層により反
射した直線偏光を円偏光に変換し、それが導光板の下面
側で反射されて再び１／４波長板に入射した際、円偏光
を直線偏光に戻すが、その場合に直線偏光の振動面（偏
光方向）を直線偏光分離層を透過しやすい状態に変換す
るものと考えられる。

【００３６】前記の点より、すなわち当該反射光を直線
偏光分離層を透過しやすい状態に変換する点などより、
１／４波長板は、直線偏光分離層の偏光軸、すなわちそ
の透過光の偏光方向に対して光学軸が３０〜６０度、就
中３５〜５５度、特に４０〜５０度の角度で交差する状
態に配置することが好ましい。従って図１，２に例示の
如く１／４波長板２は、導光板１の上面側における導光
板と直線偏光分離層３との間に配置することが光利用効
率の向上などの点より好ましい。

【００３７】１／４波長板としては、適宜なものを用い
うる。好ましくは少なくとも波長４００〜７００nmの範
囲にある単色光又は所定波長範囲の可視光域に対して１
／４波長板として機能するものが用いられる。１／４波
長板は、適宜な材質からなる位相差層などとして得るこ
とができ、透明で均一な位相差を与えるものが好まし
い。一般には、高分子系素材からなる位相差板が用いら
れる。

【００３８】前記の位相差板の例としては、ポリカーボ
ネート系、ポリエステル系、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
ビニルアルコール系、ポリアリレート系、ポリ塩化ビニ
ル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリアクリル系、ポリア
ミド系、エポキシ系、セルロース系、ポリエチレンやポ
リプロピレンの如きポリオレフィン系等のプラスチック
からなる延伸フィルムや、液晶ポリマーの配向フィルム
などがあげられる。

【００３９】１／４波長板の厚さは、その位相差などに
応じて適宜に決定しうるが、柔軟性や薄型化などの点よ
り１〜５００μm、就中５〜４００μm、特に１０〜３０
０μmの厚さが好ましい。なお発光強度や発光色を広い
視野角で均一に維持する点よりは、１／４波長板の面内
における位相差の誤差が小さいほど好ましい。

【００４０】上記した透過光、特に斜め透過光の着色防
止等の点より１／４波長板としては、（ｎx−ｎz）／
（ｎx−ｎy）＝Ｎｚ（以下同じ）と定義したとき、式：
−１≦Ｎｚ≦１．５を満足するものが用いられる。なお
前記において、ｎxは面内の最大屈折率、ｎyはｎxに直
交方向の屈折率、ｎzは厚さ方向の屈折率を意味する。
厚さ方向の屈折率を制御した位相差板は、例えば熱収縮
性フィルムとの接着下に高分子フィルムを延伸処理した
フィルムなどとして得ることができる。

【００４１】なお上記した所定波長範囲の可視光域に対
して１／４波長板として機能する広帯域型の１／４波長
板は、例えば波長が５５０nmの光の如く特定波長の可視
光に対して１／４波長板として機能する位相差層と、そ
れとは位相差が相違する位相差層との重畳化の如く、位
相差相違の２層以上の位相差層を重畳する方式などの適
宜な方式で形成することができる。広帯域型の１／４波
長板は、利用光の着色化の防止や光の利用効率のより向
上などに有効である。

【００４２】ちなみに前記した広帯域型１／４波長板を
形成するための１／４波長板としては、位相差が１００
〜１８０nm、就中１１０〜１５０の位相差層などがあげ
られ、それを用いる場合には１層以上の奇数層として含
ませることが、１／４波長板機能の広帯域化などの点よ
り好ましい。また前記１／４波長板と組合せる位相差相
違の位相差層としては、２００nm以上の位相差を与える
位相差層、就中１／２波長の位相差を与える位相差層が
１／４波長板機能の広帯域化などの点より好ましいが、
これに限定するものではない。なお２層以上の位相差層
からなる１／４波長板の場合、上記した配置関係におけ
る光学軸は、１／４波長板に基づく。

【００４３】直線偏光分離層としては、上記した如く誘
電体の薄膜を重畳した多層膜を介してブリュースター角
により自然光を直線偏光からなる反射光と透過光に分離
するようにしたものや、複屈折性誘電体の薄膜を重畳し
た多層膜を介して自然光を直線偏光からなる反射光と透
過光に分離するようにしたものなどの適宜なものを用い
うる。従って公知の直線偏光分離素子のいずれも用いう
る。ちなみにかかる直線偏光分離素子には、例えばＤ−
ＢＥＦ（商品名、３Ｍ社製）などの市販品もある。

【００４４】本発明の偏光面光源装置は、図２に例示し
た如くそれに拡散層４等の適宜な光学層の１種又は２種
以上を配置して、種々の重畳形態に形成することができ
る。ちなみに拡散層は、発光（出射光）を平準均一化し
て明暗ムラを抑制することなどを目的とする。

【００４５】拡散層は、導光板と１／４波長板の間や１
／４波長板と直線偏光分離層の間、又は直線偏光分離層
の光透過側などの適宜な箇所に１層又は２層以上配置す
ることができる。なお拡散層の配置は、偏光面光源装置
を液晶セル等に適用した場合に、液晶セル等の画素と発
光周期が干渉してモアレによるギラギラした視認が生じ
ることの防止などにも有効である。

【００４６】前記の拡散層としては、例えば屈折率相違
の透明粒子を分散含有する樹脂層、サンドブラストや化
学エッチング等により表面に微細凹凸構造を付与したも
の、機械的ストレスの付与や溶剤処理等によりクレイズ
を発生させたもの、金型による転写方式等にて表面に微
細凹凸構造を付与したものなどの如く、任意な方式で形
成した適宜なものを用いうる。従って拡散層は、導光板
や１／４波長板や直線偏光分離層等に付与した付属状態
で配置することもできるし、拡散シート等の独立素材な
どとして配置することもできる。

【００４７】拡散層の厚さは、適宜に決定でき特に限定
はないが、直線偏光の偏光状態を維持する点などより、
式（ｎ_x−ｎ_y）ｄで表わされる面内位相差と式（ｎ_x−
ｎ_z）ｄで表わされる厚さ方向位相差とが５０nm以下、
就中４０nm以下、特に３０nm以下であることが好まし
い。かかる点より拡散層の一般的な厚さは、３０〜２０
０μm、就中７５〜１５０μmである。なお前記の式にお
いて、ｎ_x、ｎ_y、ｎ_zは拡散層における前記１／４波長
板の場合に準じ、ｄは拡散層の厚さを意味する。

【００４８】従って拡散層を前記した拡散シート等の独
立素材として形成する場合、特に透明基材の片面又は両
面に拡散層を設けてなる拡散板を形成する場合、その透
明基材として前記した面内位相差と厚さ方向位相差が５
０nm以下、就中４０nm以下、特に３０nm以下であるもの
を用いることが好ましい。

【００４９】本発明による偏光面光源装置は、輝度に優
れる直線偏光を提供し、液晶表示装置の形成などに好ま
しく用いることができる。図５に本発明による偏光面光
源装置を用いた液晶表示装置を例示した。５，５１は偏
光板、６は液晶セル、７は表示光の拡散層である。図例
の如く液晶セル６は、偏光面光源装置の光出射側に配置
される。

【００５０】ちなみに前記の液晶表示装置によれば、光
源１２からの偏光特性を示さない光が導光板１の側面か
ら入射し、上面より出射して拡散層４と１／４波長板２
を介し直線偏光分離層３に入射する。直線偏光分離層３
に入射した偏光特性を示さない光は、偏光方向が直交す
る二方向の振動面の直線偏光の内その一方が透過し、他
方が反射されて、その透過と反射を介し偏光方向が直交
する直線偏光に分離される。

【００５１】直線偏光分離層にて反射された直線偏光
は、戻り光として導光板１に再入射し、１／４波長板２
を透過する際に左右一方の円偏光に変換されて導光板下
面の反射層１１に至り反射されて再び１／４波長板２に
至り円偏光が直線偏光に変換されて直線偏光分離層３に
入射する。

【００５２】前記において、円偏光が反射層で反射され
る際にその左右が反転し、それが１／４波長板にて直線
偏光に変換された際に直線偏光分離層で反射されたとき
とは振動面が９０度変化する変換を受けて直線偏光分離
層を透過しうる直線偏光となり、従って反射層を介して
再び直線偏光分離層に戻されたときには直線偏光分離層
を透過しうる直線偏光となっていて直線偏光分離層を透
過する。

【００５３】その結果、最初は直線偏光分離層にて反射
された直線偏光も反射層を介して再入射した際には、当
初より透過性の直線偏光と共に直線偏光分離層を透過
し、前記再入射光分に基づく光の利用効率の向上で透過
光量が増量し、出射光の輝度が向上する。

【００５４】次に、前記にて直線偏光分離層より出射さ
れた直線偏光は、その直線偏光分離層を介して振動面が
統一制御されたものであることより、その振動面と透過
軸を一致させることで偏光板５を効率よく透過し、それ
が液晶セル６と他方の偏光板５１を介し表示制御されて
輝度に優れる明るい表示が達成され、拡散層７を介し表
示光の放射角が拡大されて広い範囲での視認が可能とな
る。

【００５５】液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとし
て機能する液晶セルとそれに付随の駆動装置、偏光板、
バックライト、及び必要に応じての補償用位相差板等の
構成部品の組立体などとして形成される。本発明におい
ては、上記した偏光面光源装置をバックライトに用いる
点を除いて特に限定はなく、従来に準じて形成でき、特
に直視型の液晶表示装置を好ましく形成しうる。

【００５６】従って用いる液晶セルについては特に限定
はなく、適宜なものを用いうる。就中、直線偏光を液晶
セルに入射させて表示を行うものに有利に用いられ、例
えばツイストネマチック液晶やスーパーツイストネマチ
ック液晶を用いた液晶セル等に好ましく用いうるが、非
ツイスト系の液晶や二色性染料を液晶中に分散させたゲ
ストホスト系の液晶、あるいは強誘電性液晶を用いた液
晶セルなどにも用いうる。液晶の駆動方式についても特
に限定はない。

【００５７】液晶表示装置の形成に際しては、例えば視
認側の偏光板の上に設ける拡散板やアンチグレア層、反
射防止膜や保護層や保護板、液晶セルと偏光板の間に設
ける補償用位相差板、偏光面光源装置の直線偏光分離層
上に設ける光路制御板などの適宜な光学層を適宜な位置
に配置することができる。

【００５８】前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依
存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的
とするものである。本発明においては、視認側又は／及
びバックライト側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応
じて配置される。なお補償用位相差板としては、波長域
などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又は
２層以上の位相差層の重畳層として形成されていてよ
い。補償用位相差板は、上記した１／４波長板で例示の
延伸フィルムや液晶配向フィルムなどとして得ることが
できる。

【００５９】また光路制御板は、出射光の方向制御を目
的とするものであり、正面方向に集光性を示すレンズシ
ートや、斜め光の光路を正面方向に変換するプリズムシ
ートなどの適宜なものを用いうる。光路制御板は、偏光
面光源装置の直線偏光分離層上や、導光板と直線偏光分
離層の間などの適宜な位置に配置することができる。

【００６０】光路制御板は、２層以上を配置することが
でき、その場合プリズムシートを上下の層でプリズムア
レイの配列方向が交差するように配置して面全体での光
出射方向を制御し、輝度の均一化をはかることなども行
うことができる。

【００６１】前記図例の液晶表示装置では、偏光面光源
装置と液晶セルの間に偏光板を配置したものを例示し
た。かかる偏光板は、液晶セルに対する視野角の変化で
発生する偏光特性の低下を防止して表示品位を維持する
光学層や、より高度な偏光度を実現してよりよい表示品
位を達成する光学層などとして機能するものである。

【００６２】すなわち前記において、本発明の偏光面光
源装置では上記したように直線偏光分離層を介して偏光
方向が統一された直線偏光が得られることより、偏光板
を用いずに偏光面光源装置の出射光をそのまま液晶セル
に入射させて表示を達成することは可能であるが、偏光
板を介することで前記した表示品位の向上等をはかりう
ることから必要に応じて偏光板が用いられる。

【００６３】従って前記の偏光板としては、偏光度の高
いもの、就中９５％以上のもの、特に９９％以上のもの
が好ましく用いうる。ちなみにかかる高偏光度の偏光板
としては、例えばポリビニルアルコール系や部分ホルマ
ール化ポリビニルアルコール系、エチレン・酢酸ビニル
共重合体系部分ケン化物の如き親水性高分子のフィルム
に、ヨウ素及び／又は二色性染料を吸着させて延伸処理
した吸収型の偏光フィルムなどがあげられる。

【００６４】用いる偏光板は、偏光フィルムの片面又は
両面を透明保護層等で被覆したものなどであってもよ
い。かかる透明保護層等は、偏光フィルムの補強や耐熱
性の向上、偏光フィルムを湿度等より保護することなど
の種々の目的を有するものであってよい。透明保護層
は、樹脂の塗布層や樹脂フィルムのラミネート層などと
して形成でき、拡散化や粗面化用等の微粒子を含有して
いてもよい。なお偏光板は、その透過軸が偏光面光源装
置より出射した直線偏光の振動面と可及的に一致するよ
うに配置することが光利用効率の向上による高輝度化な
どの点より好ましい。

【００６５】上記において、補償用位相差板や光路制御
板や偏光板等の必要に応じて用いられる光学層は、本発
明による偏光面光源装置の形成層として適宜な位置に配
置されていてもよい。従って本発明による偏光面光源装
置は、上記したようにかかる光学層を含む適宜な層形態
を有するものであってよい。なお偏光板を設けた形態の
偏光面光源装置の場合には、液晶セルの光源側に設ける
偏光板を省略することができる。

【００６６】本発明において、上記した偏光面光源装置
や液晶表示装置を形成する各部品は、全体的又は部分的
に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易
な状態に配置したものであってもよい。光学系のズレ防
止等の点よりは固着されていることが好ましい。その固
着には、適宜な接着剤を用いうるが、熱による光学歪の
発生防止などの点よりは粘着剤が好ましく用いうる。

【００６７】なお、液晶表示装置等の形成に際しては、
垂直性や平行光性に優れる出射光を供給し、直線偏光分
離層を介した反射光の再入射光も散乱等によるロスや角
度変化の少ない状態で、かつ初期の透過光と方向の一致
性よく再出射して、視認性の向上に有効な方向の出射光
を効率よく供給する偏光面光源装置が好ましく用いう
る。

【００６８】

【実施例】実施例１ 下面に拡散ドットを印刷した楔型導光板の光入射側面に
直径３mmの冷陰極管を配置して銀蒸着を施したポリエス
テルフィルムからなる光源ホルダにて包囲し、導光板の
下面に光源ホルダと同素材の反射シートを銀蒸着層側を
介し配置し、導光板の上面に１／４波長板を介してトリ
アセチルセルロースからなる厚さ１００μmの透明基材
（面内位相差１２nm）に拡散層を付設した拡散板を配置
し、その上に直線偏光分離素子（Ｄ−ＢＥＦ）をその偏
光軸が１／４波長板の光学軸に対し４５度の交差角とな
るように配置して偏光面光源装置を得た。

【００６９】前記において導光板は、幅１９５mm、奥行
１５０mm、光入射側面の厚さ３mm、その対向端の厚さ１
mmのポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）板からな
る。また１／４波長板は、位相差が１４０nmでＮｚが
１．０の位相差板からなる。

【００７０】実施例２ 導光板として、ＰＭＭＡを加熱熔融させて所定のプリズ
ム構造を形成した１００℃の金属金型に注入し、１分間
放置後徐冷して得たものを用いたほかは実施例１に準じ
て偏光面光源装置を得た。前記の導光板は、幅１９５m
m、奥行１５０mm、光入射側面の厚さ３mm、その対向端
の厚さ１mmであり、出射面（上面）は平坦、下面は光入
射側面からその対向端に向かって平面に近い下側に突出
した湾曲面（図３ｂ）の全面に光入射側面に平行な凸部
（図４ａ）を２２５μmの周期で有し、その上り斜面の
傾斜角が約４０度で対向面の傾斜角が約５度であり、対
向面／上り斜面の出射面に対する投影面積比が８／１の
ものである。

【００７１】比較例１ 導光板上の１／４波長板と直線偏光分離素子を省略し
た、従って導光板上に拡散板のみを配置した構造とした
ほかは実施例１に準じて光源装置を得た。

【００７２】比較例２ 導光板上の１／４波長板を省略した、従って導光板上に
拡散板と直線偏光分離素子のみを配置した構造としたほ
かは実施例１に準じて偏光面光源装置を得た。

【００７３】比較例３ 導光板上の１／４波長板と直線偏光分離素子を省略し
た、従って導光板上に拡散板のみを配置した構造とした
ほかは実施例２に準じて光源装置を得た。

【００７４】比較例４ 導光板上の１／４波長板を省略した、従って導光板上に
拡散板と直線偏光分離素子のみを配置した構造としたほ
かは実施例２に準じて偏光面光源装置を得た。

【００７５】評価試験 実施例、比較例で得た（偏光）光源装置の光出射面に両
面に偏光板を有するＴＮ液晶セルを配置し、白色表示時
における正面（垂直）方向の輝度(cd／m²)を調べた。そ
の結果を次表に示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】偏光面光源装置例の断面図

【図２】他の偏光面光源装置例の断面図

【図３】導光板例の説明図

【図４】導光板下面のプリズム状凹凸例の説明図

【図５】液晶表示装置例の断面図

【符号の説明】

１：導光板 １１：反射層 １２：光源 ２：１／４波長板 ３：直線偏光分離層 ４：拡散層 ５，５１：偏光板 ６：液晶セル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−265892（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−271894（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−138406（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−105929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13357 F21V 8/00 601

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】側面からの入射光を上面より出射し、下面
   側に反射層を有する導光板と、１／４波長板と、自然光
   を直線偏光からなる反射光と透過光に分離する直線偏光
   分離層を少なくとも有する重畳体からなり、かつ前記の
   １／４波長板が面内の最大屈折率をｎx、それに直交す
   る方向の屈折率をｎy、及び厚さ方向の屈折率をｎzとし
   たとき、式：−１≦（ｎx−ｎz）／（ｎx−ｎy）≦１．
   ５を満足して、それが導光板と直線偏光分離層との間に
   位置することを特徴とする偏光面光源装置。
2. 【請求項２】請求項１において、１／４波長板が、少な
   くとも波長４００〜７００nmの範囲にある単色光又は所
   定波長範囲の可視光域に対して１／４波長板として機能
   し、かつ直線偏光分離層の偏光軸に対して光学軸が３０
   〜６０度の角度で交差する状態に配置された偏光面光源
   装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、１／４波長板と
   直線偏光分離層が導光板の上面側に配置されてなる偏光
   面光源装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３において、導光板と１／４波
   長板の間、１／４波長板と直線偏光分離層の間、又は直
   線偏光分離層の光透過側の少なくとも一箇所に拡散層を
   有する偏光面光源装置。
5. 【請求項５】請求項４において、拡散層が、面内の最大
   屈折率をｎx、それに直交する方向の屈折率をｎy、厚さ
   方向の屈折率をｎz、及び層厚をｄとしたとき、（ｎx−
   ｎy）ｄ及び（ｎx−ｎz）ｄが５０nm以下のものである
   偏光面光源装置。
6. 【請求項６】請求項４において、拡散層が透明基材の片
   面又は両面に拡散層を有する拡散板からなり、前記透明
   基材が面内の最大屈折率をｎx、それに直交する方向の
   屈折率をｎy、厚さ方向の屈折率をｎz、及び層厚をｄと
   したとき、（ｎx−ｎy）ｄ及び（ｎx−ｎz）ｄが５０nm
   以下のものである偏光面光源装置。
7. 【請求項７】請求項１〜６において、導光板が下面に光
   入射側面に沿う方向のプリズム状凹凸を周期的に有し、
   そのプリズム状凹凸が光伝送方向に導光板上面に対し３
   ５〜４５度の角度で傾斜した上り斜面を有する偏光面光
   源装置。
8. 【請求項８】請求項７において、上り斜面の導光板上面
   に対する傾斜角が光伝送方向に順次大きくなる偏光面光
   源装置。
9. 【請求項９】請求項７又は８において、上り斜面と共に
   プリズム状凹凸を形成する対向面の導光板上面に対する
   傾斜角θ_２が０＜θ_２≦１０度であり、かつその対向面
   の導光板上面に対する投影面積が上り斜面のそれの５倍
   以上である偏光面光源装置。
10. 【請求項１０】請求項１〜９に記載の偏光面光源装置の
    光出射側に液晶セルを配置したことを特徴とする液晶表
    示装置。