JP4626633B2 - 照明装置および液晶表示装置 - Google Patents
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Description
(1)プリズムの稜線方向の屈折率(nx)を、その配列方向の屈折率(ny)および厚み方向の屈折率(nz)よりも大きくする(nx>ny,nz)。あるいは、
(2)プリズムの配列方向の屈折率(ny)を、その稜線方向の屈折率(nx)および厚み方向の屈折率(nz)よりも小さくする(ny<nx,ny)。
(3)プリズムの配列方向の屈折率(ny)を、その稜線方向の屈折率(nx)及び厚み方向の屈折率(nz)よりも大きくする(ny>nx,nz)。あるいは、
(4)プリズムの稜線方向の屈折率(nx)を、その配列方向の屈折率(ny)および厚み方向の屈折率(nz)よりも小さくする(nx<ny,nz)。
液晶表示パネル2は、観察者側から順に、出射側偏光板4、液晶セル5および入射側偏光板6の積層構造となっている。偏光板4,6は、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光(偏光)のみを通過させる。これら偏光板4,6はそれぞれ、偏光軸(透過軸)が互いに90度異なるように配置されている場合が多く、これにより光源からの射出光が、液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。
バックライトユニット3は、図1に示すように、光源7、反射シート8、拡散板9、拡散シート10、プリズムシート11を備えている。本実施形態においてバックライト3は直下型で構成されているが、これに限らず、導光板を使用するサイドエッジ型で構成されていてもよい。なお、バックライトユニット3と入射側偏光板6とにより、本発明に係る「照明装置」が構成される。
図2はプリズムシート11の構成を示す概略斜視図である。プリズムシート11は、一方の面に、第1の方向(x方向)に稜線Prをもつプリズム11Pが、第1の方向と直交する第2の方向(y方向)に複数連続して配列された構成を有している。プリズム11Pは、プリズムシート11の厚み方向(z方向)に突出した断面が略三角形の立体構造で、本実施形態では断面が頂角90度の二等辺三角形で形成されている。
プリズム11Pの稜線方向と偏光板6の透過軸6aが垂直な場合(図3A)についてのシミュレーション結果を図5に示す。図5の各値は、nx=ny=nz=1.55の等方性のプリズム部を有するプリズムシートで規格化した値であり、これに比べてどの程度、正面輝度と取出効率が向上したかを示している。図5の結果から以下のことがわかる。
(2)プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が垂直な場合、ny<nx=nzにおいて、Δn=nx−nyの値が大きいほど、正面輝度および取出効率が高くなる。
(3)プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が垂直な場合、ny>nx=nzにおいて、Δn=nx−nyの値が大きいほど、正面輝度および取出効率が低くなる。
(4)プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が垂直な場合、nx<ny=nzにおいて、Δn=nx−nyの値が大きいほど、正面輝度および取出効率が低くなる。
ケース1:nx=1.80、ny=1.55、nz=1.55
ケース2:nx=1.80、ny=1.55、nz=1.80
としたときに、それぞれの角度輝度分布を図6および図7に示す。図6および図7において、「Horizontal」とは、水平方向のことでプリズムの稜線方向に対する角度輝度分布を示しており、「Vertical」とは、垂直方向のことでプリズムの配列方向に対する角度輝度分布を示している。
ns=nx …(1)
(1/np)2=(cosθp/ny)2+(sinθp/nz)2 …(2)
と表される。このため、P偏光の実効屈折率npは、nyからnzの間の値をとり、θpが0のときにnyに、θpが大きくなるにつれ、nzの値に近づいていくことになる。
ここで、プリズムシート11内の実効的な複屈折値Δnは、
Δn=ns−np …(3)
で与えられ、この値が大きいほど偏光分離効果が高いことになる。そこで、ケース1とケース2を比較すると、ケース1では、ny=nzであるため、角度θpに依存せず、np=nyとなる。一方、ケース2では、ny≠nzであるため、角度θpに依存し、npはnyとnzの間の値をとることになる。
つまり、実効的な複屈折値Δnは、ケース1では、(1)〜(3)式より、
Δn=nx−ny
となるのに対し、ケース2では、(1)〜(3)式より、
Δn=nx−[(cosθp/ny)2+(sinθp/nz)2]-1/2
となる。このため、ケース1の方がケース2よりも、実効的な複屈折の値が大きくなる結果、取出効率が高くなる。
ケース1とケース2では、プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が垂直であるため、偏光板を透過し出射する光は、P偏光(図8参照)である。このため、出射光はプリズム内ではP偏光の実効屈折率npを感じている。一般的に、等方性でも異方性でも、プリズムシートは屈折率が高い方が正面輝度が高いため、P偏光の実効屈折率(np)が高いケース2の方が、ケース1よりも正面輝度が高くなる。
次に、プリズム11Pの稜線方向と偏光板6の透過軸6aが平行な場合(図3B)についてのシミュレーション結果を図9に示す。図9の各値は、nx=ny=nz=1.55の等方性のプリズム部を有するプリズムシートで規格化した値であり、これに比べてどの程度、正面輝度と取出効率が向上したかを示している。図9の結果から以下のことがわかる。
(6)プリズム稜線方向の偏光板の透過軸が平行な場合、ny<nx=nzにおいて、Δn=nx−nyの値が大きいほど、正面輝度および取出効率が低くなる。
(7)プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が平行な場合、ny>nz=nzにおいて、Δn=nx−nyの値が大きいほど、正面輝度および取出効率が高くなる。
(8)プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が平行な場合、nx<ny=nzにおいて、Δn=nx−nyの値が大きいほど、正面輝度および取出効率が高くなる。
ケース3:nx=1.55、ny=1.80、nz=1.55
ケース4:nx=1.55、ny=1.80、nz=1.80
としたときに、それぞれの角度輝度分布を図10および図11に示す。図10および図11において、「Horizontal」とは、水平方向のことでプリズムの稜線方向に対する角度輝度分布を示しており、「Vertical」とは、垂直方向のことでプリズムの配列方向に対する角度輝度分布を示している。
ns=nx …(1)
(1/np)2=(cosθp/ny)2+(sinθp/nz)2 …(2)
と表される。このため、P偏光の実効屈折率npは、nyからnzの間の値をとり、θpが0のときにnyに、θpが大きくなるにつれ、nzの値に近づいていくことになる。
ここで、プリズムシート11内の実効的な複屈折値Δnは、
Δn=np−ns …(4)
で与えられ、この値が大きいほど偏光分離効果が高いことになる。そこで、ケース3とケース4を比較すると、ケース4では、ny=nzであるため、角度θpに依存せず、np=nyとなる。一方、ケース3では、ny≠nzであるため、角度θpに依存し、npはnyとnzの間の値をとることになる。
つまり、実効的な複屈折値Δnは、ケース3では、(1),(2)および(4)式より、
Δn=[(cosθp/ny)2+(sinθp/nz)2]-1/2−nx
となるのに対し、ケース4では、(1),(2)および(4)式より、
Δn=ny−nx
となる。このため、ケース4の方がケース3よりも、実効的な複屈折の値が大きくなる結果、取出効率が高くなる。
ケース3とケース4では、プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が平行であるため、偏光板を透過し出射する光は、S偏光(図8参照)である。このため、出射光はプリズム内ではS偏光の実効屈折率nsを感じており、これはケース3でもケース4でも同じである。したがって、プリズムシートの正面方向への立ち上げ効果は同じであるが、上述のようにケース4の方がケース3よりも取出効率が高いため、結果としてケース4の方がケース3よりも正面輝度も高くなる。
2 液晶表示パネル
3 バックライトユニット
4 出射側偏光板
5 液晶セル
6 入射側偏光板
6a 透過軸
7 光源
8 反射シート
9 拡散板
10 拡散シート
11 プリズムシート(光透過フィルム)
11P プリズム
nx プリズムの稜線方向の屈折率
ny プリズムの配列方向の屈折率
nz プリズムの厚み方向の屈折率
Claims (4)
- 偏光板と、
前記偏光板の背面側に配置された光源と、
前記偏光板と前記光源の間に配置され、一方の面に、第1の方向に稜線をもつプリズムが前記第1の方向と直交する第2の方向に複数連続して配列され、前記光源からの光を正面方向に立ち上げるプリズムシートとを備え、
前記プリズムシートは、前記プリズムの稜線方向が前記偏光板の透過軸と垂直又はほぼ垂直となるように配置されているとともに、
前記プリズムの稜線方向、配列方向及び厚み方向の屈折率をそれぞれnx,ny,nzとしたときに、稜線方向の屈折率(nx)が、配列方向の屈折率(ny)および厚み方向の屈折率(nz)よりも大きい(nx>ny,nx>nz)
照明装置。 - 前記プリズムの配列方向の屈折率(ny)と厚み方向の屈折率(nz)が同じ又はほぼ同じである(nx>ny≒nz)
請求項1に記載の照明装置。 - 入射側偏光板と出射側偏光板との間に液晶セルが配置されてなる液晶表示パネルと、
光源と、
前記入射側偏光板と前記光源の間に配置され、一方の面に、第1の方向に稜線をもつプリズムが前記第1の方向と直交する第2の方向に複数連続して配列された光透過フィルムとを備え、
前記光透過フィルムは、前記プリズムの稜線方向が前記入射側偏光板の透過軸と垂直又はほぼ垂直となるように配置されているとともに、
前記プリズムの稜線方向、配列
方向及び厚み方向の屈折率をそれぞれnx,ny,nzとしたときに、稜線方向の屈折率(nx)が、配列方向の屈折率(ny)および厚み方向の屈折率(nz)よりも大きい(nx>ny,nx>nz)
液晶表示装置。 - 前記プリズムの配列方向の屈折率(ny)と厚み方向の屈折率(nz)が同じ又はほぼ同じである(nx>ny≒nz)
請求項3に記載の液晶表示装置。
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