JP4841892B2 - バックライトユニット - Google Patents
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Description
本発明は、例えば液晶表示装置などに用いられる直下型のバックライトユニットに関する。
一般に、液晶表示装置における表示方法として、液晶層と液晶層を挟持する一対のガラス基板と一対のガラス基板のそれぞれに設けた偏光板とを有する液晶パネルを用いて電気的に液晶の配向状態を制御し、この液晶パネルに裏面側から照明光を照射するバックライトユニットによって液晶パネルを透過した透過光を視認する方法がある。
このような液晶表示装置に用いられるバックライトユニットにおいて、光源から照射した光のうち偏光板を透過する一方の直線偏光成分と直交する他方の直線偏光成分が液晶パネルの裏面側の偏光板で吸収されるので、光の利用効率が低減する。そこで、光源が照射した光を一方の直線偏光成分が他方の直線偏光成分よりも多く透過させる偏光分離素子を設けることで、偏光板で吸収される光の割合を低減して光の利用効率を向上させる構造が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。これらは、光源から出射した光を導光板に導入した後、液晶パネルに向けて光路を変更する、いわゆるエッジライト型のバックライトユニットに用いられている。
ところで、バックライトユニットの照射によってより鮮明な表示を得るためには、液晶パネルにより多くの光量の照明光を照射できる直下型のバックライトユニットが用いられている。このような直下型のバックライトユニットに適用可能な偏光分離素子として、複屈折材料層を多数積層して一方の直線偏光を透過させると共に他方の直線偏光を反射させる偏光分離素子や、基板上にコレステリック液晶を積層して一方の円偏光を透過させると共に逆回りの円偏光を反射させる偏光分離素子が提供されている（例えば、非特許文献１、２参照）。
特許第２８７９５５５号公報
特許第３１２９４４４号公報
特許第３２１９９４３号公報
「日東技報」、２００１年５月、第３９巻、第１号、ｐ．３３−３６
「社団法人プラスチック成形加工学会 第８２回講演会 予稿集」、ｐ．４６−４９
このような液晶表示装置に用いられるバックライトユニットにおいて、光源から照射した光のうち偏光板を透過する一方の直線偏光成分と直交する他方の直線偏光成分が液晶パネルの裏面側の偏光板で吸収されるので、光の利用効率が低減する。そこで、光源が照射した光を一方の直線偏光成分が他方の直線偏光成分よりも多く透過させる偏光分離素子を設けることで、偏光板で吸収される光の割合を低減して光の利用効率を向上させる構造が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。これらは、光源から出射した光を導光板に導入した後、液晶パネルに向けて光路を変更する、いわゆるエッジライト型のバックライトユニットに用いられている。
ところで、バックライトユニットの照射によってより鮮明な表示を得るためには、液晶パネルにより多くの光量の照明光を照射できる直下型のバックライトユニットが用いられている。このような直下型のバックライトユニットに適用可能な偏光分離素子として、複屈折材料層を多数積層して一方の直線偏光を透過させると共に他方の直線偏光を反射させる偏光分離素子や、基板上にコレステリック液晶を積層して一方の円偏光を透過させると共に逆回りの円偏光を反射させる偏光分離素子が提供されている（例えば、非特許文献１、２参照）。
しかしながら、上記従来のバックライトユニットに適用可能な偏光分離素子には、以下の課題が残されている。すなわち、前者の偏光分離素子では光の１／４波長程度の膜を多数積層する必要があり、また、後者の偏光分離素子では可視光領域において偏光分離機能を持たせるためにコレステリック液晶を複数積層する必要があるため、両者とも構造が複雑であり、製造が困難である。したがって、大面積化したときに、偏光分離機能を面内で均一化しにくいという問題がある。
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、光源が照射した光の利用効率を向上させると共に、構造が容易な偏光分離層を有する直下型のバックライトユニットを提供することを目的とする。
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のバックライトユニットは、光源から照射された光のうち、第一直線偏光を偏光方向が該第一直線偏光と直交する第二直線偏光よりも多く透過させる偏光分離層を備える直下型のバックライトユニットにおいて、前記偏光分離層が、山部と谷部とが交互に形成された複数層の折曲フィルム層と、該各折曲フィルム層の間に介在された空気層とを有することを特徴とする。
この発明によれば、偏光分離層が空気層を介在させて折曲フィルム層を複数積層して構成されているので、折曲フィルム層を１層とする場合と比較して偏光分離機能を増大させることができ、光源が照射した光の利用効率を向上させることができる。また、容易な構造となるので、製造コストの削減が図られ、偏光分離層を大面積化した際に偏光分離機能を偏光分離層の面内で均一化することができる。
ここで、山部及び谷部の折曲角を、折曲フィルム層に入射する光のブリュースター角をθＢ（ｄｅｇ）としたときに、１８０°−２θＢ以上１８０°−２（θＢ＋１５°）以下とすることが望ましい。これにより、偏光分離層の厚さ方向で入射した光のうち一方の第一直線偏光が折曲フィルム層をほぼ無反射で透過するので、第一直線偏光を第二直線偏光よりも多く透過させて偏光分離機能をより高めることができる。
ここで、山部及び谷部の折曲角を、折曲フィルム層に入射する光のブリュースター角をθＢ（ｄｅｇ）としたときに、１８０°−２θＢ以上１８０°−２（θＢ＋１５°）以下とすることが望ましい。これにより、偏光分離層の厚さ方向で入射した光のうち一方の第一直線偏光が折曲フィルム層をほぼ無反射で透過するので、第一直線偏光を第二直線偏光よりも多く透過させて偏光分離機能をより高めることができる。
また、本発明のバックライトユニットは、光源から照射された光のうち、第一直線偏光を偏光方向が該第一直線偏光と直交する第二直線偏光よりも多く透過させる偏光分離層を備える直下型のバックライトユニットにおいて、前記偏光分離層が、山部と谷部とが交互に形成された折曲フィルム層と、該折曲フィルム層の少なくとも一方の面に形成されて該折曲フィルム層よりも屈折率の高い高屈折率層とを有することを特徴とする。
この発明によれば、偏光分離層が折曲フィルム層の少なくとも一面に高屈折率層を形成して折曲フィルム層及び高屈折率層全体の屈折率が大きくなっているので、高屈折率層を設けない場合と比較して第二直線偏光の反射率を高めて偏光分離機能を増大させることができ、光源が照射した光の利用効率を向上させることができる。また、容易な構造となるので、製造コストの削減が図られ、偏光分離層を大面積化した際に偏光分離機能を偏光分離層の面内で均一化することができる。
ここで、上述と同様に、山部及び谷部の折曲角を、１８０°−２θＢ以上１８０°−２（θＢ＋１５°）以下とすることが望ましい。
ここで、上述と同様に、山部及び谷部の折曲角を、１８０°−２θＢ以上１８０°−２（θＢ＋１５°）以下とすることが望ましい。
本発明の直下型のバックライトユニットによれば、光源の光の利用効率を向上させると共に、偏光分離層の構造を容易にすることができる。したがって、製造コストの削減や、偏光分離層が大面積化されたときにおける面内での偏光分離機能の均一化を図られる。
以下、本発明にかかる直下型のバックライトユニットの第１の実施形態を、図を参照しながら説明する。
本実施形態における直下型のバックライトユニットは、図１に示すような液晶表示装置１の照明手段として用いられる。この液晶表示装置１は、バックライトユニット２と、液晶パネル３とを備える。
本実施形態における直下型のバックライトユニットは、図１に示すような液晶表示装置１の照明手段として用いられる。この液晶表示装置１は、バックライトユニット２と、液晶パネル３とを備える。
バックライトユニット２は、光源５と、拡散板６と、偏光分離層７と、これらを収納する筐体８とを備えている。
光源５は、例えば冷陰極蛍光灯で構成されており、無偏光の光を出射する。また、光源５には、この冷陰極蛍光灯を駆動制御する駆動回路（図示略）やインバータ（図示略）などが設けられている。
拡散板６は、光源５から出射した光を拡散し、光源５から偏光分離層７に向かう照明光の進行方向を均一にする。
光源５は、例えば冷陰極蛍光灯で構成されており、無偏光の光を出射する。また、光源５には、この冷陰極蛍光灯を駆動制御する駆動回路（図示略）やインバータ（図示略）などが設けられている。
拡散板６は、光源５から出射した光を拡散し、光源５から偏光分離層７に向かう照明光の進行方向を均一にする。
偏光分離層７は、３層に積層された折曲フィルム層１１〜１３と、各折曲フィルム層１１〜１３の間に介在された空気層１４、１５とによって構成されている。
折曲フィルム層１１〜１３は、例えば屈折率が１．４９３のＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate：ポリメチルメタクリレート）で構成された厚さ５０μｍの樹脂フィルムによって形成されている。また、折曲フィルム層１１〜１３は、同じ折曲角の山部及び谷部が交互に一定の間隔で複数繰り返して形成されており、その折曲角θＰ１が例えば４０°、山部の頂点の間隔が例えば１ｍｍとなっている。
折曲フィルム層１１〜１３は、例えば屈折率が１．４９３のＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate：ポリメチルメタクリレート）で構成された厚さ５０μｍの樹脂フィルムによって形成されている。また、折曲フィルム層１１〜１３は、同じ折曲角の山部及び谷部が交互に一定の間隔で複数繰り返して形成されており、その折曲角θＰ１が例えば４０°、山部の頂点の間隔が例えば１ｍｍとなっている。
ここで、折曲フィルム層１１〜１３の折曲角θＰ１について説明する。まず、屈折率がｎ１の媒質Ａから屈折率がｎ２の媒質Ｂとの界面に向けて進行する光のブリュースター角θＢは、
θＢ＝ｔａｎ−１（ｎ２／ｎ１）
となる。そして、媒質Ａと媒質Ｂとの界面への入射角をブリュースター角θＢとすることで、一方の直線偏光であるＰ偏光が無反射で透過し、他方の直線偏光であるＳ偏光が界面で反射する。本実施形態では、媒質Ａである空気の屈折率ｎ１が１、媒質Ｂである折曲フィルム層１１〜１３の屈折率ｎ２が１．４９３であるので、折曲フィルム層１１〜１３におけるブリュースター角θＢが、５６．１９°となる。
また、一般的に、媒質Ａと媒質Ｂとの界面に入射するＰ偏光の透過率とＳ偏光の透過率との比である偏光分離機能はブリュースター角θＢよりも少し大きい入射角において最大となり、本実施形態ではブリュースター角θＢよりも１５°程度大きい入射角において偏光分離機能が最大となる。以上より、折曲フィルム層１１〜１３への入射角として好ましい範囲は５６．１９°〜７１．１９°となる。
これより、折曲フィルム層１１〜１３の折曲角θＰ１は、偏光分離層７に対して折曲フィルム層１１〜１３の積層方向、すなわち図１及び図２に示す矢印Ｘ方向に進行する光の入射角が５６．１９°〜７１．１９°となるように、３７．６２°〜６７．６２°であることが好ましいことになる。
θＢ＝ｔａｎ−１（ｎ２／ｎ１）
となる。そして、媒質Ａと媒質Ｂとの界面への入射角をブリュースター角θＢとすることで、一方の直線偏光であるＰ偏光が無反射で透過し、他方の直線偏光であるＳ偏光が界面で反射する。本実施形態では、媒質Ａである空気の屈折率ｎ１が１、媒質Ｂである折曲フィルム層１１〜１３の屈折率ｎ２が１．４９３であるので、折曲フィルム層１１〜１３におけるブリュースター角θＢが、５６．１９°となる。
また、一般的に、媒質Ａと媒質Ｂとの界面に入射するＰ偏光の透過率とＳ偏光の透過率との比である偏光分離機能はブリュースター角θＢよりも少し大きい入射角において最大となり、本実施形態ではブリュースター角θＢよりも１５°程度大きい入射角において偏光分離機能が最大となる。以上より、折曲フィルム層１１〜１３への入射角として好ましい範囲は５６．１９°〜７１．１９°となる。
これより、折曲フィルム層１１〜１３の折曲角θＰ１は、偏光分離層７に対して折曲フィルム層１１〜１３の積層方向、すなわち図１及び図２に示す矢印Ｘ方向に進行する光の入射角が５６．１９°〜７１．１９°となるように、３７．６２°〜６７．６２°であることが好ましいことになる。
また、各折曲フィルム層１１〜１３の間には、透光性材料で形成されたビーズがスペーサ（間隙形成部材）１７として配されている。なお、スペーサ１７は、各折曲フィルム層１１〜１３の間に空気層１４、１５を確保できる程度の間隔で配置されていればよい。
本実施形態における折曲フィルム層１１〜１３は、例えば、頂角が４０°の山部及び谷部が１ｍｍの間隔で交互に複数配置された一対の金型を用いて、樹脂フィルムを挟持し、樹脂フィルムに熱圧をかけて成形することで形成される。また、各折曲フィルム層１１〜１３は、その縁部が接着やその他の方法によって一体化されている。これにより、折曲フィルム層１１〜１３のハンドリングが容易となる。
また、筐体８の内壁には、拡散板６や偏光分離層７で反射して筐体８の内壁に向かう光を反射させる内面反射層１８が設けられている。
本実施形態における折曲フィルム層１１〜１３は、例えば、頂角が４０°の山部及び谷部が１ｍｍの間隔で交互に複数配置された一対の金型を用いて、樹脂フィルムを挟持し、樹脂フィルムに熱圧をかけて成形することで形成される。また、各折曲フィルム層１１〜１３は、その縁部が接着やその他の方法によって一体化されている。これにより、折曲フィルム層１１〜１３のハンドリングが容易となる。
また、筐体８の内壁には、拡散板６や偏光分離層７で反射して筐体８の内壁に向かう光を反射させる内面反射層１８が設けられている。
液晶パネル３は、液晶層２１と、液晶層２１の両面に配置された一対のガラス基板２２、２３と、ガラス基板２２、２３のそれぞれの外面に配置された偏光板２４、２５とを備えている。
一対のガラス基板２２、２３の互いが対向する内面には、液晶層２１に電圧を印加するＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）などで形成された透明電極（図示略）が設けられている。
一対のガラス基板２２、２３の互いが対向する内面には、液晶層２１に電圧を印加するＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）などで形成された透明電極（図示略）が設けられている。
光源５から出射して拡散板６で拡散された照明光は、偏光分離層７に入射して一方の直線偏光成分であるＰ偏光成分と他方の直線偏光成分であるＳ偏光成分とに分離され、Ｐ偏光成分がＳ偏光成分よりも多く偏光分離層７を透過する。その後、液晶パネル３に入射する。ここで、偏光分離層７による偏光の分離方法について説明する。
図２に示すように、矢印Ｘ方向で偏光分離層７に入射するＰ偏光は、本実施形態のように折曲角θＰ１が４０°の場合、折曲フィルム層１１との界面に入射角７０°（＝９０°−４０°／２）で入射するので、入射した光の大部分が折曲フィルム層１１を透過する。
そして、折曲フィルム層１１を透過したＰ偏光は、折曲フィルム層１１と同様に折曲フィルム層１２、１３を透過する。
そして、折曲フィルム層１１を透過したＰ偏光は、折曲フィルム層１１と同様に折曲フィルム層１２、１３を透過する。
また、Ｘ方向で偏光分離層７に入射するＳ偏光は、折曲フィルム層１１に入射角７０°で入射するので、折曲フィルム層１１の入射側の面１１ａで一部が反射され、残部が折曲フィルム層１１を透過する。
折曲フィルム層１１を透過した一部のＳ偏光は、折曲フィルム層１１と同様に折曲フィルム層１２、１３で一部が反射し、残部が折曲フィルム層１２、１３を透過する。ところが、折曲フィルム層１１〜１３において反射、透過を順次繰り返すことにより、折曲フィルム層１１〜１３のうちの最終層である折曲フィルム層１３を透過するＳ偏光は少なくなる。
一方、折曲フィルム層１１で反射されたＳ偏光は、その反射位置から離れた他の位置で再び折曲フィルム層１１に入射するが、そのときの入射角が３０°となるので、その一部が折曲フィルム層１１を透過することもある。しかし、三層構造の折曲フィルム層１１〜１３により複雑に反射を繰り返すので、最終層である折曲フィルム層１３を透過するＳ偏光は極めて少なくなる。
以上のように、偏光分離層７でＰ偏光とＳ偏光とを分離する。
折曲フィルム層１１を透過した一部のＳ偏光は、折曲フィルム層１１と同様に折曲フィルム層１２、１３で一部が反射し、残部が折曲フィルム層１２、１３を透過する。ところが、折曲フィルム層１１〜１３において反射、透過を順次繰り返すことにより、折曲フィルム層１１〜１３のうちの最終層である折曲フィルム層１３を透過するＳ偏光は少なくなる。
一方、折曲フィルム層１１で反射されたＳ偏光は、その反射位置から離れた他の位置で再び折曲フィルム層１１に入射するが、そのときの入射角が３０°となるので、その一部が折曲フィルム層１１を透過することもある。しかし、三層構造の折曲フィルム層１１〜１３により複雑に反射を繰り返すので、最終層である折曲フィルム層１３を透過するＳ偏光は極めて少なくなる。
以上のように、偏光分離層７でＰ偏光とＳ偏光とを分離する。
本実施形態では、折曲フィルム層が１層のみの場合には、Ｐ偏光の透過率が９５．７２％、反射率が４．２８％、Ｓ偏光の透過率が７０．３３％、反射率が２９．６７％であるのに対し、偏光分離層７が折曲フィルム層１１〜１３を３層積層した構成とすることで、Ｐ偏光の透過率が７４．６％、反射率が２０．０％となり、Ｓ偏光の透過率が２５．９％、反射率が６８．８％となった。
このように構成されたバックライトユニット２によれば、偏光分離層７が樹脂フィルムを折曲して形成された折曲フィルム層１１〜１３を積層した構成であり、折曲フィルム層を１層とした場合と比較して偏光分離機能を高くして光源の光の利用効率を向上させることができる。また、偏光分離層７の構造が容易となる。したがって、製造コストを削減することや、偏光分離機能を面内で均一化することができる。
ここで、スペーサ１７を各折曲フィルム層１１〜１３間に配置しているので、空気層１４、１５を確実に確保できる。
ここで、スペーサ１７を各折曲フィルム層１１〜１３間に配置しているので、空気層１４、１５を確実に確保できる。
なお、本実施形態において、各折曲フィルム層１１〜１３の間にスペーサ１７を介在させているが、各折曲フィルム層１１〜１３の入射側及び出射側の面のうち少なくともいずれか一方の面を微細な凹凸形状が形成されたマット面としてもよい。このようにしても、各折曲フィルム層１１〜１３が密着することを容易に防止できる。
次に、第２の実施形態について、図３を参照しながら説明する。なお、ここで説明する実施形態は、その基本的構成が上述した第１の実施形態と同様であり、上述の第１の実施形態に別の要素を付加したものである。したがって、図３においては、図２と同一構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、バックライトユニットが１層の折曲フィルム層３１と折曲フィルム層３１の入射側及び出射側の両面に高屈折率層３２、３３とが設けられた偏光分離層３４を有する点である。
折曲フィルム層３１は、第１の実施形態における折曲フィルム層１１と同様に、ＰＭＭＡの樹脂フィルムによって構成され、その折曲角θＰ２が４０°、山部の頂点の間隔が１ｍｍとなっている。
高屈折率層３２、３３は、例えば屈折率が２．２８である酸化チタンによって構成され、折曲フィルム層３１の両面に蒸着法によって形成されている。この高屈折率層３２、３３の厚さは、それぞれ可視光領域である波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの中から代表的な波長５５０ｎｍの光において１／４波長となるように、例えば６０．３ｎｍ（＝５５０ｎｍ／（２．２８×４））となっている。したがって、高屈折率層３２は、光の薄膜干渉現象により、いわゆる増反射膜となっている。
折曲フィルム層３１は、第１の実施形態における折曲フィルム層１１と同様に、ＰＭＭＡの樹脂フィルムによって構成され、その折曲角θＰ２が４０°、山部の頂点の間隔が１ｍｍとなっている。
高屈折率層３２、３３は、例えば屈折率が２．２８である酸化チタンによって構成され、折曲フィルム層３１の両面に蒸着法によって形成されている。この高屈折率層３２、３３の厚さは、それぞれ可視光領域である波長３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの中から代表的な波長５５０ｎｍの光において１／４波長となるように、例えば６０．３ｎｍ（＝５５０ｎｍ／（２．２８×４））となっている。したがって、高屈折率層３２は、光の薄膜干渉現象により、いわゆる増反射膜となっている。
したがって、偏光分離層３４に入射するＰ偏光の大部分は、折曲フィルム層３１の入射側の面に形成された高屈折率層３２、折曲フィルム層３１及び高屈折率層３３を透過する。
一方、Ｓ偏光は、高屈折率層３２の入射側の面で一部が反射され、残部が透過するが、高屈折率層３２、３３を設けて反射率を高めているので、偏光分離層３４において大部分のＳ偏光が反射される。
本実施形態では、偏光分離層３４が折曲フィルム層３１の入射側及び出射側の両面に高屈折率層３２、３３を設けており、Ｐ偏光の透過率が８０．９％、反射率が１９．１％となり、Ｓ偏光の透過率が３１．７％、反射率が６８．３％となった。
一方、Ｓ偏光は、高屈折率層３２の入射側の面で一部が反射され、残部が透過するが、高屈折率層３２、３３を設けて反射率を高めているので、偏光分離層３４において大部分のＳ偏光が反射される。
本実施形態では、偏光分離層３４が折曲フィルム層３１の入射側及び出射側の両面に高屈折率層３２、３３を設けており、Ｐ偏光の透過率が８０．９％、反射率が１９．１％となり、Ｓ偏光の透過率が３１．７％、反射率が６８．３％となった。
このように構成されたバックライトユニットは、高屈折率層３２、３３により反射率を高め、その結果Ｓ偏光の透過率をより小さくしたものであり、偏光分離機能を高くして光源５の光の利用効率を向上させることができる。また、偏光分離層３４の構造が容易であり、製造コストの削減や偏光分離機能の面内均一化を図ることができる。
次に、第３の実施形態について、図４及び図５を参照しながら説明する。なお、ここで説明する実施形態は、その基本的構成が上述した第２の実施形態と同様であり、上述の第２の実施形態に別の要素を付加したものである。したがって、図４及び図５においては、図３と同一構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。
第３の実施形態と第２の実施形態との異なる点は、バックライトユニットが表面に高屈折率層３２、３３が形成された折曲フィルム層３１と、複屈折材料層４１とを備える偏光分離層４２を有する点である。
複屈折材料層４１は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）のような光弾性係数の高い樹脂フィルムを図５に示す矢印Ａ方向に延伸することによって形成され、延伸方向の屈折率ｎ１とこれと直交する方向の屈折率ｎ２とが異なっている。そして、複屈折材料層４１は、偏光方向ごとの屈折率の差Δと内部を透過する光路長との積であるリタデーション量によって偏光方向を変えるものである。そして、複屈折材料層４１は、その厚さをｄとしたときに、Ｐ偏光に対するリタデーション量Δｄが１／２波長分となるように設定されている。なお、図５においては、説明のために折曲フィルム層３１と複屈折材料層４１とをずらして図示している。
複屈折材料層４１は、例えばポリカーボネート（ＰＣ）のような光弾性係数の高い樹脂フィルムを図５に示す矢印Ａ方向に延伸することによって形成され、延伸方向の屈折率ｎ１とこれと直交する方向の屈折率ｎ２とが異なっている。そして、複屈折材料層４１は、偏光方向ごとの屈折率の差Δと内部を透過する光路長との積であるリタデーション量によって偏光方向を変えるものである。そして、複屈折材料層４１は、その厚さをｄとしたときに、Ｐ偏光に対するリタデーション量Δｄが１／２波長分となるように設定されている。なお、図５においては、説明のために折曲フィルム層３１と複屈折材料層４１とをずらして図示している。
したがって、高屈折率層３２に入射したＰ偏光の大部分は、折曲フィルム層３１を透過し、複屈折材料層４１に入射する。ここで、複屈折材料層４１がＰ偏光に対して１／２波長板として機能するので、複屈折材料層４１に入射したＰ偏光は、９０°旋回してＳ偏光に変換されて出射する。
一方、Ｓ偏光は、折曲フィルム層３１で一部が反射し、折曲フィルム層３１において反射したＳ偏光が再び折曲フィルム層３１に入射する。このとき、Ｓ偏光が折曲フィルム層３１に入射角３０°で入射するので、再入射したＳ偏光の一部が折曲フィルム層３１を透過する。そして、折曲フィルム層３１を透過したＳ偏光は、入射角４０°で複屈折材料層４１に入射する。ここで、複屈折材料層４１に入射したＳ偏光のリタデーション量は、
Δｄ／ｃｏｓ（４０°）＝１．３Δｄ
となる。これにより、複屈折材料層４１に入射したＳ偏光は、Ｐ偏光よりも０．３Δｄだけ多く旋回するので、複屈折材料層４１から出射する際に、Ｐ偏光成分を有する楕円偏光となって出射する。
一方、Ｓ偏光は、折曲フィルム層３１で一部が反射し、折曲フィルム層３１において反射したＳ偏光が再び折曲フィルム層３１に入射する。このとき、Ｓ偏光が折曲フィルム層３１に入射角３０°で入射するので、再入射したＳ偏光の一部が折曲フィルム層３１を透過する。そして、折曲フィルム層３１を透過したＳ偏光は、入射角４０°で複屈折材料層４１に入射する。ここで、複屈折材料層４１に入射したＳ偏光のリタデーション量は、
Δｄ／ｃｏｓ（４０°）＝１．３Δｄ
となる。これにより、複屈折材料層４１に入射したＳ偏光は、Ｐ偏光よりも０．３Δｄだけ多く旋回するので、複屈折材料層４１から出射する際に、Ｐ偏光成分を有する楕円偏光となって出射する。
このように構成されたバックライトユニットにおいても、上述した第２の実施形態と同様の作用、効果を有するが、折曲フィルム層３１の出射側に複屈折材料層４１を設けることで、複屈折材料層４１に入射したＳ偏光を楕円偏光に変換したものであり、偏光分離機能を向上させることができる。
なお、本実施形態において、複屈折材料層４１は、入射角０°で入射するＰ偏光をＳ偏光に変換し、入射角４０°で入射するＳ偏光をＳ偏光のまま出射させるように設定されてもよい。これにより、偏光分離機能をより向上させることができる。
また、複屈折材料層４１は、入射角０°で入射するＰ偏光をＰ偏光のまま出射させるように設定されてもよい。ここで、複屈折材料層４１は、入射角０°で入射するＰ偏光をＰ偏光のまま出射させて入射角４０°で入射するＳ偏光をＰ偏光に変換して出射するように設定されてもよい。
なお、本実施形態において、複屈折材料層４１は、入射角０°で入射するＰ偏光をＳ偏光に変換し、入射角４０°で入射するＳ偏光をＳ偏光のまま出射させるように設定されてもよい。これにより、偏光分離機能をより向上させることができる。
また、複屈折材料層４１は、入射角０°で入射するＰ偏光をＰ偏光のまま出射させるように設定されてもよい。ここで、複屈折材料層４１は、入射角０°で入射するＰ偏光をＰ偏光のまま出射させて入射角４０°で入射するＳ偏光をＰ偏光に変換して出射するように設定されてもよい。
次に、第４の実施形態について、図６を参照しながら説明する。なお、ここで説明する実施形態は、その基本的構成が上述した第１の実施形態と同様であり、上述の第１の実施形態に別の要素を付加したものである。したがって、図６においては、図２と同一構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。
第４の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、バックライトユニットが折曲フィルム層５１〜５３を空気層５４、５５を介在させた状態で積層した偏光分離層５６を有し、折曲フィルム層５１〜５３のうち積層方向で隣接する２つの折曲角が互いに異なる点である。
折曲フィルム層５１、５３は、上述した第１の実施形態と同様に、折曲角θＰ３が例えば４０°であり、頂点の間隔が１ｍｍとなっている。
また、折曲フィルム層５２は、折曲角θＰ４が例えば６０°であり、頂点の間隔が折曲フィルム層５１、５３と同様に１ｍｍとなっている。
折曲フィルム層５１、５３は、上述した第１の実施形態と同様に、折曲角θＰ３が例えば４０°であり、頂点の間隔が１ｍｍとなっている。
また、折曲フィルム層５２は、折曲角θＰ４が例えば６０°であり、頂点の間隔が折曲フィルム層５１、５３と同様に１ｍｍとなっている。
したがって、この偏光分離層５６に入射するＰ偏光の大部分は、上述した第１の実施形態と同様に、各折曲フィルム層５１〜５３を透過して出射する。一方、Ｓ偏光の大部分は、上述と同様に、折曲フィルム層５１の入射側の面で反射される。
このように構成されたバックライトユニットにおいても、上述した第１の実施形態と同様の作用、効果を有するが、偏光分離層５６が折曲フィルム層５１〜５３のうち積層方向で隣接する２つの折曲フィルム層で異なる折曲角としたものであり、折曲フィルム層５１〜５３の入射側及び出射側の頂点を除く他の面が互いに密着することを容易に防止できる。
なお、本実施形態において、折曲フィルム層５１〜５３の折曲角は、積層方向で隣接する２つの折曲フィルム層の折曲角が互いに異なっていればよく、入射角が上述した５６．１９°〜７１．１９°となるように、３７．６２°〜６７．６２°の範囲内の折曲角であれば適宜変更してもよい。
なお、本実施形態において、折曲フィルム層５１〜５３の折曲角は、積層方向で隣接する２つの折曲フィルム層の折曲角が互いに異なっていればよく、入射角が上述した５６．１９°〜７１．１９°となるように、３７．６２°〜６７．６２°の範囲内の折曲角であれば適宜変更してもよい。
次に、第５の実施形態について、図７を参照しながら説明する。なお、ここで説明する実施形態は、その基本的構成が上述した第１の実施形態と同様であり、上述の第４の実施形態に別の要素を付加したものである。したがって、図７においては、図６と同一構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。
第５の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、バックライトユニットが不均一な厚さの折曲フィルム層６１、６２を空気層６３を介在させた状態で２層積層した偏光分離層６４を有する点である。
折曲フィルム層６１、６２は、それぞれ入射側の面の折曲角θＰ５が例えば６０°、出射側の面の折曲角θＰ６が例えば４０°、頂点の間隔が１ｍｍであって、山部が谷部よりも厚い樹脂フィルムによって形成されている。
折曲フィルム層６１、６２は、それぞれ入射側の面の折曲角θＰ５が例えば６０°、出射側の面の折曲角θＰ６が例えば４０°、頂点の間隔が１ｍｍであって、山部が谷部よりも厚い樹脂フィルムによって形成されている。
したがって、この偏光分離層６４に入射したＰ偏光の大部分は、上述した第１の実施形態と同様に、各折曲フィルム層６１、６２を透過して出射する。ここで、各折曲フィルム層６１、６２は出射側の面の折曲角が入射側の面の折曲角よりも小さいので、Ｐ偏光は各折曲フィルム層６１、６２から山部の頂点側に集光して出射される。
一方、Ｓ偏光の大部分は、上述と同様に、折曲フィルム層６１の入射側の面で反射される。
一方、Ｓ偏光の大部分は、上述と同様に、折曲フィルム層６１の入射側の面で反射される。
このように構成されたバックライトユニットにおいても、上述した第４の実施形態と同様の作用、効果を有するが、折曲フィルム層６１、６２のそれぞれにおいて、出射側の面の折曲角を入射側の面の折曲角よりも小さくすることで、各折曲フィルム層６１、６２を透過する光を集光することができる。
なお、本実施形態において、折曲フィルム層６１、６２の折曲角は、出射側の面の折曲角が入射側の面の折曲角よりも小さければよく、入射側の面の折曲角を３７．６２°〜６７．６２°の範囲内で適宜変更してもよい。
なお、本実施形態において、折曲フィルム層６１、６２の折曲角は、出射側の面の折曲角が入射側の面の折曲角よりも小さければよく、入射側の面の折曲角を３７．６２°〜６７．６２°の範囲内で適宜変更してもよい。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では折曲フィルム層としてＰＭＭＡで構成された樹脂フィルムを用いているが、アクリルやＰＳ（ポリスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）など、他の樹脂フィルムを用いてもよい。
また、折曲フィルム層の厚さや折曲角、間隔などを設計に応じて適宜変更してもよい。
また、各空気層の厚さも設計に応じて適宜変更してもよい。
また、偏光分離層と光源との間に拡散シートが配されているが、拡散シートを配置しない構成としてもよい。また、偏光分離層と液晶パネルとの間に拡散シートやプリズムシートを配置した構成としてもよい。
例えば、上記実施形態では折曲フィルム層としてＰＭＭＡで構成された樹脂フィルムを用いているが、アクリルやＰＳ（ポリスチレン）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）など、他の樹脂フィルムを用いてもよい。
また、折曲フィルム層の厚さや折曲角、間隔などを設計に応じて適宜変更してもよい。
また、各空気層の厚さも設計に応じて適宜変更してもよい。
また、偏光分離層と光源との間に拡散シートが配されているが、拡散シートを配置しない構成としてもよい。また、偏光分離層と液晶パネルとの間に拡散シートやプリズムシートを配置した構成としてもよい。
また、上記第１の実施形態において、各折曲フィルム層の間にスペーサを設けているが、各折曲フィルム層が密着しないように枠体などで固定できれば、スペーサを設けない構成としてもよい。
また、上記第１、第４、第５の実施形態において、折曲フィルム層の積層数を設計に応じて適宜変更してもよい。
また、上記第１、第４、第５の実施形態において、上記第３の実施形態と同様に、折曲フィルム層の出射側に複屈折材料層を設けてもよい。これにより、折曲フィルム層を透過したＳ偏光を楕円偏光に変換するので、偏光分離機能をより向上させることができる。
また、上記第１、第４、第５の実施形態においても、上記第２または第３の実施形態と同様に、折曲フィルム層の入射側及び出射側の表面に高屈折率層を形成してもよい。さらに、高屈折率層は、折曲フィルム層の入射側と出射側との少なくとも一方に形成されていればよい。
また、上記第２、３の実施形態において、高屈折率層として酸化チタンを用いているが、ＩＴＯなど、可視光領域において透光性を有し、かつ折曲フィルム層に用いられる樹脂フィルムよりも高屈折率な材料であってもよい。また、高屈折率層は蒸着法に限らず、スパッタ法など他の薄膜形成方法によって形成してもよい。さらに、樹脂中に折曲フィルム層に用いられる樹脂フィルムよりも高屈折率なナノ粒子を分散させたものを折曲フィルム層の表面に積層する構成としてもよい。
また、上記第２、第３の実施形態において、高屈折率層の厚さは、高屈折率層の屈折率をｎとしたときに、（４００／（４×ｎ））ｎｍ以上（７００／（４×ｎ））ｎｍ以下であれば適宜変更してもよい。
また、上記第３の実施形態において、複屈折材料層として一方向に延伸したＰＣを用いているが、他の光弾性係数が高いフィルムを一方向に延伸したものを用いてもよく、また、方解石や水晶など他の一軸性複屈折材料を用いてもよい。
また、上記第４、第５の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、各折曲フィルム層の間にスペーサを設けてもよく、折曲フィルム層の入射側と出射側との少なくとも一方の面をマット面としてもよい。
また、上記第１、第４、第５の実施形態において、折曲フィルム層の積層数を設計に応じて適宜変更してもよい。
また、上記第１、第４、第５の実施形態において、上記第３の実施形態と同様に、折曲フィルム層の出射側に複屈折材料層を設けてもよい。これにより、折曲フィルム層を透過したＳ偏光を楕円偏光に変換するので、偏光分離機能をより向上させることができる。
また、上記第１、第４、第５の実施形態においても、上記第２または第３の実施形態と同様に、折曲フィルム層の入射側及び出射側の表面に高屈折率層を形成してもよい。さらに、高屈折率層は、折曲フィルム層の入射側と出射側との少なくとも一方に形成されていればよい。
また、上記第２、３の実施形態において、高屈折率層として酸化チタンを用いているが、ＩＴＯなど、可視光領域において透光性を有し、かつ折曲フィルム層に用いられる樹脂フィルムよりも高屈折率な材料であってもよい。また、高屈折率層は蒸着法に限らず、スパッタ法など他の薄膜形成方法によって形成してもよい。さらに、樹脂中に折曲フィルム層に用いられる樹脂フィルムよりも高屈折率なナノ粒子を分散させたものを折曲フィルム層の表面に積層する構成としてもよい。
また、上記第２、第３の実施形態において、高屈折率層の厚さは、高屈折率層の屈折率をｎとしたときに、（４００／（４×ｎ））ｎｍ以上（７００／（４×ｎ））ｎｍ以下であれば適宜変更してもよい。
また、上記第３の実施形態において、複屈折材料層として一方向に延伸したＰＣを用いているが、他の光弾性係数が高いフィルムを一方向に延伸したものを用いてもよく、また、方解石や水晶など他の一軸性複屈折材料を用いてもよい。
また、上記第４、第５の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、各折曲フィルム層の間にスペーサを設けてもよく、折曲フィルム層の入射側と出射側との少なくとも一方の面をマット面としてもよい。
２ バックライトユニット
５ 光源
７、３２、４２、５６、６４ 偏光分離層
１１〜１３、３１、５１〜５３、６１、６２ 折曲フィルム層
１４、１５、５４、５５、６３ 空気層
１７ スペーサ（間隙形成部材）
４１ 複屈折材料層
５ 光源
７、３２、４２、５６、６４ 偏光分離層
１１〜１３、３１、５１〜５３、６１、６２ 折曲フィルム層
１４、１５、５４、５５、６３ 空気層
１７ スペーサ（間隙形成部材）
４１ 複屈折材料層
Claims (8)
- 光源から照射された光のうち、第一直線偏光を偏光方向が該第一直線偏光と直交する第二直線偏光よりも多く透過させる偏光分離層を備える直下型のバックライトユニットにおいて、
前記偏光分離層が、山部と谷部とが交互に形成された複数層の折曲フィルム層と、該各折曲フィルム層の間に介在された空気層と、前記折曲フィルム層の出射側に配置された複屈折材料層と、を有することを特徴とするバックライトユニット。 - 光源から照射された光のうち、第一直線偏光を偏光方向が該第一直線偏光と直交する第二直線偏光よりも多く透過させる偏光分離層を備える直下型のバックライトユニットにおいて、
前記偏光分離層が、山部と谷部とが交互に形成された折曲フィルム層と、該折曲フィルム層の少なくとも一方の面に形成されて該折曲フィルム層よりも屈折率の高い高屈折率層と、前記折曲フィルム層の出射側に配置された複屈折材料層と、を有することを特徴とするバックライトユニット。 - 前記高屈折率層の厚みが、該高屈折率層の屈折率をｎとしたときに、（４００／（４×ｎ））ｎｍ以上（７００／（４×ｎ））ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載のバックライトユニット。
- 前記偏光分離層が、複数層の前記折曲フィルム層と、該各折曲フィルム層の間に介在された空気層とを有することを特徴とする請求項２または３に記載のバックライトユニット。
- 前記各折曲フィルム層の間に、スペーサが介在されていることを特徴とする請求項１または４に記載のバックライトユニット。
- 前記折曲フィルム層の少なくとも一方の面に、前記山部及び谷部よりも微細な凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１、３から５のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
- 前記複数の折曲フィルム層のうち積層方向で隣接する２つの折曲フィルム層の折曲角が、それぞれ異なることを特徴とする請求項１、３から６のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
- 前記折曲フィルム層が、山部の頂点に向けて厚さが増大し、出射側の面の山部の折曲角が入射側の面の山部の折曲角よりも小さいことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
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