JP4930540B2 - 面発光装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、２枚の光学シートを用いて輝度の向上を図るようにした光学シート組合せ体、並びにこれを備えた面発光装置および液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）は、ブラウン管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）と比較して低消費電力かつ小型化、薄型化が可能であり、現在では、携帯電話、携帯型ゲーム機、デジタルカメラ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）等の小型機器から、大型サイズの液晶テレビに至るまで、様々なサイズのものが幅広く使用されている。

液晶表示装置は透過型、反射型等に分類され、特に透過型液晶表示装置は、液晶表示パネルと、この液晶表示パネルの光入射側に配置された第１偏光子（偏光板）と、液晶表示パネルの光出射側に配置された第２偏光子（偏光板）のほか、照明光源としてバックライトユニットを備えている。バックライトユニットは、光源を液晶表示パネルの直下に配置する直下型のほか、エッジライト型がある。エッジライト型のバックライトユニットは、液晶表示パネルの背面に配置される導光板と、この導光板の一側端部に配置された光源と、導光板の光出射面とは反対側の面を覆う反射板等で構成されている。

これら各方式のバックライトユニットに用いられる光源には、従来より、白色光を発光する冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が広く用いられている。特に近年、携帯電話等のモバイル用途のディスプレイには、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を光源に用いるバックライトユニットが有望視されている。また、光源として、熱陰極蛍光管（ＨＣＦＬ：Hot Cathode Fluorescent Lamp）を用いることができる。

モバイル用途のディスプレイにおいては、正面方向の輝度が求められており、そのためにバックライト光の出射方向を正面方向に制限する手法が採られている。例えば、バックライト光の出射方向を正面方向に配光させる目的で、輝度向上フィルム又はシートと称される光学シートをバックライトユニットと液晶表示パネルとの間に配置する構成が知られている（下記特許文献１，２参照）。

輝度向上フィルムは、一方の面に三角柱形状のプリズムが微細ピッチで周期配列されたプリズムシートで構成されており、バックライト光を正面方向に立ち上げて集光する作用を有している。特に、プリズムの延在方向を互いに直交させて２枚のプリズムシートを重ね合わせる構成や、プリズムシートの上に、一方の直線偏光成分は透過し他方の直線偏光成分は反射する反射性偏光シートを配置する構成が知られている（特許文献１参照）。

図１４は、従来の液晶表示装置の構成の一例を示す分解斜視図である。図示する液晶表示装置１は、液晶表示パネル２と、この液晶表示パネル２の光入射側および光出射側にそれぞれ配置された第１偏光子３Ａおよび第２偏光子３Ｂと、面発光体４を備えている。第１偏光子３Ａと第２偏光子３Ｂは、各々の透過軸が互いに直交するようにして配置されている（クロスニコル）。また図示せずとも、液晶表示パネル２には、液晶層等の複屈折を光学的に補償するための位相差フィルムが設置される場合が多い。

面発光体４は、透光性材料からなる導光板５と、この導光板５の一側端部に配置された光源６と、導光板５の光出射面とは反対側の面を覆う反射板７等で構成されている。光源６は、ＬＥＤ等の点光源で示したが、これ以外にも、蛍光管等の線状光源が用いられる。

導光板５と第１偏光子３Ａとの間には、拡散シート８、第１プリズムシート９Ａ、第２プリズムシート９Ｂおよび反射性偏光シート１０が順に配置されている。第１プリズムシート９Ａ及び第２プリズムシート９Ｂはそれぞれ同一構成のプリズムシートからなるもので、プリズムの形成面を液晶表示パネル２側に向けて配置されているとともに、プリズムの稜線方向（延在方向）が互いに直交するようにして重ね合わされている。

反射性偏光シート１０は、プリズムシート９Ｂの出射光について一方の直線偏光成分を増幅させて透過し他方の直線偏光成分は反射する機能を有する。反射性偏光シート１０を透過した偏光成分は、第１偏光子３Ａの透過軸を通って液晶表示パネル２へ入射される。第１偏光子３Ａの透過軸方向に対して、反射性偏光シート１０を、その増幅方向の直線偏光成分が平行になるように配置することにより、各段に正面輝度を増加させることが可能となる。

プリズムシート９Ａ，９Ｂは一般に、透明基材の表面に活性エネルギー線硬化樹脂からなる硬化樹脂層を積層することで構成される（特許文献２参照）。図１５に従来のプリズムシート９Ａ，９Ｂ（以下、個別に説明する場合を除き、プリズムシート９と総称する。）の構成を概略的に示す。プリズムシート９は、透明基材１１の表面に硬化樹脂層１２が一体的に積層された構成を有している。硬化樹脂層１２は、紫外線や電子線等の活性エネルギー線の照射によって硬化する活性エネルギー線硬化樹脂で形成されている。

なお、従来のプリズムシート９における硬化樹脂層１２は、一定ピッチで配列された三角柱形状の多数のプリズム１２ａと、これら多数のプリズム１２ａを支持する袴層（ベース部）１２ｃとで構成されている。プリズムシート９の全厚（Ｈ）は、透明基材１１の厚さ（Ｄ２）と硬化樹脂層１２の厚さ（Ｄ３）の和で表される。プリズム１２ａの高さは、隣接するプリズム１２ａ間の谷部１２ｂの深さ（Ｄ１）で表される。袴層１２ｃは、透明基材１１の表面とプリズム１２ａの間に介在し、その厚さ（ΔＤｙ）は、硬化樹脂層１２の厚さとプリズム１２ａの高さの差（Ｄ３−Ｄ１）とされている。

特表２００２−５４４５６５号公報 特開２００４−１６８８６９号公報

近年、モバイル用途のディスプレイにおいては、ディスプレイ全体の更なる薄型化と高画質化が求められている。上述した従来の液晶表示装置においては、液晶表示パネルの正面輝度を高めるために、第１プリズムシート９Ａ、第２プリズムシート９Ｂ及び反射性偏光シート１０を含む少なくとも３枚以上の光学シートが必要となる。また、光学シートの個々の薄厚化にも限界があることから、光学シートのトータル厚みを大幅に削減することは非常に難しい（上記３枚のシート構成におけるトータル厚みは約２５０μｍ）。例えば、図１４の反射性偏光シート１０は、積層型のフィルムであるため、特に薄膜化が困難である。したがって、従来の液晶表示装置１の構成においては、シート使用枚数増による生産性の低下と生産コストの増大を招いているとともに、装置全体の更なる薄型化が困難であるいう問題がある。

また、特にモバイル用途の液晶表示装置においては、位相差フィルムを組み合わせた際におけるコントラスト等の表示特性の最適化のために、バックライト側の第１偏光子３Ａの透過軸を第２偏光子３Ｂに対してクロスニコル状態から最大で数十度回転させて配置する場合が多い。この場合、第１偏光子３Ａの透過軸と反射性偏光シート１０から出射する偏光成分との角度ずれが大きくなることから、正面輝度の低下率が著しくなるという問題がある。図１６に、クロスニコル状態の正面輝度を１としたときの、第２偏光子の透過軸に対する第１偏光子の透過軸の回転角度と正面輝度との関係の一例を示す。図１６から明らかなように、第１偏光子の透過軸の回転角度に対する輝度の低下率が大きい。したがって、従来の液晶表示装置においては、第１偏光子３Ａの透過軸の回転調整に伴って、反射性偏光シート１０の光学軸の調整も必要となるので、組立て性あるいは生産性の低下を招くおそれがある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、正面輝度の向上に必要な光学シートの使用枚数及びトータル厚みを低減でき、かつ、偏光子の回転調整による輝度の低下を抑制することができる光学シート組合せ体、面発光装置および液晶表示装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明の光学シート組合せ体は、偏光子と面発光体との間に配置される光学シート組合せ体であって、透明基材の上に硬化性樹脂からなる柱状の立体構造が多数配列されてなり、かつ、互いに隣接する前記立体構造間の谷部が前記透明基材の表面と接触している第１光学シートと、前記第１光学シートよりも前記偏光子側に配置され、表面に柱状の立体構造が多数配列されてなり、かつ、前記立体構造の延在方向の屈折率と前記立体構造の配列方向の屈折率とが互いに異なる第２光学シートとを備え、前記第１光学シートと前記第２光学シートは、前記立体構造が共に前記偏光子側に向けられており、間に空気層を介して配置されている。

第１，第２光学シート上の立体構造は、具体的には、所定の頂角を有する三角形状のプリズムとされる。すなわち、第１，第２光学シートはそれぞれ第１，第２プリズムシートとして構成される。以下、第１，第２光学シートがプリズムシートである場合について説明する。なお、立体構造はプリズムに限られず、レンチキュラーレンズであってもよい。

本発明において、第１プリズムシートは、透明基材が互いに隣接するプリズム間の谷部と接しているので、透明基材とプリズムとの間に、プリズムとして機能しない袴層が存在しない。ここで、「袴層が存在しない」とは、文字通り袴層が全く存在しない場合や、製造上の誤差などによりわずかに（例えば０．２８μｍ以下）袴層が残存している場合が含まれることを意味する。これにより、袴層が存在している場合よりも光の透過率が高まり、輝度の向上が図れるようになる。

特に、プリズム間の谷部に対応して透明基材の表面に窪みを形成するとともに、これら窪みの間において透明基材の表面に凸状の曲面をもたせることにより、当該透明基材の表面において一定のレンズ効果を発現させて、正面輝度の更なる向上を図ることが可能となる。

一方、第２プリズムシートは、プリズムの延在方向とこれに直交する配列方向との間に屈折率差を有している。これにより、第２プリズムシートに入射した光に対し、プリズムの延在方向に振動する偏光成分とプリズムの配列方向に振動する偏光成分とで、互いに異なる透過特性をもたせることができるようになる。例えば、プリズムの配列方向の屈折率よりもプリズムの延在方向の屈折率を大きくすることで、当該第２プリズムシートへ入射した光のうちプリズムの配列方向に振動する偏光成分の出射光量を大きくすることができる。この偏光成分の透過特性の差は、プリズムの延在方向と配列方向の屈折率の差が大きいほど大きくなる。したがって、当該第２プリズムシートは、集光機能のほか、一定の偏光分離機能をもつことになる。

このような屈折率異方性を有する第２プリズムシートは、プリズムが表面に形成された樹脂シートをプリズムの延在方向に延伸処理することによって作製することができる。樹脂シートの延伸方向をプリズムの延在方向とするのは、延伸前後におけるプリズムの形状変化による光学特性の変動を少なくするためである。プリズムの配列方向の屈折率よりもその延在方向の屈折率を大きくする場合、樹脂シートの構成材料には、延伸方向に屈折率が大となる材料を選択する。延伸方向に屈折率が大となる材料としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）及びこれらの混合物又はＰＥＴ−ＰＥＮコポリマー等の共重合体、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリアミド等が挙げられる。

上記第１プリズムシートを面発光体側に配置するとともに上記第２プリズムシートを偏光子側に配置して面発光装置あるいは液晶表示装置を構成することによって、プリズムシートを２枚重ねて配置することにより得られる輝度向上効果に加えて、第２プリズムシートが従来の反射性偏光シートと同様の機能をもつことから、上記反射性偏光シートを不要とすることが可能となる。これにより、正面輝度の向上に必要とされる光学シートの設置枚数を少なくすることができるので、光学シートの使用枚数及びトータル厚みを低減することが可能となり、液晶表示装置の薄型化にも十分に対応できるようになる。

また、第２プリズムシートの偏光機能は、その面内屈折率差（複屈折）によって調整することができるので、偏光子の透過軸の回転調整量を考慮に入れた偏光特性の最適化を図ることが可能となる。これにより、偏光子の透過軸と第２プリズムシートの異方性光学軸との間の角度ずれに起因する正面輝度の低下を抑えることが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、正面輝度の向上に必要な光学シートのトータル厚みを小さくできるとともに、偏光子の回転調整による輝度の低下を抑制することができる。

本発明の実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す全体斜視図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す側断面図である。 本発明の実施形態による第１プリズムシートの一構成例を示す要部断面図である。 本発明の実施形態による第１プリズムシートの他の構成例を示す要部断面図である。 本発明の実施形態による第１プリズムシートを製造するシート製造装置の概略構成図である。 図３に示したプリズムシートの一製造工程を示すシート製造装置の要部断面図である。 図４に示したプリズムシートの一製造工程を示すシート製造装置の要部断面図である。 本発明の実施形態による第２プリズムシートの一構成例を示す全体斜視図である。 本発明の実施形態による第２プリズムシートの作用を説明する側面図である。 本発明の実施形態による第２プリズムシートの製造方法を説明する図である。 本発明の実施形態による第２プリズムシートと第１偏光子との関係を示す要部斜視図である。 本発明の実施形態による第２プリズムシートと第１偏光子との関係を示す要部側面図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置の一作用を説明する図である。 従来の液晶表示装置の概略構成を示す全体斜視図である。 従来の液晶表示装置において用いられるプリズムシートの代表的な構成例を示す概略面図である。 従来の液晶表示装置の一作用を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態による光学シート組合せ体３０を備えた液晶表示装置２１の概略構成を示す分解斜視図、図２はこの液晶表示装置２１の概略側断面図である。まず、この液晶表示装置２１の全体構成について説明する。

本実施形態の液晶表示装置２１は、液晶表示パネル２２と、この液晶表示パネル２２を挟む第１偏光子２３Ａ及び第２偏光子２３Ｂと、面発光装置３３とを備えている。面発光装置（バックライト装置）３３は、面発光体２４と、拡散シート２８と、本発明に係る光学シート組合せ体３０と、第１偏光子２３Ａとによって構成されている。

図２に示すように、液晶表示パネル２２は、面発光装置３３側の透明基板３４Ａおよび観察者側の透明基板３４Ｂの間に液晶層３５を有する積層構造となっている。具体的には、面発光装置３３側から順に、透明基板３４Ａ、透明画素電極３７Ａ、配向膜３８Ａ、液晶層３５、配向膜３８Ｂ、透明電極３７Ｂ、カラーフィルタ３６および透明基板３４Ｂを有する。なお必要に応じて、液晶表示パネル２２には、液晶層３５等の複屈折を光学的に補償するための位相差フィルムが透明基板３４Ａ，３４Ｂの少なくとも一方に設置される。

第１偏光子２３Ａは、液晶表示パネル２２の光入射側に配置された偏光板であり、第２偏光子２３Ｂは、液晶表示パネル２２の光出射側に配置された偏光板である。第１偏光子２３Ａの透過軸ａは図１のＹ軸方向に設定され、第２偏光子２３Ｂの透過軸ｂは図１のＸ軸方向に設定されている。ここで、Ｘ軸及びＹ軸は、液晶表示パネル２２の表示面において互いに直交する２軸であり、Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸に対して直交する液晶表示装置２１の厚さ方向に平行な軸である。

図示する面発光体２４は、エッジライト型バックライトユニットで構成されているが、直下型バックライトユニットで構成されてもよい。面発光体２４は、透光性材料からなる導光板２５と、この導光板２５の一側端部に配置された光源２６と、導光板２５の光出射面とは反対側の面を覆う反射板２７等を備えている。光源２６は、図示の例ではＬＥＤ等の複数の点光源で示したが、蛍光管（ＣＣＦＬ、ＨＣＦＬ）等の単数又は複数の線状光源が用いられてもよい。

導光板２５と第１偏光子２３Ａとの間には、拡散シート２８、第１プリズムシート２９Ａおよび第２プリズムシート２９Ｂが順に配置されている。拡散シート２８は、導光板２５から出射された光を所定角度範囲にわたって拡散出射する機能を有し、面発光体２４の輝度分布の一様化を図るために設けられている。第１プリズムシート２９Ａおよび第２プリズムシート２９Ｂは、本発明に係る光学シート組合せ体３０を構成しており、拡散シート２８から出射された光を液晶表示パネル２２の正面方向に集光し正面輝度の向上を図る輝度向上シートとして機能する。

第１プリズムシート２９Ａおよび第２プリズムシート２９Ｂは、本発明の第１光学シートおよび第２光学シートにそれぞれ対応する。第１プリズムシート２９Ａおよび第２プリズムシート２９Ｂはそれぞれ、表面にプリズムＰａ，Ｐｂが多数配列されてなり、各々のプリズム形成面を液晶表示パネル２２側（第１偏光子２３Ａ側）に向けて配置されている。したがって、第１プリズムシート２９Ａと第２プリズムシート２９Ｂとの間には、空気層が介在している。第２プリズムシート２９Ｂは第１プリズムシート２９Ａよりも液晶表示パネル２２側に配置されている。各プリズムシート２９Ａ，２９Ｂは、各々のプリズムＰａ，Ｐｂの稜線方向（延在方向）が互いに直交するように重ね合わされている。第１プリズムシート２９Ａと第２プリズムシート２９Ｂのトータル厚みは、１００μｍ以下とされる。

具体的に、本実施形態では、第１プリズムシート２９Ａおよび第２プリズムシート２９Ｂのシート厚みはそれぞれ４０μｍであり、トータル厚みを８０μｍとすることができる。また、第１プリズムシート２９Ａおよび第２プリズムシート２９Ｂはそれぞれ２０μｍの厚みで構成することも可能であり、この場合、トータル厚みは４０μｍとなる。

プリズムＰａ，Ｐｂの頂角、形状等は特に限定されず、本実施形態では、頂角９０度の二等辺三角形状である。また、プリズムに限らず、レンチキュラーレンズ等の他の立体構造でも構わない。

次に、光学シート組合せ体３０の詳細について説明する。

まず、第１プリズムシート２９Ａの詳細について説明する。

図３は第１プリズムシート２９Ａの要部拡大断面図である。第１プリズムシート２９Ａは、透明基材３１の表面に硬化樹脂層３２が一体的に積層された構成を有している。透明基材３１は、可撓性材料からなる透明樹脂シートで形成されている。硬化樹脂層３２は、紫外線や電子線等の活性エネルギー線の照射によって硬化する活性エネルギー線硬化樹脂で形成されている。

硬化樹脂層３２は、一定ピッチで配列された三角柱形状の多数のプリズム３２ａ（上記Ｐａに相当）で構成される。また、隣接するプリズム３２ａの間には、谷部３２ｂが設けられている。プリズム３２ａの傾斜面（プリズム面）は、透明基材３１の表面にまで延在しており、したがって谷部３２ｂは、透明基材３１の表面に接触している。すなわち、透明基材３１とプリズム３２ａとの間に、プリズム３２ａを支持する袴層（図１５の袴層１２ｃ）が存在しない。これにより、袴層が存在している場合よりも光の透過率が高まり、輝度の向上が図れるようになる。

ここで、「袴層が存在しない」とは、文字通り袴層が全く存在しない場合や、製造上の誤差などによりわずかに（例えば０．２８μｍ以下）袴層が残存している場合が含まれることを意味する。つまり、袴層の厚さ（ΔＤｙ）は完全にゼロか、または極めて小さな値である。したがって、第１プリズムシート２９Ａの全厚（Ｈ）は、透明基材３１の厚さ（Ｄ２）と硬化樹脂層３２の厚さの和で表され、硬化樹脂層３２の厚さは、プリズム３２ａの底面と頂部との距離（すなわちプリズム３２ａの高さ）Ｄ３および谷部３２ｂの深さＤ１と完全に等しいか、またはほぼ等しくなっている。

図４は第１プリズムシート２９Ａの他の構成例を示す要部拡大断面図である。図４に示す第１プリズムシート２９Ａは、透明基材３１の表面に硬化樹脂層３２が一体的に積層された構成を有している。透明基材３１は、可撓性材料からなる透明樹脂シートで形成されている。硬化樹脂層３２は、紫外線や電子線等の活性エネルギー線の照射によって硬化する活性エネルギー線硬化樹脂で形成されている。

図４において、硬化樹脂層３２は、一定ピッチで配列された三角柱形状の多数のプリズム３２ａ（Ｐａ）で構成される。また、隣接するプリズム３２ａの間には、谷部３２ｂが設けられている。透明基材３１の表面には、プリズム３２ａ間の谷部３２ｂに対応して窪み３１ａを有している。プリズム３２ａの傾斜面（プリズム面）は、透明基材３１の表面の窪み３１ａの内壁（底部）にまで延在しており、したがって谷部３２ｂは、透明基材３１の表面に接触している。すなわち、透明基材３１とプリズム３２ａとの間に、プリズム３２ａを支持する袴層が存在しない。これにより、袴層が存在している場合よりも光の透過率が高まり、輝度の向上が図れるようになる。また、透明基材３１の窪み３１ａの間に高さΔＤｘの凸状の曲面３１ｂが形成されている。これにより、透明基材３１の表面において一定のレンズ効果を発現させて、正面輝度の更なる向上を図ることが可能となる。

図４に示した第１プリズムシート２９Ａにおいては、プリズム３２ａの傾斜面が透明基材３１の窪み３１ａの底部にまで延在しているとともに、透明基材３１とプリズム３２ａの間に袴層が全く存在しない形態を有している。したがって、プリズム３２ａの高さは、谷部３２ｂの深さＤ１よりも小さくなっている。

なお、透明基材３１を構成する可撓性材料としては、製造工程においてプリズム３２ａを成形加工する際に用いられるエネルギーに対して耐性または透過性を有する材料が用いられる。具体的には、プリズム３２ａを紫外線や電子線などの活性エネルギー線を用いて成形加工する場合には、これらの活性エネルギー線を透過する材料、例えばポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂などが好ましい。

また、プリズム３２ａを構成する硬化樹脂としては、例えば、ポリエステル類やエポキシ系樹脂、ポリエステル（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、ウレタン（メタ）アクリレートなどの（メタ）アクリレート系樹脂が挙げられる。（メタ）アクリレート系樹脂は良好な光学特性等を備えている点で好ましい。また、硬化性樹脂の主成分として多価アクリレート等の活性エネルギー線による重合開始剤を含有していることが好ましい。

次に、上述した第１プリズムシート２９Ａの製造方法の一例について図５〜図７を参照して説明する。図５は第１プリズムシート２９Ａを製造するシート製造装置４０の概略構成図、図６は図３に示した構成のプリズム３２ａの成形工程を説明する要部断面図、図７は図４に示した構成のプリズム３２ａの成形工程を説明する要部断面図である。

シート製造装置４０は、所定幅に裁断された長尺の透明基材Ｓ（透明基材３１に相当）を供給する巻出し装置４１と、巻出し装置４１から供給された透明基材Ｓの送り速度を調節する速度調節装置４２と、未硬化の硬化性樹脂Ｐ（図５、図６）を透明基材Ｓ上に滴下する樹脂供給装置４３と、透明基材Ｓに滴下した硬化性樹脂Ｐの厚さを調節する層厚調節装置４４と、硬化性樹脂Ｐにプリズム形状を転写してプリズムシート２９Ａを形成する転写装置４５と、プリズムシート２９Ａを転写装置４５から離型する離型装置４６と、プリズムシート２９Ａを巻き取る巻取り装置４７とから構成されている。

転写装置４５は、押圧ロール４５Ａ，４５Ｂと、成形ロール４５Ｃと、押圧ロール４５Ａ，４５Ｂ間に設けられた光源４５Ｄとを有している。成形ロール４５Ｃの周面には、硬化性樹脂Ｐにプリズム形状を転写するための多数の突起部４５ＣＰが、成形ロール４５Ｃの回転方向に並列して設けられている。また、本実施形態では、硬化性樹脂Ｐに紫外線硬化樹脂が用いられ、光源４５Ｄは、紫外線を照射するＵＶ光源で構成されている。

巻出し装置４１から供給された透明基材Ｓは、速度調節装置４２によって所定の速度に調節され、その透明基材Ｓ上に未硬化の硬化性樹脂Ｐが樹脂供給装置４３によって滴下される。滴下された硬化性樹脂Ｐは層厚調節装置４４によって所定の厚さに調節され、その膜厚の調整された硬化性樹脂Ｐは成形ロール４５Ｃ側にその表面を向けて転写装置４５に投入される。すると、硬化性樹脂Ｐは押圧ロール４５Ａ，４５Ｂによって透明基材Ｓ側から成形ロール４５Ｃに押し当てられ、プリズム３２ａの形状が転写される。

図３に示した構成のプリズム３２ａを形成する場合には、図６に示したように、押圧ロール４５Ａ，４５Ｂによって成形ロール４５Ｃの突起部４５ＣＰの頂部ＣＰ１が透明基材Ｓに接するまで押し当てられる。これにより、隣り合う柱状の硬化性樹脂Ｐ同士が接触する部分がほとんどなくなる。他方、図４に示した構成のプリズム３２ａを形成する場合には、図７に示したように、押圧ロール４５Ａ，４５Ｂによって成形ロール４５Ｃの突起部４５ＣＰの頂部ＣＰ１が透明基材Ｓにめり込むまで押し当てられる。これにより、隣り合う柱状の硬化性樹脂Ｐ同士が接触する部分がほとんどなくなるだけでなく、めり込んだ部分に窪み３１ａが形成され、隣接する窪み３１ａの間に凸状の曲面３１ｂが形成される。

続いて、成形ロール４５Ｃの突起部４５ＣＰが透明基材Ｓに押し当てられた状態で、光源４５Ｄから発する光ＵＶが透明基材Ｓを介して硬化性樹脂Ｐに照射される。これにより、硬化性樹脂Ｐに転写された形状が固定され、その結果、透明基材Ｓ上にプリズム３２ａが形成される。その後、透明基材Ｓがプリズム３２ａとともに離型装置４６によって転写装置４５から離型され、巻取り装置４７に巻き取られる。作製されたプリズムシートは、所定の枚葉サイズに切断されることによって、本実施形態の第１プリズムシート２９Ａとされる。

なお、図４に示した第１プリズムシート２９Ａにおいては、窪み３１ａの深さΔＤｘを深くするほど、曲面３１ｂの曲率半径を小さくすることができる。しかし、窪み３１ａを深くしようとして押圧ロール４５Ａ，４５Ｂの圧力をあまり高くし過ぎると、透明基材Ｓ（３１）の窪み３１ａの部分が白化して光の透過量が低下する虞がある。そのため、窪み３１ａの深さΔＤｘは、透明基材Ｓ（３１）が白化しない程度の深さ（透明基材Ｓ（３１）の厚さＤ２のおよそ１０％以下）にすることが好ましい。

次に、第２プリズムシート２９Ｂの詳細について説明する。

図８は、第２プリズムシート２９Ｂの構成を模式的に示す全体斜視図である。第２プリズムシート２９Ｂは、透光性のある樹脂材料で形成されており、その一方側の面に、三角柱形状の多数のプリズムＰｂが一方向（Ｙ軸方向）に連続して配列されたプリズム構造面を有している。プリズム構造面とは反対側の面（光入射面）は、平坦面とされている。

なお、この光入射面は平滑な平坦面に限らず、所定の粗度で形成したシボ面としてもよい。光入射面をシボ面とすることで、液晶表示パネルを斜めから見たときの輝度の急激な減少を抑えることができる。

第２プリズムシート２９Ｂは、プリズム延在方向（Ｘ軸方向）とプリズム配列方向（Ｙ軸方向）とで異なる屈折率を有している。このように、第２プリズムシート２９Ｂの屈折率に面内異方性をもたせることによって、第２プリズムシート２９Ｂへ入射する光の透過特性を偏光状態に応じて変えることができる。図９は、第２プリズムシート２９Ｂへ入射する光の経路を示しており、特に、プリズム延在方向の屈折率ｎｘが、プリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大きい場合（ｎｘ＞ｎｙ）を示している。ここで、Ｌｘは、バックライト光Ｌのうちプリズム延在方向に振動する偏光成分を示し、Ｌｙは、バックライト光Ｌのうちプリズム配列方向に振動する偏光成分を示している。

図９を参照して、第２プリズムシート２９Ｂの平坦な光入射面に対して斜め方向から入射角θ１で入射したバックライト光は、プリズムＰｂの延在方向と配列方向とでプリズムシート２９Ｂの屈折率が異なることから、バックライト光の偏光成分Ｌｘと偏光成分Ｌｙは互いに異なる屈折角ｒｘ，ｒｙ（ｒｘ＜ｒｙ）でそれぞれ屈折するとともに、異なる出射角φｘ，φｙでプリズム斜面から出射する。このとき、偏光成分Ｌｘの出射角φｘよりも、偏光成分Ｌｙの出射角φｙの方が小さい（φｘ＞φｙ）。

以上の例においては、両偏光成分Ｌｘ，Ｌｙのいずれも、プリズムシート２９Ｂの光出射面（プリズム構造面）から出射されることになる。しかし、プリズム延在方向とプリズム配列方向とで異なる屈折率を有しているので、これら各方向に振動する偏光成分は、プリズムシート２９Ｂの光入射面およびプリズム斜面といった界面において、互いに異なる反射率で反射されることになる。したがって、本実施形態では、プリズム延在方向の屈折率ｎｘの方がプリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大とされているので、プリズム延在方向に振動する偏光成分Ｌｘの方が、偏光成分Ｌｙに比べて反射量が大きい。その結果、この第２プリズムシート２９Ｂを透過するバックライト光は、偏光成分Ｌｘよりも偏光成分Ｌｙの方が光量的に多いことになる。

また、プリズム斜面から出射する各偏光成分Ｌｘ，Ｌｙの出射角は、φｘ＞φｙの関係となるので、プリズムシート２９Ｂへ入射するバックライト光の入射角がある条件を満たすと、偏光成分Ｌｘがプリズム斜面で全反射を繰り返して戻り光となり、偏光成分Ｌｙのみがプリズムシート２９Ｂを透過する完全な偏光分離状態を実現することができる。この例が入射角θ２の条件下で成立する様子を図９に示している。θ２の具体例としては、ｎｘ＝１．９、ｎｙ＝１．６およびプリズムＰｂの頂角が９０度の条件において、約１１度〜２５度である。

一方、この第２プリズムシート２９Ｂに対するバックライト光の入射角が小さくなり過ぎると、バックライト光がプリズムシート２９Ｂの光入射面に対して垂直に入射する場合と変わらなくなる。この場合、図９に示したように、バックライト光Ｌは偏光状態に関係なく、プリズムＰｂの傾斜面において全反射を繰り返して、バックライト側へ戻る戻り光となる。

以上のように、第２プリズムシート２９Ｂに面内の屈折率異方性（複屈折）をもたせることで、バックライト光の集光作用に加え、一定の偏光分離作用を得ることができる。また、上記各例においてプリズムシート２９Ｂで反射された光は、第１プリズムシート２９Ａや拡散シート２８、導光板２５の表面において反射し無偏光化されて再び当該第２プリズムシート２９Ｂへ入射することになるので、光の利用効率が高まり正面輝度の向上に貢献することが可能となる。

なお、第２プリズムシート２９Ｂの複屈折の大きさは、０．０５以上、好ましくは０．２以上、より好ましくは０．２５以上である。複屈折が大きいほど偏光選択性が高まり、正面輝度の向上率を増加させることができる。

次に、以上のように構成される第２プリズムシート２９Ｂの製造方法の一例について説明する。

本実施形態の第２プリズムシート２９Ｂは、一方の面にプリズム構造面が形成された樹脂シートを成形する工程と、この樹脂シートをプリズムの延在方向に延伸して、プリズムの延在方向と配列方向とで屈折率に差をもたせる工程を経て、製造される。

上記樹脂シートの成形方法は特に限定されないが、例えば、熱プレス法や溶融押出し加工法等が適用可能である。また、平坦な樹脂シートをベースとし、その上にプリズム層を作製してもよい。なお、樹脂シートは、ロール方式で連続的に作製できる方法が好ましい。

作製した樹脂シートは、プリズム延在方向に延伸されることで屈折率異方性が付与される。本実施形態の第２プリズムシート２９Ｂは、プリズム延在方向の屈折率ｎｘの方がプリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大きく構成されている。従って、図１０Ａに示すように、延伸方向に屈折率が大となる樹脂材料を用いて樹脂シート５０を作製した後、プリズム延在方向（Ｘ軸方向）に当該樹脂シート５０を延伸させることで、目的とするプリズムシート２９Ｂが得られることになる。延伸率は、必要とする面内屈折率差、樹脂シート５０の材料の種類等に応じて適宜設定することができる。

延伸方向に屈折率が大となる樹脂材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）及びこれらの混合物またはＰＥＴ−ＰＥＮコポリマー等の共重合体、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリアミド等が挙げられる。

ここで、延伸方向をプリズム延在方向とするのは、延伸前後におけるプリズム形状の変動によって、目的とする光学特性が変化することを抑えるためである。図１０Ｂは延伸前後におけるプリズム構造面の外形状の変化を示しており、実線は延伸前、一点鎖線は延伸後を示している。延伸方向をプリズム延在方向（Ｘ軸方向）とすることにより、延伸後のプリズム断面形状が延伸前のプリズム断面形状に対してほぼ相似関係となるので、光学特性の変動が抑えられ、必要とするプリズム形状を高精度に制御することが可能となる。

なお、プリズム配列方向の屈折率をプリズム延在方向の屈折率よりも大きく構成するような場合には、延伸方向に屈折率が小となる樹脂材料を用いてプリズム延在方向に延伸すればよい。延伸方向に屈折率が小となる樹脂材料としては、ポリメチルメタクリレート等のメタクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体（ＡＳ樹脂）、スチレン−メチルメタクリレート共重合体、及びこれらの混合物等が挙げられる。

以上のように構成される本実施形態の液晶表示装置２１においては、光源２６からの射出光が導光板２５に入射した後、導光板２５の上面（光出射面）から射出される。導光板２５から出射した光は、拡散シート２８に入射してむらなく拡散された後、光学シート組合せ体３０（第１プリズムシート２９Ａおよび第２プリズムシート２９Ｂ）によって正面方向に配向されて、第１偏光子２３Ａを介して液晶表示パネル２２へ入射する。液晶表示パネル２２に入射した光は、透明画素電極３７Ａと対向電極としての透明電極３７Ｂとの間に画素ごとに印加された電圧の大きさに応じて透過し、カラーフィルタ３６によって色分離された後、第２偏光子２３Ｂを介して観察者側へ出射される。これにより、液晶表示パネル２２の前面にカラーの画像表示が行われる。

ここで、光学シート組合せ体３０の作用について説明する。
図１１は、光学シート組合せ体３０と第１偏光子２３Ａとの相対位置関係を示す斜視図である。図１２は、第２プリズムシート２９Ｂと第１偏光子２３Ａとの相対位置関係を示す要部側面図である。

第１プリズムシート２９Ａと第２プリズムシート２９Ｂは、各々のプリズム構造面が第１偏光子２３Ａ側に対向するように設置される。第１プリズムシート２９ＡのプリズムＰａの延在方向（Ｙ軸方向）と第２プリズムシート２９ＢのプリズムＰｂの延在方向（Ｘ軸方向）は、互いに直交している。そして、第２プリズムシート２９Ｂは、プリズムＰｂの配列方向（Ｙ軸方向）の屈折率よりもプリズムＰｂの延在方向（Ｘ軸方向）の屈折率の方が大きく構成されているため、屈折率の小さい方向であるプリズムＰｂの配列方向が第１偏光子２３Ａの透過軸ａの方向に合わせて配置されている。なお「ｂ」は、第２偏光子２３Ｂの透過軸方向を示しており、第１偏光子２３Ａの透過軸ａと直交関係にある。また、「ｂ」は第１偏光子２３Ａの吸収軸にも相当する。

上記構成において、光学シート組合せ体３０に入射した光のうち、ＸＺ面内を進行する光は、第１プリズムシート２９ＡのプリズムＰａを屈折透過することによって正面方向（Ｚ軸方向）に偏向される。一方、ＹＺ面内を進行する光は、第２プリズムシート２９ＢのプリズムＰｂを屈折透過することによって正面方向に偏向される。このように、２枚のプリズムシートを直交配置させることによって、バックライト光は効率よく正面方向に配向される。これにより、液晶表示装置２１の正面輝度の向上が図られ、特にモバイル用途の液晶表示装置に用いて好適となる。

ここで、第１プリズムシート２９Ａは、図３および図４に示したように、透明基材３１が互いに隣接するプリズム３２ａ（Ｐａ）間の谷部３２ｂと接しているので、透明基材３１とプリズム３２ａの間に、プリズムとして機能しない袴層が存在しない。これにより、袴層が存在している場合よりも光の透過率が高まるので輝度の向上が図れるようになる。

特に、図４に示したように、谷部３２ｂに対応して透明基材３１の表面に窪み３１ａを形成するとともに、これら窪み３１ａの間において透明基材の表面に凸状の曲面３１ｂをもたせることにより、透明基材３１の表面において一定のレンズ効果を発現させて、正面輝度の更なる向上を図ることが可能となる。

一方、第２プリズムシート２９Ｂは、前段に位置する第１プリズムシート２９Ａからの出射光を正面方向に集光して第１偏光子２３Ａへ向けて出射する。このとき、第２プリズムシート２９Ｂは、プリズムＰｂの延在方向の屈折率（ｎｘ）の方がプリズムＰｂの配列方向の屈折率（ｎｙ）よりも大きく形成されているので、プリズムシート２９Ｂを透過するバックライト光は、図９を参照して説明したように、偏光成分Ｌｘよりも偏光成分Ｌｙの方が光量的に多い。なお、偏光成分Ｌｘに対する偏光成分Ｌｙの量的割合は、プリズムシート２９Ｂのプリズム配列方向の屈折率とプリズム延在方向の屈折率の差、ならびにプリズムシート２９Ｂに入射するバックライト光の入射角の分布に依存する。

したがって、本実施形態の第２プリズムシート２９Ｂによれば、集光作用だけでなく、一定の偏光分離作用を有することになる。これにより、図１２に示すように、第２プリズムシート２９Ｂから出射するバックライト光のうち、プリズムＰｂの延在方向の偏光成分Ｌｘの出射光量をプリズムＰｂの配列方向の偏光成分Ｌｙの出射光量よりも少なくでき、第１偏光子２３Ａにおけるバックライト光の吸収量を低減して、バックライト光の有効利用を図れるようになる。すなわち、バックライト光の取出し効率を高めて正面輝度の向上を図ることが可能となる。

以上のように、本実施形態の液晶表示装置２１によれば、プリズムシートを２枚重ねて配置することにより得られる輝度向上効果に加えて、第２プリズムシート２９Ｂが従来の反射性偏光シートと同様の機能をもつことから、上記反射性偏光シートを不要とすることが可能となる。これにより、正面輝度の向上に必要とされる光学シートの設置枚数を少なくすることができるので、光学シートのトータル厚みを小さくすることが可能となり、液晶表示装置の薄型化に十分に対応することが可能となる。

また、特にモバイル用途の液晶表示装置においては、位相差フィルムを組み合わせた際におけるコントラスト等の表示特性の最適化のために、バックライト側の第１偏光子の透過軸を第２偏光子に対してクロスニコル状態から最大で数十度回転させて配置する場合が多い。このため、従来の液晶表示装置においては、第１偏光子の透過軸と反射性偏光シートから出射する偏光成分との角度ずれ大きくなることから、正面輝度の低下率が著しく大きいという問題があった。

これに対して本実施形態の液晶表示装置２１においては、第２プリズムシート２９Ｂの偏光機能をその面内屈折率差（複屈折）によって調整することができるので、第１偏光子２３ａの透過軸の回転調整量を考慮に入れた偏光特性の最適化を図ることが可能となる。図１３は、クロスニコル状態の正面輝度を１としたときの、第２偏光子の透過軸に対する第１偏光子の透過軸の回転角度との関係の一例を示している。図において実線は本実施形態の光学シート組合せ体３０を備えた液晶表示装置を示し、一点鎖線は従来の反射性偏光シートを備えた液晶表示装置であって図１６に示したデータと同一のデータを示している。

図１３から明らかなように、本実施形態によれば、本発明の２枚のプリズムシートを組み合わせることにより、各々の輝度向上率が加算されることによって、従来品の反射性偏光シートのある３枚の組み合わせと同等の正面輝度を達成することができる。
それとあわせて、従来のシート構成に比べて、第１偏光子の透過軸の回転角度に対する輝度の低下率が小さく、回転角度が２０度のときの輝度低下率が３％以下であり、回転角度が４５度のときの輝度低下率は１５％以下である。なお、図示の例に用いた第２プリズムシート２９Ｂの複屈折は０．２６である。偏光子の回転角度に対する輝度の低下率は、第２プリズムシート２９Ｂの複屈折によって調整することができる。

したがって本実施形態によれば、第１偏光子の透過軸と第２プリズムシート２９Ｂの異方性光学軸との間の角度ずれに起因する正面輝度の低下を最小限に抑えることができる。これにより、要求される輝度特性、表示特性等に応じた最適なシート間調整を容易に実現できるとともに、同種シートで複数機種の液晶表示装置を構成することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、第２プリズムシート２９Ｂの面内屈折率差をｎｘ＞ｎｙで構成したが、これに代えて、ｎｘ＜ｎｙとしてもよい。この場合、プリズム延在方向に延伸したときに、延伸方向に屈折率が小となる樹脂材料を用いればよい。またこの場合、第１偏光子２３Ａの透過軸と直交する方向にプリズム配列方向が向けられることが好ましい。

加えて、以上の実施形態では、第２プリズムシート２９Ｂの屈折率異方性の発現に、延伸を用いるとしたが、これに限定されることはなく、例えば、屈折率異方性をもった液晶材料を配向させるか、あるいは、屈折率異方性を有する結晶材料を用いてプリズムシートを構成することで、プリズム延在方向とプリズム配列方向とで屈折率異方性を発現させるようにしてもよい。

２１…液晶表示装置、２２…液晶表示パネル、２３Ａ…第１偏光子、２３Ｂ…第２偏光子、２４…面発光体、２５…導光板、２６…光源、２７…反射板、２８…拡散シート、２９Ａ…第１プリズムシート、２９Ｂ…第２プリズムシート、３０…光学シート組合せ体、３１…透明基材、３１ａ…窪み、３１ｂ…曲面、３２…硬化樹脂層、３２ａ…プリズム、３２ｂ…谷部、３３…面発光装置、４０…シート製造装置、５０…樹脂シート、Ｌ…バックライト光、Ｌｘ，Ｌｙ…偏光成分、Ｐａ，Ｐｂ…プリズム

Claims (16)

1. 偏光子と、
   面発光体と、
   前記偏光子と前記面発光体の間に配置された光学シート組合せ体とを具備し、
   前記光学シート組合せ体は、
   透明基材の上に硬化性樹脂からなる柱状の立体構造が多数配列されてなり、かつ、互いに隣接する前記立体構造間の谷部が前記透明基材の表面と接触しており、前記透明基材は、前記谷部に対応する窪みと、前記谷部の間に形成された凸状の曲面とを有する第１光学シートと、
   前記第１光学シートよりも前記偏光子側に配置され、表面に柱状の立体構造が多数配列された単一層の樹脂シートからなり、かつ、前記立体構造の延在方向の屈折率と前記立体構造の配列方向の屈折率とが互いに異なる第２光学シートとを有し、
   前記第１光学シートと前記第２光学シートは、前記立体構造が共に前記偏光子側に向けられており、間に空気層を介して配置されている
   面発光装置。
2. 請求項１に記載の面発光装置であって、
   前記立体構造は、前記窪みの底部にまで延在する傾斜面を有する
   面発光装置。
3. 請求項１に記載の面発光装置であって、
   前記第２光学シートは、前記立体構造の延在方向に延伸した樹脂シートからなる
   面発光装置。
4. 請求項１に記載の面発光装置であって、
   前記第２光学シートは、前記立体構造の配列方向の屈折率よりも前記立体構造の延在方向の屈折率の方が大きい
   面発光装置。
5. 請求項１に記載の面発光装置であって、
   前記第２光学シートは、前記立体構造の延在方向の屈折率よりも前記立体構造の配列方向の屈折率の方が大きい
   面発光装置。
6. 請求項４に記載の面発光装置であって、
   前記第２光学シートは、延伸方向に屈折率が大となる材料からなる
   面発光装置。
7. 請求項５に記載の面発光装置であって、
   前記第２光学シートは、延伸方向に屈折率が小となる材料からなる
   ことを特徴とする請求項７に記載の面発光装置。
8. 請求項６に記載の面発光装置であって、
   前記第２光学シートは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）及びこれらの混合物のいずれか又はＰＥＴ−ＰＥＮ共重合体からなる
   面発光装置。
9. 請求項１に記載の面発光装置であって、
   前記第２光学シートの複屈折は、０．０５以上である
   面発光装置。
10. 請求項１に記載の面発光装置であって、
    前記第１光学シートと前記第２光学シートは、各々の前記立体構造の延在方向を直交させて組み合わされている
    面発光装置。
11. 請求項１に記載の面発光装置であって、
    前記第１光学シートと前記第２光学シートを組み合わせたときのトータル厚みは、１００μｍ以下である
    面発光装置。
12. 請求項１に記載の面発光装置であって、
    前記第１光学シートの立体構造は、プリズム又はレンチキュラーレンズである
    面発光装置。
13. 請求項１に記載の面発光装置であって、
    前記第２光学シートの立体構造は、プリズム又はレンチキュラーレンズである
    面発光装置。
14. 液晶表示パネルと、
    前記液晶表示パネルの光入射側に配置された第１偏光子と、
    前記液晶表示パネルの光出射側に配置された第２偏光子と、
    前記液晶表示パネルを照明する面発光体と、
    前記第１偏光子と前記面発光体との間に配置された光学シート組合せ体とを具備し、
    前記光学シート組合せ体は、
    透明基材の上に硬化性樹脂からなる柱状の立体構造が多数配列されてなり、かつ、互いに隣接する前記立体構造間の谷部が前記透明基材の表面と接触しており、前記透明基材は、前記谷部に対応する窪みと、前記谷部の間に形成された凸状の曲面とを有する第１光学シートと、
    前記第１光学シートよりも前記第１偏光子側に配置され、表面に柱状の立体構造が多数配列された単一層の樹脂シートからなり、かつ、前記立体構造の延在方向の屈折率と前記立体構造の配列方向の屈折率とが互いに異なる第２光学シートとを有し、
    前記第１光学シートと前記第２光学シートは、前記立体構造が共に前記偏光子側に向けられており、間に空気層を介して配置されている
    液晶表示装置。
15. 請求項１４に記載の液晶表示装置であって、
    前記第１偏光子の透過軸と前記第２偏光子の透過軸とが互いに直交し、かつ、前記第２光学シートをその面内の屈折率が小さい方向を前記第１偏光子の透過軸と平行に配置したときの前記液晶表示パネルの正面輝度を１００％としたときに、
    前記第１偏光子の透過軸を前記第２偏光子の透過軸に対して２０度回転させたときの前記正面輝度の低下率が３％以下である
    液晶表示装置。
16. 請求項１４に記載の液晶表示装置であって、
    前記第１偏光子の透過軸と前記第２偏光子の透過軸とが互いに直交し、かつ、前記第２光学シートをその面内の屈折率が小さい方向を前記第１偏光子の透過軸と平行に配置したときの前記液晶表示パネルの正面輝度を１００％としたときに、
    前記第１偏光子の透過軸を前記第２偏光子の透過軸に対して４５度回転させたときの前記正面輝度の低下率が１５％以下である
    液晶表示装置。

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