JP5018911B2 - 照明装置および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、一方の面に立体構造が連続して配列された光透過フィルムを備えた照明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、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、液晶層を一対の透明基板で挟んだ液晶表示パネル、この液晶表示パネルの光入射側、光出射側にそれぞれ配置された入射側偏光板、出射側偏光板のほか、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、導光板を用いたエッジライト型がある。

一方、液晶表示パネルから出射される光が正面方向に強くなるように配光させる目的で、プリズムシートと称される光透過フィルム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。プリズムシートは、第１の方向（稜線方向）に稜線をもつ断面が略三角形の構造体が、第１の方向と直交する第２の方向（配列方向）に複数配列されることからなるプリズム部を有するシートであり、バックライトの光を正面方向に立ち上げて、正面輝度を向上させる作用を有している。

また、この断面略三角形状のプリズムを有するプリズムシートに、屈折率異方性を与えることでさらなる正面輝度の向上と利用効率の向上が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１によると、プリズムの配列方向の屈折率よりもプリズムの稜線方向の屈折率を大きくすることで、光透過フィルム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よりもプリズムの配列方向に振動する偏光成分の方が戻り光になる量が大きくなり、これにより、一定の偏光分離機能が得られることになる。このため、屈折率の小さなプリズムの配列方向に偏光板の透過軸を合わせることで、正面輝度を向上させることができる。

ＷＯ２００７／０３２４４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の照明装置においては、偏光板の透過軸とプリズムシートの面内屈折軸との間の最適な組み合わせについては記載されているが、プリズムシートの厚み方向の屈折率については記載されていない。

すなわち、偏光板の透過軸とプリズムシートの面内の屈折軸の間の位置関係が最適化されても、プリズムシートの厚み方向の屈折率を考慮しないと正面輝度や光の取出効率（利用効率）の向上が図れない場合があるだけでなく、かえって特性が低下する場合もある。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、プリズムの稜線方向、配列方向および厚み方向の３軸間の屈折率の関係を考慮して偏光板との組み合わせを最適化し、正面輝度および光取出効率の向上を図ることができる照明装置及びこれを備えた液晶表示装置を提供することを課題とする。

本発明の照明装置は、偏光板と、光源と、偏光板と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た照明装置である。

光透過フィルムは、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、プリズムの稜線方向と配列方向とで屈折率の大きな方の軸を偏光板の透過軸と直交させて配置される。具体的に、稜線方向の屈折率（ｎｘ）が配列方向の屈折率（ｎｙ）よりも大きい場合には、プリズムの稜線方向を偏光板の透過軸と直交させる。一方、配列方向の屈折率（ｎｙ）の方が稜線方向の屈折率（ｎｘ）よりも大きい場合には、プリズムの配列方向を偏光板の透過軸と直交させる。

そして、本発明では、プリズムの稜線方向が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る場合、
（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）。

一方、プリズムの稜線方向が偏光板の透過軸と平行又はほぼ平行となるように配置される場合、
（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）。

以上の構成によって、プリズムの厚み方向の屈折率を考慮した偏光板との最適な組み合わせを実現でき、正面輝度および利用効率の向上を図ることができる。なお、上記（１）〜（４）は、それぞれの構成によって得られる正面輝度や光取出効率、輝度の角度分布が異なるため、用途に応じて使い分けるのが好ましい。

本発明において、プリズムとは、断面が略三角形の構造体を意味するが、プリズムの頂部や谷部が丸まっていても構わない。また、本発明に係る光透過フィルムをシート部とプリズム部とに分けた場合、シート部とプリズム部は異なる材料で形成されていてもよいし、同一材料で形成されていてもよい。本明細書において、光透過フィルムの屈折率異方性とは、プリズム部の屈折率異方性を意味するものとする。なお、シート部は、プリズム部と同等の屈折率異方性を有していることが好ましいが、有していなくてもよい。

以上述べたように、本発明によれば、プリズムの厚み方向の屈折率を考慮した偏光板との最適な組み合わせを実現でき、正面輝度および光取出効率（利用効率）の向上を図ることができる。したがって、液晶表示装置の輝度向上効果を高めることができるとともに、消費電力の低減を図ることが可能となる。

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断面図である。 本発明に係る光透過フィルムとしてのプリズムシートの概略斜視図である。 本発明の実施形態における入射側偏光板とプリズムシートとの配置関係を示す概略斜視図である。 本発明の実施形態において説明するシミュレーションモデルの図である。 本発明の実施形態において説明するプリズム稜線方向と偏光板の透過軸が垂直な場合の正面輝度および光取出効率のシミュレーション結果を示す図である。 図５におけるケース１の角度輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 図５におけるケース２の角度輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 プリズムシートに対するＰ偏光とＳ偏光の透過特性の違いを説明する図である。 本発明の実施形態において説明するプリズム稜線方向と偏光板の透過軸が平行な場合の正面輝度および光取出効率のシミュレーション結果を示す図である。 図９におけるケース３の角度輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 図９におけるケース４の角度輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明の実施の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液晶表示装置１の概略構成図である。なお、図１は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状と同一とは限らない。まず、この液晶表示装置１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１は、液晶表示パネル２と、バックライトユニット３と、これらを支持する筺体１２と、液晶表示パネル２を駆動して映像を表示させるための駆動回路（図示略）とを備えており、液晶表示パネルの表面（図中上面）が観察者側に向けられている。

（液晶表示パネル）
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。

液晶セル５は、観察者側から順に、透明基板、カラーフィルタ、透明電極、配向膜、液晶層、配向膜、透明画素電極および透明基板を有している。透明基板は、可視光に対して透明な基板、例えば板ガラスからなる。光源側の透明基板には、透明画素電極に電気的に接続された駆動素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。カラーフィルタは、光源からの射出光を例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の三原色にそれぞれ色分離するためのカラーフィルタを配列して構成されている。透明電極は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）からなり、共通の対向電極として機能する。配向膜は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層は、例えば、ＶＡ（Vertical Alignment）モード、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モードまたはＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モードの液晶からなり、駆動回路からの印加電圧により、光源からの射出光を画素ごとに透過または遮断する機能を有する。透明画素電極は、例えばＩＴＯからなり、画素ごとの電極として機能する。

（バックライトユニット）
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。

光源７は、複数本の冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）などの線状光源や、複数個の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などの点状光源が用いられる。反射シート８は、例えば、発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や銀蒸着フィルム、多層膜反射フィルムなどであり、拡散板、拡散シート、プリズムシートなどで一部反射された光を、液晶表示パネルの方向へ反射する。これにより、光源７からの射出光を効率的に利用することができる。

拡散板９は、例えば、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に光拡散材（フィラー）を分散して形成された光拡散層を有する剛性の比較的高い光学シートである。ここで、板状の透明樹脂には、例えばＰＥＴ、アクリルおよびポリカーボネートなどの光透過性熱可塑性樹脂が用いられる。上記拡散板に含まれる光拡散層は、例えば０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下の厚みを有している。また、光拡散材は、例えば０．５μｍ以上１０μｍ以下の平均粒子径を有する粒子からなり、上記光拡散層全体の重量に対して０．１重量部以上１０重量部以下の範囲で透明樹脂中に分散されている。これにより、この拡散板は、光源からの光を拡散し、輝度の面内分布を均一化する機能を有している。

拡散シート１０は、例えば、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に光拡散材を含む透明樹脂を塗布して形成された光学シートである。ここで、フィルム状の透明樹脂には、例えばＰＥＴ、アクリルおよびポリカーボネートなどの光透過性熱可塑性樹脂が用いられる。光拡散材としては、例えば、大きさ数μｍ程度の球形をしたアクリルやシリコーン等が用いられる。これにより、この拡散シートは、光源からの光を拡散する機能及び正面方向の輝度を向上させる機能を有している。

プリズムシート１１は、本発明に係る「光透過フィルム」に対応し、液晶表示装置の正面輝度を向上させる輝度向上フィルムとして用いられる。プリズムシート１１は、光源からの光を拡散させる拡散シートの光出射側に配置され、正面輝度と光取出効率を向上させる作用を有している。以下、このプリズムシート１１の詳細について説明する。

（プリズムシート）
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。

ここで、頂角とは、プリズム頂部Ｐｔと谷部Ｐｂの間を結ぶ２つの辺Ｐ１とＰ２のなす角度Ｐａを意味する。また、プリズムとは、断面形状が三角形状の立体構造に限られず、例えば頂部Ｐｔが曲面形状の立体構造も含まれる。プリズム１１Ｐの配列ピッチＰｐ（隣接するプリズムの頂部間または谷部間の距離）は特に限定されず、例えば数十μｍ〜数百μｍである。

プリズムシート１１は、図２に示したように、複数のプリズム１１Ｐが形成されたプリズム部１１Ａと、プリズム部１１Ａを支持するシート部１１Ｂとに分けられる。プリズム部１１Ａとシート部１１Ｂはいずれも透光性のある樹脂材料からなるが、同一材料で形成されていてもよいし、異種材料で構成されていてもよい。

具体的に、プリズム１１Ｐあるいはプリズムシート１１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、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。また、紫外線や熱線などの光あるいは電子線等の照射で硬化するエネルギー線硬化樹脂が適用可能である。

プリズムシート１１は、入射側偏光板６と拡散シート１０との間に配置されている。プリズム１１Ｐは、その稜線方向（ｘ方向）、配列方向（ｙ方向）および厚み方向（ｚ方向）にそれぞれ主屈折率を有する軸を有している。本実施形態において、プリズムシート１１は、３軸方向の屈折率の大きさ関係に応じて、プリズム１１Ｐの稜線Ｐｒが入射側偏光板６の透過軸６ａと直交するように配置される図３Ａの構成例と、プリズム１１Ｐの稜線Ｐｒが入射側偏光板６の透過軸６ａと平行となるように配置される図３Ｂの構成例を選択的にとり得る。

すなわち、プリズム１１の稜線方向の屈折率をｎｘ、配列方向の屈折率をｎｙ、厚み方向の屈折率をｎｚとしたとき、プリズム１１Ｐの稜線方向の屈折率（ｎｘ）が、配列方向の屈折率（ｎｙ）および厚み方向の屈折率（ｎｚ）よりも大きい場合（ｎｘ＞ｎｙ，ｎｚ）、図３Ａに示すように、プリズムシート１１は、プリズム１１Ｐの稜線方向が入射側偏光板６の透過軸６ａと垂直又はほぼ垂直となるように配置される。プリズム１１Ｐの配列方向の屈折率（ｎｙ）が、稜線方向の屈折率（ｎｘ）および厚み方向の屈折率（ｎｚ）よりも小さい場合（ｎｙ＜ｎｘ，ｎｚ）も、同様である。

一方、プリズム１１Ｐの配列方向の屈折率（ｎｙ）が、稜線方向の屈折率（ｎｘ）および厚み方向の屈折率（ｎｚ）よりも大きい場合（ｎｙ＞ｎｘ，ｎｚ）、図３Ｂに示すように、プリズムシート１１は、プリズム１１Ｐの稜線方向が入射側偏光板６の透過軸６ａと平行又はほぼ平行となるように配置される。プリズム１１Ｐの稜線方向の屈折率（ｎｘ）が、配列方向の屈折率（ｎｙ）および厚み方向の屈折率（ｎｚ）よりも小さい場合（ｎｘ＜ｎｙ，ｎｚ）も、同様である。

本発明者は、図４に示す照明装置のシミュレーションモデルを用いて正面輝度、光取出効率、角度輝度分布を計算した。以下、その詳細について説明する。ここでは、プリズム１１Ｐの稜線（Ｐｒ）方向に対する入射側偏光板（以下単に「偏光板」ともいう。）６の透過軸６ａの向き、及びプリズム１１Ｐの屈折率ｎｘ，ｎｙ，ｎｚの値をパラメータとして光線追跡シミュレーションを行い、正面輝度、光取出効率および角度輝度分布を計算した。

なお、正面輝度とはプリズムシート１１の垂直方向から見た場合の輝度であり、光取出効率とは光源から出射された光がどれだけシートを透過し出射されたかという効率であり、角度輝度分布とは照明装置を斜めから見た場合の輝度の分布である。

＜プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が垂直な場合＞
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。

（１）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高くなる。
（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。

以上より、プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が垂直な場合、正面輝度および取出効率を高めるには、プリズム稜線方向の屈折率（ｎｘ）をプリズム配列方向の屈折率（ｎｙ）よりも大きくする必要があることがわかる。

次に、プリズムの厚み方向の屈折率（ｎｚ）の影響について考える。ここで、
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。

図５から明らかなように、ケース１の方がケース２よりも正面輝度は低いが、取出効率は高いという結果となっている。取出効率が高いということは、図６と図７を比較してもわかるように、斜め方向の輝度が高いということを示しており、大画面テレビ等に用いて好適である。一方、ケース２は正面輝度が高いため、比較的画面の大きくないモニターやモバイル機器等に用いて好適である。

ケース１とケース２において、面内の屈折率異方性の大きさΔｎは、どちらの場合も０．２５であるのに対し、厚み方向の屈折率（ｎｚ）の値によって正面輝度と取出効率が異なる。以下、その理由について説明する。

図８を参照して、屈折率異方性を有するプリズムシート１１内では、界面Ｐ２に対するＳ偏光とＰ偏光で、実効屈折率が異なる。プリズムシート内で、Ｓ偏光およびＰ偏光がｚ軸となす角度をそれぞれθｓおよびθｐとすると、Ｓ偏光およびＰ偏光のプリズムシート内での実効屈折率ｎｓおよびｎｐは、
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。

一方、ケース２の方がケース１に比べて正面輝度が高い理由は、以下のとおりである。
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。

＜プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が平行な場合＞
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。

（５）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低くなる。
（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。

以上より、プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が平行な場合、正面輝度および取出効率を高めるには、プリズム稜線方向の屈折率（ｎｘ）をプリズム配列方向の屈折率（ｎｙ）よりも小さくする必要があることがわかる。

次に、プリズムの厚み方向の屈折率（ｎｚ）の影響について考える。ここで、
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。

図９から明らかなように、ケース４の方がケース３よりも正面輝度も取出効率も高いという結果となっている。つまり、プリズム稜線方向と偏光板の透過軸が平行な場合はｎｚが大きいほど良いことになる。しかし、材料などの制約で、ｎｚが大きくできない場合においても、屈折率が等方性のプリズムシートに比べて正面輝度も取出効率も高いため、ケース３の場合も有効である。

ケース３とケース４において、面内の屈折率異方性の大きさΔｎは、どちらの場合も０．２５であるのに対し、厚み方向の屈折率（ｎｚ）の値によって正面輝度と取出効率が異なる。以下、その理由について説明する。

上述したように、屈折率異方性を有するプリズムシート内では、界面Ｐ２（図８）に対するＳ偏光とＰ偏光で、実効屈折率が異なる。プリズムシート内で、Ｓ偏光およびＰ偏光がｚ軸となす角度をθｓおよびθｐとすると、Ｓ偏光およびＰ偏光のプリズムシート内での実効屈折率ｎｓおよびｎｐは、
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。

一方、正面輝度に関してもケース４の方がケース３よりも高いのは以下の理由である。
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。

以上のように、本実施形態によれば、プリズム１１Ｐの稜線方向が入射側偏光板６の透過軸６ａと垂直又はほぼ垂直となるように配置される場合、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、プリズム１１Ｐ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，ｎｚ）ことにより、プリズムの屈折率が等方性である場合に比べて、正面輝度および光利用効率（取出効率）の向上を図ることができる。

一方、プリズム１１Ｐの稜線方向が入射側偏光板６の透過軸６ａと平行又はほぼ平行となるように配置される場合、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）よりも大きくする（ｎｙ＞ｎｘ，ｎｚ）、あるいは、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）ことにより、プリズムの屈折率が等方性である場合に比べて、正面輝度および光利用効率（取出効率）の向上を図ることができる。

このように、プリズムの稜線方向および配列方向の屈折率だけでなく、厚み方向の屈折率をも考慮に入れて偏光板との組み合わせを最適化することで、照明装置の正面輝度および光利用効率の向上を図ることができる。したがって、この照明装置を液晶表示装置用のバックライトに適用することによって、液晶表示装置の輝度向上効果および視野角向上効果を実現できるとともに、光源の消費電力の低減を図ることが可能となる。

なお、プリズムシート１１に屈折率異方性を付与する手法としては、プリズムの稜線方向に延伸処理を施したり、屈折率異方性をもった液晶材料を配向させたり、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したりする等の方法が適用可能である。

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、液晶表示装置１として図１に示した構成のものを説明したが、これに限られない。すなわち、光源７とプリズムシート１１の間に配置される各種光学シート（拡散板９、拡散シート１０）は図示の例に限られないだけでなく、他の光学シート（例えば偏光分離シート）を組み合わせて設置してもよい。また、プリズムシート１１の設置場所も図示の例に限られない。

さらに、以上の実施形態において、例えばケース１およびケース４に関しては、ｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ、およびｎｘ＜ｎｙ＝ｎｚの例を説明したが、ｎｙとｎｚの値は完全に同一である場合に限らず、ほぼ同一であればよい。ケース２およびケース３に関してのｎｘおよびｎｚの関係も同様である。

１ 液晶表示装置
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 (9)

1. 偏光板と、
   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、配列方向の屈折率（ｎｙ）が、稜線方向の屈折率（ｎｘ）および厚み方向の屈折率（ｎｚ）よりも小さい（ｎｙ＜ｎｘ，ｎｙ＜ｎｚ）
   照明装置。
2. 前記プリズムの稜線方向の屈折率（ｎｘ）と厚み方向の屈折率（ｎｚ）が同じ又はほぼ同じである（ｎｙ＜ｎｘ≒ｎｚ）請求項１に記載の照明装置。
3. 偏光板と、
   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偏光板の透過軸と平行又はほぼ平行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、配列方向の屈折率（ｎｙ）が、稜線方向の屈折率（ｎｘ）および厚み方向の屈折率（ｎｚ）よりも大きい（ｎｙ＞ｎｘ，ｎｙ＞ｎｚ）
   照明装置。
4. 前記プリズムの稜線方向の屈折率（ｎｘ）と厚み方向の屈折率（ｎｚ）が同じ又はほぼ同じである（ｎｙ＞ｎｘ≒ｎｚ）請求項３に記載の照明装置。
5. 偏光板と、
   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偏光板の透過軸と平行又はほぼ平行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）よりも小さい（ｎｘ＜ｎｙ，ｎｘ＜ｎｚ）
   照明装置。
6. 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５に記載の照明装置。
7. 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、配列方向の屈折率（ｎｙ）が、稜線方向の屈折率（ｎｘ）および厚み方向の屈折率（ｎｚ）よりも小さい（ｎｙ＜ｎｘ，ｎｙ＜ｎｚ）
   液晶表示装置。
8. 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平行又はほぼ平行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、配列方向の屈折率（ｎｙ）が、稜線方向の屈折率（ｎｘ）および厚み方向の屈折率（ｎｚ）よりも大きい（ｎｙ＞ｎｘ，ｎｙ＞ｎｚ）
   液晶表示装置。
9. 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平行又はほぼ平行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）よりも小さい（ｎｘ＜ｎｙ，ｎｘ＜ｎｚ）
   液晶表示装置。

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