JP5458772B2 - 偏光解消シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に液晶表示素子を用いたディスプレイ用バックライトユニットにおいて照明光路制御に使用される偏光解消シートに関するものであり、更には、この偏光解消シートを搭載したバックライトユニット及びディスプレイ装置に関するものである。

近年、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代表されるディスプレイは、提供される情報を認識するのに必要な光源を内蔵しているものが多い。とくに、ラップトップコンピュータのような電池式装置においては、光源で消費する電力は、電池式装置全体で消費する電力の相当部分を占めている。従って、所定の輝度を提供するのに必要な総電力を低減することで電池寿命が増大するため、電池式装置には特に望ましいことである。

そして、米国３Ｍ社の登録商標である輝度強調フィルム（ＢＥＦ）が、この問題を解決する光学シートとして広く使用されている。図１４は、ＢＥＦの構造を示した一例である。符号６のＢＥＦは、基材６１上に、断面三角形状の単位プリズム６２が一方向に周期的に配列されたフィルムである。この単位プリズム６２は、光の波長に比較して大きいサイズ（ピッチ）である。
ＢＥＦ（符号６）は、“ 軸外（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）”からの光を集光し、この光を視聴者に向けて“ 軸上（ｏｎ−ａｘｉｓ）”に方向転換（ｒｅｄｉｒｅｃｔ）又は“リサイクル（ｒｅｃｙｃｌｅ）”する。

ディスプレイの使用時（観察時）に、ＢＥＦ（符号６）は、軸外輝度を低下させることによって軸上輝度を増大させる。ここで言う「軸上」とは、視聴者の視覚方向に一致する方向であり、一般的にはディスプレイ画面に対する法線方向（図１４中に示す方向Ｆ）側である。
単位プリズム６２の反復的アレイ構造が一方向のみの並列では、その並列方向での方向転換又はリサイクルのみが可能であり、水平および垂直方向での表示光の輝度制御を行なうために、プリズム群の並列方向が互いに略直交するように、２枚のシートを重ねて組み合わせて用いられる。
このようなＢＥＦ（符号６）を採用することにより、ディスプレイ設計者が電力消費を低減しながら所望の軸上輝度を達成することができる。

そして、ＢＥＦに代表される単位プリズム６２の反復的アレイ構造を有する輝度制御部材をディスプレイに採用する技術が多数知られており、例えば特許文献１乃至３に開示されている。
ところで、直下型バックライトに使用する拡散板としては、従来は平板型のものが良く用いられていたが、近年ではバックライトの薄型化や光源数の削減に対応するため、例えば特許文献４のように拡散板の表面に凹凸構造を形成し拡散機能を高めたものが知られている。

特公平１−３７８０１号公報 特開平６−１０２５０６号公報 特表平１０−５０６５００号公報 特開２００８−１４６０２５号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜４に開示されている従来技術では、以下のような問題があった。
すなわち、図１５（ａ）に示すように、ＢＥＦに代表される単位プリズム６２が一方向に配列したプリズムシートを使用する場合、ＢＥＦから射出される光は視野方向Ｆへ射出する光Ｘの他に、視野方向Ｆから大きく傾いた方向へ射出するサイドローブ光Ｙが発生する。サイドローブ光Ｙの発生は、ディスプレイを見る角度によって明るさムラを引き起こすため、望ましくない。図１５（ｂ）は、ＢＥＦの輝度分布を表す。±６０°付近に現れるピークがサイドローブ光Ｙによるものである。

また、特許文献４のような凹凸構造の形成された拡散板を使用した場合には、凹凸構造表面のフレネル反射により射出された光が部分的に偏光するため、このような偏光した光がバックライトの上の偏光板に入射すると、偏光板の偏光軸とのずれによって光のロスが生じるという問題があった。

さらに、近年では、バックライトの薄型化への対応のため、導光板と、導光板の端部に光源を配置したエッジライト型バックライトも普及しており、年々大型化が進んでいる。導光板を用いた場合、内部でフレネル反射を繰り返すため、射出光は部分的に偏光した光となる。そのため、導光板から射出した光の偏光方向と偏光板の透過軸のズレによって光のロスが発生する可能性がある。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、直下型、あるいはエッジライト型バックライトに使用され、光源から射出した光の偏光を解消することで偏光板による光のロスを低減させるとともに、サイドローブ光の発生を少なくすることで、ディスプレイの表示品位を改善することができる偏光解消シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る偏光解消シートでは、面内に部分的に偏光した光を面発光させる面光源装置の光射出面側に設けられた偏光解消シートであって、光透過性基材の表面に複数の凸構造が周期的に形成されてなり、面光源装置から射出される偏光の強度が最も強い方向をＸ軸とし、このＸ軸と直交する方向をＹ軸とすると、凸構造の頂点を含みＸ軸に沿って切断したときの断面Ｚの平均傾斜角θＸ（ｒａｄ）が、Ｙ軸に沿って切断したときの断面Ｚの平均傾斜角θＹ（ｒａｄ）よりも小さく、凸構造は、Ｘ軸方向に延在した台形プリズムアレイと、その頂部にＹ軸方向に延在した台形面を有するプリズムアレイとを形成した複合プリズムであり、凸構造は、平均傾斜角θX、θＹを、度数表示した値をそれぞれΦＸ、ΦＹとしたとき、ΦＸ、ΦＹが（３）式および（４）式を満たすことを特徴としている。但し、平均傾斜角は、（１）式、（２）式で定義した値とする。

また、本発明に係る偏光解消シートでは、凸構造は、平均傾斜角θX、θＹを、度数表示した値をそれぞれΦＸ、ΦＹとしたとき、ΦＸ、ΦＹが（３）式および（４）式を満たすことが好ましい。

本発明では、凸構造の頂点を含みＸ軸に沿って切断したときの断面Ｚの平均傾斜角θｘが小さいので、入射角が小さくなり、Ｓ偏光やＰ偏光はあまり反射せずに透過し、Ｙ軸に沿って切断したときの断面Ｚの平均傾斜角θＹが大きいので、入射角が大きくなり、Ｐ偏光に対してＳ偏光が大きく反射される。つまり、面光源装置から射出された部分的に偏光する光は、Ｘ方向に強く偏光しておりＹ方向に偏光する光の強度は弱い。このＸ方向に偏光した光は、平均傾斜角θＹの傾斜面に対してＳ偏光として入射するため、その傾斜面によるフレネル反射を強く受けて透過強度が大きく減少する。そして、その傾斜面で反射したＸ方向に偏光した光は、視覚方向とは逆向きに進行し、面光源装置の反射板により反射され、再び面光源装置の射出光と混じって再利用される。反射板による反射では偏光が解消されるため、戻された光の一部が面光源装置のＹ方向の偏光成分の強度を強める役割を果たす。そして、Ｙ方向に偏光した光は、傾斜面に対してＰ偏光として入射するため、それほど強度を弱められずに透過する。また、平均傾斜角θｘの傾斜面に対しては、Ｘ、Ｙ方向のどちらの向きに偏光した光が入射しても、入射角が小さいために透過率が高く、それほど強度を弱められずに透過する。
このように、面光源装置から射出したＸ方向に部分的に偏光した光は、偏光解消シートによってＸ方向の偏光成分のみの強度が弱められ、Ｙ方向に偏光した光はＸ方向に偏光した光の反射成分によって強度が強められる。したがって、Ｘ、Ｙそれぞれの偏光方向の強度差が小さくなり、偏光が解消されることになる。
また、Ｓ偏光とＰ偏光とをより多く透過させることができ、これにより偏光解消シートによる偏光解消効果をより一層発揮することができる。

また、本発明に係るバックライトユニットでは、上述したいずれかに記載の偏光解消シートを備えることを特徴としている。
本発明では、上述した偏光解消シートを備えているから、偏光解消効果を有するバックライトユニットを提供することができる。

また、本発明に係るバックライトユニットでは、面光源装置は、光源と、光源から射出した光を拡散する拡散板を備え、拡散板には、光射出面側および光入射面側の少なくとも一方に、面内のある一つの軸方向に延在した凸状部が周期的に配列していることが好ましい。
本発明では、光源から射出した斜め方向の光を正面方向へ立ち上げることができ、従来のように表面が平坦な拡散板で発生していた光源と光源の間の暗いスポットを消すことが可能になる。

また、本発明に係るディスプレイ装置では、面光源装置は、導光板と、導光板の対向する２辺に光源が近接して配置されてなることが好ましい。
本発明では、導光板の内部でＳ偏光が強く反射され、導光板から射出される光がＳ偏光に偏った光、つまり光源の並ぶ方向と平行な方向に偏光した光が射出されることになる。

また、本発明に係るバックライトユニットでは、 面光源装置は、導光板と、導光板の４辺に光源が近接して配置され、導光板を、光射出面側から眺めたときに、略長方形であることがより好ましい。
本発明では、導光板の長辺から中心までの距離が、短辺から中心までの距離と比べて短いため、導光板の中心から射出される光が長辺に配置された光源による寄与が大きく、これにより、導光板から射出される光が導光板の長辺に平行な方向に偏光し、強く射出されることになる。

また、本発明に係るバックライトユニットでは、少なくとも一種類以上の光学シートを備えることが好ましい。

また、本発明に係るディスプレイ装置では、上述したバックライトユニットと、画素単位で光を透過・遮光して画像を表示する画像表示素子と、を備えることを特徴としている。
本発明では、上述した偏光解消シートを有するバックライトユニットを備えているから、偏光解消効果を有する良好な表示品位の画像を提供することができる。

本発明の偏光解消シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置によれば、部分的に偏光した面光源装置から射出した光を、偏光解消することで、偏光板による光吸収を低減し、さらにサイドローブ光の発生を少なくすることで、ディスプレイの表示品位を高めることができ、明るいディスプレイを提供することが可能になる。

本発明の第１の実施の形態によるディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。 図１に示す偏光解消シートの部分断面図であって、拡散板の表面の凸構造により射出光が偏光することを表す図である。 Ｓ偏光とＰ偏光の透過率を表す図である。 偏光解消シートの概略構成を示す部分斜視図である。 （ａ）は第１傾斜面に光が入射したときのＳ偏光とＰ偏光の光の進路を表す図、（ｂ）第２傾斜面に光が入射したときのＳ偏光とＰ偏光の光の進路を表す図である。 本発明の第２の実施の形態によるディスプレイ装置の概略構成を示す模式的な断面図である。 図６に示す偏光解消シートの部分断面図であって、導光板内部を光が伝播することで射出光が偏光することを表す図である。 第１変形例による偏光解消シートの概略構成を示す部分斜視図である。 第２変形例による偏光解消シートの概略構成を示す部分斜視図である。 第３変形例による偏光解消シートの概略構成を示す部分斜視図である。 第４変形例による偏光解消シートの概略構成を示す部分斜視図である。 第５変形例による偏光解消シートの概略構成を示す部分斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は実施例による射出光の配光分布のシミュレーション結果を示す図である。 従来のプリズムシートの斜視図である。 （ａ）は従来のプリズムシートの輝度分布を示す図、（ｂ）は従来のプリズムシートによる光の集光作用及びサイドローブの発生状態を表す図である。

以下、本発明の第１の実施の形態による偏光解消シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置について、図１乃至図６に基づいて説明する。

図１において、符号１はディスプレイ装置であり、符号２、３はそれぞれディスプレイ装置１に備えられたディスプレイ用のバックライトユニット、画像表示素子を示している。
ここで、以下の説明では、図１に示すディスプレイ装置１において、画像表示素子３側を上側、正面側といい、後述するバックライトユニット２の反射板４２側を下側といい、画像表示素子３の平面に対して直交する方向を上下方向といい、その上下方向で上側を表側、下側を裏側という。
図１に示すディスプレイ装置１は、直下型のバックライトユニット２を備え、上方に光を照射するバックライトユニット２の光の送出側に画像表示素子３を重ねて設けることで構成され、画像表示素子３から上側に向けて画像信号によって表示制御された表示光を送出することで画像を表示するものである。

バックライトユニット２は、面光源装置４と、偏光解消シート１０と、例えば輝度上昇シート、拡散シートおよび偏光分離シート等からなる光学シート５とがその順で上下方向で下方から上方へ向けて積層した状態で配置されている。つまり、バックライトユニット２は、面高原装置４の光が偏光解消シート１０、光学シート５をその順序で透過し、最終的に光学シート５から出射した光が一対の偏光板３１（３１Ａ、３２Ｂ）に挟まれた液晶層３２に到達し、さらに画像表示素子３を透過した光は上側へ出射し、観察者によって視認される構成となっている。
なお、この光学シート５は、偏光解消シート１０の上に配置させているが、これに限定されず、面光源装置４と偏光解消シート１０の間に配置させる構成としてもよい。また、光学シート５の枚数は、１枚以上であればとくに制限されることはない。

面光源装置４は、反射板４２内に複数の光源４１、４１、…が配置され、その上に光源４１から射出した光を拡散する拡散板４３が配置されている。拡散板４３の表面４３ａには、面内のある一つの軸方向に延在した凸構造（図示省略）が周期的に配列された構成となっている。

光源４１は、画像表示素子３へと光を供給するものであり、図１の紙面奥行き方向に延びるシリンダ形状の線状光源が一定のピッチで離間して配置されている。これら光源４１としては、冷陰極管（ＣＣＦＬ）、ＬＥＤなどを用いることができる。また、光源４１に用いるＬＥＤは、例えば青色発光ダイオードに黄色蛍光体を添加した擬似白色ＬＥＤや、ＲＧＢ型ＬＥＤが挙げられる。

反射板４２は、光源４１から射出された光のうち、観察者側Ｆとは逆側に進行した光を反射させて観察者側（矢印Ｆ方向）に射出させることができる。このように反射板４２を用いることによって、光の利用効率を高めることが可能となる。反射板４２としては、光を高効率で反射させる部材であればよく、例えば一般的な反射フィルム、反射板などを使用することができる。

図２に示す拡散板４３の表面（光射出面４３ａ）には、面内のある一つの軸方向に延在した凸状部４３ｃが周期的に形成されている。このように拡散板表面に凸状部４３ｃを形成することで、光源４１から射出した斜め方向の光を正面方向へ立ち上げることができ、従来のように表面が平坦な拡散板で発生していた光源と光源の間の暗いスポットを消すことが可能になる。
なお、凸状部４３ｃは、拡散板４３の光射出面４３ａ側、もしくは光入射面４３ｂ側、もしくはその両方に形成しても良い。

ここで、光線が屈折率の異なる媒質間を透過する場合、偏光の方向で異なる強度で透過する。そして、偏光方向による透過率は、フレネル係数より計算できる。
図３は、屈折率１．５の媒質から空気中（屈折率１）に光線が進行する際の透過率を、フレネル係数から計算したものを示している。このグラフから分かるように、入射角（ｄｅｇ）が小さいほどＰ偏光とＳ偏光との偏光の違いによる透過率の変化は小さいが、入射角が大きくなるにつれて偏光による透過率の違いが顕著に現れる。

すなわち、拡散板４３の表面が平坦面である場合には、拡散板４３の表面を入射角０°で透過した光が正面方向へ射出されるため、偏光の方向による強度差は発生しない。しかし、拡散板４３の表面に一軸方向に延在した凸状部４３ｃが周期的に配列している場合には、図２に示すように、０°より大きい入射角θで入射した光が正面方向へ射出されるため、射出光は偏光の方向によって強度差が発生する。そして、図３に示すグラフから分かるように、Ｐ偏光の光がＳ偏光の光よりも強く射出される。つまり、凸構造の延びる方向に対して直交する方向に強く偏光する光が射出されることになる。

光学シート５としては、観察者側Ｆに集光機能を有するレンズシート（例えばマイクロレンズシート、凸レンチキュラーレンズシート、プリズムシート、四角錐レンズシートなど）を任意に選択して搭載する。或いは、光拡散性を有する拡散シートや、反射型偏光分離シートなどを搭載しても良い。
なお、実際にバックライトユニット２を設計するにあたって、輝度を高めるために、バックライトユニット２から射出される光の偏光方向と偏光板３１の透過軸の方向が一致していることが好ましい。

図１に示す偏光解消シート１０は、バックライトユニット２から射出する光の偏光を解消することで、射出光の偏光と偏光板３１（３１Ａ、３１Ｂ）の透過軸のずれによる光のロスを最小限にすることができる。さらに、偏光解消シート１０では、従来のプリズムシートに代表される一軸方向に延びるレンズと比べてサイドローブ光が発生しにくいため、ディスプレイの表示品位が改善される利点がある。

図４に示すように、偏光解消シート１０は、基材１１の表面（上面、光学シート５側）に凸構造をなす凸部１２、１２、…が周期的に多数配列された構成となっている。
ここで、図５に示すように、図１に示す面光源装置４から射出される光が強く偏光する方向をＸ軸とし、Ｘ軸と直交する方向をＹ軸とする。
偏光解消シート１０の凸部１２は、底面が長方形の四角錐形状をなし、Ｘ軸方向に図５（ａ）に示すような緩やかな傾斜面（第１傾斜面１２Ａ）を有し、Ｙ軸方向に図５（ｂ）に示すような第１傾斜面１２Ａよりも急な傾斜面（第２傾斜面１２Ｂ）を有する。

凸部１２の平均傾斜角は、（１）式および（２）式により与えられる。
ここで、θｘはＸ方向の平均傾斜角、θＹはＹ方向の平均傾斜角である。Ｚは、凸部１２の基材１１面からの高さである。Ｔは、凸部１２の１周期長さである。

図５（ａ）はＸ軸に沿って図４に示す偏光解消シート１０を切断したときの断面図、及び正面方向へ進行する光の進路を表し、図５（ｂ）はＹ軸に沿って偏光解消シート１０を切断したときの断面図、及び正面方向へ進行する光の進路を表し、θＡは（（１）式のθｘに相当）は第１傾斜面１２Ａに入射する光の入射角を表し、θＢ（（２）式のθＹに相当）は第２傾斜面１２Ｂに入射する光の入射角を表し、ＥＳはＳ偏光を表し、ＥＰはＰ偏光を表している。φＡ、φＢは、第１傾斜面１２Ａ、第２傾斜面１２Ｂの平均傾斜角を表している。

図５（ａ）に示す第１傾斜面１２Ａは、平均傾斜角が小さいので、入射角θＡが小さくなり、Ｓ偏光やＰ偏光はあまり反射せずに透過する。（図３の透過率のグラフ参照）。とくに入射角θＡが３０°未満（平均傾斜角５０°未満）の場合には、Ｓ偏光とＰ偏光の透過率は共に９０％以上の高い透過率となる。

また、図５（ｂ）に示す第２傾斜面１２Ｂは、平均傾斜角が大きいので、入射角θＢが大きくなり、Ｐ偏光に対してＳ偏光が大きく反射される。θＢがブリュースター角である３４．７°になるまでは入射角とともにＰ偏光の透過率は上昇するのに対し、Ｓ偏光の透過率は単調減少する。θＢが４０°（平均傾斜角７５°）以下では、Ｐ偏光は９０％以上の高い透過率を有する。θＢが４０°を超えると、Ｐ偏光の透過率も急速に低下する。入射角が約４２°でＳ偏光、Ｐ偏光ともに透過率がゼロとなり、全ての光が反射される。

面光源装置４から射出された部分的に偏光する光は、Ｘ方向に強く偏光しておりＹ方向に偏光する光の強度は弱い。このＸ方向に偏光した光は、第２傾斜面１２Ｂに対してＳ偏光として入射するため、第２傾斜面１２Ｂによるフレネル反射を強く受けて透過強度が大きく減少する。
そして、第２傾斜面１２Ｂで反射したＸ方向に偏光した光は、視覚方向とは逆向きに進行し、面光源装置４の反射板４２により反射され、再び面光源装置４の射出光と混じって再利用される。反射板４２による反射では偏光が解消されるため、戻された光の一部が面光源装置４のＹ方向の偏光成分の強度を強める役割を果たす。そして、Ｙ方向に偏光した光は、第２傾斜面１２Ｂに対してＰ偏光として入射するため、それほど強度を弱められずに透過する。第１傾斜面１２Ａに対しては、Ｘ、Ｙ方向のどちらの向きに偏光した光が入射しても、入射角θＡが小さいために透過率が高く、それほど強度を弱められずに透過する。

このように、面光源装置４から射出したＸ方向に部分的に偏光した光は、偏光解消シート１０によってＸ方向の偏光成分のみの強度が弱められ、Ｙ方向に偏光した光はＸ方向に偏光した光の反射成分によって強度が強められる。したがって、Ｘ、Ｙそれぞれの偏光方向の強度差が小さくなり、偏光が解消される。

つまり、Ｓ偏光とＰ偏光をなるべく多く透過させるために、第１傾斜面１２Ａの平均傾斜角を０°より大きく、５０°未満の範囲で設定するのが好ましく、これにより偏光解消シート１０による偏光解消効果を発揮させることができる。
また、第２傾斜面１２Ｂは、Ｐ偏光を透過させてＳ偏光を反射させるために、平均傾斜角を５０°以上７５°以下の範囲で設定するのが好ましい。

なお、本実施の形態では、第１傾斜面１２Ａおよび第２傾斜面１２Ｂがプリズム形状の場合を示したが、各傾斜面１２Ａ、１２Ｂが曲面の場合には傾斜角を上述した（１）式、および（２）式で記したような平均傾斜角とすることで、上記同様の作用効果を得ることができる。

また、本実施の形態の偏光解消シート１０は、ＢＥＦのような一軸方向にレンズを配列した場合と比べて、二軸方向に傾斜面を有するため、傾斜面での全反射光量が少なく、サイドローブ光による明暗の輝度ムラが発生しにくいという利点がある。

さらに、偏光解消シート１０は、透光性基材上にＵＶや放射線硬化樹脂を用いて成形され、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリルスチレン共重合体）等を用いて、当該技術分野で周知の押し出し成形法、射出成型法、あるいは熱プレス成型法によって形成される。或いは、これらの方法で作製した基材の表面に、ＵＶや放射線硬化樹脂を塗布し硬化させることで偏光補正シートを作製しても良い。

図１に示すように、本実施の形態のディスプレイ装置１は、画像表示素子３とバックライトユニット２とから構成される。画像表示素子３は、２枚の偏光板３１（３１Ａ、３１Ｂ）（偏光フィルム）と、その間に挟持された液晶パネル３２とからなる。液晶パネル３２は、例えば、２枚のガラス基板の間に液晶層が充填されて構成される。

画像表示素子３は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する素子であることが好ましく、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示するものであれば、面光源装置４から射出された光を有効に利用して、画像品位の高い画像を表示させることができる。
画像表示素子３は、液晶表示素子であることが好ましい。液晶表示素子は、画素単位で光を透過/遮光して画像を表示する代表的な素子であり、他の表示素子と比べて、画像品位を高くすることができるとともに、製造コストの低減が図れる利点がある。

上述のように本第１の実施の形態による偏光解消シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置では、部分的に偏光した面光源装置４から射出した光を、偏光解消することで、偏光板３１による光吸収を低減し、さらにサイドローブ光の発生を少なくすることで、ディスプレイの表示品位を高めることができ、明るいディスプレイを提供することが可能になる。

次に、本発明による偏光解消シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置の他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

図６に示すように、本発明の第２の実施の形態によるディスプレイ装置１Ａは、画像表示装置３の表示画面と略同一の面積の発光面を備えたエッジライト型の発光装置の事例である。
本第２の実施の形態によるバックライトユニット２Ａの面光源装置４は、導光板４６と、導光板４６の端部４６ａに配置された光源４４とから構成される。

導光板４６は、裏面４６ｂに反射パターン４７が形成された透明樹脂板を用いる。
反射パターン４７は、例えば白色ドットパターンをスクリーン印刷によって形成する方法や、微細な凹凸形状を樹脂成型する方法などがあり、導光板４６内部を伝播する光を反射によって観察者側Ｆに立ち上げるために設けたものである。光源４４は、導光板４６の対向する２辺、もしくは４辺に配列されている。

バックライトユニット２Ａにおいて、光線は導光板４６内部で複数回反射され、導光板４６の裏面４６ｂに形成された反射パターン４７によって正面方向へ立ち上げられ、外部へと射出される。
また、図７に示すように、導光板４６の内部で反射する場合には、Ｓ偏光が強く反射される。そのため、導光板４６から射出される光は、Ｓ偏光に偏った光、つまり光源４４の並ぶ方向と平行な方向に偏光した光が射出される。導光板４６の４辺に光源４４が配列される場合、導光板４６を視覚方向F側から眺めたときに略長方形である場合に、偏光した光が射出される。これは、導光板４６の長辺から中心までの距離が、短辺から中心までの距離と比べて短いため、導光板４６の中心から射出される光が長辺に配置された光源４４による寄与が大きいためであり、これにより導光板４６から射出される光が導光板４６の長辺に平行な方向に偏光し、強く射出されることになる。

なお、上述した第１の実施の形態と同様に、実際にバックライトユニット２Ａを設計するにあたって、輝度を高めるために、バックライトユニット２から射出される光の偏光方向と偏光板３１の透過軸の方向が一致していることが好ましい。しかし、拡散板４３の凸構造の延在する向きや、導光板４６に入射させる光源４４の位置により、バックライトユニット２から射出される光の偏光方向と偏光板３１の透過軸の向きがずれることが多々ある。この場合、バックライトユニット２Ａから射出された光が偏光板３１で過剰に吸収されて、輝度が低下するため、この点を考慮する必要がある。

なお、偏光解消シート１０は、図４に示すような底面が長方形の四角錐形状であることに限定されず、上述した第１および第２の実施の形態の他の構成であってもよい。
例えば図８に示す第１変形例による偏光解消シート１０Ａは、底面が楕円の楕円体をなす形状となっている。また、図９に示す第２変形例による偏光解消シート１０Ｂは楕円錐、図１０に示す第３変形例による偏光解消シート１０Ｃはプリズム、もしくはレンチキュラーレンズをクロスして配列したクロスプリズム、図１１に示す第４変形例による偏光解消シート１０Ｄはクロスレンチキュラーレンズ、図１２に示す第５変形例による偏光解消シート１０Ｅは台形プリズムの頂部に直交するようにプリズムを配列した複合プリズムをなす形状となっている。

次に、上述した第１および第２実施の形態による偏光解消シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置の効果を裏付けるためのシミュレーションの一例について以下説明する。

本実施例では、光源と、面内のある一つの軸方向に延在した凸構造が周期的に配列した拡散板により構成された面光源装置に対して、偏光解消シートを乗せることで、面光源装置から射出した光の偏光が解消され、さらにサイドローブ光が軽減されることを以下のシミュレーション結果により確認した。
ここで、以下の比較例、実施例で用いる拡散板は、表面（光射出面側）に傾斜角６０°の三角プリズムを多数形成したものとする。また、拡散板の屈折率は１．５９とする。偏光解消シートは、ＰＥＴ基材（屈折率１．５７）の上に凸構造（屈折率１．５１）を複数形成したものである。

（比較例１）
拡散板単体でシミュレーションを行ったところ、拡散板の凸構造が延在する方向と平行な方向に偏光する光の輝度を１００とした場合、それと垂直な方向に偏光する光の輝度は１０５となった。拡散板単体の場合、拡散板の凸構造と垂直な方向に偏光する光が強く発生することが確認できた。

（比較例２）
偏光解消シートに形成する凸構造は、等ピッチの三角プリズムが直交して配列したクロスプリズムとする。プリズムの傾斜角は、どちらも４５°とする。拡散板と偏光解消シートの２枚構成でシミュレーションを行ったところ、拡散板のプリズムが延在する方向に偏光する光の輝度を１００とした場合、それと垂直な方向に偏光する光の輝度は１０４ となり、拡散板の射出光の偏光を十分に解消することができなかった。

（実施例１）
偏光解消シートに形成する凸構造は、等ピッチの三角プリズムが直交して配列したクロスプリズムとする。クロスプリズムは、拡散板の三角プリズムの延在する方向に対して平行な方向に傾斜角４５°のプリズムを、それと直交する方向に傾斜角５３°のプリズムを等ピッチで配列した。
シミュレーションの結果、拡散板の凸構造が延在する方向と平行な方向に偏光する光の輝度を１００とした場合、それと垂直な方向に偏光する光の輝度は１０１となり、拡散板の射出光の偏光が十分に解消された。
また、図１３（ａ）に示すように、射出光の配光分布のシミュレーション結果により、ＢＥＦに見られたようなサイドローブ光による配光分布の凹凸が軽減されたことが確認できた。ここで、図１３（ａ）のＶ方向は、拡散板の凸構造が延在する方向であり、Ｈ方向はそれと直交する方向である。

（実施例２）
偏光解消シートに形成する凸構造は、等ピッチのレンチキュラーレンズが直交して配列したクロスレンチキュラーレンズとする。クロスレンチキュラーレンズは、拡散板の凸構造の延在する方向に対して平行な方向に平均傾斜角４５°のレンズを、それと直交する方向に平均傾斜角５３°のレンズを等ピッチで配列した。
シミュレーションの結果、拡散板の凸構造が延在する方向と平行な方向に偏光する光の輝度を１００とした場合、それと垂直な方向に偏光する光の輝度は１０１となり、拡散板の射出光の偏光が十分に解消された。
また、図１３（ｂ）に示すように、射出光の配光分布のシミュレーション結果により、ＢＥＦに見られたようなサイドローブ光による配光分布の凹凸が軽減されたことが確認できた。ここで、図１３（ｂ）のＶ方向は、拡散板の凸構造が延在する方向であり、Ｈ方向はそれと直交する方向である。

以上、本発明による偏光解消シート、バックライトユニット及びディスプレイ装置の第１および第２の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１、１Ａ ディスプレイ装置
２、１Ａ バックライトユニット
３ 画像表示素子
４ 面光源装置
５ 光学シート
１０、１０Ａ〜１０Ｅ 偏光解消シート
１１ 基材
１２ 凸部（凸構造）
１２Ａ 第１傾斜面
１２Ｂ 第２傾斜面
３１、３１Ａ、３１Ｂ 偏光板
４１、４４ 光源
４２、４５ 反射板
４３ 拡散板
４６ 導光板
４７ 反射パターン

Claims (7)

1. 面内に部分的に偏光した光を面発光させる面光源装置の光射出面側に設けられた偏光解消シートであって、
   光透過性基材の表面に複数の凸構造が周期的に形成されてなり、
   前記面光源装置から射出される偏光の強度が最も強い方向をＸ軸とし、このＸ軸と直交する方向をＹ軸とすると、前記凸構造の頂点を含みＸ軸に沿って切断したときの断面Ｚの平均傾斜角θｘ（ｒａｄ）が、Ｙ軸に沿って切断したときの断面Ｚの平均傾斜角θＹ（ｒａｄ）よりも小さく、
   前記凸構造は、前記Ｘ軸方向に延在した台形プリズムアレイと、その頂部に前記Ｙ軸方向に延在した台形面を有するプリズムアレイとを形成した複合プリズムであり、
   前記凸構造は、平均傾斜角θＸ、θＹを、度数表示した値をそれぞれΦＸ、ΦＹとしたとき、ΦＸ、ΦＹが（３）式および（４）式を満たすことを特徴とする偏光解消シート。但し、平均傾斜角は、（１）式、（２）式で定義した値とする。
   

   

   
2. 請求項１に記載の偏光解消シートを備えることを特徴とするバックライトユニット。
3. 前記面光源装置は、光源と、光源から射出した光を拡散する拡散板を備え、
   該拡散板には、光射出面側および光入射面側の少なくとも一方に、面内のある一つの軸方向に延在した凸状部が周期的に配列してい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。
4. 前記面光源装置は、導光板と、該導光板の対向する２辺に光源が近接して配置されてなることを特徴とする請求項２又は３に記載のバックライトユニット。
5. 前記面光源装置は、導光板と、該導光板の４辺に光源が近接して配置され、前記導光板を、光射出面側から眺めたときに、略長方形であることを特徴とする請求項２又は３に記載のバックライトユニット。
6. 少なくとも一種類以上の光学シートを備えることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のバックライトユニット。
7. 請求項６に記載のバックライトユニットと、画素単位で光を透過・遮光して画像を表示する画像表示素子と、を備えることを特徴とするディスプレイ装置。

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