JPH1152377A - 光路制御板、面光源装置、偏光光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出射光が垂直方向に近い指向性を示して輝部
と暗部の縞模様を形成する導光板からの前記出射光を液
晶表示装置の視認に有利な垂直方向に近づけて光の有効
利用効率に優れ、明るくて見やすく表示品位に優れる液
晶表示装置を形成できる光路制御板や面光源を得るこ
と。 【解決手段】 透明基材の片面に基材平面に対する傾斜
角が５〜３５度の緩斜面（１２）と６０度以上の急斜面
（１３）とからなる筋状の溝（１１）を周期的に有し、
透明基材の他面に基材平面に対する傾斜角が３０〜５０
度の斜面（１５，１６）からなる筋状の溝（１４）を周
期的に有する光路制御板、並びに側面に配置した光源か
らの入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様とし
て出射する導光板の光出射側に前記の光路制御板を有す
る面光源装置、及びその面光源装置の光出射側に偏光分
離手段、さらには液晶セルを有する偏光光源装置や液晶
表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、液晶表示装置等における
輝度や視認性の向上に有用な光路制御板、及びそれを用
いた発光の均一性や光の有効利用効率に優れる面光源装
置や偏光光源装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】カラー化や高精細化等に伴い液晶セル等
の光透過率が低下する一方で、明るくて見やすい液晶表
示装置等が求められており、それを可能とする低消費電
力で薄型ないし小型軽量のバックライトの提供が重要な
課題となる中、本発明者らが属するグループは先にその
解決を目的に、上下面の少なくとも一方に微細プリズム
状凹凸を周期的に有して、側面からの入射光を上下面の
一方より指向性よく出射するサイドライト型バックライ
ト形成用の導光板を提案した（特願平７−３２１０３６
号）。

【０００３】しかしながら、図６に例示した如く前記の
導光板３では光の利用効率を高めるための構造に基づい
てその発光が必然的に輝部３８と暗部３９の縞模様とな
り、その出射光の指向性に基づく最大強度方向が液晶表
示装置の視認に有利な方向とはズレのある難点があっ
た。

【０００４】すなわち出射光の最大強度方向が視認に最
も有利な出射面の垂直方向ではなく、その垂直方向より
も光源から遠ざかる方向に若干の角度、通例５〜２０度
の角度をもち、その方向は液晶セルの光透過率が低く、
表示の反転率も高いために光の有効利用効率や表示品位
の点で改善が望まれる出射光の指向性問題があった。

【０００５】従来、プリズムシートを介した光路制御方
式が提案されているが、従来のプリズムシートで前記し
た指向性問題を克服することは困難である。すなわち図
１０の如く従来のプリズムシート９は、傾斜角が約４５
度の二斜面９１からなる溝よりなり、導光板を５〜２０
度の角度で出射した光αは、その二斜面９１に略同確率
で入射して二つの光路に分散され（α₁）、大きい角度
の出射光α₃となるか、全反射による導光板への戻り光
α₄となる。

【０００６】従って、出射光αの殆どが目的とする垂直
性に優れる光路方向γ₂の出射光とはならず、光の有効
利用効率は大きく低下する。出射光がγ₂の光路方向を
採るのは、入射角が４０度程度の大きい角度の入射光γ
であり、よって従来のプリズムシートでは、導光板より
の出射角が約２０度以下の近垂直光をより垂直性に優れ
る方向に光路変換することは困難である。

【０００７】

【発明の技術的課題】本発明は、出射光が垂直方向に近
い指向性を示して輝部と暗部の縞模様を形成する導光板
からの前記出射光を液晶表示装置の視認に有利な垂直方
向に近づけて光の有効利用効率に優れ、明るくて見やす
く表示品位に優れる液晶表示装置を形成できる光路制御
板や面光源を得ることを課題とする。

【０００８】

【課題の解決手段】本発明は、透明基材の片面に基材平
面に対する傾斜角が５〜３５度の緩斜面と６０度以上の
急斜面とからなる筋状の溝を周期的に有し、前記透明基
材の他面に基材平面に対する傾斜角が３０〜５０度の斜
面からなる筋状の溝を周期的に有することを特徴とする
光路制御板を提供するものである。

【０００９】また本発明は、側面に配置した光源からの
入射光を上下面の一方より輝部と暗部の縞模様として出
射する導光板の光出射側に、前記の光路制御板を有する
ことを特徴とする面光源装置、及びその面光源装置の光
出射側に偏光分離手段、さらには液晶セルを有すること
を特徴とする偏光光源装置や液晶表示装置を提供するも
のである。

【００１０】

【発明の効果】本発明の光路制御板によれば、導光板よ
り出射した指向性の輝線の殆どが一方の溝の緩斜面に入
射し、そのウェッジ板機能に基づいて透過光の光路が緩
斜面の肉厚方向に指向性よく変換される。従って、溝の
緩斜面が光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態に光路
制御板を配置することにより、導光板より出射した指向
性の輝線の光路を屈折を介して、より垂直方向に近い状
態に指向性よく変換でき、拡散による輝度の低下を防止
しつつ、しかも導光板より出射した輝線の指向性を拡散
や分散で崩すことなく良好に維持して光路変換でき、導
光板出射光を損失の少ない状態で、かつ垂直性に優れる
状態で利用できて光の有効利用効率に優れている。

【００１１】また光路制御板の他方に設けた溝が、導光
板の光源配置側面方向に拡散出射する光、特に出射角が
大きくて視認に有効利用できない光の光路を垂直方向に
近付けて視認に有効利用できる光に変換し、これによっ
ても光の有効利用効率が向上する。

【００１２】前記の結果、光利用効率に優れて明るい光
を提供する導光板の利点を活かしつつ、出射光の指向性
のズレを修正して、液晶表示装置等の視認性の向上に有
効な方向の出射光を光利用効率よく提供するバックライ
トシステムの形成が可能となり、明るくて見やすく高表
示品位で低消費電力の液晶表示装置を形成することがで
きる。

【００１３】

【発明の実施形態】本発明の光路制御板は、透明基材の
片面に基材平面に対する傾斜角が５〜３５度の緩斜面と
６０度以上の急斜面とからなる筋状の溝を周期的に有
し、前記透明基材の他面に基材平面に対する傾斜角が３
０〜５０度の斜面からなる筋状の溝を周期的に有するも
のからなる。その例を図１、図２に示した。１が光路制
御板であり、１１が緩斜面１２と急斜面１３とからなる
溝、１４が傾斜角３０〜５０度の斜面１５，１６からな
る溝である。また１７は透明基材である。

【００１４】光路制御板の片面における溝を形成する緩
斜面は、光源配置側面に直交する方向の光に対してウェ
ッジ板機能による光路変更の主体をなす部分であり、こ
の部分に可及的に多くの、理想的には１００％の光が入
射する構造が光の有効利用効率の向上の点より好まし
い。かかる点より、緩斜面の傾斜角θ₁は基材平面を基
準に５〜３５度とされる。その角度が５度未満では光路
変更の効果に乏しく、３５度を超えると同じ周期とした
場合の基材平面に対する投影面積が減少し、急斜面のそ
れが相対的に大きくなって緩斜面への入射効率に乏しく
なる。

【００１５】緩斜面の傾斜角は、前記範囲において導光
板出射光等のそれに入射する光の角度などに応じて適宜
に決定しうる。図１（ｂ）に例示の如く光路制御板１へ
の入射角αが約２０度以下、就中５〜２０度である場合
に、垂直方向への光路の変更性（α₁，α₂）や光の指向
性などの点より緩斜面の好ましい傾斜角θ₁は、７〜３
０度、就中１０〜２５度である。

【００１６】一方、急斜面は、それに入射した光が有効
利用できないロス光となるため、それに入射する光を可
及的に抑制する点などより基材平面を基準に６０度以上
の傾斜角θ₂とされる。入射光の抑制などの点より急斜
面の好ましい傾斜角θ₂は、７５〜１１０度、就中８５
〜９０度である。

【００１７】緩斜面と急斜面からなる溝は筋状に周期的
に形成される。その周期は、光路の制御を目的とする入
射光の特性などに応じて適宜に決定しうるが、一般には
溝の形成性や輝線の細分化による発光の平準化などの点
より８０μm以下、就中６５μm以下、特に１０〜５０μ
mとされる。ちなみに１０μm未満の周期では、溝の深さ
を５μm以下とする必要が生じて高精度の製造の困難性
が大きくなる。緩斜面を急斜面を介して周期的に有する
溝形状とすることにより、光路制御板を薄型化すること
ができる。なお前記の輝線の細分化による発光の平準化
は、液晶セルにおける画素との干渉によるモアレの防止
などにも有効である。

【００１８】一方、光路制御板の他面に設ける溝は、図
１（ｃ）に例示の如くその斜面１５，１６を介して光源
配置側面方向に拡散する光β₁，β₃の光路を変更して集
光し、より垂直方向に近い指向性をもたせて有効利用で
きる光β₂，β₄の増量などを目的とする。かかる点より
当該溝は、基材平面に対する傾斜角θ₃，θ₄が３０〜５
０度の斜面にて形成される。拡散光の垂直方向への集光
性などの点より当該斜面の好ましい傾斜角θ₃，θ₄は、
３５度以上、就中３７〜４７度である。また当該二斜面
の傾斜角θ₃，θ₄は、相違していてもよいが光源配置側
面方向に拡散する光の左右対称な集光性などの点より、
二等辺三角形を形成する等斜面であることが好ましい。

【００１９】前記斜面からなる溝も筋状に周期的に形成
される。その周期は、光路の制御を目的とする入射光の
特性などに応じて適宜に決定しうるが、一般には溝の形
成性や発光の均等性などの点より１００μm以下、就中
８０μm以下、特に１０〜５０μmとされる。なお上記し
た緩斜面や急斜面も含めて溝を形成する斜面は、平面で
ある必要はなく、前記の傾斜角を維持する範囲で曲面な
どからなっていてもよい。

【００２０】透明基材の表裏における溝は、その方向が
表裏で６０〜９０度の角度で交差していることが、表裏
における各斜面の相互の干渉の防止性、すなわち一方の
面における溝を形成する斜面を介した光路変更と、他方
の面における溝を形成する斜面を介した光路変更とが影
響しあうことを防止ないし抑制する点などより好まし
い。

【００２１】光路制御板は、入射光の波長領域などに応
じてそれに透明性を示す適宜な材料を用いて適宜な方法
により形成することができる。ちなみに可視光域では、
例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂、エポ
キシ系樹脂等で代表される透明樹脂やガラスなどを用い
うる。

【００２２】量産性等の点より光路制御板の好ましい製
造方法は、所定の溝形状を形成しうる金型やロールを熱
可塑性樹脂に加熱下に押付て形状を転写する方法、所定
の溝形状を形成しうる型やロールに熱や紫外線ないし放
射線等で重合処理しうる液状樹脂を、充填ないし流延し
て重合処理する方法や透明基材上に塗布しながら、ある
いは塗布後に重合処理する方法、加熱溶融させた熱可塑
性樹脂あるいは熱や溶媒を介して流動化させた樹脂を所
定の溝形状に成形しうる金型に射出方式等で充填する方
法などがあげられる。

【００２３】なお本発明において光路制御板は、図２に
例示の如く例えば透明基材１７の上に所定の溝を形成し
たシートを接着したものの如く、同種又は異種の材料の
積層体などとして形成されていてもよく、１種の材料に
よる一体的単層物として形成されている必要はない。透
明基材としては、例えば厚さが３０〜５００μmのプラ
スチックフィルムなどの適宜なものを用いうる。

【００２４】光路制御板の厚さは、使用目的などにより
適宜に決定できるが、一般には薄型化などを目的に１mm
以下、就中５〜５００μm、特に１０〜２００μmとされ
る。なお光路制御板の溝形状を設けた面は、平面や局面
等の適宜な面形態を有していてよく、特に限定はない。

【００２５】本発明による光路制御板は、種々の入射光
に対しその入射角に応じた光路変更を行うので、面光源
装置などの光路変更を目的とした各種の目的に用いるこ
とができる。図３に面光源装置としたものを例示した。
これは、側面に配置した光源４からの入射光を上下面の
一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板３の
光出射側に、光路制御板１を設けたものである。

【００２６】導光板としては、輝部と暗部の縞模様から
なる出射光を放出する適宜なものを用いうる。光の利用
効率に優れて明るい面光源を得る点などよりは、上下面
の少なくとも一方に、光源配置の側面に沿う方向の微細
プリズム状凹凸を５０〜５００μmの周期で有する導光
板が好ましく用いうる。

【００２７】前記導光板の例を図４（ａ）〜（ｃ）に示
した。また微細プリズム状凹凸の例を図５（ａ）〜
（ｃ）に示した。図４において、２１が上面、２２，２
６，２７が下面、２３が光源配置側面、２４が横側面、
２５が光源配置側面２３に対向する側端部である。また
図５において、２８，２９は凸部、３０は凹部であり、
３１，３３（３４），３７が下り斜面、３２，３５，３
６が上り斜面である。

【００２８】導光板は通例、上面、それに対向する下
面、及び上面と下面間の光源配置側面を有する板状物よ
りなる。板状物は、同厚板等でもよいが、好ましくは図
例の如く、光源配置側面２３に対向する側端部２５の厚
さが光源配置側面のそれよりも薄いもの、就中５０％以
下の厚さとしたものである。

【００２９】当該対向側端部の薄厚化により、図５
（ａ）に示した太矢印の如く、光源配置側面より入射し
た光が伝送端としての当該対向側端部に至るまでに、下
面の上り斜面に効率よく入射し、その反射を介し上面よ
り出射して入射光を目的面に効率よく供給でき、また導
光板を軽量化することができる利点などがある。ちなみ
に、下面が図４（ａ）の如き直線面の場合、均一厚の導
光板の約７５％の重量とすることができる。

【００３０】前記板状物の上下面の少なくとも一方に設
けられる微細プリズム状凹凸は、光源配置側面に沿う方
向の斜面にて凸部又は凹部として周期的に形成される。
なお凸部又は凹部は、その凸部又は凹部を形成する斜面
の下面との交点を結ぶ直線２０に基づき、斜面の交点
（頂点）が当該直線よりも突出しているか（凸）、窪ん
でいるか（凹）による。

【００３１】また前記の凸部又は凹部を形成する斜面
は、下面との交点と頂点を結ぶ直線に基づいて下り斜面
と上り斜面からなるものとされる。これにより、上り斜
面に直接入射する伝送光に加えて、下り斜面に入射して
その反射を介し上り斜面に入射する伝送光もその上り斜
面を介した反射にて出射面に供給することができ、その
分の光利用効率の向上をはかりうる。なお前記の下り斜
面又は上り斜面は、光源から遠ざかる方向に下り傾斜の
斜面であるか、上り傾斜の斜面であるかによる。

【００３２】微細プリズム状凹凸を設ける導光板の面は
通例、上記した如く傾斜面とされるが、その傾斜形状は
任意であり、図４（ａ）に例示の如き直線面や、図４
（ｂ），（ｃ）に例示の如き曲面などのように適宜な面
形状とすることができる。直線面でない場合、出射光の
出射方向を均一化する（指向性）点などよりは、微細プ
リズム状凹凸を設ける面の全位置で平均傾斜角度より５
度以内の範囲にあることが好ましい。

【００３３】微細プリズム状凹凸を形成する凸部又は凹
部の形状も、図５（ａ）〜（ｃ）に例示した如く直線状
の斜面で形成されている必要はなく、屈折面や湾曲面等
を含む斜面にて形成されていてもよい。また凸部又は凹
部は、面の全体で凸凹やその形状等が同じである必要は
なく、出射光の垂直性の向上等の点よりは、光源配置側
から徐々にその形状や角度が変化する構造が好ましく、
特に上り斜面の導光板平面に対する傾斜角が光源側より
順次増大する構造が好ましい。

【００３４】凸部又は凹部の周期は、出射光におけるス
トライプ状の輝線の間隔に関係し、面全体における明る
さの平均化などの点よりその周期は、上記したように５
００μm以下、就中１０〜４００μm、特に５０〜３００
μmが好ましい。

【００３５】また凸部又は凹部を形成する上記した下り
斜面は、図５（ａ）に例示の如くその導光板平面に対す
る傾斜角θ₅が１０度以下、就中５度以下、特に２度以
下であることが好ましい。なお図５（ｂ）に例示の如
く、下り斜面は当該傾斜角が０度であることも許容す
る。図例では傾斜角０度の部分３４を部分的に設けてあ
るが、垂直面等からなる段差部分を介して上り斜面間の
全体が傾斜角０度の水平面であってもよい。従って本発
明における下り斜面には傾斜角０度の水平面も含まれ
る。

【００３６】前記の傾斜角θ₅の範囲とすることによ
り、図５（ａ）に折線矢印で例示した如く、当該傾斜角
より大きい角度で伝送される光が下り斜面３１に入射し
て反射され、その場合に当該下り斜面の傾斜角に基づい
て出射面２１により平行な角度で反射されて上り斜面３
２に入射し、反射されて出射面より出射する。

【００３７】その結果、上り斜面に入射する光の入射角
を一定化でき、反射角のバラツキを抑制できて出射光の
平行光化をはかることができる。従って、凸部又は凹部
を形成する下り斜面と上り斜面の当該傾斜角を調節する
ことにより、出射光に指向性をもたせることができ、そ
れにより出射面に対して垂直方向に近い角度で光を出射
させることが可能になる。

【００３８】一方、凸部又は凹部を形成する上記した上
り斜面は、図５（ａ）に例示の如く導光板平面に対する
傾斜角θ₆が３０〜５０度、就中３５〜４５度であるこ
とが好ましい。かかる傾斜角の範囲とすることにより、
図５（ａ）に折線矢印で例示した如く、直接又は下り斜
面を介して入射する伝送光をその上り斜面３２を介し出
射面２１に対して垂直に近い角度で反射して、光を効率
よく出射させることができる。上り斜面の傾斜角が前記
範囲外では垂直方向とのずれが大きくなり、出射光に垂
直に近い指向性をもたせることが困難で、伝送光の出射
効率（利用効率）が低下する場合がある。

【００３９】導光板における光源配置側面の形状につい
ては、特に限定はなく、適宜に決定してよい。一般に
は、出射面に対して垂直な面とされるが、例えば湾曲凹
形などの光源の外周等に応じた形状として、入射光率の
向上をはることもできる。また、光源との間に介在する
導入部を有する面構造などとすることもできる。その導
入部は、光源などに応じて適宜な形状とすることができ
る。

【００４０】導光板は、光源の波長領域に応じてそれに
透明性を示す適宜な材料にて形成でき、その材料や製造
方法については上記した光路制御板で例示したものなど
があげられる。なお導光板は、例えば光の伝送を担う導
光部に微細プリズム状凹凸を形成したシートを接着した
ものの如く、異種材料の積層体などとして形成されてい
てもよく、１種の材料による一体的単層物として形成さ
れている必要はない。

【００４１】導光板の厚さは、使用目的による導光板の
サイズや光源の大きさなどにより適宜に決定することが
できる。液晶表示装置等に用いる場合の一般的な厚さ
は、その光源配置側面に基づき２０mm以下、就中０．１
〜１０mm、特に０．５〜８mmである。

【００４２】導光板の微細プリズム状凹凸を設けた面に
は、図３に例示の如く必要に応じて反射層５、好ましく
は金属反射層を付設することもできる。かかる反射層
は、微細プリズム状凹凸形成面からの漏れ光の発生を防
止して出射効率の向上に有効である。また偏光分離手段
と組合せた偏光光源装置の場合には、偏光変換手段とし
ても機能する。

【００４３】前記の偏光変換手段として機能させる場合
には、金属からなる反射層が特に好ましい。かかる金属
反射層によれば、反射時に偏光特性を効率的に反転させ
ることができ、その偏光変換効率が屈折率相違の界面を
介した全反射や拡散反射による場合よりも優れている。
ちなみに金属面に概ね垂直に円偏光が入射すると、円偏
光の左右の変換効率は１００％近い値となる。

【００４４】偏光変換効率の点より好ましい金属反射層
は、アルミニウム、銀、金、銅又はクロムなどからなる
高反射率の金属の少なくとも１種を含有する金属面を有
するものである。導光板との密着性に優れる金属反射層
は、バインダ樹脂による金属粉末の混入塗工層や、蒸着
方式等による金属薄膜の付設層などとして形成すること
ができる。金属反射層の片面又は両面には、必要に応じ
反射率の向上や酸化防止等を目的とした適宜なコート層
を設けることもできる。

【００４５】導光板３の光出射側２１に設ける光路制御
板１は、発光の均等化や目的とする方向への光路の変更
性などの点より、緩斜面と急斜面からなる溝が導光板の
微細プリズム状凹凸に対し０〜３０度、就中５〜２８
度、特に１０〜２５度の角度で交差した状態にあること
が好ましく、また前記溝の周期が導光板の微細プリズム
状凹凸の周期よりも小さい光路制御板を用いることが好
ましい。

【００４６】前記の交差関係が３０度を超えると光路制
御板の緩斜面と急斜面からなる溝の方向における光路変
更が大きくなり、出射光の方向制御性が低下して指向性
に乏しくなる場合がある。一方、溝の周期が微細プリズ
ム状凹凸の周期よりも大きいと、モアレ等が発生しやす
くなる場合がある。

【００４７】光路制御板の表裏における溝を形成する斜
面を介した光路変更後の光の均等分布性、特に光源配置
側面方向における光分布の左右の対象性、ないし導光板
出射光の光源配置側面方向における光分布の左右対象の
維持性などの点より、光路制御板の好ましい配置状態
は、図７に示した如く光路制御板の表裏における溝の方
向をベクトル方向としてその単位ベクトルＡ，Ｂの合成
方向Ｃが導光板の微細プリズム状凹凸の方向Ｄに対し３
０〜５０度、就中４５度の角度θ₇で交差するものであ
る。

【００４８】さらに光路制御板は、図１（ｂ）に例示し
た如く導光板を出射した光をウェッジ板効果に基づいて
より垂直方向に指向性よく光路変更する点などより、緩
斜面と急斜面からなる溝を導光板側としてその緩斜面が
光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態に配置されてい
ることが好ましい。図１（ｂ）においては、図面に示し
た太矢印方向が光源からの入射光が導光板内を伝送され
る方向である。

【００４９】導光板の側面に配置する光源４としては、
適宜なものを用いうるが例えば（冷，熱）陰極管等の線
状光源や、発光ダイオード等の点光源、あるいはその線
状又は面状等のアレイ体などが好ましく用いうる。低消
費電力性や耐久性等の点よりは、冷陰極管が特に好まし
い。

【００５０】面光源装置の形成に際しては、必要に応じ
て線状光源からの発散光を導光板の側面に導くために光
源を包囲する光源ホルダ４１、均等な面発光を得るため
の拡散板２、漏れ光防止用の反射層５などの適宜な補助
手段を適宜な位置に配置した組合せ体とすることもでき
る。

【００５１】光源ホルダとしては、高反射率金属薄膜を
付設した樹脂シートや金属箔などが一般に用いられる。
拡散板の配置は、明暗ムラの発生を防止して明るさの均
等性により優れる面光源装置の形成に有利であり、微細
凹凸面などによる適宜な拡散板として形成でき指向性の
維持性などの点より拡散角の小さいものが好ましい。

【００５２】なお反射層については、上記した反射層５
に代えて、あるいはその反射層と共に、導光板の微細プ
リズム状凹凸の形成面に沿って反射シートを設けること
もできる。その反射シートについては、導光板で説明し
た反射層に準じることができ、従って偏光光源装置では
金属反射面を有する反射シートが好ましく用いうる。

【００５３】上記のように本発明による面光源装置によ
れば、高精度に平行化された光を視認に有利な垂直性に
優れる方向に出射し、光源からの光を効率よく利用して
明るさに優れる偏光光源装置や、明るくて見やすく低消
費電力性に優れる液晶表示装置などの種々の装置を形成
でき、サイドライト型のバックライトなどとして好まし
く用いうる。

【００５４】前記した偏光光源装置は、透過及び反射に
よる偏光分離手段を併用して、偏光特性を示さない入射
光を高効率に偏光に変換して取出すことを目的とし、そ
の場合に本発明による面光源装置は、高精度に平行化さ
れた垂直性に優れる出射光を提供して、偏光分離手段を
介した戻り光を角度変化の少ない状態で初期の出射光と
方向の一致性よく再出射させることを可能とする。

【００５５】図８に本発明による偏光光源装置７を例示
した。これは、上記した面光源装置における光路制御板
１の上方に、透過及び反射による偏光分離手段６を配置
したものからなる。実施例にては、その偏光分離手段と
して所定の円偏光は透過し所定外の円偏光は反射するも
のを用いており、拡散板を介することなく光路制御板１
の直上に配置されている。なお図８において、偏光分離
手段６の上面に設けた層６１は、直線偏光変換手段であ
る。

【００５６】前記の装置によれば、光路制御板１より出
射した光が偏光分離手段６に入射し左右の内の所定（仮
に左）の円偏光は透過して、所定外（右）の円偏光は反
射され、その反射光は、戻り光として光路制御板を介し
導光板に再入射する。導光板に再入射した光は、下面の
反射層等からなる反射機能部分で反射されて再び偏光分
離手段に入射し、透過光と反射光（戻り光）に再度分離
される。従って反射光としての戻り光は、偏光分離手段
を透過しうる所定の円偏光となるまで偏光分離手段と導
光板との間に閉じ込められて反射を繰り返す。

【００５７】前記において、本発明による面光源装置は
高精度に平行化された垂直性に優れる出射光を提供し、
可逆性に優れる光路制御板を経由して導光板に至ること
から、偏光分離手段を介した戻り光の多くが導光板の下
り斜面に入射し、その緩やかな傾斜角に基づいて角度を
大きく変えることなく反射し、その角度変化の少ない反
射で初期の出射光と近似した方向に、従って垂直性よく
再出射させることができて、初期出射光と再出射光の方
向の一致性に優れ、偏光特性に優れる光をロスの少ない
利用効率に優れる状態で得ることができる。

【００５８】なお前記の如く偏光分離手段を介した戻り
光は、導光板の下り斜面による反射を介して再出射させ
るため、偏光光源装置の形成に用いる導光板としては、
その出射面に対する下り斜面の投影面積が上り斜面のそ
れの３倍以上、就中５倍以上、特に１０〜１００倍であ
るものが光の利用効率などの点より好ましい。

【００５９】また偏光光源装置の形成に用いる導光板
は、偏光分離手段を介した戻り光を下り斜面を介して効
率的に反射するために導光板の光出射面でない側に反射
層又は／及び反射シートを有することが好ましい。その
反射層等が金属反射面を有する場合には、戻り光がそれ
による反射反転により高効率に所定の偏光状態に変換さ
れ、光を効率よく取出すことができる。

【００６０】偏光分離手段としては、上記した左右の円
偏光に分離するものの如く、透過と反射を介して偏光特
性が相違する状態の光に分離しうる適宜な手段を用いう
る。本発明においては、完全な分離機能を有することは
要しないが、透過又は反射により分離された偏光中に含
まれる他の状態の偏光が少ないほど好ましい。

【００６１】ちなみに前記した偏光分離手段の例として
は、直線偏光又は円偏光を選択的に分離するものなどが
あげられる。その直線偏光を選択的に分離するものの具
体例としては、複屈折により反射率の異方性を示す多層
膜などがあげられ、円偏光を選択的に分離するものの具
体例としては、コレステリック液晶相などがあげられ
る。

【００６２】偏光分離手段は、前記した多層膜やコレス
テリック液晶相の単独層からなっていてもよいし、それ
らをプラスチックフィルムやガラス板等の透明基材で支
持又は挾持した積層体やセルなどの適宜な形態を有する
ものであってよい。コレステリック液晶相としては、取
扱性などの点よりコレステリック液晶ポリマーからなる
ものが特に好ましい。

【００６３】偏光分離手段、特にコレステリック液晶相
からなる偏光分離手段は、２層以上の重畳物からなって
いてもよい。重畳化は、分離機能の広波長域化や斜め入
射光の波長シフトに対処する点等より有利であり、その
場合には所定外の円偏光として反射する光の中心波長が
異なる組合せで重畳することが好ましい。

【００６４】ちなみに選択反射の中心波長が３００〜９
００nmのコレステリック液晶層を同じ偏光方向の円偏光
を反射する組合せで、かつ選択反射の中心波長が異な
る、就中それぞれ５０nm以上異なる組合せで用いて、そ
の２〜６種類を重畳することで可視光域等の広い波長域
をカバーできる偏光分離手段を効率的に形成することが
できる。

【００６５】前記の同じ偏光方向の円偏光を反射するも
の同士の組合せで重畳物とする点は、各層で反射される
円偏光の位相状態を揃えて各波長域で異なる偏光状態と
なることを防止し、利用できる状態の偏光の増量を目的
とするものである。なおコレステリック液晶層の重畳に
は、製造効率や薄膜化などの点より液晶ポリマーの使用
が特に有利である。

【００６６】本発明において図８に例示の如く、円偏光
を選択的に分離する偏光分離手段６の上方に直線偏光変
換手段６１を設けた場合には、偏光分離手段より出射し
た円偏光の位相を変化させることができる。従ってその
位相変化が１／４波長に相当する波長の光は直線偏光に
変換され、他の波長光は楕円偏光に変換される。変換さ
れたその楕円偏光は、前記の直線偏光に変換された光の
波長に近いほど扁平な楕円偏光となる。かかる結果、偏
光板を透過しうる直線偏光成分を多く含む状態の光が直
線偏光変換手段より出射される。

【００６７】前記の如く、偏光分離手段上に必要に応じ
て配置する直線偏光変換手段は、偏光分離手段より出射
した円偏光を直線偏光成分の多い状態に変換することを
目的とするものである。直線偏光成分の多い状態に変換
することにより、偏光板を透過しやすい光とすることが
できる。この偏光板は、例えば液晶表示装置の場合、液
晶セルに対する視野角の変化で発生する偏光特性の低下
を防止して表示品位を維持する光学素子や、より高度な
偏光度を実現してよりよい表示品位を達成する光学素子
などとして機能するものである。

【００６８】すなわち前記において、偏光板を用いず
に、偏光分離手段よりの出射円偏光をそのまま液晶セル
に入射させて表示を達成することは可能であるが、偏光
板を介することで前記した表示品位の向上等をはかりう
ることから必要に応じて偏光板が用いられる場合があ
る。その場合に、偏光板に対する透過率の高いほど表示
の明るさの点より有利であり、その透過率は偏光板の偏
光軸（透過軸）と一致する偏光方向の直線偏光成分を多
く含むほど高くなるので、それを目的に直線偏光変換手
段を介して偏光分離手段よりの出射偏光を所定の直線偏
光に変換するものである。

【００６９】ちなみに通例のヨウ素系偏光板に自然光や
円偏光を入射させた場合、その透過率は約４３％程度で
あるが、直線偏光を偏光軸を一致させて入射させた場合
には８０％を超える透過率を得ることができ、従って光
の利用効率が大幅に向上して明るさに優れる液晶表示な
どが可能となる。

【００７０】直線偏光変換手段としては、その偏光特性
に応じて適宜なものを用いうる。円偏光の場合には、そ
の位相を変化させうる位相差層が好ましく用いうる。そ
の位相差層としては、偏光分離手段より出射した円偏光
を、１／４波長の位相差に相当して直線偏光を多く形成
しうると共に、他の波長の光を前記直線偏光と可及的に
パラレルな方向に長径方向を有し、かつ可及的に直線偏
光に近い扁平な楕円偏光に変換しうるものが好ましい。

【００７１】前記の如き位相差層を用いることにより、
その出射光の直線偏光方向や楕円偏光の長径方向が偏光
板の透過軸と可及的に平行になるように配置して、偏光
板を透過しうる直線偏光成分の多い状態の光を得ること
ができる。位相差層は、適宜な材質で形成でき透明で均
一な位相差を与えるものが好ましく、一般には位相差板
が用いられる。

【００７２】位相差層にて付与する位相差は、偏光分離
手段より出射される円偏光の波長域などに応じて適宜に
決定しうる。ちなみに可視光域では波長範囲や変換効率
等の点より、殆どの位相差板がその材質特性より正の複
屈折の波長分散を示すものであることも加味して、その
位相差が小さいもの、就中１００〜２００nm、特に１０
０〜１６０nmの位相差を与えるものが好ましく用いうる
場合が多い。

【００７３】位相差板は、１層又は２以上の重畳層とし
て形成することができる。１層からなる位相差板の場合
には、複屈折の波長分散が小さいものほど波長毎の偏光
状態の均一化をはかることができて好ましい。一方、位
相差板の重畳化は、波長域における波長特性の改良に有
効であり、その組合せは波長域などに応じて適宜に決定
してよい。

【００７４】なお可視光域を対象に２層以上の位相差板
とする場合、上記の如く１００〜２００nmの位相差を与
える層を１層以上の奇数層として含ませることが直線偏
光成分の多い光を得る点より好ましい。１００〜２００
nmの位相差を与える層以外の層は、通例２００〜４００
nmの位相差を与える層で形成することが波長特性の改良
等の点より好ましいが、これに限定するものではない。

【００７５】位相差板は、例えばポリカーボネート、ポ
リスルホン、ポリエステル、ポリメチルメタクリレー
ト、ポリアミド、ポリビニールアルコール等からなるフ
ィルムを延伸処理してなる複屈折性シートなどとして得
ることができる。発光強度や発光色を広い視野角で均一
に維持する点よりは、位相差層の面内における位相差の
誤差が小さいほど好ましく、就中、その誤差が±１０nm
以下であることが好ましい。

【００７６】位相差層に設定する位相差や光学軸の方向
は、目的とする直線偏光の振動方向などに応じて適宜に
決定することができる。ちなみに１３５nmの位相差を与
える位相差層の場合、円偏光の向きに応じて光学軸に対
し振動方向が＋４５度又は−４５度の直線偏光（波長５
４０nm）が得られる。なお位相差層が２層以上からなる
場合、特にその外部側表面層を１００〜２００nmの位相
差を与える層が占める場合にはその層に基づいて配置角
度に設定することが好ましい。

【００７７】上記のように本発明による偏光光源装置
は、偏光分離手段による反射光（戻り光）を偏光変換に
よる出射光として再利用することで反射ロス等を防止
し、その出射光を必要に応じ位相差層等を介して直線偏
光成分をリッチに含む光状態に変換することで偏光板を
透過しやすくして吸収ロスを防止し、光利用効率の向上
をはかりうるようにしたものである。

【００７８】従って本発明による面光源装置や偏光光源
装置は上記の如く、光の利用効率に優れて明るくて垂直
性に優れる光を提供し、大面積化等も容易であることよ
り液晶表示装置等におけるバックライトシステムなどと
して種々の装置に好ましく適用でき、明るくて見やすく
低消費電力の液晶表示装置等を得ることができる。

【００７９】図９に本発明による偏光光源装置７をバッ
クライトシステムに用いた液晶表示装置８を例示した。
８１が下側の偏光板、８２が液晶セル、８３が上側の偏
光板、８４が拡散板である。下側の偏光板８１や拡散板
８４は、必要に応じて設けられる。

【００８０】液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとし
て機能する液晶セルとそれに付随の駆動装置、偏光板、
バックライト、及び必要に応じての補償用位相差板等の
構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。
本発明においては、上記した面光源装置又は偏光光源装
置を用いる点を除いて特に限定はなく、従来に準じて形
成することができる。特に、直視型の液晶表示装置を好
ましく形成することができる。

【００８１】従って用いる液晶セルについては特に限定
はなく、適宜なものを用いうる。偏光光源装置を用いる
場合には、偏光状態の光を液晶セルに入射させて表示を
行うものに有利に用いられ、例えばツイストネマチック
液晶やスーパーツイストネマチック液晶を用いた液晶セ
ル等に好ましく用いうるが、非ツイスト系の液晶や二色
性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶、あ
るいは強誘電性液晶を用いた液晶セルなどにも用いう
る。液晶の駆動方式についても特に限定はない。

【００８２】なお高度な直線偏光の入射による良好なコ
ントラスト比の表示を得る点よりは偏光板として、特に
バックライト側の偏光板として、例えばヨウ素系や染料
系の吸収型直線偏光子などの如く偏光度の高いものを用
いたものが好ましい。また液晶表示装置の形成に際して
は、例えば視認側の偏光板の上に設ける拡散板やアンチ
グレア層、反射防止膜、保護層や保護板、あるいは液晶
セルと偏光板の間に設ける補償用の位相差板などの適宜
な光学素子を適宜に配置することができる。

【００８３】前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依
存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的
とするものである。本発明においては、視認側又は／及
びバックライト側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応
じて配置される。なお補償用の位相差板としては、波長
域などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又
は２層以上の重畳層として形成されていてよい。

【００８４】本発明において、上記した面光源装置や偏
光光源装置や液晶表示装置を形成する光路制御板や導光
板、偏光分離手段や液晶セル、偏光板等の光学素子ない
し部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着さ
れていてもよいし、分離容易な状態に配置したものであ
ってもよい。なお面光源装置の上面には種々の拡散板な
どを配置しうるが、偏光光源装置の場合には偏光特性を
維持しうる拡散板などがその上面に配置しうる。

【００８５】

【実施例】

参考例 ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を加熱熔融させ
て所定のプリズム構造を形成した１００℃の金属金型に
注入し、１分間放置後徐冷して導光板を得た。この導光
板は、幅１９５mm、奥行１５０mm、光源配置側面の厚さ
３mm、その対向端の厚さ１mmであり、出射面（上面）は
平坦、下面は光源配置側面からその対向端に向かって平
面に近い下側に突出した湾曲面（図４ｂ）の全面に光源
配置側面に平行な凸部（図５ａ）を２２５μmの周期で
有し、その下り斜面の傾斜角が約５度で上り斜面の傾斜
角約４０度であり、下り斜面／上り斜面の出射面に対す
る投影面積比が８／１のものである。

【００８６】実施例１ 所定の溝形状を形成した金型の表面に、反応開始剤約１
重量％配合のＰＭＭＡを塗布し、その上にポリエステル
フィルムを配置して高圧水銀ランプを照射しＰＭＭＡを
硬化させ、金型より剥離してポリエステルフィルムの片
面にＰＭＭＡの硬化層からなる傾斜角が２０度の緩斜面
と７０度の急斜面からなる溝を３０μmの周期で有する
シートを得た。

【００８７】次に前記に準じて片面に、傾斜角が４２度
の二等辺斜面からなる溝を５０μmの周期で有するシー
トを得、それを前記のシートと平坦面同士を接着剤を介
し貼り合わせて光路制御板を得た。なお光路制御板の表
裏における溝の交差角は、９０度とした。

【００８８】参考例で得た導光板の所定側面に直径３mm
の冷陰極管を配置して銀蒸着を施したポリエステルフィ
ルムからなる光源ホルダにて包囲し、導光板の下面に光
源ホルダと同素材の反射シートを銀蒸着層側を介し配置
し、導光板の出射面にヘイズ６０％の拡散板を配置して
その上に前記で得た光路制御板を、緩斜面と急斜面から
なる溝を有する側を導光板側にして、かつその溝方向が
導光板の光源配置側面（プリズム方向）と平行となるよ
うに、しかも前記溝の緩斜面の肉厚側が光源側となるよ
うに配置して面光源装置を得た。

【００８９】比較例 光路制御板を配置しないほかは実施例１に準じて面光源
装置を得た。

【００９０】評価試験 実施例１、比較例で得た面光源装置の光源を点灯し、中
央部における正面（垂直）方向の輝度と、その最大輝度
方向との角度差を輝度計（トプコン社製、ＢＭ−７）を
用いて調べた。

【００９１】前記の結果を次表に示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）光路制御板例の斜視説明図 （ｂ）同Ａ−Ａ’断面図 （ｃ）同Ｂ−Ｂ’断面図

【図２】他の光路制御板例の側面説明図

【図３】面光源装置例の側面説明図

【図４】導光板例の側面説明図

【図５】微細プリズム状凹凸例の側面説明図

【図６】発光状態の説明図

【図７】光路制御板の配置状態の説明図

【図８】偏光光源装置例の側面説明図

【図９】液晶表示装置例の側面説明図

【図１０】従来例の側面説明図

【符号の説明】

１：光路制御板 １１，１４：溝 １２：緩斜面 １３：急斜面 １５，１６：斜面 １７：透明基材 ２：拡散板 ３：導光板 ２１：上面（出射面） ２２，２６，２７：下面 ２８，２９：凸部 ３０：凹部 ３１，３３（３４），３７：下り斜面 ３２，３５，３６：上り斜面 ２３：光源配置側面 ３８：輝部 ３９：暗部 ４：光源 ５：反射層 ７：偏光光源装置 ６：偏光分離手段 ６１：直線偏光変換手段 ８：液晶表示装置 ８１，８３：偏光板 ８２：液晶セル ８４：拡散板

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基材の片面に基材平面に対する傾斜
   角が５〜３５度の緩斜面と６０度以上の急斜面とからな
   る筋状の溝を周期的に有し、前記透明基材の他面に基材
   平面に対する傾斜角が３０〜５０度の斜面からなる筋状
   の溝を周期的に有することを特徴とする光路制御板。
2. 【請求項２】 請求項１において、緩斜面と急斜面から
   なる溝の周期が１０〜８０μmであり、その基材裏面に
   おける溝の周期が１０〜１００μmであると共に、基材
   表裏の溝が６０〜９０度の角度で交差する光路制御板。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、透明基材の厚
   さが３０〜５００μmであり、傾斜角が３０〜５０度の
   斜面が二等辺三角形を形成するものである光路制御板。
4. 【請求項４】 側面に配置した光源からの入射光を上下
   面の一方より輝部と暗部の縞模様として出射する導光板
   の光出射側に、請求項１〜３に記載の光路制御板を有す
   ることを特徴とする面光源装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、導光板が光源配置の
   側面に沿う方向の微細プリズム状凹凸を５０〜５００μ
   mの周期で有するものからなり、光路制御板がその緩斜
   面と急斜面からなる溝を導光板側として、かつ緩斜面が
   光源から遠ざかる方向に肉薄となる状態に配置されてい
   ると共に、その溝が前記微細プリズム状凹凸に対し３０
   度以下の角度で交差する面光源装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、光路制御板の表裏に
   おける溝の方向をベクトル方向としてその単位ベクトル
   の合成方向が導光板の微細プリズム状凹凸に対し３０〜
   ５０度の角度で交差する面光源装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は６において、導光板の微細
   プリズム状凹凸における光源から遠ざかる方向に上り傾
   斜の斜面の導光板平面に対する傾斜角が３５〜４５度で
   ある面光源装置。
8. 【請求項８】 請求項７おいて、光源から遠ざかる方向
   に上り傾斜の斜面の導光板平面に対する傾斜角が光源側
   より順次増大する面光源装置。
9. 【請求項９】 請求項５〜８において、導光板の微細プ
   リズム状凹凸における光源から遠ざかる方向に下り傾斜
   の斜面の導光板平面に対する傾斜角が０〜１０度であ
   り、導光板の出射面に対する前記下り傾斜の斜面の投影
   面積がそれに対向する上り傾斜の斜面のそれの５倍以上
   である面光源装置。
10. 【請求項１０】 請求項４〜９に記載の面光源装置の光
    出射側に偏光分離手段を有することを特徴とする偏光光
    源装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、偏光分離手段が
    円偏光又は直線偏光を選択的に分離するものである偏光
    光源装置。
12. 【請求項１２】 請求項１０又は１１において、導光板
    の光出射面でない側に反射層を有する偏光光源装置。
13. 【請求項１３】 請求項４〜９に記載の面光源装置又は
    請求項１０〜１２に記載の偏光光源装置における光出射
    側に液晶セルを有することを特徴とする液晶表示装置。