JP2012128252A - 偏向光学シート、面光源装置、映像源モジュール、及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化が可能である液晶表示装置用の面光源装置を提供する。
【解決手段】光源１１からの光を偏向して入射した光とは異なる方向に出射する偏向光学シート１２であって、シート状の基材部１３と、入光面１４ｂ及び入光面から入射した光を全反射する全反射面１４ｃを有して基材部から突出して形成される単位プリズム１４ａが複数配列されるプリズム部１４と、を有し、単位プリズムは、所定の断面を有して一方向に延びるとともに、該延びる方向に直交する方向に並列され、単位プリズムの並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、Ｐ＞Ｗが成立するものとする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光を偏向する偏向光学シート、これを用いた面光源装置、映像源モジュール、及び液晶表示装置に関する。

液晶テレビ等の液晶表示装置には、液晶表示パネルに対して背面側から照明する面光源装置が備えられている。面光源装置は、シート状である光学部材のシート面に面して光源を配置する直下型と、光学部材の側方に光源を配置するエッジライト型と、に大別される。エッジライト型の面光源装置は、直下型の面光源装置と比較して、面光源装置の厚さを薄くすることができるといった利点を有している。

エッジライト型の面光源装置には、液晶表示パネルに面して側方からの光源光を導く導光板が設けられている。光源からの光は、導光板の側面（入光面）から導光板内に入射する。導光板内へ入射した光は、導光板内で反射を繰り返しつつ入光面に対向する面に向けて（導光方向）に導光板内を進んでいく。導光板内を進む光は、導光方向に進むにつれて少しずつ出光面から出射する。この結果、導光板の出光面からの出射光量が、導光方向に沿って、均一化されるようになる。

特許文献１には導光板の製造方法が開示され、その中で例えば該文献の図１に示されたように導光板を用いたエッジライト型の面光源装置が表されている。このようなエッジライト型の面光源装置では、光源（５）及び導光板（２）を備え、導光板（２）の裏面には反射シート（３）を有している。さらに導光板（２）と液晶表示パネル（１１）との間には光拡散シート（７）、延在方向が異なる（直交する）２枚のプリズムシート（２３、２４）が具備されている。

特開２００７−２２７４０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような従来のエッジライト型面光源装置では、構成部材が多く、特に導光板は印刷導光板が用いられることが多いため面光源装置全体として重量が大きくなる問題があった。また、構成部材が多いという観点からコストが高くなる傾向にもあった。
これに加えて、面光源装置の光学的な性能として、光源からの光を効率よく収束し、高いエネルギー効率で出光して輝度を高める要望がある。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、軽量化可能であり、光の収束性を高めることができる偏向光学シートを提供することを課題とする。また、当該偏向光学シートを備える面光源装置、映像源モジュール、及び液晶表示装置を提供する。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、光源（１１）からの光を偏向して入射した光とは異なる方向に出射する偏向光学シート（１２）であって、シート状の基材部（１３）と、入光面（１４ｂ）及び入光面から入射した光を全反射する全反射面（１４ｃ）を有して基材部から突出して形成される単位プリズム（１４ａ）が複数配列されるプリズム部（１４）と、を有し、単位プリズムは、所定の断面を有して一方向に延びるとともに、該延びる方向に直交する方向に並列され、単位プリズムの並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
Ｐ＞Ｗ
が成立する、偏向光学シートである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の偏向光学シート（１２）において、単位プリズム（１４ａ）の並列方向幅をＷ（ｍｍ）、基材部（１３）の厚さをＤ（ｍｍ）としたとき、
Ｄ≧Ｗ
が成立する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の偏向光学シート（１２）において、単位プリズム（１４ａ）の並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
Ｐ≧２・Ｗ
が成立する。

請求項４に記載の発明は、液晶セル（２１）の背面側から該液晶セルに光を出射する面光源装置（１０、１１０）であって、光源（１１）と、光源からの光を入射し、偏向して出射する偏向光学シート（１２）と、を有し、偏向光学シートは、シート状の基材部と、基材部のうち光源が配置される側に複数の単位プリズム（１４ａ）が配列されたプリズム部（１４）と、を具備し、単位プリズムは光源からの光を単位プリズム内に入射させる入光面（１４ｂ）と、入光面から入射した光を全反射する全反射面（１４ｃ）と、を備え、単位プリズムは、所定の断面を有して一方向に延びるとともに、該延びる方向に直交する方向に並列され、単位プリズムの並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
Ｐ＞Ｗ
が成立する、面光源装置（１０）である。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の面光源装置（１０、１１０）において、単位プリズム（１４ａ）の並列方向幅をＷ（ｍｍ）、基材部（１３）の厚さをＤ（ｍｍ）としたとき、
Ｄ≧Ｗ
が成立する。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の面光源装置（１０、１１０）において、単位プリズム（１４ａ）の並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
Ｐ≧２・Ｗ
が成立する。

請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれか一項に記載の面光源装置（１０、１１０）において、偏向光学シート（１２）のうち、プリズム部（１４）が形成された側には、偏向光学シート（１２）に対向して、光を反射する反射シート（１５）が配置されている。

請求項８に記載の発明は、請求項４〜７のいずれか一項に記載の面光源装置（１０、１１０）において、偏向光学シート（１２）のうち、プリズム部（１４）が形成された側とは反対側の面には所定の性質の光のみを透過し、それ以外の光を反射する反射型偏光フィルム（１６）が積層されている。

請求項９に記載の発明は、請求項４〜８に記載の面光源装置（１０、１１０）、及び該面光源装置のうち光源（１１）とは反対側に配置された液晶セル（２１）を有する映像源モジュール（１、１０１）である。

請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の面光源装置（１１０）、該面光源装置のうち反射型偏光フィルム（１６）に積層された液晶セル（２１）、及び該液晶セルに積層された上偏光板（２２）を具備する映像源モジュール（１０１）である。

請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の映像源モジュール（１、１０１）を具備する液晶表示装置である。

本発明によれば、軽量化することが可能であり、光の収束性及び光の利用効率を高めることができる偏向光学シートを提供することが可能となる。また当該偏向光学シートを用いた面光源装置、映像源モジュール、液晶表示装置においても軽量化され、光の収束性及び光の利用効率を向上させることが可能となる。

第一の実施形態を説明する図で、映像源モジュールの分解斜視図である。 図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿った断面を示す分解断面図である。 図１に矢印ＩＩＩで示した方向から見た偏向光学シート及び光源の正面図である。 偏向光学シートの構成を説明する図である。 偏向光学シートの製造工程の一部を表す模式図である。 光路例を説明する図である。 第二の実施形態を説明する図で図３に相当する図である。 第三の実施形態を説明する図で図２に相当する図である。

本発明の上記した作用及び利得は、次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。

図１〜図３は第一の実施形態を説明するための図である。図１は偏向光学シート１２を具備する表示装置に含まれる映像源モジュール１の構成を概略的に示す分解斜視図である。図２は、図１にＩＩ−ＩＩで示した線に沿った分解断面図である。図３は図１に矢印ＩＩＩで示した方向から見た偏向光学シート１２及び光源１１の正面図である。図１、図２は紙面左が光源側、紙面右が観察者側である。図３は光源１１側から偏向光学シート１２を見た図となる。なお、図１〜図３を含め、以下に示す図は分かり易さのため各部形状を変更、誇張して示すことがあり、繰り返しとなる符号は省略することがある。図１〜図３及び適宜示す各図を参照しつつ説明する。

本実施形態の表示装置は液晶表示装置であり、映像源モジュール１を具備している。その他、図示及び説明は省略するが、表示装置には液晶表示装置として機能するための公知の各種機器が備えられている。

映像源モジュール１は面光源装置１０と、該面光源装置１０の観察者側に備えられる液晶表示パネル２０と、を有している。面光源装置１０は液晶表示パネル２０を背面側（観察者とは反対側）から照明する装置である。一方、液晶表示パネル２０は、映像情報を含み、面光源装置１０からの光を透過又は遮断する等して映像情報を適切に観察者に提供するパネルである。以下それぞれについて説明する。

面光源装置１０は、光源１１、偏向光学シート１２、反射シート１５、反射型偏光フィルム（ＤＢＥＦ）１６及び光拡散シート１７を備えている。
光源１１は、偏向光学シート１２に対して斜め下方から光を投射する装置である。光源１１は、複数の光源１１ａが、偏向光学シート１２の下方に水平方向に並べられて配置されている。光源１１ａは発光源としてＬＥＤ（発光ダイオード）、又は白熱電球等を具備し、また発光源から出射された光を所定の態様で拡大投影するための光学系が備えられている。具体的には、各光源１１ａは、図２に点線で示したように、後述する単位プリズム部１４ａが並列される方向に光が傾斜するようにプリズム部１４の上下方向略全域亘るように光を出射する。

偏向光学シート１２は、背面側に配置された光源１１から斜めに投射された光を偏向し、その光を液晶表示パネル２０の法線方向に近づけるように集光する機能を有している。そのため、偏向光学シート１２は基材部１３及びプリズム部１４を具備し、プリズム部１４には複数の単位プリズム１４ａが設けられている。

基材部１３はプリズム部１４を形成する基材となる透光性を有するシート状の部位であり、プリズム部１４の変形を防止できるように支持する。かかる観点から、基材部１３を構成する材料の具体例として、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル−スチレン共重合体樹脂等を挙げることができる。

プリズム部１４は、複数の単位プリズム１４ａを有してなる部位である。各単位プリズム１４ａは断面が略三角形である部位を有している。そして、その斜辺を形成する面がそれぞれ、光源１１からの光を単位プリズム内１４ａに入射させる入光面１４ｂ、及び入射した光を全反射する全反射面１４ｃとされている。入光面１４ｂは光源１１に面した側の面、全反射面１４ｃはそれとは反対側の面である。また、図１〜図３からわかるように、単位プリズム１４ａは図２に示した断面を有して水平方向に延びる直線状であり、複数の単位プリズム１４ａは、その延びる方向に直交する方向に並列されている。
さらに、複数の単位プリズム１４ａは所定の間隔を有して並列され、当該間隔には間隙面１４ｄが形成されている。本実施形態では、単位プリズム１４ａ間には基材部１３の面が表れて平滑面となり、これが間隙面１４ｄとして機能する。
このような偏向光学シート１２によれば、後述するように間隙面１４ｄを通じて反射光がここを通過することにより、光を有効に利用することができ、輝度向上を図ることが可能とされている。

偏向光学シート１２についてさらに詳しく説明する。図４に説明のための図を示した。図４は偏向光学シート１２の一部を拡大した図である。上記したように偏向光学シート１２には、背面側に配置された光源１１から光を斜め方向から投射されるので、各単位プリズム１４ａには異なった角度で光が入射する。そして、偏向光学シート１２は、この入射した光を偏向させ、液晶表示パネル２０の法線方向に近づける（集光する）機能を有している。従って、各単位プリズム１４ａはこのような機能を実現するための形状とすることができる。
図４に示したように、ある単位プリズム１４ａに入射する光（図４に点線で示した。）が液晶表示パネル２０の法線方向と成す角をθ_１、単位プリズム１４ａから出光する光が液晶表示パネル２０の法線方向となす角をθ_２、単位プリズム１４ａの入光面１４ｂと全反射面１４ｃとが成す角である頂角をλ、単位プリズム１４ａの屈折率をｎとしたとき、単位プリズム１４ａのうちの全反射面１４ｃが液晶表示パネル２０のパネル面（図４に破線で示した。）と成す角度φは次の式（１）により求めることができる。

ここで、単位プリズム１４ａから出光する光を液晶表示パネル２０の法線方向としたい場合には、θ_２を０°とすればよい。
以上のように、単位プリズム１４ａの形状は、光源１１の位置、単位プリズム１４ａの材料等によって決定することができる。これによれば、各単位プリズム１４ａの頂角λや角度φは、単位プリズム１４ａが配置される位置によって異なり、光源１１に近い側よりも、遠い側の方の頂角λが大きくなるように連続的に変化している形状を得ることができる。ただし、これに限定されることはなく、全て、又は一部の単位プリズムにおいて頂角λやφを一定であるものとしてもよい。

ここでθ_１は適切にプリズム部１４の全面に亘って光源１１からの光が照射されればよく、特に限定されることはないが、薄型化の観点からθ_１をできるだけ大きくすることが好ましい。かかる観点からθ_１は６０°以上８５°以下であることが好ましい。

また、後述するような光学的作用がより効率よく発揮される観点から、単位プリズム１４ａは次のような態様とされていることが好ましい。すなわち、単位プリズム１４ａ間のピッチをＰ（ｍｍ）、単位プリズム１４ａの並列方向の幅をＷ（ｍｍ）、単位プリズム１４ａの突出高さをＨ（ｍｍ）としたとき、光源光の入射角度θ_１との関係で、式（２）が成立することが好ましい。
（Ｐ＋０．５・Ｗ）・ｔａｎ（９０°−θ_１）≦Ｈ （２）
これによれば光源１１からの光が単位プリズム１４ａの全反射面１４ｃの全体に照射され、全反射面１４ｃの全部を有効に利用することができる。

式（２）は、次のように導出できる。図４を参照しつつ説明する。すなわち角度θ_１である光が単位プリズム１４ａの全反射面１４ｃに到達するための最低条件は、到達するべき単位プリズム１４ａの１つ手前の単位プリズム１４ａの頂点Ａを通り、到達するべき単位プリズム１４ａの全反射面１４ｃの最も基材部１３側の点Ｂに達する必要がある。この辺ＡＢが単位プリズム１４ａのピッチ方向となす角をαとし、頂点Ａから基材部１３への垂線が基材部１３と交わる点をＣとすれば、辺ＡＣはＨであるから、
ｔａｎα＝Ｈ／（Ｐ＋０．５・Ｗ）
が成立する。ここで当該最低条件としてのαを光源光の入射角θ_１で表わすとα＝９０°−θ_１であるから、
ｔａｎ（９０°−θ_１）＝Ｈ／（Ｐ＋０．５・Ｗ）
となる。等号が成立するのは最低条件であるから、
ｔａｎ（９０°−θ_１）≦Ｈ／（Ｐ＋０．５・Ｗ）
であればよい。これを整理して、式（２）を得ることができる。

すなわち、式（２）を満たすように単位プリズム１４ａの形状を決めても良いし、式（２）と満たすように光源１１の位置を決めてもよい。

なお、上記したように、単位プリズム１４ａ間には間隙が設けられ、間隙面１４ｄが形成されているので、式（３）が成り立つ。
Ｐ＞Ｗ （３）
また、単位プリズム部１４ａの数量を確保し、かつ、間隙面１４ｄの大きさを十分設けて、より効果的に光の利用率の向上を図る観点からは式（４）が成り立つことが好ましい。
Ｐ≧２・Ｗ （４）

そして、式（２）を考慮すれば、式（５）が好ましく、式（６）が成立することがさらに好ましい。
Ｗ＜Ｐ≦（Ｈ／ｔａｎ（９０°−θ_１））−０．５・Ｗ （５）
２・Ｗ≦Ｐ≦（Ｈ／ｔａｎ（９０°−θ_１））−０．５・Ｗ （６）

また、後述するように反射型偏光フィルム１６からの反射光を効率よく間隙面１４ｄを通過させる観点からは、基材部１３の厚さをＤ（ｍｍ）としたとき、式（７）が成り立つことが好ましい。
Ｄ≧Ｗ （７）
すなわち、基材部１３の厚さＤが、Ｗに対して同様又はこれより厚いことにより、後述するように反射型偏光フィルム１６からの反射光（図６のＬ２、Ｌ３参照。）が単位プリズム１４ａに再び入光する量を減らすことができ、間隙面１４ｄを通過する光を増加させることが可能となる。

プリズム部１４を構成する材料は上記のような機能を有することができれば特に限定されることはなく、種々の材料を使用することができる。例えば、表示装置に組み込まれる光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料であるアクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）等を用いることができる。

このような偏向光学シート１２は押し出し成型により、または、基材部１３の上にプリズム部１４を賦型又は貼付することにより、製造することができる。押し出し成型で製造された偏向光学シート１２では、基材部１３とプリズム部１４とが一体的に形成され得る。また、賦型又は貼付によって偏向光学シート１２を製造する場合にはプリズム部１４をなす材料と基材部１３のなす材料とは異なっていても良いし、同一であってもよい。図５には、偏向光学シート１２の製造方法の一例について一部の工程を概略的に説明する図を示した。

偏向光学シート１２を製造する際、図５に示すように、基材部１３となる層を含む基材１３’の上に、プリズム部１４を形成する。具体的には次の通りである。プリズム部１４を形成するには、所定のピッチでプリズム部１４の形に対応した形状の溝を有する金型ロール３００を準備する。次に、当該金型ロール３００とニップロール３０１との間に基材１３’を送り込む。図５に示した矢印Ｖは、基材１３’を送り込む方向である。基材１３’の送り込みに合わせて、金型ロール３００と基材１３’との間に供給装置３０３からプリズム部を構成する組成物３０４の液滴を供給し続ける。供給装置３０３から基材１３’上に組成物３０４を供給するとき、金型ロール３００と基材１３’との間に、組成物３０４が溜まったバンク３０５が形成されるようにする。このバンク３０５において、組成物３０４が基材１３’の幅方向に広がる。

上記のようにして金型ロール３００と基材１３’との間に供給された組成物３０４は、金型ロール３００及びニップロール３０１間の押圧力により、基材１３’と金型ロール３００との間に充填される。その後、光照射装置３０６によって組成物３０４に光を照射し、組成物３０４を硬化させ、プリズム部１４を形成することができる。プリズム部１４が形成された後、このシートは、剥離ロール３０７を用いて引かれることによって、金型ロール３００から引き剥がされる。

図１〜図３に戻り、引き続き他の構成について説明する。反射シート１５は、偏向光学シート１２の面のうち、プリズム部１４が形成された側の面に対向して所定の間隙を有して配置されたシート状の部材である。反射シート１５はここに達した光を反射する機能を有していればよい。これには例えば金属等の高い反射率を有する材料からなるシート、高い反射率を有する材料からなる薄膜（例えば金属薄膜）を表面層として含んだシート等のいわゆる鏡面反射を可能とするものを好ましく適用することができる。

反射型偏光フィルム１６は、ＤＢＥＦと呼ばれることもあり、光の干渉を利用して所定の性質の光（本実施形態ではＰ波）を透過し、他の性質の光（本実施形態ではＳ波）を反射する性質を有する。すなわち、後述する液晶表示パネル２０の下偏光板２３は、本実施形態ではＰ波のみを透過してＳ波を吸収してしまうことから、当該Ｓ波が下偏光板２３に吸収される前に反射型偏光フィルム１６で反射させて光源１１側に戻して再利用することにより光の利用効率を向上させることができる。反射型偏光フィルム１６で反射されたＳ波の一部は反射や散乱を繰り返すことによりその間にＰ波に変換され、これが再び反射型偏光フィルム１６に到達したときには該反射型偏光フィルム１６を透過して液晶表示パネル２０に供給される。詳しくは後で説明する。
反射型偏光フィルム１６は公知のものを適用することができる。ここで、反射型偏光フィルム１６は偏向光学シート１２のうち、プリズム部１４が形成される側とは反対側の面に粘着剤等により粘着されていることが好ましい。

光拡散シート１７は、シート状の部材であり、反射型偏光フィルム１６を透過した光を拡散させて、偏向光学シート１２の作用に起因して強く収束されて指向性が強くなった光の角度輝度分布を広げる機能を有する。これにより視野角をある程度拡大することができる。具体的には光拡散シート１７は、透光性を有する主部内に光散乱剤（光拡散性粒子）が分散されて構成されている。光散乱剤は、主部内を進む光に対し、反射や屈折等によって、当該光の進路方向を変化させる作用を及ぼす。このような光散乱剤の光拡散機能（光散乱機能）を発揮するために、例えば、主部をなす材料とは異なる屈折率を有した材料から光散乱剤を構成することができる。その他、光に対して反射作用を及ぼし得る材料であってもよい。

主部をなす材料としては、特に限定されることなく種々の材料を使用することができる。ただし、表示装置に組み込まれる通常の光学シート用の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料、例えば、アクリル、スチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル等の一以上を主成分とする透明樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）が好適に使用され得る。一方、光散乱剤は、一例として、平均粒径が０．５μｍ〜１００μｍ程度であるシリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、硫酸バリウム、酸化チタン等からなる粒子を用いることができる。

また、光拡散シート１７は反射型偏光フィルム１６の面に粘着剤等により粘着されていることが好ましい。また光拡散シート１７のうち液晶表示パネル２０側の面は平坦面であることが好ましい。これにより液晶表示パネル２０、又はその他この間に配置してよい層に適切に密着して積層させることができる。ここで「平坦面」とは面光源装置１０を他の同様な平坦面を有する層に安定して積層及び接着することができる程度の平坦を表す。これには例えば、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９８２年）に準拠して十点平均粗さＲｚとして測定された場合に、１．０μｍ以下であることを挙げることができる。

次に液晶表示パネル２０について説明する。液晶表示パネル２０は、観察者側となる側に配置された上偏光板２２と、面光源装置１０側に配置された下偏光板２３と、上偏光板２２と下偏光板２３との間に配置された液晶セル２１と、を有している。上下の偏光板２２、２３は、入射した光を直交する二つの偏光成分（Ｐ波およびＳ波）に分解し、一方の方向（透過軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｐ波）を透過させ、当該一方の方向に直交する他方の方向（吸収軸と平行な方向）の偏光成分（例えば、Ｓ波）を吸収する機能を有している。

液晶セル２１には、一つの画素を形成する領域毎に、電界印加がなされ得るようになっている。そして、電界印加された液晶セル２１の配向は変化するようになる。面光源装置１０側（すなわち入光側）に配置された下偏光板２３を透過した特定方向の偏光成分（本実施形態においては、Ｐ波）は、電界印加された液晶セル２１を通過する際にその偏光方向を９０°回転させ、その一方で、電界印加されていない液晶セル２１を通過する際にその偏光方向を維持する。このため、液晶セル２１への電界印加の有無によって、下偏光板２３を透過した特定方向の偏光成分（Ｐ波）が、下偏光板２３の出光側に配置された上偏光板２２をさらに透過するか、又は、上偏光板２２で吸収されて遮断されるか、を制御することができる。

このようにして液晶表示パネル２０では、面光源装置１０からの光の透過または遮断を画素毎に制御し、映像を表現することができるように構成されている。本実施形態では通常に用いられる液晶表示パネルを用いることができる。

次に図６を参照しつつ面光源装置１０に注目した映像源モジュール１及び表示装置の作用について説明する。図６には光路例Ｌ０〜Ｌ３を表した。

光源１１からは、最も上に配置された単位プリズム１４ａから最も下に配置された単位プリズム１４ａまでを含むように、若干の広がりを有して単位プリズム１４ａの並列方向に傾くように光が出射される。その中に含まれる１つの光路例を図６を参照しつつ説明する。光源１１を出射した光Ｌ０は、単位プリズム１４ａの入光面１４ｂから単位プリズム１４ａ内に入光し、全反射面１４ｃで全反射してその方向を液晶表示パネル２０の法線方向に近づけられるように偏向されて偏向光学シート１２から出射する。そして偏向光学シート１２を透過した光のうち、Ｌ１で示した所定の性質を有する光（本実施形態ではＰ波）は反射型偏光フィルム１６、及び光拡散シート１７を透過して液晶表示パネル２０に達する。このとき、光拡散シート１７では、上記した光拡散作用により視野角が広げられて液晶表示パネル２０に光が提供される。

一方、反射型偏光フィルム１６を透過することができない他の性質を有する光（本実施形態ではＳ波）の光は、図６にＬ２で示したように反射型偏光フィルム１６により反射され、偏向光学シート１２の間隙面１４ｄを通過して反射シート１５に達する。反射シート１５により反射した光は再度、偏向光学シート１２の間隙面１４ｄを通過して該偏向光学シート１２を透過する。その際に、反射や散乱によりＬ２はその少なくとも一部は性質が変化し、本実施形態ではＳ波からＰ波へ変換されている。

従って、当該Ｌ２のうちＰ波に変換された光は反射型偏光フィルム１６、及び光拡散シート１７を透過して液晶表示パネル２０に達する。一方、Ｌ２のうち反射型偏光フィルム１６を透過することができないＳ波の光は、図６にＬ３で示したように反射型偏光フィルム１６により再び反射され、偏向光学シート１２の間隙面１４ｄを通過して反射シート１５に達する。反射シート１５により反射した光は再度、偏向光学シート１２の間隙面１４ｄを通過して該偏向光学シート１２を透過する。その際に、Ｌ３はその少なくとも一部はＳ波からＰ波へ変換されている。そして当該Ｌ３のうちＰ波に変換された光は反射型偏光フィルム１６、及び光拡散シート１７を透過して液晶表示パネル２０に達する。一方、以下は図示及び説明は省略するが、Ｌ３のうち反射型偏光フィルム１６を透過することができないＳ波の光はさらに反射型偏光フィルム１６により反射されて同様に反射又は透過を繰り返す。

以上のように、偏向光学シート１２によれば、従来の面光源装置の導光板のように光を拡散均一化し、これをプリズムシートで順次集光していく態様とは異なり、光源１１からの光を直接偏向して収束するので、高い収束性で集光することができる。これにより光の利用効率を高めることが可能である。偏向光学シート１２では、シート全面に亘ってこのような偏向が行われるので光の均一性も高い。
さらに、偏向光学シート１２では、単位プリズム１４ａ間に間隙面１４ｄを具備することにより、上記のように単位プリズム１４ａで液晶表示パネル２０の法線方向に近づけられた光路を大きく偏向することなく該間隙面１４ｄに反射光を通過させることができる。これにより上記したように、従来であれば利用することができなかった光も液晶表示パネル２０を透過する光源光として利用することができる。

すなわち、偏向光学シート１２によれば従来に比べ光源光の収束性が高く、光源の光の利用効率を高めることができ、低消費電力化を図ることが可能である。また、偏向光学シート１２によれば、従来の面光源装置と比べるとわかるように、導光板を必要としないので従来に比べて部材点数を減らし、薄型化、軽量化することが可能である。また、これに伴って製造コストを直接的に低減させることもできる。

そして、このような偏向光学シート１２を適用した面光源装置、映像源モジュール、表示装置によれば、偏向光学シート１２に起因する上記した効果を奏することができる。特に、偏向光学シート１２に反射型偏光フィルム１６や反射シート１５を組み合わせた面光源装置１０、映像源モジュール１、表示装置によれば偏向光学シート１２の上記した効果をさらに効率よく発揮することが可能となる。また、偏向光学シート１２に液晶表示パネルを組み合わせた映像源モジュール、及び表示装置では、液晶表示パネルの性質上、面光源装置１０の集光性、高効率性の効果がより顕著に発揮される。

ここで、面光源装置１０の出光側の面を平坦面とすれば、液晶表示パネル２０やその他の面光源装置１０に積層してよい層に対して安定して積層及び貼付することができる。

本実施形態では、偏向光学シート１２の間隙面１４ｄを平坦面とした。ただしこれに限定されるものではなく、当該間隙面を粗面としたり、レンズ状、上記した単位プリズム１４ａとは異なる形状のプリズム状としてもよい。これにより例えば視野角を制御する等の光の調整をすることができる。

また、本実施形態では複数の光源１１ａを偏向光学シート１２の一方側にのみ並列させて配置したが、その他、偏向光学シート１２の他方側にも光源１１ａに対向するように同様に複数の光源を並列させてもよい。このときには単位プリズムを構成する面はいずれも入光面及び全反射面を兼ねることになる。

図７には第二の実施形態を説明する図を示した。第二の実施形態では、偏向光学シートの単位プリズムの長手方向の向き、及び光源の配置が第一の実施形態と異なるのみで、他の説明は第一の実施形態と共通する。そこで、図７には図３に相当する図を示した。
第二の実施形態では、偏向光学シート１２’において、単位プリズム１４ａ’の長手方向が垂直方向となるように配置され、単位プリズム１４ａ’は水平方向並列されている。従って間隙部１４ｄ’もその長手方向は垂直方向であり、並列方向は水平方向である。そして光源１１’も偏向光学シート１２’の側方に配置され、複数の各光源１１ａ’は垂直方向に並列されている。偏向光学シート１２’、及び光源１１’におけるこれら以外の説明については第一の実施形態と共通する。
第二の実施形態のように、向きが異なる場合であっても偏向光学シート１２’、これを備える面光源装置、映像表示モジュール、及び液晶表示装置により第一のの実施形態と同様の効果を奏するものとなる。

図８は第三の実施形態を説明するための図である。図８は表示装置に含まれる映像源モジュール１０１の構成を概略的に示す図で、図２に相当する図である。本実施形態の表示装置も液晶表示装置であり、映像源モジュール１０１を具備している。その他、表示装置には、図示及び説明は省略するが、液晶表示装置として機能するための公知の各種機器が備えられている。

映像源モジュール１０１は面光源装置１１０と、該面光源装置１１０の観察者側に備えられる液晶セル２１及び上偏光板２２と、を有している。面光源装置１１０は液晶セル２１を背面側（観察者とは反対側）から照明する装置である。

面光源装置１１０は、光源１１、偏向光学シート１２、反射シート１５、及び反射型偏光フィルム１１６を備えている。本実施施形態では、光源１１、偏向光学シート１２、反射シート１５、液晶セル２１、及び上偏光板２２は第一の実施形態と共通するので、同じ符号を付すとともに説明は省略する。また、本実施形態において光源及び偏向光学シートとして上記した第二の実施形態を適用することもできる。

反射型偏光フィルム１１６は、第一の実施形態で説明した反射型偏光フィルム１６と同様、光の干渉を利用して特定の性質を有する光（本実施形態ではＰ波）を透過し、他の性質を有する光（本実施形態ではＳ波）を反射する性質を有しており、偏向光学シート１２に積層されている。ここで、反射型偏光フィルム１１６は、所定の性質を有する光（Ｐ波）を透過する点で下偏光板とその機能が共通している。従って反射型偏光フィルム１１６は少なくとも液晶表示パネルの下偏光板と同じ機能を含むものであり、反射型偏光フィルム１１６を下偏光板として用いることができる。かかる観点から本実施形態では液晶表示パネルの下偏光板に代えて、面光源装置１１０に反射型偏光フィルム１１６を備えることとした。さらには、面光源装置１１０によれば、上記したように反射型偏光フィルム１１６によりＳ波を反射させ、この反射光を再度光源光として利用することができる。

本実施形態によれば、図８からわかるように、光源側１１側から観察者側に向けて反射板１５、光源１１、偏向光学シート１２、反射型偏光フィルム１１６、液晶セル２１、及び上偏光板２２の順で積層される構成である。すなわち、面光源装置１１０に下偏光板の機能も備えているので、第一の実施形態に示した効果に加えて層構成の簡素化を図ることができる。

１ 映像源モジュール
１０ 面光源装置
１１ 光源
１２ 偏向光学シート
１３ 基材部
１４ プリズム部
１４ａ 単位プリズム
１４ｂ 入光面
１４ｃ 全反射面
１５ 反射シート
１６ 反射型偏光フィルム
１７ 光拡散シート
２０ 液晶表示パネル
２１ 液晶セル
２２ 上偏光板
２３ 下偏光板
１０１ 映像源モジュール
１１０ 面光源装置
１１６ 反射型偏光フィルム

Claims (11)

1. 光源からの光を偏向して入射した光とは異なる方向に出射する偏向光学シートであって、
   シート状の基材部と、
   入光面及び前記入光面から入射した光を全反射する全反射面を有して前記基材部から突出して形成される単位プリズムが複数配列されるプリズム部と、を有し、
   前記単位プリズムは、所定の断面を有して一方向に延びるとともに、該延びる方向に直交する方向に並列され、
   前記単位プリズムの並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、前記単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
   Ｐ＞Ｗ
   が成立する、偏向光学シート。
2. 前記単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）、前記基材部の厚さをＤ（ｍｍ）としたとき、
   Ｄ≧Ｗ
   が成立する、請求項１に記載の偏向光学シート。
3. 前記単位プリズムの並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、前記単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
   Ｐ≧２・Ｗ
   が成立する、請求項１又は２に記載の偏向光学シート。
4. 液晶セルの背面側から該液晶セルに光を出射する面光源装置であって、
   光源と、前記光源からの光を入射し、偏向して出射する偏向光学シートと、を有し、
   前記偏向光学シートは、シート状の基材部と、前記基材部のうち前記光源が配置される側に複数の単位プリズムが配列されたプリズム部と、を具備し、
   前記単位プリズムは前記光源からの光を前記単位プリズム内に入射させる入光面と、前記入光面から入射した光を全反射する全反射面と、を備え、
   前記単位プリズムは、所定の断面を有して一方向に延びるとともに、該延びる方向に直交する方向に並列され、
   前記単位プリズムの並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、前記単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
   Ｐ＞Ｗ
   が成立する、面光源装置。
5. 前記単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）、前記基材部の厚さをＤ（ｍｍ）としたとき、
   Ｄ≧Ｗ
   が成立する、請求項４に記載の面光源装置。
6. 前記単位プリズムの並列方向のピッチをＰ（ｍｍ）、前記単位プリズムの並列方向幅をＷ（ｍｍ）としたとき、
   Ｐ≧２・Ｗ
   が成立する、請求項４又は５に記載の面光源装置。
7. 前記偏向光学シートのうち、前記プリズム部が形成された側には、前記偏向光学シートに対向して、光を反射する反射シートが配置されている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の面光源装置。
8. 前記偏向光学シートのうち、前記プリズム部が形成された側とは反対側の面には所定の性質の光のみを透過し、それ以外の光を反射する反射型偏光フィルムが積層されている、請求項４〜７のいずれか一項に記載の面光源装置。
9. 請求項４〜８に記載の面光源装置、及び該面光源装置のうち前記光源とは反対側に配置された液晶セルを有する映像源モジュール。
10. 請求項８に記載の面光源装置、該面光源装置のうち前記反射型偏光フィルムに積層された液晶セル、及び該液晶セルに積層された上偏光板を具備する映像源モジュール。
11. 請求項９又は１０に記載の映像源モジュールを具備する液晶表示装置。

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