JPH11264974A - 面光源装置、偏光面光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 導光板の微細プリズム状凹凸の溝方向に拡散
する光も集光して正面方向の輝度に優れ、選択反射層を
介し反射された偏光がそれを透過しうる偏光状態に効率
よく反転されて偏光面光源装置とした場合にも正面方向
の輝度に優れる面光源装置の開発。 【解決手段】 光入射側面に沿う方向の連続又は不連続
の微細プリズム状凹凸を周期的に有して前記光入射側面
からの入射光を上下面の一方より出射する導光板（１）
と、前記光入射側面に配置された光源（３）と、前記の
導光板と光源の間にシート片面の導光板側に略二等辺三
角形からなる連続凹凸の繰返し構造をその凹凸の頂部が
導光板の上下方向となる状態で配置されたプリズムシー
ト（２）を少なくとも有する面光源装置、及びその光出
射側に選択反射層及び／又は液晶セルを有する偏光面光
源装置又は液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、出射光の集光性や光の有
効利用効率に優れる面光源装置や偏光面光源装置、及び
それを用いた輝度の均一性に優れて明るく見易い表示の
液晶表示装置に関する。

【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、側面に配置した光源からの入射
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
型の面光源装置、及びその光出射側に偏光の選択反射性
を示す選択反射層を配置してなる偏光面光源装置を提案
した（特願平７−３２１０３６号）。

【０００３】前記の偏光面光源装置は、選択反射層を介
し反射させた偏光を導光板裏面の反射層等を介し反射逆
進させて導光板より再出射させることにより光利用効率
を向上させたものであり、その実用に際しては、微細プ
リズム状凹凸の溝方向に拡散する光を集光することを目
的に、プリズム型集光シート（例えばスリーＭ社製、Ｂ
ＥＦなど）を導光板の光出射側の選択反射層の下側又は
上側に前記拡散光が集光される角度にて配置され、これ
により正面方向の輝度が向上する。

【０００４】しかしながら、前記において選択反射層を
介し反射された偏光が集光シートを介して導光板に再入
射する際に、集光シートのプリズム面で斜め方向に屈曲
されるなどして導光板裏面の反射層等に対する入射角が
垂直入射より大きくズレ、そのために反射層等を介し偏
光特性を逆転させて選択反射層を透過しうる偏光状態に
変換する効率が低下し、ひいては光利用効率が低下して
偏光面光源としての輝度が低下する問題点があった。

【０００５】

【発明の技術的課題】本発明は、微細プリズム状凹凸に
より出射光が垂直方向に近い指向性を示す上記導光板
（特願平７−３２１０３６号）の利点を活かしつつ、そ
の微細プリズム状凹凸の溝方向に拡散する光も集光して
正面方向の輝度に優れると共に、選択反射層を介し反射
された偏光が導光板裏面の反射層等に対し垂直性よく入
射して選択反射層を透過しうる偏光状態に効率よく反射
反転させることができ、その優れた変換効率に基づいて
光利用効率に優れ、偏光面光源装置とした場合にも正面
方向の輝度に優れる面光源装置の開発を課題とする。

【０００６】

【課題の解決手段】本発明は、上下面の少なくとも一方
に光入射側面に沿う方向の連続又は不連続の微細プリズ
ム状凹凸を５０〜５００μmの周期で有して前記光入射
側面からの入射光を上下面の一方より出射する導光板
と、前記光入射側面に配置された光源と、前記の導光板
と光源の間に配置されたプリズムシートを少なくとも有
してなり、そのプリズムシートがシート片面の導光板側
に略二等辺三角形からなる連続した凹凸の繰返し構造を
その凹凸の頂部が導光板の上下方向となる状態で配置さ
れていることを特徴とする面光源装置を提供するもので
ある。

【０００７】また本発明は、前記の面光源装置の光出射
側に偏光の選択反射性を示す選択反射層を有することを
特徴とする偏光面光源装置、及び前記の面光源装置又は
偏光面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を提供するものである。

【０００８】

【発明の効果】本発明の面光源装置によれば、プリズム
シートを導光板光入射側面と光源との間に配置した構造
により、選択反射層を介し反射された偏光が導光板に再
入射する際にプリズムシートを経由することを回避でき
て、そのプリズム面等による再入射光の光路変化を抑制
することができる。

【０００９】前記により、微細プリズム状凹凸を設けた
導光板による垂直方向に近い指向性を示す出射光の利点
を活かしつつ、選択反射層を介し反射された偏光を導光
板裏面の反射層等に対し垂直性よく入射させることがで
き、選択反射層を透過しうる偏光状態に効率よく反射反
転させることができる。

【００１０】一方、前記のプリズムシートを介して導光
板の微細プリズム状凹凸の溝方向に拡散する光を集光し
て導光板の光入射側面より前記溝方向に対し垂直性よく
入射させることができ、その光も微細プリズム状凹凸を
介し導光板出射面より垂直方向の指向性よく出射させる
ことができて有効利用でき、その光利用効率と共に正面
方向の輝度も向上させることができる。

【００１１】前記の結果、出射光が垂直方向に近い指向
性を示す導光板の利点を活用した正面方向の輝度に優れ
る面光源装置が得られ、選択反射層を介した反射偏光を
選択反射層を透過しうる偏光状態に効率よく変換して光
利用効率と正面方向の輝度に優れる偏光面光源装置が得
られると共に、それをバックライトに用いて明るさの均
一性に優れて見易く、高表示品位の液晶表示装置を得る
ことができる。

【００１２】

【発明の実施形態】本発明の面光源装置は、光入射側面
からの入射光を上下面の一方より出射する導光板と、前
記光入射側面に配置された光源と、その導光板と光源の
間に配置されたプリズムシートを少なくとも有するもの
からなる。その例を図１（ａ），（ｂ）に示した。１が
導光板、２がプリズムシート、３が光源である。なお３
１は、光源３を包囲する光源ホルダ、４は反射層であ
る。

【００１３】導光板としては、上下面の少なくとも一方
に光入射側面に沿う方向の連続又は不連続の微細プリズ
ム状凹凸を５０〜５００μmの周期で有して、前記光入
射側面からの入射光を上下面の一方より出射するものが
用いられる。これにより、光の利用効率に優れて明るい
面光源を得ることができる。

【００１４】前記導光板の例を図２（ａ）〜（ｃ）に示
した。また微細プリズム状凹凸の例を図３（ａ）〜
（ｃ）に示した。図２において、１１が上面、１２，１
６，１７が下面、１３が光入射側面、１４が横側面、１
５が光入射側面１３に対向する側端部である。また図３
において、１８，１９は凸部、２０は凹部であり、２
２，２４（２５），２８が緩斜面、２３，２６，２７が
隣接面又は急斜面である。

【００１５】導光板は通例、図例の如く上面、それに対
向する下面、及び上下面間の光入射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、光入射側面１３に対向する側端部１５の厚
さが光入射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。

【００１６】前記した対向側端部の薄厚化により、図３
（ａ）に示した太矢印の如く、光入射側面より入射した
光が伝送端としての当該対向側端部に至るまでに、下面
の隣接面又は急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２（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。

【００１７】前記の如く微細プリズム状凹凸を設ける導
光板の面は通例、傾斜面とされるがその傾斜形状は任意
であり、図２（ａ）に例示の如き直線面や、図２
（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。

【００１８】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、光入射側面に沿う方向
の連続又は不連続の斜面にて凸部又は凹部として周期的
に形成される。そのプリズム状凹凸は、溝や階段状段差
などの適宜な凹凸形状を有するものであってよく、特に
限定はない。

【００１９】またプリズム状凹凸は、連続したものであ
ってもよいし、所定長さのプリズム状凹凸が断続的に並
んだものであってもよい。なお凸部又は凹部は、図例に
おいて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２１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。

【００２０】光の出射効率などの点より好ましい微細プ
リズム状凹凸は、その凸部又は凹部が図３に例示した如
く、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である。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。

【００２１】前記において微細プリズム状凹凸を形成す
る凸部又は凹部の形状は、図３（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、光入射側面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基準平面に対す
る傾斜角が光入射側面側より順次増大する構造が好まし
い。

【００２２】凸部又は凹部を形成する上記した上り斜面
は、図３（ａ）に例示の如く導光板の基準平面（１１）
に対する傾斜角θ₁が３５〜４５度の急斜面であること
が好ましい。かかる急斜面とすることにより、図３
（ａ）に折線矢印で例示した如く、直接又は下り斜面を
介して入射する光入射側面からの入射伝送光をその上り
斜面（急斜面）２３を介し受光反射して出射面１１に対
し垂直に近い角度で効率よく出射させることができる。

【００２３】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。なお上記したように、出射光の
垂直性の向上等の点よりは、かかる急斜面の角度が光入
射側面から入射光の伝送端側に３５〜４５度の範囲で順
次増加していることが好ましい。

【００２４】一方、凸部又は凹部を形成する上記した下
り斜面は、図３（ａ）に例示の如くその導光板の基準平
面に対する傾斜角θ₂が０度超〜１０度、就中５度以
下、特に２度以下の緩斜面であることが好ましい。かか
る緩斜面とすることにより、図３（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２２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１１により平行な角度
で反射されて上り斜面２３に入射し、反射されて出射面
より出射する。

【００２５】前記の結果、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。

【００２６】微細プリズム状凹凸の周期、従ってそれを
形成する凸部又は凹部の周期は、面全体における明るさ
の平均化などの点より、上記したように５０〜５００μ
mとされる。就中、好ましい周期は４００μm以下、特に
３００μm以下である。

【００２７】導光板における光入射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。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、その光入射側面に基づき２０mm
以下、就中０．１〜１０mm、特に０．５〜８mmである。

【００２８】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。

【００２９】導光板は、切削方式等にても形成しうる
が、量産性等の点より好ましい製造方法は、所定の微細
プリズム状凹凸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、所定の微細プ
リズム状凹凸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
を所定の微細プリズム状凹凸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。

【００３０】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。

【００３１】図１に例示した如く、導光板１の微細プリ
ズム状凹凸を設けた面には、必要に応じて反射層４、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。また選択反射
層と組合せた偏光面光源装置の場合には、偏光変換手段
としても機能する。

【００３２】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や直線偏光が入射す
ると、円偏光の左右の変換効率や直線偏光の振動面の９
０度変換の効率は１００％近い値となる。

【００３３】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。

【００３４】導光板の側面に配置する光源３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。

【００３５】図１（ｂ）に例示した如く、導光板１と光
源３の間に配置するプリズムシート２としては、そのシ
ート片面の導光板側に略二等辺三角形からなる連続した
凹凸の繰返し構造を有するものが用いられ、その凹凸の
頂部が導光板の上下方向となる状態に配置される。プリ
ズムシートは、導光板の光入射側面に単に置かれた状態
にあってもよいし、凹凸による空間が維持されるように
導光板の光入射側面に必要に応じ接着層等を介して固着
されていてもよい。なお図１（ｂ）では、図１（ａ）に
おける光源ホルダ３１を除いた状態を示している。

【００３６】前記により、導光板の微細プリズム状凹凸
の溝方向に拡散する光源からの光をプリズムシートを介
し集光して導光板の光入射側面より前記溝方向に対し垂
直性よく入射させることができ、その光も微細プリズム
状凹凸を介し導光板出射面より垂直方向の指向性よく出
射させて正面方向の輝度を向上させることができる。

【００３７】また選択反射層を設けた偏光面光源装置と
した場合に、プリズムシートが導光板の光入射側面にあ
ることより選択反射層を介し反射された偏光がプリズム
シートを経由することなく導光板に再入射して、プリズ
ム面等を介した再入射光の光路変化を抑制することがで
きる。

【００３８】前記プリズムシートは、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、上記した導光板で例示し
たものなどがあげられる。凹凸は、導光板の厚さ方向に
わたり一定した働きをなすように連続した状態に形成さ
れる。

【００３９】またプリズムシートにおける凹凸は、導光
板の幅方向で均等な働きとなるように略二等辺三角形の
形状、好ましくは二等辺三角形の形状に形成されるが、
その斜面の傾斜角は光源からの入射光の幅方向への拡が
りの程度などに応じて適宜に決定しうる。一般には、斜
面の傾斜角が１０〜８０度（頂角１６０〜２０度）、就
中２０〜７０度（頂角１４０〜４０度）、特に３０〜６
０度（頂角１２０〜６０度）の略二等辺三角形とされ
る。

【００４０】さらにプリズムシートにおける凹凸の繰返
し構造のピッチは、適宜に決定しうるが一般には、２０
〜５００μm、就中２５〜３００μm、特に３０〜１００
μmとされる。プリズムシートの厚さは、配置対象の導
光板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。

【００４１】面光源装置の形成に際しては、図１（ａ）
や図４に例示した如く必要に応じて光源３からの発散光
を導光板１の側面に導くために光源を包囲する光源ホル
ダ３１や、均等な面発光を得るための拡散層５、漏れ光
防止用の反射層４や光路偏向シート６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。

【００４２】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。
拡散層の配置は、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、拡散
板や微細凹凸面などによる適宜な拡散層として形成する
ことができる。なお偏光面光源装置を形成する場合に
は、偏光状態の維持性などの点より拡散角の小さい拡散
層が好ましい。

【００４３】なお反射層については、上記した反射層４
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、従って偏光面光源装置では
金属反射面を有する反射シートが好ましく用いうる。

【００４４】光路偏向シートは、導光板より出射する光
の光路制御などを目的に配置されるものである。従って
図４の如く光路偏向シート６は、導光板１の上下面にお
ける光出射側に配置される。光路偏向シートは、上記の
プリズムシートに準じて、それに付与した凹凸の繰返し
構造に基づき光路制御の特性を発揮するが、本発明にお
いては上記したように偏光面光源装置とした場合に光路
偏向シートにおける凹凸が選択反射層により反射された
偏光の進路を変えて不都合を生じるおそれがある。

【００４５】前記不都合の発生を防止する点などより本
発明においては、光路偏向シートとして片面に一方向に
配列した不等辺三角形よりなる連続した凹凸の繰返し構
造を有するものが好ましく用いうる。なお選択反射層を
設けない面光源装置の場合には、前記した偏光面光源装
置の如き不都合問題を生じないので適宜な凹凸の繰返し
構造を有する光路偏向シートを用いることができる。

【００４６】前記した片面に一方向に配列した不等辺三
角形よりなる連続した凹凸の繰返し構造を有する光路偏
向シートとしては、図５に例示した如く緩斜面６２と急
斜面６３とからなる筋状の溝６１を周期的に有するもの
が好ましい。就中、図５に折線矢印で示した如く、ウェ
ッジ板機能による光路変更（α，α₁，α₂）の主体とな
る緩斜面に可及的に多くの、理想的には１００％の光が
入射するように、基準平面に対する傾斜角θ₃が５〜３
５度の緩斜面６２とその傾斜角θ₄が６０度以上の急斜
面６３とからなる筋状の溝６１を周期的に有するものが
好ましい。なお急斜面は、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７５〜１１０度、就中８５〜９０
度の傾斜角であることがより好ましい。

【００４７】また緩斜面と急斜面からなる筋状溝の周期
は、光路の制御を目的とする導光板出射光の特性などに
応じて適宜に決定しうるが、一般には溝の形成性やモア
レの防止性などの点より８０μm以下、就中６５μm以
下、特に１０〜５０μmとすることが好ましい。

【００４８】光路偏向シートは、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、上記した導光板やプリズムシ
ートに準じうる。従って光路偏向シートは、シート状物
等からなる独立のものや、導光板等の光学部品に直接形
成した付属層などの適宜な形態で形成することができ
る。

【００４９】また図６に例示した如く、例えば透明基材
６４の上に所定の溝を塗布形成したものなどとしても光
路偏向シートを得ることができる。なお図６中の５は、
上記と同様に拡散層である。光路偏向シートの厚さは、
導光板出射面の大きさ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５〜５００
μm、特に１０〜２００μmとされる。

【００５０】図５に折線矢印で例示した如く、緩斜面６
２による光路変更は肉厚方向であるので、導光板より出
射した光が光源（図上の左側）から遠ざかる方向の指向
性を示す場合には、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光路偏向シートを配置することが出
射光の垂直化の点より好ましい。一方、導光板出射光の
指向性が逆の場合には、光源に近付く方向に肉薄となる
状態に光路偏向シートを配置することが好ましい。

【００５１】従って光路偏向シートは、導光板出射光の
指向性などに基づいてその凹凸の溝方向を適宜に調節し
て配置でき、光路偏向シートにおける凹凸の溝方向と導
光板における微細プリズム状凹凸の溝方向とが交差する
ように配置することもできる。かかる交差配置は、液晶
セルの画素等との干渉によるモアレの発生の防止などに
も有効である。

【００５２】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面光源装置や、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。

【００５３】前記した偏光面光源装置は、偏光を透過と
反射を介し選択反射する選択反射層を併用して、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、選択反射層を介した反射光(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。

【００５４】図７に本発明による偏光面光源装置７を例
示した。これは、上記した面光源装置の光出射側に、偏
光の選択反射性を示す選択反射層７１を配置したものか
らなる。実施例にては、その選択反射層として所定の円
偏光は透過し所定外の円偏光は反射するものを用いてい
る。なお図７において、選択反射層７１の上面に設けた
層７２は、円偏光を直線偏光に変換するための直線偏光
変換手段である。

【００５５】前記の偏光面光源装置７によれば、面光源
装置の導光板１より出射した光が選択反射層７１に入射
し、左右の内の所定（仮に左）の円偏光は透過し、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４等からなる反射機能部分で反射されて再び
選択反射層に入射し、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、選択反射
層を透過しうる所定の円偏光となるまで選択反射層と導
光板との間に閉じ込められて反射を繰り返す。

【００５６】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、
選択反射層を介した戻り光の多くが導光板における微細
プリズム状凹凸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。

【００５７】なお図４に例示の面光源装置の如く、導光
板１の上に光路偏向シート６を有してそれを介し選択反
射層を配置した場合にも、上記した光路偏向シートによ
れば選択反射層７１を介した戻り光の多くが緩斜面６２
を経由することとなり、その緩斜面は可逆性に優れて戻
り光の光路を大きく変換することがないから、前記と同
様にその戻り光を垂直性よく選択反射層より再出射させ
ることができ、初期出射光と再出射光の方向の一致性に
優れて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】前記の如く選択反射層を介した戻り光は、
導光板の下り斜面ないし緩斜面による反射を介して再出
射させるため、偏光面光源装置の形成に用いる導光板と
しては、導光板の基準平面に対する下り斜面ないし緩斜
面の投影面積が、それに隣接する面、就中、上り斜面な
いし急斜面のそれの５倍以上、就中７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。この投影面積比の関係は、光路偏向シートを配置
する場合にも前記戻り光の実質的な透過面である緩斜面
６２と、それに対する急斜面６３についても同じことが
いえる。

【００５９】また偏光面光源装置の形成に用いる導光板
は、選択反射層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選択反射層を透過しうる偏光状態
に高効率に変換され、光を効率よく取出すことができ
る。

【００６０】選択反射層としては、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】ちなみに前記選択反射層の例としては、円
偏光又は直線偏光を選択的に分離するものなどがあげら
れる。その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、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る。

【００６２】選択反射層は、前記したコレステリック液
晶相や多層膜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】選択反射層、特にコレステリック液晶相か
らなる選択反射層は、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
をカバーできる選択反射層を効率的に形成することがで
きる。

【００６５】前記において、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。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７に例示の如く、円偏光
を選択的に分離する選択反射層７１の上方に直線偏光変
換手段７２を設けた場合には、選択反射層より出射した
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、選択反射層上に必要に応じて
配置する直線偏光変換手段は、選択反射層より出射した
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
選択反射層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。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選択反射
層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、選択反射層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、選択反射
層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１００
〜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や液晶ポリマ
ーフィルム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】上記のように本発明による偏光面光源装置
は、選択反射層による反射光（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。

【００７７】従って本発明による面光源装置や偏光面光
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。

【００７８】図８に本発明による偏光面光源装置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。

【００７９】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位相差補償板等の構
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面光源装
置を用いてその光出射側に液晶セルを配置する点を除い
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。

【００８０】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。偏光面光源装置を用
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。

【００８１】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位相差補償板などの適宜な光
学素子を適宜に配置することができる。

【００８２】前記の位相差補償板は、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。なお位相差補償板としては、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。

【００８３】本発明において、上記した面光源装置や偏
光面光源装置や液晶表示装置を形成する導光板や光路偏
向シート、選択反射層や液晶セル、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、偏光面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。

【００８４】

【実施例】実施例１ ポリメチルメタクリレート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１９
５mm、奥行１５０mm、光入射側面の厚さ３mm、その対向
端の厚さ１mmであり、上面（出射面）は平坦、下面は光
入射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２ｂ）の全面に光入射側面に平行な凸
部（図３ａ）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が約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。

【００８５】次に前記導光板の光入射側面にプリズムシ
ートを介し直径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て面光源装置を得た。なお前記
のプリズムシートは、片面に頂角９０度の二等辺三角形
からなる連続した溝を５０μmの周期で配列させたもの
よりなり、その溝が導光板の上下面方向なるように、か
つ溝を形成した側が光入射側面側となるように配置し
た。

【００８６】実施例２ 実施例１に準じた面光源装置の光出射側に、円偏光を選
択的に分離する選択反射シートを配置して偏光面光源装
置を得、その光出射側にＴＮ型液晶セルを配置して液晶
表示装置を得た。なお前記の選択反射シートは、側鎖型
コレステリック液晶ポリマーをトリアセチルセルロース
フィルムのポリイミドラビング処理面にスピンコート方
式で成膜後、加熱配向処理して鏡面状の選択反射状態
（左円偏光）を呈する円偏光分離層を形成する方式でガ
ラス転移温度が相違する側鎖型コレステリック液晶ポリ
マーからなる選択反射の波長範囲が４２０〜５０５nm、
５００〜５９０nm又は５９５〜７０５nmの３種の円偏光
分離層を形成し、それを選択反射の波長順序に積層して
４２０〜７０５nmの波長範囲で良好な選択反射性を示す
重畳型のものである。

【００８７】比較例１ 実施例１に準じた導光板の光出射側に、拡散板を配置
し、その上に２枚のプリズム型集光シート（スリーＭ社
製、ＢＥＦ）を配置して面光源装置を得た。なお集光シ
ートは、上下でそのプリズムの溝方向が９０度の交差角
度となるように配置した。

【００８８】比較例２ 面光源装置として比較例１に準じたもの用いたほかは、
実施例２に準じて偏光面光源装置と液晶表示装置を得
た。

【００８９】評価試験 輝度と半値角 実施例１、比較例１で得た面光源装置における輝度とそ
の半値角を調べた。その結果、実施例１では輝度１５０
０cd／m²、上下方向の半値角±４０度、左右方向の半値
角±３０度であり、比較例１では輝度１７００cd／m²、
上下方向の半値角±２５度、左右方向の半値角±２５度
であった。

【００９０】正面輝度 実施例２、比較例２で得た液晶表示装置の正面輝度を調
べた。その結果、実施例２では１１０cd／m²、比較例２
では９５cd／m²であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】面光源装置例の側面（ａ）及び平面（ｂ）の説
明図

【図２】導光板例の説明図

【図３】微細プリズム状凹凸例の側面説明図

【図４】他の面光源装置例の側面説明図

【図５】光路偏向シート例の側面説明図

【図６】他の光路偏向シート例の側面説明図

【図７】偏光面光源装置例の側面説明図

【図８】液晶表示装置例の側面説明図

【符号の説明】

１：導光板 １１：上面 １２，１６，１７：下面 １８，１９：凸部 ２０：凹部 ２２，２４（２５），２８：下り斜面（緩斜面） ２３，２６，２７：上り斜面（急斜面） １３：光入射側面 ２：プリズムシート ３：光源 ４：反射層 ５：拡散板 ６：光路偏向シート ６１：溝 ６２：緩斜面 ６３：急斜面 ７：偏光面光源装置 ７１：選択反射層 ７２：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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１ Ｇ０２Ｂ 6/00 ３３１

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下面の少なくとも一方に光入射側面に
   沿う方向の連続又は不連続の微細プリズム状凹凸を５０
   〜５００μmの周期で有して前記光入射側面からの入射
   光を上下面の一方より出射する導光板と、前記光入射側
   面に配置された光源と、前記の導光板と光源の間に配置
   されたプリズムシートを少なくとも有してなり、そのプ
   リズムシートがシート片面の導光板側に略二等辺三角形
   からなる連続した凹凸の繰返し構造をその凹凸の頂部が
   導光板の上下方向となる状態で配置されていることを特
   徴とする面光源装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、導光板における微細
   プリズム状凹凸が光入射側面からの入射伝送光を受光反
   射して上下面の一方に出射し、導光板の基準平面に対す
   る傾斜角が３５〜４５度の急斜面を有する面光源装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、急斜面の角度が光入
   射側面から入射光の伝送端側に３５〜４５度の範囲で順
   次増加する導光板を用いた面光源装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３において、導光板における
   微細プリズム状凹凸が導光板の基準平面に対する傾斜角
   が０度超〜１０度の緩斜面を有し、微細プリズム状凹凸
   における前記の緩斜面とそれに隣接する面の導光板の基
   準平面に対する投影面積比が緩斜面／隣接面に基づき５
   倍以上である面光源装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４において、導光板上下面の
   光出射側に光路偏向シートを有し、その光路偏向シート
   が片面に一方向に配列した不等辺三角形よりなる連続し
   た凹凸の繰返し構造を有するものからなる面光源装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５に記載の面光源装置の光出
   射側に偏光の選択反射性を示す選択反射層を有すること
   を特徴とする偏光面光源装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、選択反射層が円偏光
   又は直線偏光を選択的に反射するものである偏光面光源
   装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜５に記載の面光源装置又は請
   求項６若しくは７に記載の偏光面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。