JP5174754B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、導光板方式（エッジライト型またはサイドライト型と呼ぶこともある）のバックライトユニットを有する液晶表示装置に適用して有効な技術に関するものである。

従来、導光板方式のバックライトユニットを有する液晶表示装置は、たとえば、携帯電話端末などの携帯型情報機器の液晶ディスプレイに用いられている。

携帯型情報機器は、近年、たとえば、通信速度の高速化や、内蔵するメモリ容量の増大に伴い、より大容量の画像情報やコマ数の多い動画が取り扱われる傾向にある。これにともない、携帯型情報機器の液晶ディスプレイとして用いられる中小型の液晶表示装置は、高画質化や大画面化が進み、さらには画素数が増大する傾向にある。このうちの画素数については、従来の240×320×3画素であるQVGA（Quarter Video Gate Array）から、480×620×3画素であるVGA（Video Gate Array）への増大化が進みつつある。

また、携帯型情報機器の液晶ディスプレイとして用いられる中小型の液晶表示装置は、たとえば、電池駆動時間の増大や、屋外視認性を向上するための明るさの向上が求められている。これらの液晶表示装置における画素数の増大は、一般に、開口率の低下を招くので、特に、VGA仕様の液晶表示装置では電池駆動時間の増大や明るさの向上が困難である。そのため、近年の液晶表示装置では、バックライトからの光の利用効率の向上が再検討されている。

液晶表示装置の構成および表示原理は、以下のように要約される。液晶表示装置は、主として、液晶表示パネルと、その背後に配置したバックライトから構成される。このとき、液晶表示パネルは、一対の基板と、当該一対の基板の間に挟持された液晶層と、前記液晶層を挟んで配置される一対の偏光板を有する。またこのとき、一対の偏光板は、通常、前記一対の基板および前記液晶層を挟むように配置される。また、液晶表示パネルの表示領域は、上記のように多数の画素からなり、各画素は、画素電極、共通電極、および液晶層を有する。

液晶表示パネルの各画素は、バックライトからの光を遮ることで暗表示を行い、透過させることで明表示を行う。一対の偏光板は、吸収軸が互いに直交するように配置されることが多い。一対の偏光板の吸収軸が直交している場合、バックライト側の偏光板を通過した光の偏光状態が液晶層によって変えられなければ、液晶層を通過した光は、観察者（使用者）側の偏光板によって完全に吸収されて暗表示となる。また、一対の偏光板の吸収軸が直交している場合、バックライト側の偏光板を通過した光の偏光状態が液晶層により偏光状態が変えられれば、液晶層を通過した光は、観察者側の偏光板を透過して明表示となる。

しかしながら、従来の液晶表示装置におけるバックライトからの光は、自然光に近い部分偏光であるため、通常、その6割近くがバックライト側の偏光板で吸収される。このことは、バックライトからの光の利用効率が低下する主要因の一つである。

偏光板によるバックライトからの光の吸収を低減するために、従来の液晶表示装置では、たとえば、反射型偏光板が用いられている。反射型偏光板は、たとえば、バックライト側の偏光板とバックライトの間に配置され、バックライトからの光のうちの偏光板によって吸収される成分をバックライト側に反射する。反射型偏光板で反射した光は、バックライトの導光板やプリズムシートなどで反射して再び反射型偏光板に入射する。この過程において、再び反射型偏光板に入射する光に透過成分が生じていれば、その透過成分は反射型偏光板を通過して表示に用いることができる。もし仮に、反射型偏光板で反射した光の全てが反射型偏光板に再入射し、かつ、再入射する光における透過成分の割合が100%になっていれば、バックライトからの光の利用効率は約2倍に向上するはずである。しかしながら、上記の構成の液晶表示装置においては、反射型偏光板を用いたことによる光の利用効率の向上が1.3倍程度である。

また、近年の導光板方式のバックライトには、光利用効率をさらに向上させるために、たとえば、反射型偏光板を光源の近傍に配置したものがある（たとえば、特許文献１を参照）。

本明細書において参照する特許文献１、およびその他の文献は、以下の通りである。

特開2003-007114号公報

Y. Fujimuraら、「SID 91 Digest of Technical Papers」、739〜742頁 M・ボルン、E・ウォルフ著、「光学の原理第三巻」 応用物理学会編、「結晶光学」、森北出版 鶴田匡夫著、「応用光学II」、培風館

反射型偏光板で反射した光を、当該反射型偏光板を透過する光に変換する場合、その変換効率を高めるには、導光板の界面などで反射または屈折する際に生じる偏光状態の変化に頼むのではなく、偏光変換子を用いるべきである。またこのとき、反射型偏光板で反射した光は、あらかじめ設定した光路にしたがって導き、高い効率で反射型偏光板の方向に反射させるべきである。

しかしながら、導光板は、その端部に配置された光源から発した光を面状に拡大して、その強度分布を面内で均一にし、かつこれを液晶層側に導く機能を有する。そのため、通常の導光板に、反射型偏光板で反射した光を液晶層側に反射させる機能を追加するのは困難であり、無理に実施すればいずれの機能も低効率になる。

このような問題を回避するために、特許文献１の液晶表示装置では、光源と同層に反射板と四分の一波長板を配置し、さらに導光板と光源の間に反射型偏光板を配置している。またこのとき、反射板と反射型偏光板とを密着させず、距離をおいて配置することにより、反射型偏光板で反射した光が、反射板と四分の一波長板に入射する割合を増やしている。

ところで、中小型の液晶表示装置において、導光板方式のバックライトに用いる光源は、低電圧で駆動可能でかつ小型であることを特長とする発光ダイオード（LED: Light Emitting Diode）が一般的である。発光ダイオードの形状は、一般に立方体状であり、発光面は立方体の一つの面であるが、その発光分布は等方的ではなく、発光面の法線方向で特に強く、法線方向から離れるにつれて急速に弱くなる。

特許文献１の液晶表示装置でも光源に発光ダイオードを用いているが、反射板と反射型偏光板の平面分布については特定されていない。反射板と反射型偏光板をいずれも導光板の四辺に対して平行に配置すれば、発光ダイオードの最も強い発光成分は反射型偏光板で反射された後、反射板および四分の一波長板には向かわずに、発光ダイオードに向かうことになる。発光ダイオード自体は光を反射する機能や偏光状態を変換する機能がないため、発光ダイオードに入射した光は再利用できない。そのため、特許文献１に記載されたような構成の液晶表示装置では、光源（発光ダイオード）が発した光のうちの、最も強い発光成分を再利用できないという問題があった。

また、携帯型電子機器の液晶ディスプレイとして用いられる中小型の液晶表示装置には、薄型軽量が要求されるので、たとえば、導光板の厚さが1mm以下であることも珍しくない。このような極めて薄い導光板の断面上（側面上）に反射型偏光板、四分の一波長板、および反射板などを配置するのは困難である。また、反射型偏光板を境界として導光板を二分割して作成し、これらを組み立てなければならないので、製造工程が複雑化する。

以上のように、従来の導光板方式のバックライトを有する液晶表示装置では、光源が発した光の利用効率を向上させることが難しい問題があった。

本発明の目的は、導光板方式のバックライトを有する液晶表示装置において、光源が発した光の利用効率を容易に向上させることが可能な技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、光源が発した光の利用効率を高めることが可能な導光板の構成および製造工程を簡単にすることが可能な技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面によって明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概略を説明すれば、以下の通りである。

液晶表示パネルと、導光板と、複数の光源とを有し、前記複数の光源が発した光源光を前記導光板において面状光線に変換して前記液晶表示パネルに照射する液晶表示装置において、前記液晶表示パネルは、前記面状光線の入光面が概略長方形であり、前記導光板は、前記液晶表示パネルの前記入光面と対向する第１の主面およびその反対側の第２の主面が概略長方形であり、かつ、液晶表示パネルの表示領域と重なる面発光部と、前記光源光を前記面発光部に導く結合部を有し、前記結合部は、前記面発光部よりも厚く、かつ、前記結合部と前記面発光部との境界は、前記第１の主面側に設けられた段差により厚さが連続的に変化しており、前記光源は、前記光源光が前記導光板の前記段差に向かい、かつ、光源光のうちの強度が最も強い主要成分の伝播方向が前記液晶表示パネルの前記入光面の四辺のいずれかと概ね平行になる向きで前記導光板の前記結合部に沿って配置されており、前記導光板の前記第１の主面の前記段差が設けられた部分の上には、前記光源光に含まれるＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する反射型偏光板と、透明な樹脂でなるスペーサと、前記Ｐ偏光を反射する第１の反射板とがこの順で積層されており、前記導光板の前記第２の主面のうちの、前記Ｓ偏光が入射する部分の上には、四分の一波長板と、第２の反射板とがこの順で積層されており、前記導光板の結合部は、前記光源光に含まれるＰ偏光はＰ偏光のまま前記面発光部に導き、前記光源光に含まれるＳ偏光は前記四分の一波長板および前記第２の反射板を用いてＰ偏光に変換して前記面発光部に導く液晶表示装置。

本発明の液晶表示装置によれば、光源が発した光の利用効率を容易に向上させることができる。

また、本発明の液晶表示装置によれば、光源が発した光の利用効率を高めることが可能な導光板の構成および製造工程を簡単にすることができる。

実施例１の液晶表示装置の主要部の概略構成の一例を示す模式平面図である。 図１のＡ−Ａ’線から−ｘ方向を見たときの液晶表示装置の構成の一例を示す模式側断面図である。 光源が発した光が導光板の面発光部に導かれるまでの光路を示す模式側断面図である。 導光板の段差部分を曲面状にすることの効果の一例を説明するための模式断面図である。 導光板の側面の角度および段差部分の形状の条件の一例を説明するための模式断面図である。 液晶表示パネルの画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。 図６のＢ−Ｂ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 図６のＣ−Ｃ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。 四分の一波長板に入射する光の振動方向と遅相軸方位角との関係を説明するための模式側断面図である。 四分の一波長板の入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向での遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。 入光面内での遅相軸方位角の定義を示す模式図である。 四分の一波長板の法線方向のリタデーションと、入射角方向でのリタデーションの入射角依存性との関係を示す模式図である。 四分の一波長板のＮｚ係数を1にしたときに入射角方向の遅相軸方位角が45度になる、入射角と入光面内での遅相軸方位角との関係を示す模式図である。 入射角方向の遅相軸方位角が45度になる入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向のリタデーションが四分の一波長になる法線方向のリタデーションとの関係を示す模式図である。 実施例１の液晶表示装置に用いる導光板の形成方法の一例を示す模式図である。 実施例１の液晶表示装置における光源光の光路と導光板の異方性を有する部分との関係の一例を示す模式平面図である。 本発明による実施例２の導光板の形成方法で用いる金型の概略構成の一例を示す模式図である。 実施例２の導光板における光源光の光路と導光板の異方性を有する部分との関係の一例を示す模式図である。 本発明による実施例３の導光板の作製手順の一例を説明するための模式図である。 四分の一波長板のＮｚ係数と、入射角方向での遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。 四分の一波長板のＮｚ係数を0.50にしたときの入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向での遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。 四分の一波長板の法線方向のリタデーションと、入射角方向でのリタデーションの入射角依存性との関係を示す模式図である。 四分の一波長板のＮｚ係数を0.50にしたときに入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる、入射角と入光面内での遅相軸方位角との関係を示す模式図である。 入射角方向の遅相軸方位角が45度になる入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向のリタデーションが四分の一波長になる法線方向のリタデーションとの関係を示す模式図である。 四分の一波長板に入射した光に対する遅相軸方位角と第１の偏光板における光の透過率との関係を示す模式図である。 本発明による実施例５の液晶表示装置における導光板の結合部周辺の概略構成の一例を示す模式側断面図である。 ストークスパラメータ、ポアンカレ球、および偏光状態の関係を示す模式図である。 ポアンカレ球表示による波長が550nmの直線偏光の偏光状態の変化の一例を示す模式図である。 ポアンカレ球表示による波長が550nmよりも長い直線偏光の偏光状態の変化の一例を示す模式図である。 ポアンカレ球表示による波長が550nmよりも短い直線偏光の偏光状態の変化の一例を示す模式図である。 ポアンカレ球表示による波長が550nmの直線偏光の偏光状態の変化の一例を平面で示した模式図である。 ポアンカレ球表示による波長が550nmの直線偏光の偏光状態の変化の別の例を平面で示した模式図である。 二分の一波長板のＮｚ係数と、入射角方向の遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。 四分の一波長板のＮｚ係数と、入射角方向の遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。 二分の一波長板のＮｚ係数を0.25にしたときの入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向の遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。 二分の一波長板の法線方向のリタデーションと、入射角方向のリタデーションの入射角依存性との関係を示す模式図である。 二分の一波長板の入射角方向の遅相軸方位角が15度になる、入射角と入光面内での遅相軸方位角との関係を示す模式図である。 二分の一波長板の入射角方向での遅相軸方位角が15度になる入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向のリタデーションが二分の一波長になる法線方向のリタデーションとの関係を示す模式図である。 四分の一波長板のＮｚ係数を0.80にしたときの入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向の遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。 四分の一波長板の法線方向のリタデーションと、入射角方向のリタデーションの入射角依存性との関係を示す模式図である。 四分の一波長板の入射角方向の遅相軸方位角が75度になる、入射角と入光面内での遅相軸方位角との関係を示す模式図である。 四分の一波長板の入射角方向での遅相軸方位角が75度になる入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向のリタデーションが四分の一波長になる法線方向のリタデーションとの関係を示す模式図である。 本発明による実施例６の液晶表示装置の主要部の第１の構成例を示す模式平面図である。 図４３に示した液晶表示装置の応用例を示す模式平面図である。 実施例６の液晶表示装置の主要部の第２の構成例を示す模式平面図である。

以下、本発明について、図面を参照して実施の形態（実施例）とともに詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

実施例１では、まず、本発明の液晶表示装置の概略構成の一例および原理について簡単に説明し、その後、各構成要素についての具体的な説明をする。

図１乃至図５は、本発明による実施例１の液晶表示装置の概略構成の一例および原理を説明するための模式図である。
図１は、実施例１の液晶表示装置の主要部の概略構成の一例を示す模式平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線から−ｘ方向を見たときの液晶表示装置の構成の一例を示す模式側断面図である。図３は、光源が発した光が導光板の面発光部に導かれるまでの光路を示す模式側断面図である。図４は、導光板の段差部分を曲面状にすることの効果の一例を説明するための模式断面図である。図５は、導光板の側面の角度および段差部分の形状の条件の一例を説明するための模式断面図である。

実施例１の液晶表示装置は、導光板方式（エッジライト方式ということもある）のバックライトを有するものであり、たとえば、図１および図２に示すように、液晶表示パネル１、導光板２、複数の光源３、第１のプリズムシート４、および第２のプリズムシート５を有する。なお、図１では、液晶表示パネル１、導光板２、第１のプリズムシート４、および第２のプリズムシート５をｘｙ平面内でずらして示している。実際の液晶表示装置における導光板２、第１のプリズムシート４、および第２のプリズムシート５は、それぞれ、領域ＡＲ２、領域ＡＲ４、領域ＡＲ５が液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１と重なるように積層される。

また、実施例１の液晶表示装置は、そのほかに、たとえば、液晶表示パネル１を駆動させるＩＣチップ６、フレキシブル配線板７、および光源３をフレキシブル配線板７に実装するための傾斜台８などを有する。

液晶表示パネル１は、たとえば、アクティブマトリクス方式の透過型ＴＦＴ液晶表示パネルであり、ＴＦＴ基板９、対向基板１０、液晶層１１、第１の偏光板１２、および第２の偏光板１３などを有する。このとき、液晶表示パネル１は、導光板２と対向させる面の平面形状（図１のｚ方向から見た外形）が概略長方形である。液晶表示パネル１の構成に関する詳細な説明は、後述する。

導光板２は、光源３が発した光（以下、光源光という）を面状光線に変換して液晶表示パネル１に照射するための光学部品である。このとき、導光板２は、液晶表示パネル１と対向させる第１の主面２ａの平面形状（図１のｚ方向から見た外形）が概略長方形である。このとき、導光板２と液晶表示パネル１とは、長手方向と短手方向との関係が一致するように積層される。またこのとき、複数の光源３は、それぞれ、光源光の出光面が導光板２の短手方向の側面２ｂと対向するように配置される。

また、導光板２は、光源光に対する機能により結合部と面発光部とに分類される。結合部は光源光を取り入れる部分であり、面発光部は取り入れた光源光を液晶表示パネル１に向けて出射させる部分である。導光板２は、取り入れた光源光を、主として、領域ＡＲ２から液晶表示パネル１に向けて出射させる。すなわち、面発光部は導光板２のうちの領域ＡＲ２およびその周辺の部分であり、結合部は導光板２のうちの光源３と面発光部との間に位置する部分である。

また、導光板２は、面発光部における厚さがほぼ均一であり、かつ、結合部が面発光部よりも厚くなるようにしている。またこのとき、結合部は、第１の主面２ａとは反対側の第２の主面２ｃを概略平坦な面にし、第１の主面２ａに曲面状の段差を設けることで面発光部よりも厚くしている。液晶表示パネル１と導光板２との間に配置する第１のプリズムシート４および第２のプリズムシート５は、後述するように、導光板２の面発光部と液晶表示パネル１との間に配置されていればよい。そのため、液晶表示パネル１と対向する第１の主面２ａに段差を設けて結合部を面発光部よりも厚くすることで、光源光の結合効率（取り入れ効率）の向上と、液晶表示装置の厚さの低減とを両立できる。

また、導光板２は、光源光を取り入れる側面２ｂと、前記第１の主面２ａとは反対側の第２の主面２ｃとのなす角αが鈍角になる方向に傾けている。

また、導光板２は、第１の主面２ａの段差部分の上に反射型偏光板１４、透明スペーサ１５、および第１の反射板１６がこの順で積層されている。また、導光板２は、第２の主面２ｃの結合部と面発光部の境界部分に四分の一波長板１７および第２の反射板１８がこの順で積層されている。またさらに、導光板２は、第２の主面２ｃのうちの面発光部に、光取り出し構造として、傾斜面を光源側に有する中空のプリズム状の突起２ｄが多数設けられている。これらの構成に関する詳細な説明は、後述する。

光源３は、たとえば、白色LEDなどの白色発光素子である。このとき、光源３の出光面３ａを平坦な面にしておくと、出光面３ａを導光板２の側面２ｂと密接させることができ、たとえば、出光面３ａから出射した光源光が導光板２に入射する過程における光量の減少などを防ぐことができる。すなわち、図２および図３では光源３の出光面３ａと導光板２の側面２ｂとが離れているが、実際にはこれらの面を密接させることが望ましい。また、出光面３ａと側面２ｂとを密接させる代わりに、たとえば、出光面３ａと側面２ｂとが平行になるように光源３を配置し、出光面３ａと側面２ｂとの間に透明なスペーサを介在させてもよい。

第１のプリズムシート４および第２のプリズムシート５は、たとえば、面発光部から出射した光に対して、液晶表示パネル１への入射角の調整や面輝度の調整などを行う光学部品である。第１のプリズムシート４および第２のプリズムシート５の構成に関するの詳細な説明は、後述する。

さて、実施例１の液晶表示装置における光源３が白色LEDの場合、出光面３ａから出射する光源光は、その強度分布に異方性（角度依存性）を有し、出光面３ａの法線方向の強度が最も強くなり、法線方向からの傾きが大きくなるにつれて強度が急激に低下する。そのため、以下、光源光のうちの強度が最も強い成分、すなわち出光面３ａの法線方向に出射した成分（以下、光源光の主要成分という）に着目し、実施例１の液晶表示装置の原理について説明する。

実施例１の液晶表示装置において、出光面３ａから出射した光源光の主要成分は、たとえば、図３に示したように、導光板２の側面２ｂの法線方向に進行し、導光板２の第１の主面２ａに設けられた反射型偏光板１４に入射する。光源３が白色LEDの場合、光源光は、自然光または自然光に近い部分偏光である。そのため、第１の主面２ａ（反射型偏光板１４）に入射する光源光の主要成分には、Ｐ偏光とＳ偏光とが存在する。なお、Ｐ偏光は、光源光が第１の主面２ａなどの界面に入射する際に、光源光の入射方向と界面の法線方向とが作る平面内に振動方向を有する直線偏光であり、Ｓ偏光は、振動方向がＰ偏光に対して垂直な直線偏光である。

反射型偏光板１４は、所定の振動方向を有する直線偏光を透過し、その振動方向と直交する振動方向を有する直線偏光を反射するという機能を有する。実施例１の液晶表示装置では、この反射型偏光板１４を、Ｐ偏光は透過し、Ｓ偏光は反射するように配置しておく。なお、反射型偏光板１４を通過する光は、通常、Ｐ偏光を主成分とする部分偏光であり、Ｐ偏光とは振動方向が異なる成分の光が含まれている。同様に、反射型偏光板１４を反射する光は、通常、Ｓ偏光を主成分とする部分偏光であり、Ｓ偏光とは振動方向が異なる成分の光が含まれている。しかしながら、光学的には、このような部分偏光を単に偏光と呼ぶことが多いので、本明細書では、Ｐ偏光を主成分とする部分偏光およびＳ偏光成分を主成分とする部分偏光を、それぞれ、Ｐ偏光およびＳ偏光と呼んでいる。

反射型偏光板１４で反射したＳ偏光は、導光板２の第２の主面２ｃに設けた四分の一波長板１７および第２の反射板１８を用いてＰ偏光に変換する。四分の一波長板１７に入射したＳ偏光は、当該四分の一波長板１７を通過する過程で右回りの円偏光に変換され、第２の反射板１８で反射する。また、第２の反射板１８で反射して四分の一波長板１７に入射した右回りの円偏光は、当該四分の一波長板１７を通過する過程で直線偏光に変換され、導光板２に戻る。このとき、導光板２に戻った直線偏光の振動方向は、反射型偏光板１４で反射したＳ偏光の振動方向に対して90度回転しているので、Ｐ偏光になる。

一方、反射型偏光板１４を透過したＰ偏光は、透明スペーサ１５を通過して第１の反射板１６で反射した後、再び透明スペーサ１５を通過して導光板２に戻り、第２の主面２ｃに入射する。このとき、第２の主面２ｃのうちの反射型偏光板１４を通過したＰ偏光が入射する部分に四分の一波長板１７および第２の反射板１８があると、当該Ｐ偏光がＳ偏光に変換されてしまう。そのため、反射型偏光板１４を通過したＰ偏光が入射する部分には四分の一波長板１７および第２の反射板１８を設けず、入射したＰ偏光を第２の主面２ｃで全反射させる。

また、詳細な説明は省略するが、出光面３ａの法線方向とは異なる方向に出射した成分についても、反射型偏光板１４を反射したＳ偏光は四分の一波長板１７および第２の反射板１８を用いてＰ偏光に変換してから面発光部に導き、反射型偏光板１４を通過したＰ偏光はＰ偏光のまま面発光部に導く。

このように、実施例１の液晶表示装置では、光源光に含まれるＰ偏光はＰ偏光のまま面発光部に導き、Ｓ偏光はＰ偏光に変換して面発光部に導く。

また、光源３が発する光源光は、出光面３ａの法線方向を中心として放射状に広がる光である。このとき、第１の主面２ａに設ける段差を、光源３から見て凹面になる曲面状にしておくと、出光面３ａの法線方向に出射する主要成分の光路ＯＰ２、法線方向よりも上方側に出射する成分の光路ＯＰ２_ｕ、および法線方向よりも下方側に出射する成分の光路ＯＰ２_ｄは、それぞれ、図４に示したようになる。なお、図５に示した光路ＯＰ２、光路ＯＰ２_ｕ、および光路ＯＰ２_ｄは、それぞれの方向に出射する光のうちの、Ｓ偏光からＰ偏光に変換されて面発光部に導かれる成分の光路を示している。

図４からわかるように、第１の主面２ａに設ける段差（すなわち第１の主面２ａと反射型偏光板１４との界面）を、光源から見て凹面になる曲面状にしておくと、反射型偏光板１４で反射したＳ偏光は、四分の一波長板１７に向かう過程で収束し、第２の主面２ｃにおいて当該Ｓ偏光が入射する領域の広がりを抑えることができる。そのため、四分の一波長板１７および第２の反射板１８の設置面積を小さくすることができ、たとえば、反射型偏光板１４を通過したＰ偏光が四分の一波長板１７に入射してＳ偏光に変換されるのを防ぐことが容易になる。

また、図３および図４に示したように、第１の反射板１６の反射面も光源３から見て凹面になる曲面状にしておけば、反射型偏光板１４を通過したＰ偏光は、第１の反射板１６で反射した後、導光板２の第２の主面２ｃに向かう過程で収束し、第２の主面２ｃにおいて当該Ｐ偏光が入射する領域の広がりを抑えることができる。そのため、反射型偏光板１４を通過したＰ偏光が四分の一波長板１７に入射してＳ偏光に変換されるのを防ぐことがさらに容易になる。

また、第１の主面２ａに設ける段差を、光源から見て凹面になる曲面状にする場合、その曲率を調節することで、たとえば、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角度の範囲を狭くすることができる。四分の一波長板１７は、後述するように、遅相軸方位角およびリタデーションに角度依存性があり、四分の一波長板として機能する角度範囲が限定されている。そのため、第１の主面２ａに設ける段差を、光源から見て凹面になる曲面状にし、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角度の広がりを抑えることで、多くの入射成分をＳ偏光からＰ偏光に変換することが可能になる。また、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角度の広がりを抑えることで、四分の一波長板１７および第２の反射板により変換されたＰ偏光の広がりを抑えることもできる。

ところで、面発光部に導いたＰ偏光は、第１の主面２ａおよび第２の主面２ｃで全反射させながら導光板２の長手方向（ｙ方向）に伝播させ、領域ＡＲ２から出射させる。このとき、導光板２の側面２ｂが、たとえば、図５に示すように、第２の主面２ｃの法線方向に対してφ₁度だけ傾いており、かつ、光源３の出光面３ａが側面２ｂに平行であるとすると、導光板２の側面２ｂから入射して反射型偏光板１４に向かう光源光の主要成分の進行方向は、導光板２の第２の主面２ｃに対してφ₁度だけ傾く。またこのとき、反射型偏光板１４のうちの、光源光の主要成分が入射する位置における接線の方向が、第２の主面２ｃに対してφ₂度だけ傾いているとすると、主要成分に含まれるＳ偏光が四分の一波長板１７に入射するときの入射角ψ_Mは、｛90−（φ₁＋2φ₂）｝度になる。またこのとき、四分の一波長板１７および第２の反射板１８により変換されたＰ偏光が第２の主面２ｃから導光板２に戻るとき出射角は、ψ_M度になる。

また、導光板２の屈折率が透明な有機高分子の標準的な値である1.5だとすると、全反射条件を満たす入射角（臨界角）は約45度になるので、主要成分に含まれるＳ偏光を変換して得られるＰ偏光が全反射条件を満たすようにするには、当該Ｓ偏光の入射角ψ_Mを45度以上にする必要がある。したがって、実施例１の液晶表示装置では、導光板２の側面２ｂの傾き角φ₁と、反射型偏光板１４のうちの光源光の主要成分が入射する位置における接線の傾き角φ₂との関係が、たとえば、（φ₁＋2φ₂）≦45度になるようにする。

なお、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角は、たとえば、図４に示したように、光源３の出光面３ａからの出射方向でみた成分毎に異なり、四分の一波長板１７への入射角ψが、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mよりも小さくなるＳ偏光も存在する。そのため、このような入射角ψが主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mよりも小さくなるＳ偏光もＰ偏光に変換できるようにするには、たとえば、傾き角φ₁と傾き角φ₂との関係が、20度≦（φ₁＋2φ₂）≦40度になるようにし、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mが、50度≦ψ_M≦70度になるようにすることが望ましい。

また、詳細な説明は省略するが、反射型偏光板１４を透過したＰ偏光についても同様に、第１の反射板１６で反射して導光板２に戻り、第２の主面２ｃに入射するときの入射角を45度以上にする必要がある。そのため、第１の反射板１６は、たとえば、光源光の主要成分に含まれるＰ偏光が入射する位置における接線と第２の主面２ｃのなす角φ₂’度が、（φ₁＋2φ₂’）≦45度になるようにする。

このようにして面発光部に導かれたＰ偏光は、第１の主面２ａおよび第２の主面２ｃで全反射をしながら導光板２の長手方向に伝播する。しかしながら、このままでは面発光部を伝播するＰ偏光を液晶表示パネル１側に出射させることができない。そのため、実施例１の液晶表示装置では、たとえば、図２に示したように、面発光部の第２の主面２ｃに、傾斜面を光源側に有する中空のプリズム状の突起２ｄ（光取り出し構造）を設けている。このとき、突起２ｄの傾斜面は、第２の主面２ｃからの傾き角を、当該傾斜面で反射したＰ偏光が第１の主面２ａに入射するときの入射角が臨界角よりも小さくなるようににする。またこのとき、突起２ｄの傾斜面の傾き角は、当該傾斜面に入射したＰ偏光が全反射する値にすることが望ましい。したがって、実施例１の液晶表示装置に用いる導光板２は、このような観点からも、傾き角φ₁と傾き角φ_₂との関係が、20度≦（φ₁＋2φ₂）≦40度になるようにし、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mが、50度≦ψ_M≦70度になるようにすることが望ましい。

また、面発光部を伝播するＰ偏光は、光源３から遠ざかるにつれて強度が徐々に低下する。そのため、突起２ｄは、強度が大きい光源３の近傍ではより疎に分布し、強度が小さくなる光源３からはなれた部分ではより密に分布するように配置して、領域ＡＲ２から液晶表示パネル１側に向けて出射する光の強度を均一化することが望ましい。

従来の一般的な液晶表示装置で用いる導光板のように、自然光である光源光をそのまま面発光部に導いた場合、光取り出し構造で反射した光源光が第１の主面２ａに入射すると、当該光源光にはＰ偏光とＳ偏光とが存在する。このとき、第１の主面２ａに入射したＰ偏光は、導光板と空気との界面における反射率が小さいので、当該導光板の外側に出射しやすい。一方、第１の主面２ａに入射したＳ偏光は、導光板と空気との界面における反射率が大きいので、その大部分が導光板内に戻され、導光板の外側に出射しにくい。

そのため、実施例１の液晶表示装置では、上記のように、導光板に入射した光源光に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換してから面発光部に導くことで、面発光部から液晶表示パネル１側に出射する光の量を多くしている。

こうして導光板２の面発光部から液晶表示パネル１側に出射させた光は、たとえば、図２に示したように、第１のプリズムシート４および第２のプリズムシート５を通過させた後、液晶表示パネル１に入射させる。このとき、液晶表示パネル１に入射した面状光線は、当該液晶表示パネル１において変調され、映像や画像として観察者に認識される。

第１のプリズムシート４は、たとえば、液晶表示パネル１に入射する光の入射方向のうちの、主に液晶表示パネル１の長手方向と平行な平面（ｙｚ面）で見た入射方向を調整するための光学部品である。このとき、第１のプリズムシート４は、たとえば、液晶表示パネル１と対向する面に、当該液晶表示パネル１の長手方向で見た断面が三角形状で平面分布がストライプ状の突起構造を有し、当該突起構造のストライプ方向が導光板２の短手方向（ｘ方向）と平行になるように配置されている。また、第２のプリズムシート５は、たとえば、液晶表示パネル１に入射する光の入射方向のうちの、主に液晶表示パネル１の短手方向と平行な平面（ｘｚ面）で見た入射方向を調整するための光学部品である。第１のプリズムシート４は、たとえば、液晶表示パネル１と対向する面に、当該液晶表示パネル１の短手方向で見た断面が三角形状で平面分布がストライプ状の突起構造を有し、当該突起構造のストライプ方向が導光板２の長手方向（ｙ方向）と平行になるように配置されている。

さて、導光板２の面発光部に導かれる光は、前述のようにＰ偏光であり、第１の主面２ａおよび第２の主面２ｃで反射しながら導光板２の長手方向に伝播し、最後は第１の主面２ａで屈折して導光板２の外に出射する。このとき、面発光部を伝播するＰ偏光は、たとえば、第１の主面２ａおよび第２の主面２ｃで反射または屈折する際に、偏光状態が変化する可能性がある。しかしながら、伝播する光の進行方向が導光板２の長手方向と平行であり、かつ、導光板２の光軸が長手方向と平行であれば、第１の主面２ａおよび第２の主面２ｃで反射または屈折した光には、Ｐ偏光成分のみが生じ、Ｓ偏光成分は発生しない。したがって、導光板２の面発光部から液晶表示パネル１側に出射する光は、図１に示したように、振動方向が導光板２の長手方向と平行な光である。なお、実際に面発光部から出射するのは、振動方向が導光板２の長手方向と平行な光を主成分とする光であるが、本明細書では、このような光を、振動方向が導光板２の長手方向と平行な光と呼んでいる。

また、第１のプリズムシート４および第２のプリズムシート５は、それぞれ、突起構造のストライプ方向が、導光板２の短手方向（ｘ方向）および長手方向（ｙ方向）と平行である。このとき、第１のプリズムシート４を通過する光および第２のプリズムシート５を通過する光は、それぞれ、プリズムシートと空気との界面で屈折する。このとき、通過する光の進行方向が導光板２の長手方向（ｙ方向）と平行であり、かつ、プリズムシートの光軸が導光板２の長手方向と平行であると、第１のプリズムシート４および第２のプリズムシート５において屈折した光には、Ｐ偏光成分のみが生じ、Ｓ偏光成分は発生しない。したがって、第１のプリズムシート４および第２のプリズムシート５を通過して液晶表示パネル１の法線方向に向かう光の振動方向は、導光板２の長手方向、すなわち液晶表示パネル１の長手方向と平行のままである。すなわち、液晶表示パネル１に入射する光の大部分は、当該液晶表示パネル１の長手方向と平行な振動方向を有する光である。なお、実際に液晶表示パネル１に入射するのは、振動方向が液晶表示パネル１の長手方向と平行な光を主成分とする光であるが、本明細書では、このような光を、振動方向が液晶表示パネル１の長手方向と平行な光と呼んでいる。

液晶表示パネル１は、表示領域ＡＲ１が多数の画素で構成されており、それぞれの画素における光の透過光量を制御することで、バックライトからの面状光線を変調する。このとき、各画素における光の透過光量は、液晶層１１を通過した光の偏光状態および光量と、第２の偏光板１３の透過軸の方向との関係によって決まる。液晶層１１を通過した光の偏光状態は第１の偏光板１２の透過軸の方向と液晶層１１の配向状態によって決まり、光量は第１の偏光板１２に入射する光の振動方向と第１の偏光板１２の透過軸の方向との関係によって決まる。

したがって、バックライト（導光板２）から出射した光の利用効率を高めるには、たとえば、図１に示したように、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔの方向を、導光板２（液晶表示パネル１）の長手方向であるｙ方向と平行にすればよい。なお、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔの方向は、液晶表示パネル１の長手方向と平行にすることが望ましいが、これに限らず、液晶表示パネル１の長手方向と概ね平行になっていればよい。

また、実施例１の液晶表示装置における液晶表示パネル１は、第１の偏光板１２の透過軸ＬＴ１の方向が導光板２および液晶表示パネル１の長手方向と平行または概ね平行になっていればよいので、たとえば、液晶層１１への電界の印加方式や画素の構成などは、適宜変更可能である。そこで、実施例１では、液晶表示パネル１の一例として、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルを挙げる。

図６乃至図８は、実施例１の液晶表示装置における液晶表示パネルの概略構成の一例を説明するための模式図である。
図６は、液晶表示パネルの画素の平面構成の一例を示す模式平面図である。図７は、図６のＢ−Ｂ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。図８は、図６のＣ−Ｃ’線における断面構成の一例を示す模式断面図である。
なお、図６および図７におけるｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向は、それぞれ、図１におけるｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向と同じ方向である。

ＩＰＳ方式の液晶表示パネル１の画素は、たとえば、図６乃至図８に示すような構成になっており、液晶層１１に印加する電界の強さを制御するための画素電極１９および共通電極２０が、ともにＴＦＴ基板９に設けられている。

ＴＦＴ基板９は、たとえば、ホウケイサンガラスなどでなる透明な第１の絶縁基板２１を有する。また、ＴＦＴ基板９は、第１の絶縁基板２１の液晶層１１と対向する面の上に形成された走査信号線２２、第１の絶縁層２３、ＴＦＴ素子２４、映像信号線２５、第２の絶縁層２６、共通電極２０、第３の絶縁層２７、画素電極１９、および第１の配向膜２８などを有する。

また、実施例１の液晶表示装置は、たとえば、携帯電話端末の液晶ディスプレイなどに用いられる小型のものであり、走査信号線２２のうちの表示領域ＡＲ１を通る部分は液晶表示パネル１の短手方向（ｘ方向）に延びており、映像信号線２５のうちの表示領域ＡＲ１を通る部分は液晶表示パネル１の長手方向（ｙ方向）に延びている。

また、画素電極１９と共通電極２０とは、第３の絶縁層２７を介して積層されており、液晶層１１に近いほうの画素電極１９の平面形状は、液晶表示パネル１の長手方向に直線状に延びる細長い部分（以下、歯と呼ぶ）を複数有する櫛歯状になっている。このとき、画素電極１９は、コンタクトホールＣＨによりＴＦＴ素子２４のソース電極と接続している。

また、ＴＦＴ素子２４は、ゲート電極が走査信号線２２と接続しており、ドレイン電極が映像信号線２５と接続している。なお、ＴＦＴ素子２４のソース電極とドレイン電極は、バイアスの関係、すなわち当該ＴＦＴ素子２４がオンになったときの画素電極１９の電位と映像信号線２５の電位との高低の関係によって変わる。

一方、対向基板１０は、たとえば、ホウケイサンガラスなどでなる透明な第２の絶縁基板２９を有する。また、対向基板１０は、第２の絶縁基板２９の液晶層１１と対向する面の上に形成されたブラックマトリクス３０、カラーフィルタ３１、平坦化膜３２、第２の配向膜３３などを有する。

また、液晶層１１は、たとえば、室温を含む広い温度範囲でネマチック層を示し、かつ、誘電率異方性が正である液晶材料を用いる。このとき、液晶材料は、さらに、高抵抗であることが望ましい。

ＩＰＳ方式の液晶表示パネル１では、電界無印加時、すなわち画素電極１９と共通電極２０との間に電位差が無いときの液晶層１１の配向がホモジニアス配向になるようにするのが一般的である。このとき、液晶層１１の配向方向は、第１の配向膜２８および第２の配向膜３３に施す配向処理によって決まる。画素電極１９の平面形状が、図６に示したような櫛歯状である場合、電界無印加時の液晶層１１の平面内での配向方向は、たとえば、液晶分子の分子軸方向１１Ｍが映像信号線２５および画素電極１９の歯の延びている方向（ｙ方向）に対して角度βだけ傾いた方向にする。この角度βは、たとえば、5度程度にする。

このようにすると、画素電極１９と共通電極２０との間に電位差が生じたときに液晶層１１に印加される電界の方向（ｘ方向）と、無電界印加時の液晶分子の分子軸方向１１Ｍとのなす角が約85度になり、電界を印加したときの液晶分子の回転角が大きくなる。

またこのとき、第１の偏光板１２および第２の偏光板１３は、第１の偏光板の吸収軸１２Ａと第２の偏光板の吸収軸１３Ａとが直交し、かつ、第２の偏光板１３の吸収軸１３Ａが無電界印加時の液晶分子の分子軸方向１１Ｍと一致するように配置する。第１の偏光板１２および第２の偏光板１３は、たとえば、配向処理されたヨウ素系色素を含み、その２色性により自然光を偏光に変換する光学部品である。

第２の偏光板１３の吸収軸１３Ａを無電界印加時の液晶分子の分子軸方向１１Ｍと平行にすると、第１の偏光板１２の吸収軸１２Ａは、無電界印加時の液晶分子の分子軸方向１１Ｍと直交する。また、第１の偏光板１２および第２の偏光板１３は、それぞれ、入射した光の吸収率が最大となる方位（吸収軸）と最小となる方位（透過軸）とが直交している。そのため、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔは、無電界印加時の液晶分子の分子軸方向１１Ｍと平行になり、液晶表示パネル１の長手方向（ｙ方向）と概ね平行になる。またこのとき、第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔは、無電界印加時の液晶分子の分子軸方向１１Ｍと直交し、液晶表示パネル１の短手方向（ｘ方向）と概ね平行になる。

このような液晶表示パネル１において、無電界印加時に液晶層１１を通過した光の偏光状態は、液晶層１１を通過する前と概ね同じ状態であり、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔと平行な振動方向を有する直線偏光である。したがって、画素電極１９と共通電極２０との間に電位差が無い画素では、導光板２から出射し、第１の偏光板１２および液晶層１１を通過した光が第２の偏光板１３で吸収され、黒表示になる。なお、第１の偏光板１２を通過する光は、実際には、透過軸１２Ｔと平行な振動方向を有する直線偏光を主成分とする完全偏光に近い部分偏光である。

一方、画素電極１９と共通電極２０との間に電位差が生じて液晶層１１の配向が変化すると、第１の偏光板１２および液晶層１１を通過した光の偏光状態は、液晶層１１を通過する前とは異なる状態になる。したがって、画素電極１９と共通電極２０との間に電位差がある画素では、当該電位差に応じて、導光板２側から第１の偏光板１２および液晶層１１を通過した光の一部または全部が第２の偏光板１３を通過し、黒以外の所定の階調（輝度）の表示になる。このとき、液晶層１１を通過して第２の偏光板１３に入射する光の偏光状態が同じであれば、第１の偏光板１２を通過した光の光量が多いほど、画素の輝度が高くなることはもちろんである。

実施例１の液晶表示装置は、前述のように、導光板２から出射して液晶表示パネル１（第１の偏光板１２）に入射する光の振動方向が、液晶表示パネル１の長手方向と平行である。そのため、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔが液晶表示パネル１の長手方向と概ね平行になるようにすると、第１の偏光板１２を通過する光の光量が多くなる。したがって、実施例１の液晶表示装置は、たとえば、従来の液晶表示装置と同等の消費電力を保ちながらより明るい表示をすること、または従来の液晶表示装置と同等の明るさを保ちながら消費電力を抑えることができる。

ところで、図６乃至図８に示した液晶表示パネル１では、無電界印加時の液晶層１１の配向方向を長手方向（ｙ方向）に対して5度傾けており、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔも長手方向に対して5度傾いている。これに対し、バックライト（導光板２）からの光は、前述のように、振動方向が液晶表示パネル１の長手方向と平行である。そのため、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔと入射する光の振動方向とは平行にならず、5度だけずれることになる。

しかしながら、この程度のずれであれば、バックライトからの光は、第１の偏光板１２を充分に高い効率で透過する。これは、バックライトからの光が液晶表示パネル１の長手方向を振動方向とする直線偏光のみでなる完全偏光であり、かつ、第１の偏光板１２が完全偏光板であると仮定し、バックライトからの光の振動方向と第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔとのなす角をβとすると、バックライトからの光が第１の偏光板１２を透過する効率は、cos²βに比例するからである。β＝0（度）の理想的な場合のcos²βが1であるのに対して、β＝5（度）の場合のcos²βは約0.9924である。すなわち、β＝5（度）のときの透過効率の低減率は約1%である。したがって、第１の偏光板１２に入射する光の偏光状態がその透過軸１２Ｔに対して完全に平行な直線偏光にならずに、5度程度のずれがあっても、光源光の利用効率を向上させる効果は十分に得られる。なお、ここでいう完全偏光板とは、入射する光に含まれる吸収成分の透過率が0%であり、透過成分の透過率が100%である理想的な偏光板のことである。

このように、実施例１の液晶表示装置では、液晶表示パネル１の第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔの方向を、導光板２から出射する光の振動方向と概ね平行にすることで、導光板２から出射した光の利用効率、すなわち光源光の利用効率を高める。

さて、実施例１の液晶表示装置において、導光板２に入射した光源光のうちの反射型偏光板１４で反射した光（Ｓ偏光）は、たとえば、図３に示したように、第２の主面２ｃに設けた四分の一波長板１７および第２の反射板１８を利用してＰ偏光に変換する。

四分の一波長板１７は、光学異方性媒体の一種であり、一般に、その光学異方性は入射した光の進行方向、すなわち四分の一波長板に入射する光の入射角によって変化する。実施例１の液晶表示装置では、図３に示したように、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角が、当該四分の一波長板１７の入光面（導光板２の第２の主面２ｃとの界面）の法線方向に対して所定の角度だけ傾いている。そのため、実施例１の液晶表示装置における四分の一波長板１７は、このような傾いた光路のＳ偏光に対して、四分の一波長板として機能しなければならない。すなわち、実施例１の液晶表示装置における四分の一波長板１７は、Ｓ偏光の入射方向から見たときの遅相軸が当該Ｓ偏光の振動方向と45度をなし、かつ、Ｓ偏光の入射方向から見たときのリタデーションが当該Ｓ偏光の四分の一波長でなければならない。

一方、四分の一波長板１７のリタデーションは、通常、入光面の法線方向における値によって管理される。また、四分の一波長板１７の遅相軸方位角を設定する際には、通常、入光面の法線方向から見たときの遅相軸方位角（以下、入光面での遅相軸方位角という）に着目して設定する。そのため、実施例１では、四分の一波長板１７に要求されるリタデーションおよび遅相軸方位角として、法線方向のリタデーション、および入光面内での遅相軸方位角を導出する。

なお、光源３として白色ＬＥＤを用いた場合、当該白色ＬＥＤが発する光源光の強度は角度依存性を有し、光出射面の法線方向において最大になり、法線方向から離れる（傾きが大きくなる）につれて急激に低下する。そのため、実施例１では、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光に着目し、当該Ｓ偏光をＰ偏光に変換するために要求される四分の一波長板１７のリタデーションおよび遅相軸方位角を導出する。

光源光のうちの、出光面の法線方向に出射する主要成分に着目すると、当該主要成分に含まれるＳ偏光は、たとえば、図５に示したように、入射角ψ_M＝｛90−（φ₁＋2φ₂）｝度で四分の一波長板１７（導光板２の第２の主面）に入射する。すなわち、実施例１では、入光面に対して入射角ψ_Mで四分の一波長板１７に入射するＳ偏光をＰ偏光に変換するために要求される四分の一波長板１７の法線方向のリタデーションおよび平面内での遅相軸方位角を導出する。

また、実施例１の液晶表示装置における四分の一波長板１７は、たとえば、シクロオレフィン系有機高分子膜などの透明な有機高分子膜を延伸して作成した、正の一軸異方性を有するものとする。正の一軸異方性を有する四分の一波長板１７は、作成が容易であり、薄い四分の一波長板を低コストで作成できるという利点がある。なお、正の一軸異方性を有する四分の一波長板というのは、延伸方向の屈折率がその垂直方向よりも大きく、かつ、いずれの垂直方向の屈折率も等しい四分の一波長板のことである。

図９乃至図１４は、実施例１の液晶表示装置における四分の一波長板の構成を説明するための模式図である。
図９は、四分の一波長板に入射する光の振動方向と遅相軸方位角との関係を説明するための模式側断面図である。図１０は、四分の一波長板の入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向での遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。図１１は、入光面内での遅相軸方位角の定義を示す模式図である。図１２は、四分の一波長板の法線方向のリタデーションと、入射角方向でのリタデーションの入射角依存性との関係を示す模式図である。図１３は、四分の一波長板のＮｚ係数を1にしたときに入射角方向の遅相軸方位角が45度になる、入射角と入光面内での遅相軸方位角との関係を示す模式図である。図１４は、入射角方向の遅相軸方位角が45度になる入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向のリタデーションが四分の一波長になる法線方向のリタデーションとの関係を示す模式図である。

四分の一波長板１７のような光学異方性媒体の３次元の屈折率分布は、一般に、Ｎｚ係数で表される。Ｎｚ係数については、たとえば、非特許文献１に開示されており、下記数式１で定義される。

Ｎｚ＝（ｎ_s−ｎ_z）／（ｎ_s−ｎ_f） ・・・（数式１）

なお、数式１において、ｎ_sおよびｎ_fは、それぞれ、光が入射する平面内での遅相軸方向および進相軸方向の屈折率であり、ｎ_zは厚さ方向の屈折率である。また、実施例１で扱う一軸異方性が正の光学異方性媒体の場合、Ｎｚ係数は1である。

また、光学異方性媒体の遅相軸角度およびリタデーションの角度依存性は、ラグランジュの未定乗数法で求めることができる。この求め方は、たとえば、非特許文献２に詳細に記載されているので、実施例１ではその結果のみを記載する。

光学異方性媒体のｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｚ軸方向の屈折率を、それぞれ、ｎ_x、ｎ_yおよびｎ_zとすると、光学異方性媒体のｘｙ平面に入射角ψおよび方位角Θで入射する直線偏光に対する遅相軸方向の屈折率ｎ_ｓおよび進相軸方向の屈折率ｎ_ｆは、それぞれ、下記数式２乃至数式９で表される。なお、入射角ψは、ｚ軸方向からの角度（いわゆる極角）であり、方位角Θは、ｘｙ平面内でのｘ軸からの角度である。

ｎ_s＝2Ａ／｛−Ｂ＋（Ｂ²−4ＡＣ）^0.5｝^0.5 ・・・（数式２）
ｎ_f＝2Ａ／｛−Ｂ＋（Ｂ²＋4ＡＣ）^0.5｝^0.5 ・・・（数式３）
ただし、
Ａ＝ｎ_x ²ｎ_y ²ｎ_z ² ・・・（数式４）
Ｂ＝ｎ_x ²ｎ_z ²（ｋ_y ²−１）²＋ｎ_y ²ｎ_z ²（ｋ_x ²−１）²
＋ｎ_x ²ｎ_y ²（ｋ_z ²−１）² ・・・（数式５）
Ｃ＝ｎ_x ²＋ｎ_y ²＋ｎ_z ²−ｋ_y ²（ｎ_x ²＋ｎ_z ²）−ｋ_x ²（ｎ_y ²＋ｎ_z ²）
−ｋ_z ²（ｎ_x ²＋ｎ_y ²） ・・・（数式６）
であり、かつ、
ｋ_x＝sinψsinΘ ・・・（数式７）
ｋ_y＝sinψcosΘ ・・・（数式８）
ｋ_z＝cosψ ・・・（数式９）

また、遅相軸の向きを（ｋ_sx，ｋ_sy，ｋ_sz）とすると、ｋ_sx、ｋ_sy、およびｋ_szは、それぞれ、下記数式１０乃至数式１２で表される。

ｋ_sx＝ｋ_xｎ_x ²（ｎ_y ²−ｎ_s ²）（ｎ_z ²−ｎ_s ²)／Ｎ_os ・・・（数式１０）
ｋ_sy＝ｋ_yｎ_y ²（ｎ_x ²−ｎ_s ²）（ｎ_z ²−ｎ_s ²)／Ｎ_os ・・・（数式１１）
ｋ_sz＝ｋ_zｎ_z ²（ｎ_y ²−ｎ_s ²）（ｎ_x ²−ｎ_s ²)／Ｎ_os ・・・（数式１２）

なお、数式１０乃至数式１２におけるＮ_osは、下記数式１３乃至数式１６で表される規格化係数である。

Ｎ_os＝｛（ｋ_sx'）²＋（ｋ_sy'）²＋（ｋ_sz'）²｝^0.5 ・・・（数式１３）
ただし、
ｋ_sx'＝ｋ_xｎ_x ²（ｎ_y ²−ｎ_s ²）（ｎ_z ²−ｎ_s ²） ・・・（数式１４）
ｋ_sy'＝ｋ_yｎ_y ²（ｎ_x ²−ｎ_s ²）（ｎ_z ²−ｎ_s ²） ・・・（数式１５）
ｋ_sz'＝ｋ_zｎ_z ²（ｎ_y ²−ｎ_s ²）（ｎ_x ²−ｎ_s ²） ・・・（数式１６）

ここで、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸方向の屈折率が、それぞれ、ｎ_x、ｎ_y、およびｎ_zである屈折率楕円体を考えると、図９に示すように、遅相軸１７ｄの向き（ｋ_sx，ｋ_sy，ｋ_sz）は、屈折率楕円体３４の中心Ｏを含み、かつ、入射角ψおよび方位角Θで表される方向に垂直な断面３４ａ内にある。また、Ｓ偏光の振動方向ＳＰＯは常に水平方向（ｘｙ平面内）であり、導光板２の第２の主面２ｃと平行である。そのため、断面３４ａを直線偏光が入射する方向から見たときの遅相軸方位角θ（以下、入射角方向での遅相軸方位角θという）を、反時計回りの角度とし、かつ、遅相軸１７ｄの方向が水平方向のときを0度と定義すると、入射角方向での遅相軸方位角θは、図９に示したように、入射角ψで光学異方性媒体（四分の一波長板１７）に入射するＳ偏光の振動方向ＳＰＯと、当該Ｓ偏光に対する遅相軸１７ｄとのなす角になる。

光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mは、前述のように、45度以上にするべきであり、特に、50度≦ψ_M≦70度であることが望ましい。そのため、本願発明者らが、入射角ψが45度≦ψ≦75度の範囲における、四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θと、入射角方向での遅相軸方位角θの入射角依存性との関係を調べたところ、図１０に示すような関係が得られた。なお、図１０は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向での遅相軸方位角θ（単位は度）のグラフである。

また、図１０の曲線Ｆ₁、曲線Ｆ₂、曲線Ｆ₃、曲線Ｆ₄、および曲線Ｆ₅は、それぞれ、Ｎｚ係数を1にし、入光面内での遅相軸方位角Θを57.3度、60.2度、63.4度、67.1度、および71.1度にしたときの、入射角方向での遅相軸方位角θの極角依存性を示す曲線である。またこのとき、入光面内での遅相軸方位角Θは、たとえば、図１１に示すように、当該入光面を法線方向から見たときの、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の振動方向ＳＰＯから反時計回りの角度とし、遅相軸１７ｄの方向が振動方向ＳＰＯと一致するときを0度としている。

図１０からわかるように、たとえば、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光が四分の一波長板１７に入射するときの入射角ψ_Mを50度に設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θを57.3度にすると、入射角方向での遅相軸方位角θが45度になる。また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを55度、60度、65度、および70度のいずれかに設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θを、それぞれ、60.2度、63.4度、67.1度、および71.1度にすると、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる。

これらの結果は、Ｎｚ係数が1の場合、入射角方向の遅相軸方位角θは斜めから観察するほど水平に近づくので、これを補正するためには入光面内での遅相軸方位角Θを45度よりも増大させなければならないことを意味している。

また、光学異方性媒体の厚さをｄとすると、当該光学異方性媒体に入射角ψで入射して通過する光のリタデーションＲ（以下、入射角方向のリタデーションＲという）は、下記数式１７で表される。

Ｒ＝（ｎ_s−ｎ_f）・ｄ／cosψ ・・・（数式１７）

図１０に示した曲線Ｆ₁、曲線Ｆ₂、曲線Ｆ₃、曲線Ｆ₄、および曲線Ｆ₅の分布は、Ｎｚ係数が1であれば、光学異方性媒体の法線方向のリタデーションの大きさによらず不変である。そのため、本願発明者らが、数式１７を用いて、入光面内での遅相軸方位角Θを57.3度、60.2度、63.4度、67.1度、および71.1度にしたときの、法線方向のリタデーションＲｚと、入射角方向でのリタデーションＲの入射角依存性との関係を計算したところ、図１２に示すような結果が得られた。なお、図１２は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向でのリタデーションＲ（単位はnm）のグラフである。

また、図１２の曲線Ｆ₆、曲線Ｆ₇、曲線Ｆ₈、曲線Ｆ₉、および曲線Ｆ₁₀は、それぞれ、入光面内での遅相軸方位角Θと法線方向のリタデーションＲｚとの組み合わせ（Θ，Ｒｚ）を（57.3度，157.5nm）、（60.2度，167.5nm）、（63.4度，182.3nm）、（67.1度，205.3nm）、および（71.1度，242.4 nm）にしたときの、入射角方向でのリタデーションＲの入射角依存性を示す曲線である。また、図１２の曲線Ｆ₆、曲線Ｆ₇、曲線Ｆ₈、曲線Ｆ₉、および曲線Ｆ₁₀は、可視波長の中でも視感度がほぼ最大となる波長550nmの光に対する入射角方向でのリタデーションＲの入射角依存性を示している。

図１２からわかるように、たとえば、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光が四分の一波長板１７に入射するときの入射角ψ_Mを50度に設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θおよび法線方向のリタデーションＲｚを、それぞれ、57.3度および157.5nmにすると、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長（137.5nm）になる。また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを55度、60度、65度、および70度のいずれかに設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θと法線方向のリタデーションＲｚとの組み合わせ（Θ，Ｒｚ）を、それぞれ、（57.3度，157.5nm）、（60.2度，167.5nm）、（63.4度，182.3nm）、（67.1度，205.3nm）、および（71.1度，242.4 nm）にすると、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長（137.5nm）になる。

また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mは、上記の50度、55度、60度、65度、および70度に限らず、他の角度であってもよい。そのため、上記の角度以外の中間の入射角ψについて、Ｎｚ係数を1にし、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる、入光面内での遅相軸方位角Θを計算すると、たとえば、図１３に示したような結果が得られる。なお、図１３は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入光面内での遅相軸方位角Θ（単位は度）のグラフである。

図１３からわかるように、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる、入射角ψと入光面内での遅相軸方位角Θとの関係を示す曲線Ｆ₁₁は、ほぼ直線になる。このとき、入射角ψと入光面内での遅相軸方位角Θとの関係は、下記数式１８で近似される。

Θ＝−3.78ψ＋40.4 ・・・（数式１８）

したがって、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の、四分の一波長板１７への入射角ψ_Mが決まれば、図１２または数式１８から、当該Ｓ偏光に対する入射角方向の遅相軸方位角θを45度にするために四分の一波長板１７に要求される、入光面内での遅相軸方位角Θが得られる。

またさらに、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる入光面内での遅相軸方位角Θと、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚとの間には、たとえば、図１４に示すような関係がある。なお、図１４は、横軸が入光面内での遅相軸方位角Θ（単位は度）、縦軸が法線方向のリタデーションＲｚ（単位はnm）のグラフである。

また、図１４に示した点Ｐ₁、点Ｐ₂、点Ｐ₃、点Ｐ₄、および点Ｐ₅は、それぞれ、図１２における入射角ψが50度、55度、60度、65度、および70度のときの、入光面内での遅相軸方位角Θと法線方向のリタデーションＲｚとの関係を示す点である。また、図１４に示した曲線Ｆ₁₂は、点Ｐ₁、点Ｐ₂、点Ｐ₃、点Ｐ₄、および点Ｐ₅の値から求めた回帰曲線である。

主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mをある角度に設定した場合、当該Ｓ偏光に対する入射角方向での遅相軸方位角θを45度にするために、四分の一波長板１７に要求される入光面内での遅相軸方位角Θは、図１２または数式１８から求めることができる。またこのとき、当該Ｓ偏光に対する入射角方向での遅相軸方位角θが45度になる入光面内での遅相軸方位角Θと、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚとの間には、図１４に示した曲線Ｆ₁₂のような関係がある。そのため、入射角ψ_Mが決まり、図１２または数式１８から四分の一波長板１７に要求される入光面内での遅相軸方位角Θが得られれば、図１４の関係から四分の一波長板１７に要求される法線方向のリタデーションＲｚも得られる。

このように、実施例１の液晶表示装置では、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mの設定に応じて、使用する四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θおよび法線方向のリタデーションＲｚを変えることで、光源光に含まれるＳ偏光を効率よくＰ偏光に変換し、光源光の利用効率を高める。

なお、四分の一波長板１７には、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光だけでなく、当該主要成分以外の成分に含まれるＳ偏光も入射する。このとき、主要成分以外の成分に含まれるＳ偏光の入射角ψは、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mとは異なる角度になる。そのため、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mに基づいて四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θおよび法線方向のリタデーションＲｚを決定した場合、主要成分以外の成分に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換する効率は、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光よりも低下する。

しかしながら、光源３として白色LEDを用いた場合、主要成分以外の成分の光強度は、出光面３ａの法線方向からの傾きが大きくなるにつれて急激に低下する。また、主要成分以外の成分のうちの、光強度が比較的強い成分、すなわち出光面３ａの法線方向からの傾きが小さい成分に含まれるＳ偏光の入射角ψは、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mとの差が小さい。そのため、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mに基づいて四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θおよび法線方向のリタデーションＲｚを決定した場合、主要成分以外の成分のうちの、光強度が比較的強い成分に含まれるＳ偏光については、完全ではないものの、比較的高い効率でＳ偏光をＰ偏光に変換することができる。

また、導光板２の第１の主面２ａに設ける段差（反射型偏光板１４の入光面）の曲率を調整し、主要成分以外の成分に含まれるＳ偏光の入射角ψが、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mと概ね等しくなるようにすれば、主要成分以外の成分に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換する効率も高くなる。

次に、実施例１の液晶表示装置における導光板の作製方法の一例について、簡単に説明する。

図１５は、実施例１の液晶表示装置に用いる導光板の形成方法の一例を示す模式図である。

導光板２は、たとえば、アクリル樹脂などの透明樹脂を用いた射出成型により形成される。導光板２を射出成型により形成する場合は、たとえば、図１５に示すように、キャビティ３５ａ、複数の注入口３５ｂ、および排気口３５ｃを有する金型３５を用い、当該金型３５の注入口３５ｂから、加熱して軟化させた透明樹脂３６または透明樹脂の前駆体をキャビティ３５ａに注入して形成する。このとき、キャビティ３５ａの空間形状は、たとえば、注入口３５ｂの近傍の領域３５ｄに導光板２の結合部が形成され、領域３５ｄと排気口３５ｃとの間の領域３５ｅに面発光部が形成されるような形状にしておく。またこのとき、キャビティ３５ａの空間形状は、たとえば、図８に示した側面２ｂの傾き角φ₁、および第１の主面２Ａの段差部分において光源光の主要成分が入射する位置の傾き角φ₂を、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光が四分の一波長板１７に入射するときの入射角ψ_M｛＝90−（φ₁＋2φ₂）｝が所定の値、たとえば、50度から70度の間のいずれかの角度になるようにしておく。

このとき、キャビティ３５ａに注入された透明樹脂３６は、注入口３５ｂの付近では当該注入口３５ｂを中心に放射状に流動し、流動時の配向状態を維持したまま固体化する。そのため、得られる導光板２は、通常、光学異方性を有する。透明樹脂３６は、一般に有機高分子であり、射出成型により形成された導光板２における有機高分子の配向方向は、透明樹脂３６の流動方向と概ね一致する。このとき、導光板２を微小な領域に分割してみると、それぞれの領域は、透明樹脂３６の流動方向を遅相軸（光軸）とする正の一軸異方性媒体と見なすことができる。またこのとき、形成された導光板２においてＰ偏光が透明樹脂３６の流動方向に対して角度を持って伝播すると、当該Ｐ偏光は、導光板２の光学異方性の影響を受けて偏光変換され、Ｓ偏光成分が生じることになる。

そこで、実施例１では、金型３５の注入口３５ｂを、図１５に示したように、導光板２の短手方向に沿って多数設けることにより、少なくとも領域３５ｅ（面発光部になる部分）における透明樹脂３６の流動方向３６ｆが導光板２の長手方向と概ね平行になるようにする。注入口３５ｂからキャビティ３５ａに流入した透明樹脂３６のうちの、長手方向に対して斜めに流動する透明樹脂は、隣接する注入口３５ｂから流入し長手方向に対して斜めに流動する透明樹脂とぶつかる。このようにキャビティ３５ａ内で透明樹脂がぶつかると、その流動方向は両者のベクトル和の方向、すなわち導光板２の長手方向になる。したがって、注入口３５ｂの数を増やして隣接する注入口３５ｂの間隔を狭くすることで、形成される導光板２は、少なくとも面発光部における遅相軸方向を、当該面発光部を伝播するＰ偏光の伝播方向と概ね平行にすることができる。このとき、導光板２の面発光部は、見かけ上、等方性になるので、Ｐ偏光が導光板２の光学異方性（複屈折）によってＳ偏光に変換されることはない。これにより、形成された導光板２において面発光部に導かれたＰ偏光は、当該面発光部を伝播して導光板２の外側に出射するまで、Ｐ偏光の状態が維持される。

導光板２を形成したら、次に、たとえば、当該導光板２の第２の主面２ｃに、四分の一波長板１７および第２の反射板１８をこの順で貼り付ける。このとき、四分の一波長板１７および第２の反射板１８は、たとえば、光学接着剤を用いて貼り付ける。

四分の一波長板１７は、前述のように、たとえば、シクロオレフィン系有機高分子を用い、入射角ψ_Mで入射するＳ偏光、すなわち光源光の主要成分に含まれるＳ偏光に対して最適な法線方向のリタデーションＲｚが得られるように形成する。シクロオレフィン系有機高分子を用いて四分の一波長板１７を形成するときには、当該有機高分子膜を延伸して一軸異方性を付与する。そのため、入射角ψ_Mで入射するＳ偏光に対して最適な法線方向のリタデーションＲｚを得るには、たとえば、延伸前の厚さおよび延伸条件を調整すればよい。

また、導光板２に貼り付ける四分の一波長板１７は、通常、大面積の四分の一波長板を複数の帯状の四分の一波長板に切り分けたものである。有機高分子膜を延伸して形成した四分の一波長板１７は、遅相軸が延伸方向と一致する。そのため、図１２または数式１８から求めた入光面内での遅相軸方位角Θを得るには、たとえば、複数の帯状の四分の一波長板に切り分ける際に、切断方向と遅相軸（延伸方向）との関係を調整すればよい。

また、第２の反射板１８は、たとえば、高分子フィルムを基材とし、その表面にアルミニウム膜などの光反射率が高い膜を成膜して形成する。

次に、導光板２の第１の主面２ａに、反射型偏光板１４、透明スペーサ１５、および第１の反射板１６をこの順で貼り付ける。

反射型偏光板１４は、たとえば、内部を通過する可視光の波長の二分の一に厚さが等しい２種類の高分子膜を交互に積層して形成する。このとき、２種類の高分子膜のうちの一方は面内に屈折率異方性を有する高分子膜にし、他方は屈折率異方性を持たない高分子膜にする。また、屈折率異方性を有する高分子膜は、異常光屈折率ｎ_eまたは常光屈折率ｎ_oのいずれかを、屈折率異方性を持たない高分子膜の屈折率と等しくする。常光屈折率ｎ_oが屈折率異方性を持たない高分子膜の屈折率と等しい場合、常光屈折率ｎ_oの方向と振動方向が平行な偏光に対しては、反射型偏光板１４の内部における屈折率が常に一定になるので、当該偏光は反射型偏光板１４を通過する。一方このとき、異常光屈折率ｎ_eの方向と振動方向が平行な偏光に対しては、反射型偏光板１４の内部において波長と同周期で屈折率が変動するので、当該偏光は反射型偏光板１４で反射する。なお、反射型偏光板１４は、入射する振動方向が直交する２つの偏光成分のうちの一方（Ｐ偏光）が透過し、他方（Ｓ偏光）が反射すればよいので、上記の構成に限らず、他の構成であってもよい。したがって、反射型偏光板１４は、たとえば、ワイヤーグリッド型偏光板であってもよい。

ワイヤーグリッド型偏光板は、ストライプ状にパターニングされた金属薄膜であり、ストライプ方向と平行な振動方向を有する偏光成分を反射し、垂直な振動方向を有する偏光成分を透過する性質を有する。ワイヤーグリッド型偏光板を実施例１の液晶表示装置の反射型偏光板１４として用いる場合は、ストライプ構造が導光板平面（第２の主面２ｃ）と平行になるように配置することで、光源光に含まれるＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させることができる。また、ワイヤーグリッド型偏光板を実施例１の液晶表示装置の反射型偏光板１４として用いる場合は、導光板２の第１の主面２ａに直接形成してもよいし、透明樹脂膜上に形成したものを導光板２に貼り付けてもよい。

透明スペーサ１５は、たとえば、導光板２と同じ屈折率を有する透明樹脂で形成し、反射型偏光板１４を貼り付けた後、その上に接着する。

第１の反射板１６は、第２の反射板１８と同様に、たとえば、高分子フィルムを基材とし、その表面にアルミニウム膜などの光反射率が高い膜を成膜して形成する。

実施例１の液晶表示装置において、導光板２に、当該導光板２に入射した光源光に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換する構成を付加するには、このように、結合部と面発光部とを一体形成した導光板２の第１の主面２ａに反射型偏光板１４、透明スペーサ１５、および第１の反射板１６を貼り付け、第２の主面２ｃに四分の一波長板１７および第２の反射板１８を貼り付けるだけでよい。そのため、たとえば、特許文献１のように導光板を結合部と面発光部とに分離し、その間に反射型偏光板を挟むような方法に比べて、Ｓ偏光をＰ偏光に変換するための構成を付加することが容易である。

以上説明したように、実施例１の液晶表示装置によれば、光源光に含まれるＳ偏光成分を効率よくＰ偏光に変換でき、光源光の利用効率を高めることができる。そのため、液晶表示装置の高輝度化、または低消費電力化が容易である。

また、実施例１の導光板の製造方法によれば、光源光に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換するための構成を導光板２に付加することが容易であり、液晶表示装置の製造効率の低下や製造コストの上昇を抑えることができる。

また、実施例１では、液晶表示パネル１の一例として、図５乃至図７に示したように画素電極１９と共通電極２０とが積層されたIPS方式の液晶表示パネル１を例に挙げた。しかしながら、IPS方式の液晶表示パネル１を用いる場合、当該液晶表示パネル１は、これに限らず、たとえば、絶縁層の同一面に画素電極１９と共通電極２０とが配置されていてもよい。

また、実施例１の液晶表示装置に用いる液晶表示パネル１は、IPS方式に限らず、たとえば、VA（Vertically Aligned）方式、ECB（Electrically Controlled Birefringence）方式、あるいはOCB（Optically Compensated Birefringence）方式のように、液晶層１１に厚さ方向（ｚ方向）の電界を印加する液晶表示パネルであってもよい。

また、実施例１では、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔと第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔを直交させた液晶表示パネル１を例に挙げたが、液晶表示パネル１は、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔが液晶表示パネル１（導光板２）の長手方向、すなわち導光板２から出射して第１の偏光板１２に入射する光の振動方向と概ね平行であればよい。そのため、実施例１の液晶表示装置に用いる液晶表示パネル１は、たとえば、第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔが第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔと平行であり、かつ、液晶表示パネル１の長手方向と概ね平行であってもよい。

また、実施例１では、図１および図２に示したように、導光板２と液晶表示パネル１との間に第１のプリズムシート４および第２のプリズムシート５を介在させた場合を挙げているが、これに限らず、導光板２と液晶表示パネル１との間に配置するプリズムシートは１枚であってもよい。また、導光板２と液晶表示パネル１との間には、プリズムシートだけでなく、たとえば、光拡散板などを介在させてもよい。

実施例２では、実施例１で挙げた構成（図１乃至図３に示した構成）の液晶表示装置に用いる導光板２の、より望ましい作製方法の一例について説明する。

図１６は、実施例１の液晶表示装置における光源光の光路と導光板の異方性を有する部分との関係の一例を示す模式平面図である。

実施例１では、導光板２の形成方法の一例として、たとえば、多数の注入口３５ｂを有する金型３５を用いた射出成型による形成方法を挙げた。この方法は、導光板２の面発光部になる部分における透明樹脂３６の流動方向３６ｆを導光板２の長手方向にし、少なくとも面発光部を見かけ上等方性にできるので、光源光（Ｐ偏光）が面発光部を伝播する過程における偏光状態が維持される。

しかしながら、射出成型により形成した導光板２は、たとえば、図１６に示すように、隣接する２つの注入口３５ｂの間に相当する位置に、光学的な異方性を持つ部分２ｅが生じる。また、注入口３５ｂの数を光源３の数よりも多くした場合、たとえば、図１６に示すように、光源３の光出射面の位置と導光板２の入射側面のうちの注入口と対応する位置との間にずれが生じ、光源光の一部が異方性を持つ部分２ｅを通ることが考えられる。このとき、たとえば、面発光部に導かれたＰ偏光が異方性を持つ部分２ｅを通る光路ＯＰでは、そのＰ偏光からＳ偏光成分が生じ、その分だけ光源光の利用効率が低下する。すなわち、実施例１の液晶表示装置では、たとえば、導光板２の結合部における偏光状態の変化による光源光の利用効率の低下が懸念される。以上のことから、導光板２は、結合部においても見かけ上等方性であることが望ましい。

導光板２を等方性にするためには、たとえば、キャスティング法で作成し、形成時に透明樹脂の流動が生じないようにすればよい。また、射出成型で作成する場合には、固有複屈折がゼロである透明樹脂を用いればよい。しかしながら、現状では、正の固有複屈折を有する透明樹脂を用いた射出成型法による導光板の形成が一般的であり、異方性を持つ部分２ｅを完全に無くすことは難しい。

そこで、実施例２では、従来と同様に正の固有複屈折を有する透明樹脂を用いた射出成型法で形成でき、かつ、結合部および面発光部を見かけ上等方性にすることが可能な導光板２の形成方法の一例について説明する。

図１７および図１８は、本発明による実施例２の導光板の作製方法の一例およびその効果を説明するための模式図である。
図１７は、本発明による実施例２の導光板の形成方法で用いる金型の概略構成の一例を示す模式図である。図１８は、実施例２の導光板における光源光の光路と導光板の異方性を有する部分との関係の一例を示す模式図である。

実施例２の導光板２は、実施例１と同様、正の固有複屈折を有する透明樹脂を用いた射出成型法で作製する。ただし、実施例２の作製方法で用いる金型３５は、実施例１とは異なり、たとえば、図１７に示すように、注入口３５ｂの数を、組み合わせて使用する光源３の数と同数にし、かつ、その位置を、光源３の配置位置と一致させる。

こうして得られた実施例２の導光板２は、実施例１でも説明したように、隣接する注入口３５ｂの間に相当する位置に、異方性を持つ部分２ｅが生じる。しかしながら、実施例２の導光板２において異方性を持つ部分２ｅと、光源光の光路ＯＰとの関係は、たとえば、図１８に示したような関係になる。

なお、図１８に示したような異方性を持つ部分２ｅの分布は、たとえば、導光板２の上下に一対の偏光板を配置して、導光板２の複屈折性を観察することで容易に知ることができる。一対の偏光板を用いて導光板２の複屈折性を観察するには、たとえば、当該一対の偏光板を、吸収軸ＰＬＡ１，ＰＬＡ２が互いに直交し、かつ、吸収軸ＰＬＡ１，ＰＬＡ２の方位が導光板２の長手方向（ｙ方向）に対して45度を成すように配置する。

このとき、透明樹脂の流動方向が導光板２の長手方向と概ね平行な部分は、遅相軸が偏光板の吸収軸ＰＬＡ１，ＰＬＡ２に対して概略45度をなすため、光が透過して明るく見える。一方、透明樹脂の流動方向が偏光板の吸収軸ＰＬＡ１，ＰＬＡ２と概ね平行な部分や複屈折が小さい部分では、光が透過しないので暗く見える。以上の結果として、実施例２の方法で形成された導光板２では、図１８に示したような明暗の分布が観察され、結合部において明るく見える部分が注入口であることがわかる。なお、実際には、明暗の分布、すなわち異方性を持つ部分２ｅと持たない部分との境界の明るさが連続的に変化するが、図１８ではこれを単純化して不連続な分布とし、比較的明るい部分は白で、比較的暗い部分は網掛けで示している。

このような導光板２を用い、射出成型時の注入口と対向する位置に光源３を配置すると、光源光の光路ＯＰは、図１８に示したように光源３の出光面３ａの法線方向を中心にした放射状になり、結合部および面発光部の両方において、明るく見える部分、すなわち透明樹脂の流動方向（配向方向）が長手方向と概ね平行な部分を通る。そのため、実施例２の導光板２は、結合部およびその近傍においても光源光の伝播方向と導光板２の遅相軸がほぼ平行になり、見かけ上ほぼ等方性になる。したがって、実施例２の導光板２を用いた液晶表示装置は、たとえば、Ｐ偏光の偏光状態の変化による光源光の利用効率の低減を抑えることができる。

以上説明したように、実施例２の導光板２を有する液晶表示装置によれば、導光板２の作製方法に起因する光源光の利用効率の低減を抑えることができる。

実施例３では、実施例１で挙げた構成（図１乃至図３に示した構成）の液晶表示装置において、導光板２の第１の主面２Ａの段差部分に、透明スペーサ１５および第１の反射板１６を設けるより簡便な方法について説明する。

図１９は、本発明による実施例３の導光板の作製手順の一例を説明するための模式図である。
なお、図１９には、導光板２に透明スペーサ１５および第１の反射板１６を貼り付ける手順を（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）の３つの段階に分けて示している。

実施例３の導光板２は、実施例１または実施例２で説明した射出成型により形成する。また、形成した導光板２の第２の主面２ｃには、実施例１で説明したような手順で四分の一波長板１７および第２の反射板１８を貼り付ける。

次に、たとえば、図１９の（ａ）に示したように、導光板２の第１の主面２Ａの段差部分に反射型偏光板１４を貼り付け、続けて、第１の反射板１６が形成された透明なゲル状フィルム１５’を貼り付ける。ゲル状フィルム１５’は、たとえば、厚さが1mm程度で光学的に等方性のフィルムであり、表面に粘着性を有する。そのため、ゲル状フィルム１５’は、導光板２に貼り付けると、図１９の（ｂ）に示すように、導光板２の段差に沿うように形状が変化して密着する。

このとき、図１９の（ｂ）に示したように、導光板２の第１の主面２ａの段差の基部（面発光部と概ね同じ厚さになる端部）においてゲル状フィルム１５’の端部と導光板２の第１の主面２ａとの間に隙間３７が生じると、第１の反射板１６で反射したＰ偏光が導光板２の第２の主面２ｃに向かう途中で当該隙間３７にある空気層を通ることになり、偏光状態が変化するおそれがある。そのため、ゲル状フィルム１５’と導光板２との間に隙間３７が生じる場合は、たとえば、図１９の（ｃ）に示すように、透明粘着層３８を浸透させて当該隙間３７を埋めることが望ましい。このとき、透明粘着層３８は、たとえば、熱硬化性樹脂、または光硬化性樹脂を用いて形成する。

またこのとき、ゲル状フィルム１５’および透明粘着層３８として、屈折率が導光板２と概ね等しい透明な材料を用いれば、ゲル状フィルム１５’と透明粘着層３８との界面および透明粘着層３８と導光板２との界面において屈折や反射が起こらず、第１の反射板１６で反射したＰ偏光を効率よく面発光部に導くことができる。

また、実施例３の導光板２の作製方法では、ゲル状フィルム１５’の代わりに、たとえば、Ｂステージ樹脂と呼ばれる硬化反応の中間段階にある熱硬化性樹脂のフィルムを用い、貼り付けた後で完全硬化させてもよい。

実施例１の液晶表示装置では、光源光に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換するために、前述のように、一軸異方性が正（Ｎｚ係数が1）の四分の一波長板１７を用いている。

しかしながら、Ｎｚ係数が1の四分の一波長板１７を用いた場合、たとえば、導光板２に貼り付けた状態における入光面内での遅相軸方位角Θや法線方向のリタデーションＲｚと、実施例１で説明した手順で算出したそれらの設計値との間にずれがあると、入射角方向での遅相軸方位角θやリタデーションＲが大きく変化し、Ｓ偏光からＰ偏光への変換が不完全になり易いという問題がある。また、Ｎｚ係数が1の四分の一波長板１７を用いた場合、たとえば、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角ψに広がり（分布）があると、四分の一波長板１７への入射角ψが設計値（ψ_M）からずれているＳ偏光については、Ｓ偏光からＰ偏光への変換が不完全になり易いという問題がある。このような問題は、たとえば、図１０や図１２からもわかるように、入光面内での遅相軸方位角Θや法線方向のリタデーションＲｚの変化に対して、入射角方向での遅相軸方位角θやリタデーションＲが急激に変化していること、すなわち入射角方向での遅相軸方位角θやリタデーションＲの入射角依存性が大きいことにより生じる。

光源３として白色LEDを用いた場合、光源光（白色光）は、たとえば、図８および図１８に示したように、出光面３ａの法線方向を中心として放射状に出射するので、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角ψには広がり（分布）がある。このとき、出光面３ａから出射する光の強度は、出射方向と当該出光面３ａの法線方向とのなす角が大きくなるにつれて急激に減少する。そのため、実際に四分の一波長板１７に入射する際の入射角ψと設計値（ψ_M）とのずれが大きいＳ偏光については、強度が十分に低いので、Ｐ偏光への変換効率が低くても、光源光の利用効率への寄与は小さいと考えられる。

しかしながら、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光が四分の一波長板１７に入射する際の入射角が設計値（ψ_M）からずれた場合、主要成分に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換する効率が低下する。また、光源光の利用効率を高めるという観点では、上記のような、実際に四分の一波長板１７に入射する際の入射角ψと設計値（ψ_M）とのずれが大きいＳ偏光もＰ偏光に変換して利用することが望まれる。

以上のようなことから、実施例４では、たとえば、四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θや法線方向のリタデーションＲｚが設計値からずれたり、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角ψに広い角度分布があったりしても、Ｓ偏光からＰ偏光への変換がほぼ完全に実現されるようにする方法について説明する。

四分の一波長板１７の入射角方向での遅相軸方位角θやリタデーションＲの変化率は、屈折率の三次元分布によって決定される。そのため、実施例４では、これらの変化を緩やかにするＮｚ係数を求め、当該Ｎｚ係数を持つ四分の一波長板１７を用いることで、Ｓ偏光からＰ偏光への変換効率を向上させる。

図２０乃至図２４は、本発明による実施例４の液晶表示装置における四分の一波長板の概略構成を説明するための模式図である。
図２０は、四分の一波長板のＮｚ係数と、入射角方向での遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。図２１は、四分の一波長板のＮｚ係数を0.50にしたときの入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向での遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。図２２は、四分の一波長板の法線方向のリタデーションと、入射角方向でのリタデーションの入射角依存性との関係を示す模式図である。図２３は、四分の一波長板のＮｚ係数を0.50にしたときに入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる、入射角と入光面内での遅相軸方位角との関係を示す模式図である。図２４は、入射角方向の遅相軸方位角が45度になる入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向のリタデーションが四分の一波長になる法線方向のリタデーションとの関係を示す模式図である。

一般的な導光板２は、前述のように第１の主面２ａおよび第２の主面２ｃにおける全反射角が45度程度であるため、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光が四分の一波長板１７に入射するときの入射角ψ_Mを45度以上にすることが望まれる。また、一般的な液晶表示装置では、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角ψの分布が50度から70度の範囲になると考えられる。このとき、使用する四分の一波長板１７は、入射角ψがこの範囲にあるすべてのＳ偏光に対して、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になれば理想的である。そのため、本願発明者らが、45度≦ψ≦75度の範囲において、Ｎｚ係数を0.05ずつ変えながら、Ｎｚ係数と、入射角方向の遅相軸方位角θの入射角依存性との関係を調べたところ、図２０に示すような関係が得られた。なお、図２０は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向での遅相軸方位角θ（角度は度）のグラフである。

また、図２０の曲線Ｆ₁₄、曲線Ｆ₁₅、曲線Ｆ₁₆、曲線Ｆ₁₇、曲線Ｆ₁₈、曲線Ｆ₁₉、および曲線Ｆ₂₀は、それぞれ、Ｎｚ係数を0.35、0.40、0.45、0.50、0.55、0.60、および0.65にしたときの、入射角方向での遅相軸方位角θの入射角依存性を示す曲線である。

図２０からわかるように、入射角方向の遅相軸方位角θの入射角依存性はＮｚ係数の大きさによって変化し、Ｎｚ係数が0.50以下の場合は入射角ψの増大にともない遅相軸方位角θが増大し、Ｎｚ係数が0.55以上の場合は入射角ψの増大にともない遅相軸方位角θが減少する。また、本願発明者らが調べた結果では、入射角ψが50度≦ψ≦70度の範囲における遅相軸方位角θの入射角依存性が最も緩やかになり、かつ理想的な値（θ＝45度）との差が小さくなったのは、Ｎｚ係数を0.50にしたときの曲線Ｆ₁₇である。そのため、実施例４では、四分の一波長板１７のＮｚ係数を0.50とする。

四分の一波長板１７のＮｚ係数を0.50にした場合、入光面内での遅相軸方位角Θと、入射角方向での遅相軸方位角θの入射角依存性との関係は、たとえば、図２１に示すような関係になる。なお、図２１は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向の遅相軸方位角θ（単位は度）のグラフである。

また、図２１の曲線Ｆ₂₁、曲線Ｆ₂₂、曲線Ｆ₂₃、曲線Ｆ₂₄、および曲線Ｆ₂₅は、それぞれ、入光面内での遅相軸方位角Θを45.6度、45.7度、45.8度、46.0度、および46.1度にしたときの、入射各方向での遅相軸方位角θの入射角依存性を示す曲線である。

図２１からわかるように、たとえば、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光が四分の一波長板１７に入射するときの入射角ψ_Mを50度に設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θを45.6度にすると、入射角方向での遅相軸方位角θが45度になる。また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを55度、60度、65度、および70度のいずれかに設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θを、それぞれ、45.7度、45.8度、46.0度、および46.1度にすると、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる。

また、図２１のグラフは、実施例１で挙げた図１０のグラフに相当する。ただし、図２１のグラフにおける縦軸の範囲は、図１０のグラフにおける範囲の十分の一である。すなわち、曲線Ｆ₂₁、曲線Ｆ₂₂、曲線Ｆ₂₃、曲線Ｆ₂₄、および曲線Ｆ₂₅で示される入射角方向の遅相軸方位角θの入射角依存性は、それぞれ、図１０に示した曲線Ｆ₁、曲線Ｆ₂、曲線Ｆ₃、曲線Ｆ₄、および曲線Ｆ₅で示される入射角依存性とくらべて非常に小さくなっている。

また、本願発明者らが、上記の結果および数式１７に基づいて、入光面内での遅相軸方位角Θを45.6度、45.7度、45.8度、46.0度、および46.1度としたときの、法線方向のリタデーションＲｚと、入射角方向でのリタデーションＲの入射角依存性との関係を計算したところ、たとえば、図２２に示すような結果が得られた。なお、図２２は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向でのリタデーションＲ（単位はnm）のグラフである。

また、図２２の曲線Ｆ₂₆、曲線Ｆ₂₇、曲線Ｆ₂₈、曲線Ｆ₂₉、および曲線Ｆ₃₀は、それぞれ、入光面内での遅相軸方位角Θと法線方向のリタデーションＲｚとの組み合わせ（Θ，Ｒｚ）を（45.6度，137.47nm）、（45.7度，137.46nm）、（45.8度，137.44nm）、（46.0度，137.42nm）、および（46.1度，137.41nm）にしたときの、入射角方向でのリタデーションＲの入射角依存性を示す曲線である。また、図２２の曲線Ｆ₂₆、曲線Ｆ₂₇、曲線Ｆ₂₈、曲線Ｆ₂₉、および曲線Ｆ₃₀は、可視波長の中でも視感度がほぼ最大となる波長550nmの光に対する入射角方向でのリタデーションＲの入射角依存性を示している。

図２２からわかるように、たとえば、四分の一波長板１７のＮｚ係数を0.50にし、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを50度に設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θおよび法線方向のリタデーションＲｚを、それぞれ、45.6度および137.47nmにすると、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長（137.5nm）になる。また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを55度、60度、65度、および70度のいずれかに設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θと放線方向のリタデーションＲｚとの組み合わせ（Θ，Ｒｚ）を、それぞれ、（45.7度，137.46nm）、（45.8度，137.44nm）、（46.0度，137.42nm）、および（46.1度，137.41nm）にすると、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長（137.5nm）になる。

また、上記の角度以外の中間の入射角ψについて、Ｎｚ係数を0.50にし、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる、入光面内での遅相軸方位角Θを計算すると、たとえば、図２３に示したような結果が得られる。なお、図２３は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入光面内での遅相軸方位角Θ（単位は度）のグラフである。

図２３からわかるように、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる、入射角ψと入光面内での遅相軸方位角Θとの関係を示す曲線Ｆ₃₁は、ほぼ直線になる。このとき、入射角ψと入光面内での遅相軸方位角Θとの関係は、下記数式１９で近似される。

Θ＝0.027ψ＋44.215 ・・・（数式１９）

したがって、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の、四分の一波長板１７への入射角ψ_Mが決まれば、図２２または数式１９から、当該Ｓ偏光に対する入射角方向の遅相軸方位角θを45度にするために四分の一波長板１７に要求される、入光面内での遅相軸方位角Θが得られる。

またさらに、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる入光面内での遅相軸方位角Θと、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚとの間には、たとえば、図２４に示すような関係がある。なお、図２４は、横軸が入光面内での遅相軸方位角Θ（単位は度）、縦軸が法線方向のリタデーションＲｚ（単位はnm）のグラフである。

また、図２４に示した点Ｐ₆、点Ｐ₇、点Ｐ₈、点Ｐ₉、および点Ｐ₁₀は、それぞれ、図２２における入射角ψが50度、55度、60度、65度、および70度のときの、入光面内での遅相軸方位角Θと法線方向のリタデーションＲｚとの関係を示す点である。また、図２４に示した曲線Ｆ₃₂は、点Ｐ₆、点Ｐ₇、点Ｐ₈、点Ｐ₉、および点Ｐ₁₀の値から求めた回帰曲線である。

図２４からわかるように、Ｎｚ係数を0.50にした場合、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる入光面内での遅相軸方位角Θと、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚとの関係を示す曲線Ｆ₃₂は、ほぼ直線になる。このとき、入光面内での遅相軸方位角Θと法線方向のリタデーションＲｚとの関係は、下記数式２０で近似される。

Ｒｚ＝−0.119Θ＋142.87 ・・・（数式２０）

実施例４のように、Ｎｚ係数を0.5にした場合、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mをある角度に設定すると、当該Ｓ偏光に対する入射角方向の遅相軸方位角θを45度にするために、四分の一波長板１７に要求される入光面内での遅相軸方位角Θは、図２２または数式１９から求めることができる。またこのとき、入射角方向の遅相軸方位角θが45度になる入光面内での遅相軸方位角Θと、入射角方向のリタデーションＲが四分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚとの間には、図２４に示した曲線Ｆ₃₂（数式２０）のような関係がある。そのため、入射角ψ_Mが決まり、図２２または数式１９から四分の一波長板１７に要求される入光面内での遅相軸方位角Θが得られれば、図２４または数式２０から四分の一波長板１７に要求される法線方向のリタデーションＲｚも得られる。

また、実施例４の四分の一波長板１７は、図２１および図２３からわかるように、入射角ψが50度≦ψ≦70度の範囲における入光面内での遅相軸方位角Θの入射角依存性が、実施例１の四分の一波長板１７に比べて非常に小さい。また、実施例４の四分の一波長板１７は、図２２および図２４からわかるように、入射角ψが50度≦ψ≦70度の範囲における法線方向のリタデーションＲｚの入射角依存性も、実施例１の四分の一波長板１７に比べて非常に小さい。これは、入光面内での遅相軸方位角Θおよび法線方向のリタデーションＲｚの値を、ある入射角ψ_Mに対して最適な値に設定すれば、その入射角ψ_Mを含む広い角度範囲で、ほぼ完全なＳ偏光からＰ偏光への変換ができることを意味する。

すなわち、実施例４の液晶表示装置では、図５に示した側面２ｂの傾き角φ_１および反射型偏光板１４の傾き角φ_２を、20度≦φ₁＋2φ₂≦40度を満たすように設定し、四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θおよび法線方向のリタデーションＲｚの値を入射角ψ_M＝｛90−（φ₁＋2φ₂）｝のとき最適値に設定すれば、入射角ψが50度≦ψ≦70度の範囲にあるＳ偏光を、ほぼ完全なＰ偏光に変換できる。たとえば、実施例４の液晶表示装置において、入射角ψ_Mを60度（すなわちφ₁＋2φ₂＝30度）に設定する場合は、四分の一波長板１７のＮｚ係数、入光面内での遅相軸方位角Θ、および法線方向のリタデーションＲｚの値を、それぞれ0.5、45.8度、および137.4nmに設定すると、四分の一波長板１７への入射角ψが50度≦ψ≦70度の範囲にあるＳ偏光を、ほぼ完全なＰ偏光に変換できる。

以上説明したように、実施例４の液晶表示装置によれば、導光板２に貼り付けた四分の一波長板１７における入光面内での遅相軸方位角Θや法線方向のリタデーションＲｚが設計値からずれた場合でも、Ｓ偏光からＰ偏光への変換効率の低下による光源光の利用効率の低下を防ぐことができる。また、実施例４の液晶表示装置によれば、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角ψに分布が生じた場合や、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角が設計値（ψ_M）からずれた場合でも、Ｓ偏光からＰ偏光への変換効率の低下による光源光の利用効率の低下を防ぐことができる。したがって、実施例４の液晶表示装置は、実施例１の液晶表示装置よりも、光源光の利用効率を高めることができる。

また、四分の一波長板１７のＮｚ係数は、上記のように、当該四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角ψの範囲に基づいて、その範囲内における入射角方向での遅相軸方位角θの入射角依存性が極力小さくなるようにすることが望ましい。しかしながら、図２０からもわかるように、四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角ψの範囲によっては、たとえば、Ｎｚ係数が0.5以外でも、入射角方向での遅相軸方位角θの入射角依存性が小さくなる。そのため、実施例４の液晶表示装置における四分の一波長板１７のＮｚ係数は、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_M＝｛90−（φ₁＋2φ₂）｝の設定および四分の一波長板１７に入射するＳ偏光の入射角ψの範囲に応じて適宜変更可能であることはもちろんである。

図２５は、四分の一波長板に入射した光に対する遅相軸方位角と第１の偏光板における光の透過率との関係を示す模式図である。
なお、図２５は、横軸が入射角方向での遅相軸方位角θ、縦軸が第１の偏光板１２における光の透過率ＴＰの相対値である。

四分の一波長板１７を用いて光の振動方向を変換する場合、入射角方向での遅相軸方位角θが45度のときにＳ偏光の振動方向が90度回転してＰ偏光に変換される。すなわち、遅相軸方位角θが45度からずれると、Ｓ偏光の振動方向が90度回転せず、四分の一波長板１７から出射する光にＳ偏光成分が残る。このとき、ある偏光の振動方向に対する遅相軸方位角をθ’とすると、四分の一波長板１７を通過した光の振動方向は｛90−2（45−θ’）｝度になる。したがって、導光板２から出射して第１の偏光板１２に入射する光には、このような振動方向を持つ成分が含まれる。

また、第１の偏光板１２を完全偏光板とすると、その透過軸が四分の一波長板１７を通過した光の振動方向と平行であれば、第１の偏光板１２はこの光を完全に透過するが、前述のように、透過軸と光の振動方向とが角度βだけ傾いている場合、その透過率はcos²βにしたがい低減する。

そこで、実施例４の液晶表示装置において、四分の一波長板１７に入射する光に対する遅相軸方位角θと、第１の偏光板１２の透過率ＴＰの相対値との関係を調べると、図２５のような結果が得られる。なお、図２５は、第１の偏光板１２の透過軸を、遅相軸方位角θが45度になる光が第１の偏光板１２を透過するときの透過率が最大になるようにした場合の関係である。

図２５からわかるように、四分の一波長板１７に入射する光に対する遅相軸方位角θが45度からずれると、第１の偏光板１２の透過率ＴＰは急速に減少する傾向にある。ただし、四分の一波長板１７に入射する光に対する遅相軸方位角θが40度≦θ≦50度の範囲では、第１の偏光板１２の透過率ＴＰが飽和しており、かつ、95％以上という高い透過率を示す。

そのため、実施例４の液晶表示装置では、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の振動方向に対する四分の一波長板１７の遅相軸方位角θが40度≦θ≦50度の範囲にあれば、第１の偏光板１２を十分に高い透過率で透過し、光源光の利用効率を高めることができると言える。

さて、図２０に示したグラフの中で、入射角ψが50度≦ψ≦70度の範囲の大部分において、入射角方向での遅相軸方位角θが40度≦θ≦50度の範囲になる曲線は、曲線Ｆ₁₆，Ｆ₁₇，Ｆ₁₈，Ｆ₁₉であり、これらの曲線に対応するＮｚ係数の範囲は0.45以上0.60以下になる。したがって、実施例４の液晶表示装置では、四分の一波長板１７のＮｚ係数を0.45以上0.60以下のいずれかにすることで、光源光の利用効率を高めることができる。

また、実施例４では、四分の一波長板１７のＮｚ係数を0.5にしたが、図２０を参照すると、Ｎｚ係数を0.50にした場合よりも、入射角方向での遅相軸方位角θの入射角依存性がさらに緩やかになり、かつ、理想的な値（45度）との差がさらに小さい、より望ましいＮｚ係数の値があることが予想される。そのため、たとえば、Ｎｚ係数が0.50から0.55までの範囲について入射角方向での遅相軸方位角θの入射角依存性を細かく調べ、より理想的なＮｚ係数の値を求めることで、四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θおよび法線方向のリタデーションＲｚの入射角依存性を小さくでき、光源光の利用効率をさらに高めることができると考えられる。

本発明の液晶表示装置では、前述のように、光源３として白色LEDなどの白色発光素子を用いる。そのため、光源光は、可視波長域全域にわたる波長分布を有する。

Ｓ偏光を円偏光に変換したり、円偏光をＰ偏光に変換したりするのに必要な四分の一波長板１７のリタデーションは、Ｓ偏光の波長の四分の一波長であり、かつ、Ｓ偏光の波長に比例して増大する。しかしながら、四分の一波長板１７のような光学異方性媒体のリタデーションは、一般に、波長とともに減少する性質を有する。そのため、Ｓ偏光からＰ偏光への変換を、実施例１および実施例４で説明した構成の四分の一波長板１７のみで行おうとすると、Ｓ偏光を完全にＰ偏光に変換できる波長域が非常に狭く、光源光の利用効率を高めることが難しい。

そこで、実施例５では、光源光の全波長域にわたり、Ｓ偏光からＰ偏光への変換効率を高める方法の一例について説明する。具体的には、Ｓ偏光をＰ偏光に変換する四分の一波長板として、以下で説明するような広帯域四分の一波長板を用いる。

図２６は、本発明による実施例５の液晶表示装置における導光板の結合部周辺の概略構成の一例を示す模式側断面図である。

実施例５の液晶表示装置では、導光板２に入射した光源光に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換するための光学部品として、たとえば、図２６に示すように、二分の一波長板３９と四分の一波長板１７から構成される広帯域四分の一波長板４０を用いる。このとき、広帯域四分の一波長板４０は、導光板２の第２の主面２ｃに近接する側より二分の一波長板３９、四分の一波長板１７の順で積層されるように配置する。

また、実施例５の液晶表示装置において、実施例１の液晶表示装置と異なる点は、導光板２の第２の主面２ｃと第２の反射板１８との間に広帯域四分の一波長板４０を配置した点のみである。そのため、実施例５の液晶表示装置における他の構成に関する説明は、省略する。

実施例５の液晶表示装置における二分の一波長板３９および四分の一波長板１７の遅相軸の設定方法は、広帯域四分の一波長板４０の動作原理から求めることができる。そこで、まず、広帯域四分の一波長板４０の動作原理を、ストークスパラメータ（S1，S2，S3）およびポアンカレ球表示を用いて以下に説明する。

なお、ストークスパラメータおよびポアンカレ球表示については、たとえば非特許文献３や非特許文献４に詳細に解説されている。そのため、以下の説明では、これらに関する説明は最小限にとどめる。

図２７乃至図３２は、広帯域四分の一波長板の動作原理を説明するための模式図である。
図２７は、ストークスパラメータ、ポアンカレ球、および偏光状態の関係を示す模式図である。図２８は、ポアンカレ球表示による波長が550nmの直線偏光の偏光状態の変化の一例を示す模式図である。図２９は、ポアンカレ球表示による波長が550nmよりも長い直線偏光の偏光状態の変化の一例を示す模式図である。図３０は、ポアンカレ球表示による波長が550nmよりも短い直線偏光の偏光状態の変化の一例を示す模式図である。図３１は、ポアンカレ球表示による波長が550nmの直線偏光の偏光状態の変化の一例を平面で示した模式図である。図３２は、ポアンカレ球表示による波長が550nmの直線偏光の偏光状態の変化の別の例を平面で示した模式図である。

図２７に示すように、ストークスパラメータ（S1，S2，S3）を軸とする三次元直交座標系を考えると、ポアンカレ球４１は、三次元直交座標系の原点Oを中心とする球で表される。以下の説明では、ポアンカレ球４１を地球に見立て、S3軸とポアンカレ球４１との交点を北極および南極と呼び、S1軸およびS2軸を含む平面とポアンカレ球４１との交線を赤道と呼ぶことにする。

ポアンカレ球４１の表面上の各点は、光の偏光状態と対応しており、北極および南極が円偏光を表し、赤道上の各点が直線偏光を表している。また、ポアンカレ球４１の表面上のその他の点は、楕円偏光を表している。

また、S1、S2、およびS3は、それぞれ、偏光状態のストークスパラメータであり、それぞれ、強度を表すストークスパラメータS0で規格化された値である。

ポアンカレ球表示において、四分の一波長板１７で行われる直線偏光を円偏光に変換するという動作は、ポアンカレ球４１の赤道上の点を、北極または南極に移動させることに相当する。すなわち、ポアンカレ球表示における広帯域四分の一波長板４０の動作は、赤道上にある可視波長域の各波長の直線偏光（Ｓ偏光）の偏光状態を表す点を、北極または南極の近傍に、より集中するように移動させることに相当する。

広帯域四分の一波長板４０は、通常、視感度が最大になる波長550nmの光を基準にして設計される。このとき、波長550nmの光を基準にして設計された広帯域四分の一波長板４０を波長550nmの直線偏光が通過する過程における偏光状態の変化は、ポアンカレ球表示を用いると、たとえば、図２８に示すような変化で表される。

広帯域四分の一波長板４０（二分の一波長板３９）に入射する光の偏光状態を表す点ＰＳが、S1軸と赤道との交点であるとすると、その点ＰＳは、二分の一波長板３９を通過する過程において、二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の回りで二分の一回転し、S2軸と赤道との交点に移動する。また、二分の一波長板３９から出射して四分の一波長板１７に入射する光の偏光状態を表す点ＰＳが、S2軸と赤道との交点にあるとすると、その点ＰＳは、四分の一波長板１７を通過する過程において、四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸（S1軸）のまわりを四分の一回転し、北極に移動する。このように、波長500nmの光に基づいて設計された広帯域四分の一波長板４０に、波長550nmの直線偏光が入射した場合、当該直線偏光は、完全な円偏光に変換されて当該四分の一波長板４０から出射する。

なお、ポアンカレ球表示における二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の方位角θ_HW’と実際の二分の一波長板３９における入射角方向での遅相軸方位角θ_HWとの関係、およびポアンカレ球表示における四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸４３の方位角θ_QW’と実際の四分の一波長板１７における入射角方向での遅相軸方位角θ_QWとの関係については、後述する。

また、波長550nmの光を基準にして設計された広帯域四分の一波長板４０に、波長が550nmよりも長い直線偏光が入射した場合、当該直線偏光が広帯域四分の一波長板４０を通過する過程における偏光状態の変化は、ポアンカレ球表示を用いると、たとえば、図２９に示すような変化で表される。

二分の一波長板３９および四分の一波長板１７のリタデーションは、可視波長域において波長と共に単調減少する。そのため、広帯域四分の一波長板４０（二分の一波長板３９）に入射する光の波長が550nmよりも長い場合、その偏光状態を表す点ＰＳが、S1軸と赤道との交点にあるとすると、その点ＰＳは、二分の一波長板３９を通過する過程における、二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の回りでの回転が二分の一回転以下になり、北半球（赤道より北極側）の別の位置に移動する。また、二分の一波長板３９から出射して四分の一波長板１７に入射する光の偏光状態を表す点ＰＳが、北半球にあるとすると、その点ＰＳは、四分の一波長板１７を通過する過程における、四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸（S1軸）の回りでの回転が四分の一回転以下になり、北極の近傍に移動する。このように、波長550nmの光に基づいて設計された広帯域四分の一波長板４０に、波長が550nmよりも長い直線偏光が入射した場合、当該直線偏光は、円偏光に近い楕円偏光に変換され、広帯域四分の一波長板４０から出射する。

また、波長550nmの光を基準にして設計された広帯域四分の一波長板４０に、波長が550nmよりも短い直線偏光が入射した場合、当該直線偏光が広帯域四分の一波長板４０を通過する過程における偏光状態の変化は、ポアンカレ球表示を用いると、たとえば、図３０に示すような変化で表される。

二分の一波長板３９および四分の一波長板１７のリタデーションは、可視波長域において波長と共に単調減少する。そのため、広帯域四分の一波長板４０（二分の一波長板３９）に入射する光の波長が550nmよりも短い場合、その偏光状態を表す点ＰＳが、S1軸と赤道との交点にあるとすると、その点ＰＳは、二分の一波長板３９を通過する過程における、二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の回りでの回転が二分の一回転以上になり、南半球（赤道より南極側）の別の位置に移動する。また、二分の一波長板３９から出射して四分の一波長板１７に入射する光の偏光状態を表す点ＰＳが、南半球にあるとすると、その点ＰＳは、四分の一波長板１７を通過する過程における、四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸（S1軸）の回りでの回転が四分の一回転以上になり、北極の近傍に移動する。このように、波長550nmの光に基づいて設計された広帯域四分の一波長板４０に、波長が550nmよりも短い直線偏光が入射した場合も、当該直線偏光は、円偏光に近い楕円偏光に変換され、広帯域四分の一波長板４０から出射する。

このように、広帯域四分の一波長板４０は、リタデーションの波長依存性が同じ傾向である二分の一波長板３９と四分の一波長板１７を、ポアンカレ球４１の表面上における偏光の回転方向が概略逆方向になるような角度関係で積層することにより、両者のリタデーションの波長依存性を相殺し、直線偏光が円偏光に変換される波長域を広帯域化している。

また、詳細な説明は省略するが、広帯域四分の一波長板４０で円偏光または円偏光に近い楕円偏光に変換された光が第２の反射板１８で反射し、再び広帯域四分の一波長板４０を通過するときには、それぞれ、四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸（S1軸）の回りでの回転および二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の回りでの回転により、最初に広帯域四分の一波長板４０に入射したときの振動方向と直交する振動方向を有する直線偏光に変換される。

さて、上記のような動作をさせる広帯域四分の一波長板４０における二分の一波長板３９および四分の一波長板１７の法線方向の遅相軸方位角の設定方法については、図２８より導かれるが、より明確にするため、これをS1-S2平面に投影した図３１を用いて説明する。このとき、ポアンカレ球４１は円で表され、その中心が北極または南極になり、円周が赤道になる。また、図３１において、偏光状態の変換はポアンカレ球４１の北半球を反時計回りに動いて北極に到達する動きとして表される。このとき、二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の方位角θ_HW’を、S1軸を0度とする反時計回りの角度で定義すると、その値は150度になる。またこのとき、四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸４３の方位角θ_QW’を、S1軸を0度とする反時計回りの角度で定義すると、その値は0度になる。

また、広帯域四分の一波長板４０の動作としては、この他にも、たとえば、図３２に示したように、ポアンカレ球４１の北半球を時計回りに動いて北極に到達する動き（図３２の（ａ）の動き）、ポアンカレ球の南半球を反時計回りに動いて南極に到達する動き（図３２の（ｂ）の動き）、およびポアンカレ球の南半球を時計回りに動いて南極に到達する動き（図３２の（ｃ）の動き）がある。

広帯域四分の一波長板４０の動作が、図３２の（ａ）に示したような動きの場合、二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の方位角θ_HW’は315度になり、四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸４３の方位角θ_QW’は90度になる。また、広帯域四分の一波長板４０の動作が、図３２の（ｂ）に示したような動きの場合、二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の方位角θ_HW’は45度になり、四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸４３の方位角θ_QW’は90度になる。また、広帯域四分の一波長板４０の動作が、図３２の（ｃ）に示したような動きの場合、二分の一波長板３９の遅相軸に相当する軸４２の方位角θ_HW’は135度になり、四分の一波長板１７の遅相軸に相当する軸４３の方位角θ_QW’は0度になる。

これらのことから、二分の一波長板３９および四分の一波長板１７の入射角方向における遅相軸方位角をそれぞれθ_HW度およびθ_QW度とし、実施例１で説明したように導光板２の短手方向（ｘ方向）を0度とする反時計回りの角度で定義すると、二分の一波長板３９の遅相軸方位角θ_HW度と四分の一波長板１７の遅相軸方位角θ_QW度との関係は、図３１、および図３２の（ａ）乃至（ｃ）から、下記数式２１で表される。

2θ_HW＝±45＋θ_QW ・・・（数式２１）

なお、図３１、および図３２の（ａ）乃至（ｃ）における方位角θ_HW'および方位角θ_QW'は、それぞれ、遅相軸方位角θ_HWおよび遅相軸方位角θ_QWと、θ_HW'＝２θ_HW、θ_QW'＝２θ_QWの関係にある。方位角がこのような関係になるのは、ポアンカレ球表示が実空間の半分の方位角範囲を含むことによる。すなわち、ポアンカレ球表示は、偏光状態とその変換の表記を目的としているが、偏光状態（電気ベクトルの振動状態）および遅相軸には頭尾の区別がないので、実空間の半分の方位角範囲があれば偏光状態とその変換を表すことができる。そのため、ポアンカレ球表示における方位角は、上記のように、実空間における方位角の２倍になる。

数式２１を満たす、二分の一波長板３９の入射角方向での遅相軸方位角θ_HWと四分の一波長板１７の入射角方向での遅相軸方位角θ_QWとの組合せは、多数存在するが、各波長の光の北極への集中度は、その組合せによって異なる。同じ材質の二分の一波長板３９と四分の一波長板１７を用いる場合には、二分の一波長板３９の入射角方向での遅相軸方位角θ_HWを15度とし、数式２１の複号（±）よりマイナスを選択して四分の一波長板１７の入射角方向での遅相軸方位角θ_QWを75度とした場合に、最も集中度が良好になり、可視波長の全域において円偏光に近い偏光状態が実現される。二分の一波長板３９と四分の一波長板１７が同じ材質の場合、リタデーションの波長分散も同じなので、二分の一波長板３９と四分の一波長板１７による偏光変換で、ポアンカレ球４１の表面上に描かれる軌跡がほぼ同じ長さになるようにすることで、両者の波長分散が相殺される。すなわち、二分の一波長板３９と四分の一波長板１７が同じ材質の場合、入射各方向での遅相軸方位角の組合せ（θ_HW，θ_QW）を上記の値（15度，75度）にすると、両者の軌跡がほぼ同じ長さになり、可視波長の全域において円偏光に近い偏光状態が実現される。

ところで、実施例５の液晶表示装置では、上記の広帯域四分の一波長板４０の機能を、二分の一波長板３９に入射するときの入射角ψが、たとえば、50度≦ψ≦70度の範囲にあるＳ偏光に対して実現しなければならない。すなわち、実施例５の液晶表示装置のように広帯域四分の一波長板４０を用いて光源光のＳ偏光をＰ偏光に変換する場合は、当該広帯域四分の一波長板４０に入射するＳ偏光の入射角ψの分布に基づいて、二分の一波長板３９および四分の一波長板１７のそれぞれについて、入射角方向での遅相軸方位角θ_HW，θ_QWの入射角依存性が穏やかになるＮｚ係数を選択するとともに、そのＮｚ係数において最適な入光面内での遅相軸方位角Θ_HW，Θ_QWおよび法線方向のリタデーションＲｚ_HW，Ｒｚ_QWを決定する必要がある。

図３３乃至図４２は、実施例５の液晶表示装置における二分の一波長板および四分の一波長板の入光面内での遅相軸方位角と法線方向のリタデーションの設定方法の一例を説明するための模式図である。
図３３は、二分の一波長板のＮｚ係数と、入射角方向の遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。図３４は、四分の一波長板のＮｚ係数と、入射角方向の遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。図３５は、二分の一波長板のＮｚ係数を0.25にしたときの入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向の遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。図３６は、二分の一波長板の法線方向のリタデーションと、入射角方向のリタデーションの入射角依存性との関係を示す模式図である。図３７は、二分の一波長板の入射角方向の遅相軸方位角が15度になる、入射角と入光面内での遅相軸方位角との関係を示す模式図である。図３８は、二分の一波長板の入射角方向での遅相軸方位角が15度になる入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向のリタデーションが二分の一波長になる法線方向のリタデーションとの関係を示す模式図である。図３９は、四分の一波長板のＮｚ係数を0.80にしたときの入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向の遅相軸方位角の入射角依存性との関係を示す模式図である。図４０は、四分の一波長板の法線方向のリタデーションと、入射角方向のリタデーションの入射角依存性との関係を示す模式図である。図４１は、四分の一波長板の入射角方向の遅相軸方位角が75度になる、入射角と入光面内での遅相軸方位角との関係を示す模式図である。図４２は、四分の一波長板の入射角方向での遅相軸方位角が75度になる入光面内での遅相軸方位角と、入射角方向のリタデーションが四分の一波長になる法線方向のリタデーションとの関係を示す模式図である。

まずはじめに、二分の一波長板３９のＮｚ係数を最適化する方法について説明する。二分の一波長板３９に入射する光源光（Ｓ偏光）の入射角ψは、前述のように、50度≦ψ≦70度の範囲になると考えられる。また、二分の一波長板３９の入射角方向の遅相軸方位角θ_HWは、前述のように15度が理想である。そのため、本願発明者らが、45度≦ψ≦75度の範囲において、Ｎｚ係数を0.05ずつ変えながら、Ｎｚ係数と、入射角方向の遅相軸方位角θ_HWの入射角依存性との関係を調べたところ、図３３に示すような結果が得られた。なお、図３３は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が二分の一波長板３９の入射角方向の遅相軸方位角θ_HW（単位は度）のグラフである。

また、図３３の曲線Ｆ₃₃、曲線Ｆ₃₄、曲線Ｆ₃₅、曲線Ｆ₃₆、曲線Ｆ₃₇、曲線Ｆ₃₈、および曲線Ｆ₃₉は、それぞれ、Ｎｚ係数を0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、および0.40にしたときの、二分の一波長板３９の入射角方向の遅相軸方位角θ_HWの入射角依存性を示す曲線である。

図３３からわかるように、二分の一波長板３９の入射角方向の遅相軸方位角θ_HWの入射角依存性はＮｚ係数によって変化し、Ｎｚ係数が0.20、0.25、0.30のときに、Ｓ偏光の入射角ψの範囲内（50度≦ψ≦70度）に極大点を示し、かつ、その範囲における遅相軸方位角θ_HWの変化が緩やかになる。特に、Ｎｚ係数を0.25にすると、50度≦ψ≦70度の範囲内のほぼ中央に極大点が位置し、かつ、その範囲内における遅相軸方位角θ_HWの変動量が最も小さくなる。そのため、実施例５では、二分の一波長板のＮｚ係数を0.25とする。

次に、四分の一波長板１７のＮｚ係数を最適化する方法について説明する。四分の一波長板１７に入射する光は二分の一波長板３９で変換された直線偏光であるが、このときも、入射角ψは、50度≦ψ≦70度の範囲になると考えられる。また、四分の一波長板１７の遅相軸方位角θ_QWは、前述のように75度が理想である。そのため、本願発明者らが、45度≦ψ≦75度の範囲において、Ｎｚ係数を0.05ずつ変えながら、Ｎｚ係数と、入射角方向の遅相軸方位角θ_QWの入射角依存性との関係を調べたところ、図３４に示すような結果が得られた。なお、図３４は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が四分の一波長板１７の入射角方向の遅相軸方位角θ_QW（単位は度）のグラフである。

また、図３４の曲線Ｆ₄₀、曲線Ｆ₄₁、曲線Ｆ₄₂、曲線Ｆ₄₃、曲線Ｆ₄₄、曲線Ｆ₄₅、曲線Ｆ₄₆、および曲線Ｆ₄₇は、それぞれ、Ｎｚ係数を0.55、0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、および0.90にしたときの、四分の一波長板１７の入射角方向の遅相軸方位角θ_QWの入射角依存性を示す曲線である。

図３４からわかるように、四分の一波長板１７の入射角方向の遅相軸方位角θ_QWの入射角依存性はＮｚ係数によって変化し、Ｎｚ係数が0.75、0.80、0.85のときに、直線偏光の入射角ψの範囲内（50度≦ψ≦70度）に極小点を示し、かつ、その範囲における遅相軸方位角θ_QWの変化が緩やかになる。特に、Ｎｚ係数を0.80にすると、50度≦ψ≦70度の範囲内のほぼ中央に極大点が位置し、かつ、その範囲内における遅相軸方位角θ_QWの変動量が最も小さくなる。そのため、実施例５では、四分の一波長板１７のＮｚ係数を0.80とする。

次に、二分の一波長板３９の入光面内での遅相軸方位角Θ_HWおよび法線方向のリタデーションＲｚ_HWを最適化する方法について説明する。

二分の一波長板３９のＮｚ係数を0.25にした場合、入光面内での遅相軸方位角Θ_HWと、入射角方向の遅相軸方位角θ_HWの入射角依存性との関係は、たとえば、図３５に示すような関係になる。なお、図３５は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向の遅相軸方位角θ_HW（単位は度）のグラフである。

また、図３５の曲線Ｆ₄₈、曲線Ｆ₄₉、曲線Ｆ₅₀、曲線Ｆ₅₁、および曲線Ｆ₅₂は、それぞれ、二分の一波長板３９の入光面内での遅相軸方位角Θ_HWを13.3度、13.2度、13.3度、13.6度、および14.4度にしたときの、入射角方向の遅相軸方位角θ_HWの入射角依存性を示す曲線である。

図３５からわかるように、たとえば、二分の一波長板３９のＮｚ係数を0.25にし、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを50度に設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θ_HWを13.3度にすると、二分の一波長板３９の入射角方向での遅相軸方位角θ_HWが15度になる。また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを55度、60度、65度、および70度のいずれかに設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θ_HWを、それぞれ、13.2度、13.3度、13.6度、および14.4度にすると、二分の一波長板３９の入射角方向での遅相軸方位角θ_HWが15度になる。

なお、図３５の曲線Ｆ₄₈と曲線Ｆ₅₀は、実際には、ともに、極角が55度の付近に極大点を有する曲線であり、入射角ψが45度から75度の範囲ではその分布が概ね一致する。しかしながら、曲線Ｆ₄₈および曲線Ｆ₅₀は、ともに入光面内での遅相軸方位角Θ_HWを13.3度にして求めた曲線であるものの、その求め方および意味するところが異なる。そのため、図３５では、入光面内での遅相軸方位角Θ_HWを13．3度にしたときの曲線を曲線Ｆ₄₈と曲線Ｆ₅₀とに分け、かつ、意味がある部分のみを示している。

また、本願発明者らが、上記の結果に基づいて、二分の一波長板３９の入光内での遅相軸方位角Θ_HWを13.3度、13.2度、13.3度、13.6度、および14.4度にしたときの、法線方向のリタデーションＲｚ_HWと、入射角方向のリタデーションＲ_HWの入射角依存性との関係を計算したところ、たとえば、図３６に示すような結果が得られた。なお、図３６は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向でのリタデーションＲ_HW（単位はnm）のグラフである。

また、図３６の曲線Ｆ₅₃、曲線Ｆ₅₄、曲線Ｆ₅₅、曲線Ｆ₅₆、および曲線Ｆ₅₇は、それぞれ、入光面内での遅相軸方位角Θ_HWと法線方向のリタデーションＲｚ_HWとの組み合わせ（Θ_HW，Ｒｚ_HW）を（13.3度，320.8nm）、（13.2度，324.6nm）、（13.3度，324.5nm）、（13.6度，318.2nm）、および（14.4度，302.9nm）にしたときの、入射角方向でのリタデーションＲ_HWの入射角依存性を示す曲線である。また、図３６の曲線Ｆ₅₃、曲線Ｆ₅₄、曲線Ｆ₅₅、曲線Ｆ₅₆、および曲線Ｆ₅₇は、可視波長の中でも視感度がほぼ最大となる波長550nmの光に対する入射角方向でのリタデーションＲ_HWの入射角依存性を示している。

図３６からわかるように、たとえば、二分の一波長板３９のＮｚ係数を0.25にし、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光入射角ψ_Mを50度に設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θ_HWおよび法線方向のリタデーションＲｚ_HWを、それぞれ、13.3度および320.8nmにすると、入射角方向のリタデーションＲ_HWが二分の一波長（275nm）になる。また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを55度、60度、65度、および70度のいずれかに設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θ_HWと法線方向のリタデーションＲｚ_HWとの組み合わせ（Θ_HW，Ｒｚ_HW）を、それぞれ、（13.2度，324.6nm）、（13.3度，324.5nm）、（13.6度，318.2nm）、および（14.4度，302.9nm）にすると、入射角方向のリタデーションＲ_HWが二分の一波長（275nm）になる。

なお、図３６の曲線Ｆ₅₄と曲線Ｆ₅₅は、実際には、ともに、入射角ψが55度から60度の間に極大点を有する曲線であり、入射角ψが45度から75度の範囲ではその分布が概ね一致する。しかしながら、曲線Ｆ₅₄および曲線Ｆ₅₅は、求める際に使用した数値および意味するところが異なる。そのため、図３６では、曲線Ｆ₅₄と曲線Ｆ₅₅については、それぞれ、意味がある部分のみを示している。

また、上記の角度以外の中間の入射角ψにおいて、入射角方向の遅相軸方位角θ_HWが15度になる、入光面内での遅相軸方位角Θ_HWを計算すると、たとえば、図３７に示したような結果が得られる。なお、図３７は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入光面内での遅相軸方位角Θ_HW（単位は度）のグラフである。

図３７からわかるように、入射角方向の遅相軸方位角θ_HWが15度になる、入射角ψと入光面内での遅相軸方位角Θ_HWとの関係は、折れ線Ｆ₅₈のような関係になる。そのため、たとえば、光源光の主要成分、すなわち光源の光出射面の法線方向に出射した光に含まれるＳ偏光が二分の一波長板３９に入射するときの入射角ψ_Mを、上記の50度、55度、60度、65度、および70度以外の角度にする場合は、たとえば、図３７に示した折れ線Ｆ₅₈の関係から、二分の一波長板３９の入光面内での遅相軸方位角Θ_HWを決めればよい。

またさらに、入射角方向での遅相軸方位角θ_HWが15度になる入光面内での遅相軸方位角Θ_HWと、入射角方向のリタデーションＲ_HWが二分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚ_HWとの間には、たとえば、図３８に示すような関係がある。なお、図３８は、横軸が入光面内での遅相軸方位角Θ_HW（単位は度）、縦軸が法線方向のリタデーションＲｚ_HW（単位はnm）のグラフである。

また、図３８に示した点Ｐ₁₁、点Ｐ₁₂、点Ｐ₁₃、点Ｐ₁₄、および点Ｐ₁₅は、それぞれ、入射角ψが50度、55度、60度、65度、および70度のときの入光面内での遅相軸方位角Θ_HWと、法線方向のリタデーションＲｚ_HWとの関係を示す点である。

実施例５では、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mをある角度に設定した場合、当該Ｓ偏光に対する入射角方向の遅相軸方位角θ_HWを15度にするために、二分の一波長板３９に要求される入光面内での遅相軸方位角Θ_HWは、図３７の折れ線Ｆ₅₈から求めることができる。そして、入射角方向の遅相軸方位角θ_HWが15度になる入光面内での遅相軸方位角Θ_HWと、入射角方向のリタデーションＲ_HWが二分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚ_HWとの間には、図３８に示したような関係がある。そのため、入射角ψ_Mが決まれば、二分の一波長板３９に要求される法線方向のリタデーションＲｚ_HWも得られる。

最後に、四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θ_QWおよび法線方向のリタデーションＲｚ_QWを最適化する方法について説明する。

四分の一波長板１７のＮｚ係数を0.80にした場合、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWと、入射角方向の遅相軸方位角θ_QWの入射角依存性との関係は、たとえば、図３９に示すような関係になる。なお、図３９は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向での遅相軸方位角θ_QW（単位は度）のグラフである。

また、図３９の曲線Ｆ₅₉、曲線Ｆ₆₀、曲線Ｆ₆₁、曲線Ｆ₆₂、および曲線Ｆ₆₃は、それぞれ、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWを77.2度、77.3度、77.5度、77.4度、および76.8度にしたときの、入射角方向の遅相軸方位角θ_QWの入射角依存性を示す曲線である。

二分の一波長板３９を通過して四分の一波長板１７に入射する直線偏光の入射角は、二分の一波長板３９に入射するＳ偏光の入射角ψと概ね等しい。そのため、図３９からわかるように、たとえば、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを50度に設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWを77.2度にすると、入射角方向での遅相軸方位角θ_QWが75度になる。また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを55度、60度、65度、および70度のいずれかに設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWを、それぞれ、77.3度、77.5度、77.4度、および76.8度にすると、入射角方向での遅相軸方位角θ_QWが75度になる。

また、本願発明者らが、上記の結果に基づいて、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWを77.2度、77.2度、77.5度、77.4度、および76.8度にしたときの、法線方向のリタデーションＲｚ_QWと、入射角方向のリタデーションＲ_QWの入射角依存性との関係を計算したところ、たとえば、図４０に示したような結果が得られた。なお、図４０は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入射角方向のリタデーションＲ_QW（単位はnm）のグラフである。

また、図４０の曲線Ｆ₆₄、曲線Ｆ₆₅、曲線Ｆ₆₆、曲線Ｆ₆₇、および曲線Ｆ₆₈は、それぞれ、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWと法線方向のリタデーションＲｚ_QWとの組み合わせ（Θ_QW，Ｒｚ_QW）を（77.2度，153.2nm）、（77.3度，154.7nm）、（77.5度，154.7nm）、（77.4度，152.1nm）、および（76.8度，145.5nm）にしたときの、入射角方向でのリタデーションＲ_QWの入射角依存性を示す曲線である。また、図４０の曲線Ｆ₅₃、曲線Ｆ₅₄、曲線Ｆ₅₅、曲線Ｆ₅₆、および曲線Ｆ₅₇は、可視波長の中でも視感度がほぼ最大となる波長550nmの光に対する入射角方向でのリタデーションＲ_QWの入射角依存性を示している。

図４０からわかるように、たとえば、四分の一波長板１７のＮｚ係数を0.80にし、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを50度に設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWおよび法線方向のリタデーションＲｚ_QWを、それぞれ、77.2度および153.2nmにすると、入射角方向のリタデーションＲ_QWが四分の一波長（137.5nm）になる。また、主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを55度、60度、65度、および70度のいずれかに設定する場合は、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWと法線方向のリタデーションＲｚ_QWとの組み合わせ（Θ_QW，Ｒｚ_QW）を、それぞれ、（77.3度，154.7nm）、（77.5度，154.7nm）、（77.4度，152.1nm）、および（76.8度，145.5nm）にすると、入射角方向のリタデーションＲ_QWが四分の一波長（137.5nm）になる。

なお、図４０の曲線Ｆ₆₅と曲線Ｆ₆₆は、実際には、ともに、入射角ψが55度から60度の間に極小点を有する曲線であり、入射角ψが45度から75度の範囲ではその分布が概ね一致する。しかしながら、曲線Ｆ₆₅および曲線Ｆ₆₆は、求める際に使用した数値および意味するところが異なる。そのため、図４０では、曲線Ｆ₆₅と曲線Ｆ₆₆については、それぞれ、意味がある部分のみを示している。

また、上記の角度以外の中間の入射角ψにおいて、入射角方向の遅相軸方位角θ_QWが75度になる、入光面内での遅相軸方位角Θ_QWを計算すると、たとえば、図４１に示したような結果が得られる。なお、図４１は、横軸が入射角ψ（単位は度）、縦軸が入光面内での遅相軸方位角Θ_QW（単位は度）のグラフである。

図４１からわかるように、入射角方向の遅相軸方位角θ_QWが75度になる、入射角ψと入光面内での遅相軸方位角Θ_QWとの関係は、折れ線Ｆ₆₉のような関係になる。そのため、たとえば、光源光の主要成分、すなわち光源３の出光面３ａの法線方向に出射した光に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mを、上記の50度、55度、60度、65度、70度以外の角度に設定する場合は、たとえば、図４１に示した折れ線Ｆ₆₉の関係から、四分の一波長板１７の入光面内での遅相軸方位角Θ_QWを決めればよい。

またさらに、入射角方向での遅相軸方位角θ_QWが75度になる入光面内での遅相軸方位角Θ_QWと、入射角方向のリタデーションＲ_QWが四分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚ_QWとの関係は、たとえば、図４２に示すような関係になる。なお、図４２は、横軸が入光面内での遅相軸方位角Θ_QW、縦軸が法線方向のリタデーションＲｚ_QWのグラフである。

また、図４２に示した点Ｐ₁₆、点Ｐ₁₇、点Ｐ₁₈、点Ｐ₁₉、および点Ｐ₂₀は、それぞれ、入射角ψが50度、55度、60度、65度、および70度のときの入光面内での遅相軸方位角Θ_QWと、法線方向のリタデーションＲｚ_QWとの関係を示す点である。

実施例５では、光源光の主要成分に含まれるＳ偏光の入射角ψ_Mをある角度に設定した場合、当該Ｓ偏光に対する入射角方向の遅相軸方位角θ_QWを75度にするために、四分の一波長板１７に要求される入光面内での遅相軸方位角Θ_QWは、図４１の折れ線Ｆ₆₉から求めることができる。そして、入射角方向の遅相軸方位角θ_QWが75度になる入光面内での遅相軸方位角Θ_QWと、入射角方向のリタデーションＲ_QWが四分の一波長になる法線方向のリタデーションＲｚ_QWとの間には、図４２に示したような関係がある。そのため、入射角ψ_Mが決まれば、四分の一波長板１７に要求される法線方向のリタデーションＲｚ_QWも得られる。

以上の手順で二分の一波長板３９および四分の一波長板１７のＮｚ係数、入光面内での遅相軸方位角Θ_HW，Θ_QW、および法線方向のリタデーションＲｚ_HW，Ｒｚ_QWを決めることで、当該二分の一波長板および四分の一波長板を有する広帯域四分の一波長板４０は、反射型偏光板１４で反射して入射角ψで入射する可視波長領域のＳ偏光に対し、四分の一波長板として機能する。

以上説明したように、実施例５の液晶表示装置では、広帯域四分の一波長板４０を用いて、光源光に含まれるＳ偏光をＰ偏光に変換するので、可視波長領域の全波長域におけるＳ偏光からＰ偏光への変換効率を向上させることができる。そのため、実施例１乃至実施例４の液晶表示装置に比べ、光源光の利用効率がさらに高まる。

図４３は、本発明による実施例６の液晶表示装置の主要部の第１の構成例を示す模式平面図である。

実施例１で挙げた液晶表示装置の構成は、たとえば、携帯電話端末などの液晶ディスプレイとして用いられる小型の液晶表示装置の構成の一例であり、液晶表示パネル１の平面形状は、映像信号線２５の延びる方向（ｙ方向）が長手方向になる概略長方形である。またこのとき、液晶表示パネル１は、導光板２から出射した光が最初に入射する第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔが、当該液晶表示パネル１の長手方向と概ね平行になっている。そのため、実施例１の液晶表示装置では、液晶表示パネル１の短手方向と一致する導光板２の短手方向の辺（側面２ｂ）に沿って複数の光源３を配置している。

しかしながら、本発明の液晶表示装置で用いる導光板方式のバックライトは、たとえば、ノートブック型コンピュータやカーナビゲーションシステムの表示部に用いられるような液晶表示装置にも適用できる。

これらの液晶表示装置の液晶表示パネル１の平面形状は、実施例１の液晶表示パネルと同様に走査信号線２２の延びる方向をｘ方向、映像信号線２５の延びる方向をｙ方向とすると、通常、図４３に示すように、ｘ方向（走査信号線の延びる方向）を長手方向とする概略長方形になる。またこのとき、液晶表示パネル１の画素の構成が、たとえば、図５乃至図７に示したような構成であるとすると、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔは液晶表示パネル１の短手方向と概ね平行になり、第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔは液晶表示パネル１の長手方向と概ね平行になる。

また、このような液晶表示パネル１と組み合わせる導光板２の平面形状は、図４３に示したように、走査信号線２２の延びる方向（ｘ方向）が長手方向の概略長方形になる。このとき、光源光の利用効率を高めるには、導光板２から液晶表示パネル１に向けて出射する光の振動方向が、液晶表示パネル１の短手方向（ｙ方向）と平行になるようにすることが望ましい。

したがって、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔが液晶表示パネル１の短手方向と概ね平行な場合は、複数の光源３を導光板２の長手方向の辺に沿って配置し、導光板２の結合部、すなわち当該光源３が配置された辺と面発光部（領域ＡＲ２）との間に、反射型偏光板１４、透明スペーサ１５、第１の反射板１６、四分の一波長板１７、第２の反射板１８などを配置する。このようにすると、導光板２に取り込まれた光源光に含まれるＰ偏光の振動方向が導光板２の短手方向と概ね平行になるので、導光板２から液晶表示パネル１に向けて出射する光の振動方向が第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔと概ね平行になり、光源光の利用効率を高めることができる。

図４４は、図４３に示した液晶表示装置の応用例を示す模式平面図である。

実施例６の液晶表示装置の一例として、図４３に示した構成では、導光板２の長手方向（ｙ方向）の二辺のうちの一方の辺のみに光源３を配置している。この場合、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１の寸法が大きくなり、導光板２の面発光部（領域ＡＲ２）の面積が広くなると、たとえば、光源３が配置されている辺とは反対側の辺の近傍における光量が低下するおそれがある。

そのため、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１（導光板２の面発光部）の面積が広い場合は、たとえば、図４４に示すように、導光板２の長手方向の二辺の両方に光源３を配置してもよい。このとき、一方の辺に配置する複数の光源３と、他方の辺に配置する複数の光源３は、たとえば、数や配置間隔を等しくすることが望ましい。

図４５は、実施例６の液晶表示装置の主要部の第２の構成例を示す模式平面図である。

従来の液晶表示装置は、通常、走査信号線２２の延びる方向が水平方向になるような向きで使用することが多い。すなわち、図１、図４３、および図４４に示した液晶表示装置は、走査信号線の延びるｘ方向が水平方向になるような向きで使用することが多い。このとき、第１の偏光板１２と第２の偏光板１３とを、互いの透過軸１２Ｔ，１３Ｔが直交するように配置していると、第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔは水平方向と概ね平行になる。またこのとき、液晶表示パネル１で変調されて観察者に届く光の振動方向は、水平方向と概ね平行である。

さて、本発明に関わる導光板方式のバックライトを有する液晶表示装置を上記のような携帯型情報機器の液晶ディスプレイとして用いた場合、当該携帯型情報機器は、屋外で使用されることも多い。

屋外において人間の目に入る外部光源（太陽や照明装置など）からの光には、外部光源から直接照射される光の他に、たとえば、道路や水面などからの反射光がある。この反射光は、たとえば、自動車の運転や釣りの際の妨げになるが、いずれも水平な面からの反射光であり、振動方向が水平面内にある直線偏光である。そのため、これらの直線偏光を除くために、近年、吸収軸を水平方向に有する偏光板を備えた偏光サングラスが普及している。

しかしながら、偏光サングラスをかけた観察者が、第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔが水平方向と概ね平行な状態で液晶表示装置を使用すると、当該液晶表示装置（液晶表示パネル１）から出射した光が偏光サングラスで吸収されてしまい、映像や画像を観察できない。

したがって、屋外での使用が想定される液晶表示装置に本発明を適用する場合、その液晶表示装置は、たとえば、偏光サングラスをかけた観察者も観察可能な構成にすることが望まれる。すなわち、屋外での使用が想定される液晶表示装置に本発明を適用する場合は、観察者（使用者）側に面する第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔが、水平方向から充分に傾くようにすることが望ましく、水平方向に対して垂直であれば理想的である。

走査信号線２２の延びる方向（ｘ方向）が水平方向になるような状態で使用することを想定している液晶表示装置の場合、偏光サングラスをかけた観察者も観察可能にするには、たとえば、図４５に示すように、第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔを映像信号線２５の延びる方向（ｙ方向）と平行にすればよい。なお、図４５の液晶表示パネル１は、図４３および図４４の液晶表示パネル１と同様に、ｘ方向が走査信号線２２の延びる方向であり、ｙ方向が映像信号線２５の延びる方向である。

このとき、第１の偏光板１２と第２の偏光板１３とを、互いの透過軸１２Ｔ，１３Ｔが直交するように配置するのであれば、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔは走査信号線２２の延びる方向（ｘ方向）と平行になる。したがって、液晶表示パネル１の平面形状が図４５に示したように走査信号線の延びる方向を長手方向とする概略長方形の場合、導光板２からの光が最初に入射する第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔは、液晶表示パネル１の長手方向と平行になる。

また、このような液晶表示パネル１と組み合わせる導光板２の平面形状は、図４５に示したように、走査信号線２２の延びる方向（ｘ方向）が長手方向の概略長方形になる。

このとき、図４５に示したように、複数の光源３を導光板２の短手方向の辺に沿って配置し、導光板２の結合部、すなわち当該光源３が配置された辺と面発光部（領域ＡＲ２）との間に、反射型偏光板１４、透明スペーサ１５、第１の反射板１６、四分の一波長板１７、第２の反射板１８などを配置すると、導光板２から液晶表示パネル１に向けて出射する光の振動方向が第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔと概ね平行になる。またこのとき、液晶表示パネル１で変調されて観察者に届く光の振動方向は、液晶表示パネル１の短手方向と平行である。

したがって、図４５に示した構成の液晶表示装置を屋外で使用するときに、液晶表示パネル１（表示領域ＡＲ１）の長手方向が水平方向を向くようにして使用すれば、偏光サングラスをかけた観察者でも、表示された映像や画像を観察することができる。

なお、図４５には、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１が横長の場合の構成例を示しているので、導光板２の短手方向の辺に複数の光源３が配置されている。これに対し、たとえば、図１に示したように、液晶表示パネル１の表示領域ＡＲ１が縦長の場合に、偏光サングラスをかけた観察者も観察可能な構成にするには、たとえば、図１に示した導光板２の長手方向の辺に複数の光源３を配置し、第１の偏光板１２の透過軸１２Ｔが液晶表示パネル１の短手方向と概ね平行になり、第２の偏光板１３の透過軸１３Ｔが液晶表示パネル１の長手方向と概ね平行になるようにすればよいことはもちろんである。

以上、本発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能であることはもちろんである。

前記実施例であげた液晶表示装置のバックライトユニットは、複数の光源３が発した光源光を面状光線に変換する面発光型の照明装置である。そのため、前記実施例で挙げた構成は、液晶表示装置のバックライトユニットに限らず、たとえば、室内照明用の照明装置や、写真のフィルムを観察する際に使用するライトボックスなどにも適用できると考えられる。

１ 液晶表示パネル
２ 導光板
２ａ 第１の主面
２ｂ 側面
２ｃ 第２の主面
２ｄ 突起
３ 光源
３ａ 出光面
４ 第１のプリズムシート
５ 第２のプリズムシート
６ ＩＣチップ
７ フレキシブル配線板
８ 傾斜台
９ ＴＦＴ基板
１０ 対向基板
１１ 液晶層
１２ 第１の偏光板
１３ 第２の偏光板
１２Ｔ，１３Ｔ 透過軸
１４ 反射型偏光板
１５ 透明スペーサ
１５’ ゲル状フィルム
１６ 第１の反射板
１７ 四分の一波長板
１７ｄ 遅延軸
１８ 第２の反射板
１９ 画素電極
２０ 共通電極
２１ 第１の絶縁基板
２２ 走査信号線
２３ 第１の絶縁層
２４ ＴＦＴ素子
２５ 映像信号線
２６ 第２の絶縁層
２７ 第３の絶縁層
２８ 第１の配向膜
２９ 第２の絶縁基板
３０ ブラックマトリクス
３１ カラーフィルタ
３２ 平坦化膜
３３ 第２の配向膜
３４ 屈折率楕円体
３５ 金型
３５ａ キャビティ
３５ｂ 注入口
３５ｃ 排気口
３６ 透明樹脂
３７ 隙間
３８ 透明粘着層
３９ 二分の一波長板
４０ 広帯域四分の一波長板
４１ ポアンカレ球
４２ （二分の一波長板の遅相軸に相当する）軸
４３ （四分の一波長板の遅相軸に相当する）軸

Claims (8)

1. 液晶表示パネルと、導光板と、複数の光源とを有し、前記複数の光源が発した光源光を前記導光板において面状光線に変換して前記液晶表示パネルに照射する液晶表示装置において、
   前記液晶表示パネルは、前記面状光線の入光面が概略長方形であり、
   前記導光板は、前記液晶表示パネルの前記入光面と対向する第１の主面およびその反対側の第２の主面が概略長方形であり、かつ、液晶表示パネルの表示領域と重なる面発光部と、前記光源光を前記面発光部に導く結合部を有し、
   前記結合部は、前記面発光部よりも厚く、かつ、前記結合部と前記面発光部との境界は、前記第１の主面側に設けられた段差により厚さが連続的に変化しており、
   前記光源は、前記光源光が前記導光板の前記段差に向かい、かつ、光源光のうちの強度が最も強い主要成分の伝播方向が前記液晶表示パネルの前記入光面の四辺のいずれかと概ね平行になる向きで前記導光板の前記結合部に沿って配置されており、
   前記導光板の前記第１の主面の前記段差が設けられた部分の上には、前記光源光に含まれるＰ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する反射型偏光板と、透明な樹脂でなるスペーサと、前記Ｐ偏光を反射する第１の反射板とがこの順で積層されており、
   前記導光板の前記第２の主面のうちの、前記反射型偏光板により反射されたＳ偏光が入射する部分の上には、四分の一波長板と、第２の反射板とがこの順で積層されており、
   前記導光板の結合部は、前記光源光に含まれるＰ偏光はＰ偏光のまま前記面発光部に導き、前記光源光に含まれるＳ偏光は前記四分の一波長板および前記第２の反射板を用いてＰ偏光に変換して前記面発光部に導くことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記導光板の前記結合部は、前記光源光の入光面が平面であり、かつ、前記導光板の厚さ方向に対して、前記第２の主面とのなす角が鈍角になる方向に傾いており、
   前記光源は、前記光源光の出射面が前記結合部の前記平面と概ね平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記反射型偏光板および前記第１の反射板は、それぞれ、前記光源からみて凹状の曲面状であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記光源および前記反射型偏光板は、前記主要成分に含まれるＳ偏光が前記導光板と前記四分の一波長板との界面に入射するときの入射角が50度以上70度以下になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記導光板の前記結合部は、前記光源光の入光面が平面であり、かつ、前記導光板の厚さ方向に対して、前記第２の主面とのなす角が鈍角になる方向に傾いており、
   前記反射型偏光板および前記第１の反射板は、それぞれ、前記光源からみて凹状の曲面状であり、
   前記結合部の前記平面の、前記導光板の厚さ方向からの傾き角をφ₁、前記反射型偏光板の前記主要成分が入射する位置における接線の、前記導光板の第２の主面からの傾き角をφ₂としたときに、φ₁＋2φ₂が20度以上40度以下であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記導光板は、透明な樹脂でなり、かつ、射出成型法により形成されており、
   前記複数の光源のうちの１つ以上の光源は、光出射面が前記導光板を形成する際の前記樹脂の注入口と対向するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記導光板は、有機高分子でなり、
   当該有機高分子は、前記結合面のうちの、前記光源光が伝播する部分における配向方向が前記光源光の伝播方向と概ね平行であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記四分の一波長板は、二分の一波長板と四分の一波長板との積層体でなり、かつ、前記導光板の前記第２の主面の上に前記二分の一波長板、前記四分の一波長板の順に積層された広帯域四分の一波長板であり、
   前記光源光のうちの前記主要成分に含まれるＳ偏光の振動方向を0度とし、
   当該Ｓ偏光の入射方向から見た前記二分の一波長板および前記四分の一波長板の遅相軸方位角をそれぞれθ_HWおよびθ_QWとしたときに、当該２つの遅相軸方位角θ_HW，θ_QWの間に、2θ_HW＝±45度＋θ_QWの関係があることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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