KR20140140538A - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은, 광의 이용 효율이 높고, 밝은 영상을 표시할 수 있는 액정 표시 장치의 제공이다. 본 발명의 액정 표시 장치는, 제 1 편광판과 제 2 편광판 사이에 액정 셀을 구비하는 액정 표시 패널과, 액정 표시 패널을 조명하는 면광원 장치를 구비한다. 면광원 장치는, 광원부와, 광원부로부터의 광을 광의 도광 방향과 대략 평행한 면내에 있어서 출광면의 법선 방향으로부터 소정의 각도를 이루는 제 1 방향에 최대 강도의 지향성을 갖고, 또한 당해 면내에서 진동하는 편광 성분의 비율이 높은 편광광인 제 1 지향성광을 출사하는 도광판과, 제 1 지향성광을 그 편광 상태를 유지하면서 도광판의 출광면의 법선 방향으로부터 소정 각도 내의 제 2 방향으로 지향한 제 2 지향성광으로서 출광하는 프리즘 시트를 구비한다. 프리즘 시트의 단위 프리즘의 능선 방향은 도광판의 입광면에 평행이며, 제 2 편광판의 투과축은 제 2 지향성광의 편광 방향과 도광판의 광의 도광 방향에 평행하고 있고, 제 2 편광판의 투과축은 제 1 편광판의 투과축과 직교하고 있다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 디스플레이로서 면광원 장치를 사용한 액정 표시 장치의 보급에는 눈부신 것이 있다. 면광원 장치를 사용한 액정 표시 장치로서, 예를 들어, 에지 라이트형 면광원 장치를 구비하는 액정 표시 장치가 알려져 있다. 이와 같은 액정 표시 장치에 있어서는, 광원으로부터 출사된 광은, 도광판에 입사하여 도광판의 출광면 (액정 셀측면) 과 이면에서 전반사를 반복하면서 전파한다. 도광판 내를 전파하는 광의 일부는, 도광판의 이면 등에 형성된 광 산란체 등에 의해 진행 방향이 바뀌어져 출광면으로부터 도광판 밖으로 출사한다. 도광판의 출광면으로부터 출사한 광은, 확산 시트, 프리즘 시트, 휘도 향상 필름 등의 각종 광학 시트에 의해 확산·집광된 후, 액정 셀의 양측에 편광판이 배치된 액정 패널에 입사한다. 액정 셀의 액정층의 액정 분자는 화소마다 구동되어, 입사광의 투과 및 흡수를 제어한다. 그 결과, 영상이 표시된다.

상기 서술한 바와 같이, 액정 패널은, 양측 (표리) 에 편광판을 구비하고 있기 때문에, 액정 패널에 입사하는 광의 약 반이 입사측의 편광판에 흡수되어, 광의 이용 효율이 본질적으로 낮다. 그래서, 원하는 밝기를 얻기 위해, 보다 많은 광을 편광판에 입사시키려고 하면, 광원의 소비 전력이 증대되는 것에 더하여, 광원으로부터의 열이 액정 등에 악영향을 주어 표시를 잘 볼 수 없게 되는 등의 여러 가지 문제가 있다.

액정 표시 장치에 있어서의 광의 이용 효율을 개선하기 위해, 여러 가지 제안이 이루어지고 있다. 그 하나로서, 광원으로부터의 무편광광을 서로 직교 관계에 있는 2 개의 직선 편광에 투과 및 반사에 의해 분리하는 편광 분리체를 사용하여, 분리된 일방의 편광광을 투과시켜 직접 이용함과 함께, 반사한 타방의 편광광도 재이용하는 것이 있다. 즉, 편광 분리체에 의해 분리한 편광 성분 중, 투과한 편방의 편광 성분은 그 투과광의 편광 방향과 하편광판 (입사측 편광판) 의 투과축 방향을 일치시켜 액정 셀에 입사시키고, 타방의 편광 성분은 광원측으로 되돌려, 그 광을 복굴절, 반사, 회절 또는 확산 등에 의해 직선 편광을 해소한 후, 다시 편광 분리체에 유도하여 재이용함으로써, 광 이용 효율을 향상시키는 기술이다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 면상 도광판의 출광면측에 출사하는 광이 면상 도광판 표면에 대해 거의 수직이 되는 광 제어 시트를 형성하고, 또한 그 위에 편광 분리 수단을 배치하는 백라이트가 기재되어 있다.

그러나, 특허문헌 1 에 기재된 백라이트는, 편광 분리체의 구조가 복잡하고, 특히 단면이 삼각형상의 주상 (柱狀) 프리즘 어레이의 사면 (斜面) 부분에 편광 분리층을 형성하는 것이 어려워 양산성이 불충분하다. 최근에는, 도광판으로부터 출사하는 광이 소정의 편광 상태를 갖도록 구성된 면광원 장치 등도 개발되고 있지만, 도광판으로부터 출사된 편광광인 출사광이 충분히 유효 이용되고 있지 않아 충분한 밝기는 얻지 못하고 있다.

또, 특허문헌 2 는, 면광원으로부터 소정의 방향으로 편광된 광을 출사시키고, 프리즘 시트의 기재로서 2 축 연신된 필름 등 복굴절률을 갖는 기재를 사용함으로써, 액정 패널에 입사하는 편광광의 편광 방향을 제어함으로써, 편광판에 흡수되는 광을 감소시켜 광의 이용 효율을 향상시키는 취지가 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 2 의 액정 표시 장치도 또한 광의 이용 효율이 여전히 불충분하다.

일본 공개특허공보 평6-265892호 일본 특허 제4673463호

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 광의 이용 효율이 높고, 밝은 영상을 표시할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 관찰자측에 형성되는 제 1 편광판과 배면측에 형성되는 제 2 편광판 사이에 액정 셀을 구비하는 액정 표시 패널과, 그 액정 표시 패널을 배면측에서 조명하는 면광원 장치를 구비한다. 면광원 장치는, 광원부와 ; 그 광원부로부터의 광을 그 광원부에 대향하는 입광면으로부터 입사시키고, 그 액정 표시 패널과 대향하는 출광면으로부터, 광의 도광 방향과 대략 평행한 면내에 있어서 그 출광면의 법선 방향으로부터 소정의 각도를 이루는 제 1 방향에 최대 강도의 지향성을 갖고, 또한 그 면내에서 진동하는 편광 성분의 비율이 높은 편광광인 제 1 지향성광을 출사하는 도광판과 ; 그 도광판보다 그 액정 표시 패널측에 배치되고, 그 도광판측에 볼록한 주상의 단위 프리즘이 복수 배열된 프리즘부를 구비하고, 그 제 1 지향성광을, 그 편광 상태를 실질적으로 유지하면서 그 도광판의 그 출광면의 법선 방향으로부터 소정 각도 내의 제 2 방향으로 지향한 제 2 지향성광으로서 출광하는 프리즘 시트를 구비한다. 그 단위 프리즘의 능선 방향은, 그 도광판의 그 입광면에 대략 평행이다. 그 제 2 편광판의 투과축은, 그 제 2 지향성광의 편광 방향과 그 도광판의 광의 도광 방향에 대략 평행이다. 그 제 2 편광판의 투과축은, 그 제 1 편광판의 투과축과 대략 직교하고 있다.

하나의 실시형태에 있어서는, 상기 프리즘 시트는, 상기 프리즘부보다 상기 액정 표시 패널측에 그 프리즘부를 지지하는 기재부를 구비하고, 그 기재부는 실질적으로 광학적으로 등방성을 갖는다.

하나의 실시형태에 있어서는, 상기 제 1 지향성광은, 상기 광의 도광 방향과 대략 평행한 면내에서 진동하는 편광 성분을 52 ％ 이상 함유한다.

하나의 실시형태에 있어서는, 상기 도광판은 광 산란제를 함유하고, 또한 그 도광판의 이면측에 볼록한 주상의 이면측 단위 광학 요소가, 그 도광판의 상기 입광면측으로부터 반대측의 측면에 복수 배열되고, 상기 단위 프리즘의 배열 방향은, 그 이면측 단위 광학 요소의 배열 방향과 대략 평행이다.

하나의 실시형태에 있어서는, 상기 액정 표시 장치는, 상기 면광원 장치와 상기 제 1 편광판 사이에 편광 선택 반사 시트를 추가로 구비한다.

본 발명에 의하면, 광의 이용 효율이 높고, 밝은 영상을 표시 가능한 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 그 결과, 예를 들어 광원의 수의 삭감 및/또는 광원의 출력의 삭감에 의해 광원부의 소비 전력을 저감시킬 수 있다. 또한, 광의 이용 효율을 향상시키기 위한 부재 수를 삭감할 수 있기 때문에, 비용, 제조 효율 및 박형화 중 어느 관점에서도 매우 유리하다. 특히, 매우 고가의 편광 선택 반사 시트를 삭제해도 양호한 표시 특성을 유지할 수 있다. 박형화를 실현함으로써, 디자인의 선택폭을 대폭 확대할 수 있어, 상업적으로 가치가 높은 액정 표시 장치를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 하나의 실시형태에 의한 액정 표시 장치를 설명하는 개략 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 액정 표시 장치에 사용되는 액정 셀의 개략 단면도이다.
도 3 은 VA 모드에 있어서의 액정 분자의 배향 상태를 설명하는 개략 단면도이다.
도 4 는 도 1 의 액정 표시 장치에 있어서의 면광원 장치의 구성을 설명하는 개략 단면도이다.
도 5 는 도 4 의 면광원 장치의 도광판의 출광측 단위 광학 요소 및 이면측 단위 광학 요소의 형상을 설명하는 개략도이다.
도 6 은 도광판 및 프리즘 시트로부터의 출사광의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 은 입사각과 P 성분과 S 성분의 각종 관계를 나타내는 도면이다.
도 8 은 도 4 의 면광원 장치의 프리즘 시트의 단위 프리즘을 설명하는 개략도이다.
도 9 는 단위 프리즘의 다른 실시형태를 나타내는 개략도이다.
도 10 은 본 발명의 하나의 실시형태에 있어서, 도광판으로부터 출사되는 제 1 지향성광 L1 의 휘도의 강도 분포와, 프리즘 시트로부터 출사되는 제 2 지향성광 L2 의 휘도의 강도 분포를 설명하는 도면이다.
도 11 은 본 발명의 하나의 실시형태에 있어서, 도광판 및 프리즘 시트로부터의 출사광의 편광 방향과, 제 1 편광판의 투과축 및 제 2 편광판의 투과축의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12 는 단위 프리즘의 변형 형태의 형상을 나타내는 개략도이다.
도 13 은 실시예에서 사용한 도광판의 출광측 단위 광학 요소의 형상을 설명하는 개략도이다.

이하, 도면 등을 참조하여 본 발명의 하나의 실시형태에 대해 설명한다.

또한, 도 1 을 포함하여 이하에 나타내는 각 도는 모식적으로 나타낸 도이고, 각 부의 크기, 형상은 이해를 용이하게 하기 위해서 적절히 과장하고 있다.

또, 판, 시트, 필름 등의 단어를 사용하고 있지만, 이들은 일반적인 사용법으로서, 두께가 두꺼운 순서로, 판, 시트, 필름의 순서로 사용되고 있고, 본 명세서 중에서도 그에 따라 사용하고 있다. 그러나, 이와 같은 사용 구분에는 기술적인 의미는 없기 때문에, 특허청구의 범위의 기재는 시트라고 하는 기재로 통일하여 사용하였다. 따라서, 시트, 판, 필름의 문언은 적절히 치환할 수 있는 것으로 한다. 예를 들어, 프리즘 시트는, 프리즘 필름으로 해도 되고, 프리즘판으로 해도 된다.

또한, 본 명세서 중에 기재하는 각 부재의 치수 등의 수치 및 재료명 등은 실시형태로서의 일례이고, 이것에 한정되는 것은 아니며, 적절히 선택하여 사용해도 된다.

도 1 은 본 발명의 하나의 실시형태에 의한 액정 표시 장치 (1) 를 설명하는 도면이다. 본 실시형태의 액정 표시 장치 (1) 는, 면광원 장치 (20) 와, 면광원 장치 (20) 에 의해 배면으로부터 조명되는 액정 표시 패널 (15) 을 구비한다. 또한, 액정 표시 장치 (1) 에는 설명 등은 생략하지만, 그 밖에, 액정 표시 장치로서 동작하기 위해서 필요한 통상적인 배선, 회로, 부재 등의 기기가 구비되어 있다.

또한, 도면 중 및 이하의 설명에 있어서, 이해를 용이하게 하기 위해서, 액정 표시 장치 (1) 의 사용 상태에 있어서, 도광판의 광의 도광 방향에 수직인 방향을 X 방향, 도광판의 광의 도광 방향을 Y 방향, 관찰 화면의 법선 방향을 Z 방향으로 한다. 관찰자는 관찰자측이 되는 Z2 측으로부터 배면측이 되는 Z1 측을 향해 액정 표시 패널 (15) 의 화면의 표시를 시인한다. 또, 프리즘 시트 (30) 나 액정 표시 패널 (15) 의 두께 방향 (Z 방향) 에 있어서는, Z1 측은 광의 입사측이고, Z2 측은 광의 출사측이 된다.

액정 표시 패널 (15) 은, 투과형의 영상 표시부이고, 관찰자측 (출사측, Z2 측) 에 배치된 제 1 편광판 (13) 과, 면광원 장치 (20) 측 (Z1 측) 에 배치된 제 2 편광판 (14) 과, 제 1 편광판 (13) 과 제 2 편광판 (14) 사이에 배치된 액정 셀 (12) 을 가지고 있다. 편광판은, 입사한 광을 직교하는 2 개의 편광 성분으로 분해하여, 일방의 방향 (투과축과 평행한 방향) 의 편광 성분을 투과시키고, 당해 일방의 방향에 직교하는 방향 (흡수축과 평행한 방향) 의 편광 성분을 흡수하는 기능을 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 제 2 편광판 (14) 의 투과축 및 제 1 편광판 (13) 의 투과축은, 액정 표시 패널 (15) 의 정면 방향 (액정 표시 장치 (1) 의 관찰 화면의 정면 방향) 에서 봐서, 실질적으로 직교하고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 예를 들어 제 1 편광판 (13) 의 투과축은 X 방향이고, 제 2 편광판 (14) 의 투과축은 Y 방향이다. X 방향은 상기한 바와 같이 도광판의 광의 도광 방향에 수직인 방향이고, 도시예에 있어서는 화면의 좌우 방향이다. Y 방향은 상기한 바와 같이 도광판의 광의 도광 방향이고, 도시예에 있어서는 화면의 상하 방향이다. 제 2 편광판 (14) 의 투과축은, 후술하는 도광판 (21) 의 광의 도광 방향에 실질적으로 평행이다. 또한 본 명세서에 있어서, 「실질적으로 직교」 및 「대략 직교」 라는 표현은, 2 개의 방향이 이루는 각도가 90°± 10°인 경우를 포함하고, 바람직하게는 90°± 7°이고, 더욱 바람직하게는 90°± 5°이다. 「실질적으로 평행」 및 「대략 평행」 이라는 표현은, 2 개의 방향이 이루는 각도가 0°± 10°인 경우를 포함하고, 바람직하게는 0°± 7°이고, 더욱 바람직하게는 0°± 5°이다. 또한, 본 명세서에 있어서 간단히 「직교」 또는 「평행」 이라고 할 때에는, 실질적으로 직교 또는 실질적으로 평행한 상태를 포함할 수 있는 것으로 한다.

도 2 를 참조하면, 본 실시형태의 액정 셀 (12) 은, 1 쌍의 기판 (121, 121') 과, 당해 기판 사이에 협지된 표시 매체로서의 액정층 (122) 을 갖는다. 일반적인 구성에 있어서는, 일방의 기판 (121) 에 컬러 필터 및 블랙 매트릭스가 형성되어 있고, 타방의 기판 (121') 에 액정의 전기 광학 특성을 제어하는 스위칭 소자와, 이 스위칭 소자에 게이트 신호를 부여하는 주사선 및 소스 신호를 부여하는 신호선과, 화소 전극 및 대향 전극이 형성되어 있다. 상기 기판 (121, 121') 의 간격 (셀 갭) 은, 스페이서 등에 의해 제어할 수 있다. 상기 기판 (121, 121') 의 액정층 (122) 과 접촉하는 측에는, 예를 들어 폴리이미드로 이루어지는 배향막 등을 형성할 수 있다.

하나의 실시형태에 있어서는, 액정층 (122) 은, 전계가 존재하지 않는 상태에서 호모지니어스 배열로 배향시킨 액정 분자를 포함한다. 이와 같은 액정층 (결과적으로 액정 셀) 은, 액정층의 지상축 방향, 진상축 방향, 및 두께 방향의 굴절률을 각각 nx, ny, nz 로 했을 경우, 대표적으로는 nx > ny = nz 의 3 차원 굴절률을 나타낸다. 또한 본 명세서에 있어서, ny = nz 란, ny 와 nz 가 완전하게 동일한 경우뿐만 아니라, ny 와 nz 가 실질적으로 동일한 경우도 포함한다.

이와 같은 3 차원 굴절률을 나타내는 액정층을 사용하는 구동 모드의 대표예로는, 인플레인 스위칭 (IPS) 모드, 프린지 필드 스위칭 (FFS) 모드 등을 들 수 있다. 상기 IPS 모드는, 전압 제어 복굴절 (ECB : Electrically Controlled Birefringence) 효과를 이용하여, 전계가 존재하지 않는 상태에서 호모지니어스 배열로 배향시킨 액정 분자를, 예를 들어 금속으로 형성된 대향 전극과 화소 전극으로 발생시킨 기판에 평행한 전계 (횡전계라고도 한다) 에서 응답시킨다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 테크노 타임즈사 출판 「월간 디스플레이 7월호」 p.83 ∼ p.88 (1997년판) 이나, 일본 액정 학회 출판 「액정 vol.2 No.4」 p.303 ∼ p.316 (1998년판) 에 기재되어 있는 바와 같이, 노멀리 블랙 모드에서는, 액정 셀의 전계 무인가시의 배향 방향과 일방측의 편광자의 흡수축을 일치시키고, 상하의 편광판을 직교 배치시키면, 전계가 없는 상태에서 완전하게 흑표시가 된다. 전계가 있을 때에는, 액정 분자가 기판에 평행을 유지하면서 회전 동작함으로써, 회전각에 따른 투과율을 얻을 수 있다. 또한 상기의 IPS 모드는, V 자형 전극 또는 지그재그 전극 등을 채용한 슈퍼·인플레인 스위칭 (S-IPS) 모드나, 어드밴스드·슈퍼·인플레인 스위칭 (AS-IPS) 모드를 포함한다.

상기 FFS 모드는, 전압 제어 복굴절 효과를 이용하여, 전계가 존재하지 않는 상태에서 호모지니어스 배열로 배향시킨 액정 분자를, 예를 들어 투명 도전체로 형성된 대향 전극과 화소 전극에서 발생시킨 기판에 평행한 전계 (횡전계라고도 한다) 에서 응답시키는 것을 말한다. 또한, FFS 모드에 있어서의 횡전계는 프린지 전계라고도 한다. 이 프린지 전계는, 투명 도전체로 형성된 대향 전극과 화소 전극의 간격을 셀 갭보다 좁게 설정함으로써 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, SID (Society for Information Display) 2001 Digest, p.484 - p.487 이나, 일본 공개특허공보 2002-031812호에 기재되어 있는 바와 같이, 노멀리 블랙 모드에서는, 액정 셀의 전계 무인가시의 배향 방향과, 일방측의 편광자의 흡수축을 일치시키고, 상하의 편광판을 직교 배치시키면, 전계가 없는 상태에서 완전하게 흑표시가 된다. 전계가 있을 때에는, 액정 분자가 기판에 평행을 유지하면서 회전 동작함으로써, 회전각에 따른 투과율을 얻을 수 있다. 또한, 상기의 FFS 모드는, V 자형 전극 또는 지그재그 전극 등을 채용한 어드밴스드·프린지 필드 스위칭 (A-FFS) 모드나, 울트라·프린지 필드 스위칭 (U-FFS) 모드를 포함한다.

상기의 전계가 존재하지 않는 상태에서 호모지니어스 배열로 배향시킨 액정 분자를 사용하는 구동 모드 (예를 들어, IPS 모드, FFS 모드) 는 경사의 계조 반전이 없고, 경사 시야각이 넓기 때문에, 본 발명에 사용되는 정면 방향으로 지향한 면광원을 사용해도 경사로부터의 시인성이 우수하다는 이점이 있다.

다른 실시형태에 있어서는, 액정층 (122) 은, 전계가 존재하지 않는 상태에서 호메오트로픽 배열로 배향시킨 액정 분자를 함유한다. 전계가 존재하지 않는 상태에서 호메오트로픽 배열로 배향시킨 액정 분자를 사용하는 구동 모드로는, 예를 들어, 버티컬·얼라이먼트 (VA) 모드를 들 수 있다. VA 모드는, 멀티 도메인 VA (MVA) 모드를 포함한다.

도 3 은 VA 모드에 있어서의 액정 분자의 배향 상태를 설명하는 개략 단면도이다. 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, VA 모드에 있어서의 액정 분자는, 전압 무인가시에는, 액정 분자는 기판 (121, 121') 면에 대략 수직 (법선 방향) 으로 배향한다. 여기서, 「대략 수직」 이란, 액정 분자의 배향 벡터가 법선 방향에 대해 기울어져 있는 경우, 즉, 액정 분자가 틸트각을 갖는 경우도 포함한다. 당해 틸트각 (법선으로부터의 각도) 은, 바람직하게는 10°이하, 더욱 바람직하게는 5°이하, 특히 바람직하게는 1°이하이다. 이와 같은 범위의 틸트각을 가짐으로써, 콘트라스트가 우수할 수 있다. 또, 동영상 표시 특성이 향상될 수 있다. 이와 같은 대략 수직 배향은, 예를 들어 수직 배향막을 형성한 기판 사이에 부 (負) 의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정을 배치함으로써 실현될 수 있다. 이와 같은 상태에서 일방의 기판의 면으로부터 광을 입사시키면, 제 2 편광판 (14) 을 통과하여 액정층 (122) 에 입사한 직선 편광의 광은, 대략 수직 배향되어 있는 액정 분자의 장축의 방향을 따라 진행된다. 액정 분자의 장축 방향에는 실질적으로 복굴절이 생기지 않기 때문에 입사광은 편광 방위를 바꾸지 않고 진행되어, 제 2 편광판과 직교하는 투과축을 갖는 제 1 편광판 (13) 에서 흡수된다. 이로써 전압 무인가시에 있어서 암상태의 표시가 얻어진다 (노멀리 블랙 모드). 전극간에 전압이 인가되면, 액정 분자의 장축이 기판면에 평행하게 배향한다. 이 상태의 액정 분자는, 제 2 편광판 (14) 을 통과하여 액정층에 입사한 직선 편광의 광에 대해 복굴절성을 나타내고, 입사광의 편광 상태는 액정 분자의 기울기에 따라 변화한다. 소정의 최대 전압 인가시에 있어서 액정층 (122) 을 통과하는 광은, 예를 들어 그 편광 방위가 90°회전된 직선 편광이 되므로, 제 1 편광판 (13) 을 투과하여 명상태의 표시가 얻어진다. 다시 전압 무인가 상태로 하면, 배향 규제력에 의해 암상태의 표시로 되돌릴 수 있다. 또, 인가 전압을 변화시켜 액정 분자의 기울기를 제어하여 제 1 편광판 (13) 으로부터의 투과광 강도를 변화시킴으로써 계조 표시가 가능해진다. VA 모드의 경우에는, 경사 방향의 중간조의 투과율이 정면 방향의 중간조의 투과율보다 높기 때문에, 본 발명에 사용되는 정면 방향으로 지향한 면광원을 사용해도 경사로부터 본 중간조가 밝고, 흑색 범벅이 적다는 이점이 있다.

도 4 는 본 실시형태의 면광원 장치 (20) 의 구성을 설명하는 도면이다. 도 4(a) 에는 도 1 에 A1-A2 로 나타낸 선을 따른 면광원 장치 (20) 의 화살표에서 본 단면도를 나타내고, 도 4(b) 에는 도 1 에 B1-B2 로 나타낸 선을 따른 면광원 장치 (20) 의 화살표에서 본 단면도를 나타낸다. 면광원 장치 (20) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 액정 표시 패널 (15) 의 배면측 (Z1 측) 에 배치되어, 액정 표시 패널 (15) 을 배면측에서 조명하는 조명 장치이다. 면광원 장치 (20) 는, 도 1 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (21) 과, 광원부 (10) 와, 프리즘 시트 (30) 와, 반사 시트 (11) 를 구비하는 에지 라이트형의 면광원 장치 (백라이트) 이다. 면광원 장치 (20) 는, 광원부 (10) 를 도광판 (21) 의 하나의 측면 (도 1 의 21a 또는 21b) 을 따라 배치한 1 등식이라고 불리는 면광원 장치여도 되고, 광원부 (10) 를 도광판 (21) 의 대향하는 2 개의 측면 (도 1 의 21a 및 21b) 을 따라 각각 배치한 2 등식이라고 불리는 면광원 장치여도 된다. 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는 2 등식의 면광원 장치를 예시하고 있다. 또한 면광원 장치 (20) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 프리즘 시트 (30) 와 액정 표시 패널 (15) 사이에 특정한 편광 상태 (편광 방향) 의 편광을 투과하고, 그 이외의 편광 상태의 광을 반사하는 편광 선택 반사 시트 (16) 를 구비한 형태로 해도 된다. 편광 선택 반사 시트 (16) 는, 제 2 편광판 (14) 의 편광축에 평행한 편광 방향의 광을 투과하도록 배치함으로써, 제 2 편광판 (14) 에 흡수되는 광을 재이용할 수 있어, 이용 효율을 더욱 높일 수 있고, 또 휘도도 향상시킬 수 있다.

도광판 (21) 은, 광원부 (10) 로부터 입사한 광을 도광판 (21) 내에서 반사 작용 등을 받으면서 광원부 (10) 측과는 대향하는 단부측으로 도광하고, 그 도광 과정에서, 서서히 출광면 (21d) (프리즘 시트 (30) 측의 면) 으로부터 출사하는 부재이다. 도광판 (21) 은, 기부 (基部) (22) 와, 출광측 단위 광학 요소부 (23) 와, 이면측 단위 광학 요소부 (25) 를 가지고 있다. 기부 (22) 는, 시트상의 부재이며, 투광성을 가지고 있다.

출광측 단위 광학 요소부 (23) 는, 도 1 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 기부 (22) 의 프리즘 시트 (30) 측 (Z2 측) 의 면에 형성되어 있다. 출광측 단위 광학 요소부 (23) 에는, 복수의 출광측 단위 광학 요소 (24) 가 병렬되어 있다. 출광측 단위 광학 요소 (24) 는 주상이며, 도 4(b) 에 나타내는 단면에 나타내는 단면 형상을 유지하고, 광을 도광하는 방향 (Y 방향) 을 길이 방향으로 하고, 이 길이 방향과 직교하는 방향 (X 방향) 으로 복수 병렬되어 있다.

도 5 는 실시형태의 도광판 (21) 의 출광측 단위 광학 요소 (24) 및 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 형상을 설명하는 도면이다. 도 5(a) 는 도 4(b) 에 나타내는 단면의 도광판 (21) 의 일부를 확대하여 나타내고, 도 5(b) 는 도 4(a) 에 나타내는 단면의 도광판 (21) 의 일부를 확대하여 나타내고 있다. 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 출광측 단위 광학 요소 (24) 는, 그 병렬 방향에 평행하고 두께 방향에 직교하는 단면 (XZ 단면) 에 있어서, 그 단면 형상이, 기부 (22) 의 일방의 면 상에 저변을 갖고, 기부 (22) 로부터 돌출하는 볼록상의 삼각형 형상이다. 본 실시형태의 출광측 단위 광학 요소 (24) 에서는, 저변에 대향하는 정점이 곡선상인 예를 나타내고 있지만, 곡선상이 아니라, 뾰족한 각부를 갖는 형태로 해도 되고, 또 저변이 곡선상이어도 된다. 출광측 단위 광학 요소 (24) 는, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 그 병렬 피치가 Pa 이고, 병렬 방향에 있어서의 기부 (22) 측의 폭 (즉, 단면 삼각형 형상의 저변의 길이) 이 Wa 이고, 출광측 단위 광학 요소 (24) 의 높이 (두께 방향에 있어서의 치수) 가 Ha 이고, 단면 삼각형 형상의 정각 (頂角) 이 θ3, 정각 이외의 각도가 θ1, θ2 이다. 대표적으로는, 병렬 피치 Pa 는 저변의 길이 Wa 에 동등하다.

출광측 단위 광학 요소 (24) 의 도 4(b) 및 도 5(a) 에 나타내는 단면 형상은, 다음의 조건 A 및 조건 B 중 적어도 일방을 만족하는 것이 바람직하다.

조건 A : 정각 θ3 이외의 각이 되는 단면 삼각형 형상의 기부 (22) 상에 위치하는 저각의 각도 θ1, θ2 가 25°이상 45°이하이다.

조건 B : 저변의 길이 Wa 에 대한 높이 Ha 의 비 (Ha/Wa) 가 0.2 이상 0.5 이하이다.

조건 A 및 조건 B 중 적어도 일방이 만족되는 경우, 도광판 (21) 으로부터 출광하는 광 중, 출광측 단위 광학 요소 (24) 의 병렬 방향 (X 방향) 에 따른 성분에 대해, 편광성을 가지면서 도광판 (21) 의 출광면 (21d) 의 법선 방향에 대한 집광 작용을 높일 수 있다. 결과적으로, 도광판으로부터 출사되는 편광광 (제 1 지향성광 L1 : 후술) 에 있어서, 소정의 면내에서 진동하는 편광 성분의 비율을 높일 수 있다.

바람직하게는, 본 실시형태의 출광측 단위 광학 요소 (24) 는, 도 4(b), 도 5(a) 에 나타내는 단면 (출광측 단위 광학 요소 (24) 가 병렬하는 방향에 따른 단면) 에 있어서, 이등변 삼각형 형상이며, 각도 θ1, θ2 는 동등하다. 이와 같은 형태로 함으로써, 정면 방향 휘도를 효과적으로 상승시키는 것, 및 출광측 단위 광학 요소 (24) 의 병렬 방향 (X 방향) 에 따른 면내에서의 휘도의 각도 분포에 대칭성을 부여할 수 있다.

또한 본원 명세서에 있어서의 「삼각형 형상」 이란, 엄밀한 의미에서의 삼각형 형상뿐만 아니라, 제조 기술에 있어서의 한계나 성형시의 오차 등을 포함하는 대략 삼각형 형상을 포함한다. 또 동일하게, 본 명세서에 있어서 사용하는 그 밖의 형상이나 기하학적 조건을 특정하는 용어, 예를 들어, 「타원」, 「원」 등의 용어도 엄밀한 의미에 묶이지 않고, 동일한 광학적 기능을 기대할 수 있을 정도의 오차를 포함하여 해석하는 것으로 한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (21) 의 이면측 (Z1 측) 에는, 이면측 단위 광학 요소부 (25) 가 형성되어 있다. 이면측 단위 광학 요소부 (25) 에는, 복수의 이면측 단위 광학 요소 (26) 가 병렬되어 형성되어 있다. 이면측 단위 광학 요소 (26) 는 주상이며, 도 4(a), 도 5(b) 에 나타내는 단면에 나타내는 단면 형상을 유지하고, 도광판의 광의 도광 방향에 수직인 방향 (X 방향) 을 길이 방향으로 하고, 도광판의 광의 도광 방향 (Y 방향) 으로 복수 병렬되어 있다. 이 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 배열 방향은, 전술한 제 2 편광판 (14) 의 투과축에 실질적으로 평행하고 있다. 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 이면측 단위 광학 요소 (26) 는, 그 병렬 방향 (Y 방향) 에 대략 평행이고 두께 방향 (Z 방향) 에 직교하는 단면 (YZ 면) 에 있어서, 그 단면 형상이, 기부 (22) 의 배면측 (Z1 측) 의 면 상에 저변을 갖고, 기부 (22) 로부터 배면측 (Z1 측) 으로 돌출하는 볼록상의 삼각형 형상 (쐐기 형상) 이다. 본 실시형태의 이면측 단위 광학 요소 (26) 는, 그 정점이 둔각의 각을 가지고 있는 예를 나타냈지만 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 그 정부가 이면측에 볼록한 곡면상으로 해도 된다.

이면측 단위 광학 요소 (26) 는, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 그 병렬 피치가 Pb 이고, 병렬 방향에 있어서의 기부 (22) 측의 폭 (즉, 단면 삼각형 형상의 저변의 길이) 이 Wb 이고, 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 높이 (두께 방향에 있어서의 치수) 가 Hb 이고, 단면 삼각형 형상의 정각이 θ6, 정각 이외의 각도가 θ4, θ5 이다. 이 병렬 피치 Pb 는 저변의 길이 Wb 에 동등하다. 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 단면 형상은, 배열 방향에 평행하고 또한 두께 방향에 평행한 단면에 있어서, 대칭인 형상이어도 되고, 비대칭인 형상이어도 된다. 도 5(b) 에서는, 2 등식 면광원 장치에 사용되는 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 단면 형상을 나타내고 있다. 이 경우, 당해 단면 형상은, 배열 방향에 평행하고 또한 두께 방향에 평행한 단면에 있어서, 대칭인 형상인 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 도 5(b) 에 나타내는 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 단면 형상은, 이등변 삼각형상이고, 저각 θ4, θ5 가 동일하게 되어 있다. 한편, 1 등식 면광원 장치에 사용되는 경우에는, 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 단면 형상은, 예를 들어 후술하는 도 6(b) 에 나타내는 바와 같이, 비대칭인 삼각형상으로 해도 된다. 이 경우, 저각 θ4, θ5 는, 이 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 배열 방향에 있어서, 광원부 (10) 측에 위치하는 쪽의 저각이 타방의 저각보다 커지는 것이 효율적으로 광을 도광시키고, 출사시킨다는 관점에서 바람직하다. 이와 같은 이면측 단위 광학 요소 (26) 를 형성함으로써, 광원부 (10) 로부터의 도광판 (21) 내를 효율적으로 도광시키고, 출사시킬 수 있어, 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 병렬 방향 (Y 방향) 에 따른 면내에서의 밝기의 균일성 등을 향상시킬 수 있다. 또, 도광판 (21) 으로부터 출사하는 광이 받는 확산 작용을 최대한 저감시킬 수 있다.

도광판 (21) 의 각 부의 치수의 일례를 이하에 나타낸다.

출광측 단위 광학 요소 (24) 에 관해, 저부의 폭 Wa 는 20 ㎛ ∼ 500 ㎛ 로 할 수 있고, 높이 Ha 는 4 ㎛ ∼ 250 ㎛ 이하로 할 수 있다. 또, 출광측 단위 광학 요소 (24) 의 정각 θ3 은 90°∼ 125°이하로 할 수 있다.

기부 (22) 의 두께는 0.25 ㎜ ∼ 10 ㎜ 로 할 수 있고, 도광판 (21) 전체의 두께는 0.3 ㎜ ∼ 10 ㎜ 로 할 수 있다.

이면측 단위 광학 요소 (26) 에 관해, 저부의 폭 Wb 는 20 ㎛ ∼ 500 ㎛ 로 할 수 있고, 높이 Hb 는 1 ㎛ ∼ 10 ㎛ 로 할 수 있다. 또, 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 정각 θ6 은 176.0°∼ 179.6°로 할 수 있다.

이 도광판 (21) 은, 예를 들어 압출 성형에 의해, 또는 기부 (22) 가 되는 기재 상에 출광측 단위 광학 요소 (24) 및 이면측 단위 광학 요소 (26) 를 부형 (賦型) 함으로써, 기부 (22) 와 출광측 단위 광학 요소부 (23) 및 이면측 단위 광학 요소부 (25) 를 일체로 제조 가능하다. 압출 성형에 의해 도광판 (21) 을 제조하는 경우, 출광측 단위 광학 요소부 (23) 및 이면측 단위 광학 요소부 (25) 가, 기부 (22) 의 모재가 되는 재료와 동일한 수지 재료로 해도 되고, 상이한 재료를 사용해도 된다.

도광판 (21) 의 기부 (22) 의 모재가 되는 재료나, 출광측 단위 광학 요소 (24), 이면측 단위 광학 요소 (26) 를 형성하는 재료로는, 광을 효율적으로 투과시키는 것이면 여러 가지 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 광학 용도로서 널리 사용되고, 우수한 기계적 특성, 광학 특성, 안정성 및 가공성 등을 가짐과 함께 저렴하게 입수 가능한 재료를 사용할 수 있고, 폴리메틸메타크릴레이트 (PMMA) 등의 아크릴 수지, 스티렌 수지, 폴리카보네이트 (PC) 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 수지, 아크릴로니트릴 등의 1 이상을 주성분으로 하는 투명 수지나, 에폭시아크릴레이트계나 우레탄아크릴레이트계의 반응성 수지 (전리 방사선 경화형 수지 등), 유리 등을 사용할 수 있다.

광원부 (10) 는, 도 1 및 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (21) 의 기부 (22) 의 판상의 대향하는 2 쌍의 측면 중, 출광측 단위 광학 요소 (24) 의 길이 방향 (Y 방향) 양단이 되는 1 쌍의 측면 (21a 및 21b) 중, 일방의 면 또는 쌍방의 면에 대해 대향하는 위치에 그 면을 따라 배치된다. 본 실시형태에서는, 도 1 및 도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (21) 의 2 개의 측면 (21a 및 21b) 에 면(面)하는 위치에, 측면 (21a 및 21b) 을 따라 광원부 (10) 가 형성되는 예를 나타내고 있다. 이 광원부 (10) 는, LED (발광 다이오드) 등과 같이 지향성이 높은 광을 출사하는 발광원이 바람직하다. 본 실시형태의 광원부 (10) 는, 복수의 점광원 (10a) 이 배열되어 형성되어 있고, 이 점광원 (10a) 은 LED 이다. 이 광원부 (10) 는 도시하지 않은 제어 장치에 의해 각 점광원 (LED) (10a) 의 출력, 즉, 각 점광원 (10a) 의 점등 및 소등이나, 점등시의 밝기 등을 다른 점광원의 출력으로부터 독립적으로 조절 가능하게 되어 있다.

도광판 (21) 의 이면측에는 반사 시트 (11) 가 형성되어 있다. 이 반사 시트 (11) 는, 도광판 (21) 의 이면측 등에서 방출되는 광을 반사하여 도광판 (21) 내로 되돌리는 기능을 가지고 있다. 이 반사 시트 (11) 는, 예를 들어 금속 등의 높은 반사율을 갖는 재료에 의해 형성된 시트 (예를 들어, 정반사성의 은박 시트, 얇은 금속판에 알루미늄 등을 증착한 것), 높은 반사율을 갖는 재료에 의해 형성된 박막 (예를 들어 금속 박막) 을 표면층으로서 포함한 시트 (예를 들어, PET 기재에 은을 증착한 것), 굴절률이 상이한 2 종류 이상의 박막을 다층 적층함으로써 경면 반사성을 갖는 시트, 확산 반사성의 백색의 발포 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트) 시트 등을 사용할 수 있다. 금속 등의 높은 반사율을 갖는 재료에 의해 형성된 시트, 높은 반사율을 갖는 재료에 의해 형성된 박막 (예를 들어 금속 박막) 을 표면층으로서 포함한 시트 등과 같은, 이른바 경면 반사를 가능하게 하는 반사 시트를 사용하는 것이 집광성이나, 광의 이용 효율을 향상시킨다는 관점에서 바람직하다. 경면 반사를 가능하게 하는 반사 시트는, 광을 경면 반사시킴으로써, 광의 지향성을 상실하지 않고, 그 결과, 출사광의 편광 방향이 유지된다고 추정된다. 따라서, 원하는 출사광 분포의 실현에 반사 시트 (11) 도 공헌할 수 있다.

도 6 은 도광판 (21) 및 프리즘 시트 (30) 로부터의 출사광의 상태를 나타내는 도면이다. 도 6(a) 는 상기에서 설명해 온 2 등식의 경우를 설명하는 도면이고, 도 6(b) 는 참고로서의 1 등식을 설명하는 도면이다. 도광판 (21) 은, 상기 서술한 바와 같은 구성을 가지고 있고, 그 출광면 (21d) (프리즘 시트 (30) 측의 면) 으로부터 출사하는 광은, 소정의 방향에 최대 강도를 갖는 지향성을 갖고, 소정의 반치폭을 갖는 광 (이하, 제 1 지향성광 L1 이라고 칭하는 경우가 있다) 이 된다. 도 6(a) 에서는, 도광판 (21) 의 측면 (21a 및 21b) 에 광원부 (10) 가 배치되어 있으므로, 광원부 (10) 로부터의 광의 주된 도광 방향은 Y 방향이 된다. 여기서, 도광판 (21) 이 상기 서술한 바와 같은 구성을 가짐으로써, 도광판 (21) 을 전파하는 광은, 후술하는 작용에 의해 출사 방향 및 편광 상태가 제어된다. 그 결과, 도광판 (21) 으로부터 출사하는 광은, 도 6(a) 에 나타내는 바와 같이, YZ 면내에 있어서 출광면 (21d) 의 법선 방향에 대해 측면 (21b) 측에 각도 α 를 이루는 방향 (이하, 제 1 방향이라고 칭하는 경우가 있다) 에 최대 강도 (피크) 를 갖는 편광광이 된다. 본 실시형태의 각도 α 는 도시예에서는 약 73°이다. 도광판을 적절히 설계함으로써, 목적에 따라 임의의 적절한 각도 α 를 실현할 수 있다. 예를 들어, 각도 α 는 65°∼ 80°일 수 있다. 또한, 본 발명에 사용되는 도광판 (21) 에 있어서는, 1 등식이어도 2 등식이어도 출사 방향 및 편광 상태의 제어가 양호하게 실현될 수 있다.

또한, 본 실시형태의 도광판 (21) 은, 광의 도광 방향과 평행한 방향의 면내 (YZ 면내) 에서 진동하는 편광 성분의 비율이 높은 편광광을 출사하는 특성을 갖는다. 즉, 제 1 지향성광은, YZ 면내에서 진동하는 편광 성분의 비율이 높은 편광광이 된다. 이하, YZ 면내에서 진동하는 편광 성분을 P 성분, 광의 도광 방향과 평행하고 또한 YZ 면에 수직인 평면 (XY 평면) 에서 진동하는 편광 성분을 S 성분이라고 칭하는 경우가 있다. 따라서, P 성분은, 그 편광 방향 (진동 방향) 이 제 2 편광판 (14) 의 투과축 방향 (Y 방향) 과 대략 평행이 된다. 후술하는 바와 같이, 프리즘 시트 (30) 는, 제 1 지향성광의 편광 상태를 유지하면서 제 2 방향 (법선 방향) 에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광을 출사하므로, 제 2 지향성광도 또한 P 성분의 비율이 높은 편광광이 된다. 그 결과, 제 2 편광판에서 흡수되는 광을 줄일 수 있으므로, 광의 이용 효율이 높고, 밝은 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.

또한 도광판 (21) 이 광을 도광하는 원리는, 광이 광학적으로 조밀 (굴절률 n1) 과 성긴 (굴절률 n2) 매질의 경계면에 있어서 입사각 θa 가 하기 식 1 의 θc 에 이르면 전반사를 일으키는 것을 이용하고 있으며, θc 를 임계각이라고 한다.

sinθc = n2/n1 (식 1)

도광판 (21) 내를 도광하는 광은, 이면측 단위 광학 요소 (26) 에서의 전반사에 의해 출광면 (21d) 에 대한 입사각 θa 가 이 임계각 θc 보다 작아졌을 때, 도광판 (21) 으로부터 출사한다.

도 7 은 입사각과 P 성분과 S 성분의 각종 관계를 나타내는 도면이다. 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이, 입사각이 임계각보다 약간 작은 영역에서는, P 성분의 광과 S 성분의 광에서는 P 성분의 광의 반사율이 S 성분의 광의 반사율보다 작아진다. 따라서, 도광판 (21) 의 출광면 (21d) 에서 내측에 반사되는 광은, S 성분의 비율이 높은 편광광으로 하고, 출광면 (21d) 으로부터 출사하는 광을 P 성분의 비율이 높은 편광광으로 할 수 있다. 예를 들어, n1 = 1.5, n2 = 1.0 으로 하면, θa = 33°41'24" 일 때, P 성분의 반사율이 0 이 되어, P 성분의 광이 도광판 (21) 의 출사면으로부터 출사하고, 반사광은 S 성분만의 편광광으로 할 수 있다. 결과적으로, 도광판 (21) 의 출광면 (21d) 으로부터는 P 성분이 많은 편광광이 출사된다.

본 실시형태에서는, 도광판 (21) 의 굴절률 및 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 저각 θ4, θ5 를 출광면 (21d) 에 대한 입사각 θa 가 임계각 θc 보다 약간 작아지도록 형성하고 있다. 이와 같은 형태로 함으로써, 도광판 (21) 으로부터 출사하는 광은, P 성분이 많은 편광광으로서 출사된다. 또한, 입사각 θa 가 특정한 작은 영역으로 되어 있으므로, 출사 각도도 특정한 작은 영역으로 한정된다. 즉, 제 1 방향 (출사각 α 의 방향) 에 최대 강도를 갖고, 또한 P 성분의 비율이 높은 편광광을 제 1 지향성광 L1 로서 출광면 (21d) 으로부터 출사할 수 있다.

도광판 (21) 으로부터의 출사광 (제 1 지향성광 L1) 은, P 성분을 바람직하게는 52 ％ 이상, 보다 바람직하게는 55 ％ 이상 함유한다. 제 1 지향성광 L1 이 이와 같은 성질을 가짐으로써, 제 2 편광판에서 흡수되는 광을 줄일 수 있어, 광의 이용 효율이 높고, 밝은 액정 표시 장치를 얻을 수 있다. 또한, P 성분의 비율의 상한은, 이상적으로는 100 ％ 이고, 하나의 실시형태에 있어서는 60 ％ 이고, 다른 실시형태에 있어서는 57 ％ 이다.

다음으로, 프리즘 시트 (30) 에 대해 설명한다. 도 1 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 프리즘 시트 (30) 는, 시트상으로 형성된 기재부 (31) 와, 기재부 (31) 의 도광판 (21) 측 (Z1 측) 의 면 (입광면) 에 형성된 프리즘부 (32) 를 가지고 있다. 이 프리즘 시트 (30) 는, 도광판 (21) 으로부터 입사한 제 1 방향에 최대 강도를 갖는 제 1 지향성광 L1 을, 그 편광 상태를 유지한 채로, 단위 프리즘 (33) 내부에서의 전반사 등에 의해, 그 출광면 (30a) 의 대략 법선 방향 (도 6 중의 각도 β 가 대략 90°) 인 제 2 방향에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광 L2 로서 출광면 (30a) 으로부터 출사한다. 상기 서술한 바와 같이, 「제 1 방향에 최대 강도를 갖는 제 1 지향성광」 이란, 휘도의 강도 분포의 최대 강도의 피크가 제 1 방향에 있는 강도 분포를 갖는 광이라고 하는 의미이며, 여기서는 도광판 (21) 으로부터 출사한 광에 상당한다. 또, 「대략 법선 방향」 이란, 법선 방향으로부터 소정 각도 내의 방향, 예를 들어 법선 방향으로부터 ±10°의 범위 내의 방향을 포함한다.

기재부 (31) 는, 그 도광판 (21) 측 (Z1 측) 에 프리즘부 (32) 가 일체로 형성된 시트상의 부재이며, 프리즘부 (32) 의 담체가 되는 부재이다. 이 기재부 (31) 의 도광판 (21) 측과는 반대측 (Z2 측) 의 면이 출광면 (30a) 이 된다. 본 실시형태의 출광면 (30a) 은, 평탄하고 평활면으로서 형성되어 있다. 기재부 (31) 는, 통상적인 광학식 디스플레이나 액정 디스플레이의 면광원 장치 기구에 사용되는 필름상 등의 부재이다.

기재부 (31) 는 바람직하게는 실질적으로 광학적으로 등방성을 갖는다. 본 명세서에 있어서 「실질적으로 광학적으로 등방성을 갖는다」 란, 위상차값이 액정 표시 장치의 광학 특성에 실질적으로 영향을 주지 않을 정도로 작은 것을 말한다. 예를 들어, 기재부 (31) 의 면내 위상차 Re 는, 바람직하게는 20 ㎚ 이하이고, 보다 바람직하게는 10 ㎚ 이하이다. 면내 위상차가 이와 같은 범위이면, 도광판으로부터 출사한 제 1 지향성광의 편광 상태를 실질적으로 변화시키지 않고 (P 성분의 비율을 유지한 채로), 소정의 방향으로 제 2 지향성광으로서 출사할 수 있다. 또한 면내 위상차 Re 는, 23 ℃ 에 있어서의 파장 590 ㎚ 의 광으로 측정한 면내의 위상차값이다. 면내 위상차 Re 는, Re = (nx - ny) × d 로 나타낸다. 여기서, nx 는 광학 부재의 면내에 있어서 굴절률이 최대가 되는 방향 (즉, 지상축 방향) 의 굴절률이고, ny 는 당해 면내에서 지상축에 수직인 방향 (즉, 진상축 방향) 의 굴절률이며, d 는 광학 부재의 두께 (㎚) 이다.

기재부 (31) 는, 다른 실시형태에 있어서는, 면내 위상차를 가지고 있어도 된다. 기재부 (31) 의 면내 위상차 Re 는, 그 두께에 따라 크게 상이하지만, 예를 들어 100 ㎚ ∼ 10000 ㎚ 이다. 이 실시형태에 있어서는, 기재부의 지상축과 제 2 편광판의 투과축이 직교 또는 평행이 되도록 배치하면 된다.

또한, 기재부 (31) 의 광탄성 계수는, 바람직하게는 -10 × 10^-12 ㎡/N ∼ 10 × 10^-12 ㎡/N 이고, 보다 바람직하게는 -5 × 10^-12 ㎡/N ∼ 5 × 10^-12 ㎡/N 이고, 더욱 바람직하게는 -3 × 10^-12 ㎡/N ∼ 3 × 10^-12 ㎡/N 이다. 광탄성 계수가 이와 같은 범위이면, 일반적으로 액정 표시 장치가 사용된다고 상정되는 온도 범위 (0 ℃ ∼ 50 ℃) 및 습도 범위 (0 ％ ∼ 90 ％) 에 있어서, 기재부의 체적 변화에 의한 응력이 생겨도 면내 위상차가 거의 증가하지 않고, 또 일반적인 방법에 의해 기재부를 고정·첩부 (貼付) 등을 실시하는 것에 의한 응력이 인가되어도 동일하게 면내 위상차가 거의 증가하지 않고, 안정적인 면광원 장치의 특성이 얻어진다는 이점이 있다.

기재부 (31) 를 구성하는 재료는, 가시광선 전파장역에 투과 성능을 갖는 무색 투명한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 기재부 (31) 상에 전리 방사선 경화성 수지를 사용하여 프리즘을 형성하는 경우에는, 추가로 전리 방사선 투과성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, TAC (3 아세트산셀룰로오스) 나, PMMA 등의 아크릴 수지, PC 수지에 의해 형성된 필름이 바람직하고, 광학적인 등방성을 부여하는 관점에서 미연신 필름이 보다 바람직하다. 또, 기재부 (31) 의 두께는, 그 취급 용이함이나 강도에서 25 ㎛ ∼ 300 ㎛ 가 바람직하다. 또한 전리 방사선이란, 자외선, 전자선 등의 분자를 가교 내지 중합할 수 있는 에너지 양자를 갖는 방사선을 의미한다.

프리즘부 (32) 에는, 도 1 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 복수의 단위 프리즘 (33) 이 기재부 (31) 의 입광측 (Z1 측) 의 면에, 그 시트면을 따라 복수 병렬되어 형성되어 있다. 단위 프리즘 (33) 은 주상이며, 도광판의 광의 도광 방향에 직교하는 방향 (X 방향) 을 길이 방향으로 하고, 그 길이 방향으로 소정의 단면 형상을 유지하여 연장하며, 또한 도광판의 광의 도광 방향 (Y 방향) 으로 복수 병렬되어 있다. 여기서, 시트면이란, 각 광학 시트 등에 있어서, 그 시트 전체로서 보았을 때에 있어서의 시트의 평면 방향이 되는 면을 나타내는 것이며, 본 명세서 중, 및 특허청구의 범위에 있어서도 동일한 정의로서 사용하고 있다. 예를 들어, 프리즘 시트 (30) 의 시트면은, 프리즘 시트 (30) 전체로서 보았을 때에 있어서의 프리즘 시트 (30) 의 평면 방향이 되는 면이고, 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) 과 평행이며, 액정 표시 패널 (15) 의 관찰면과 실질적으로 평행한 면이다.

단위 프리즘 (33) 의 길이 방향 (능선 방향) 은, 표시 장치 (1) 를 정면 방향 (Z 방향) 에서 봐서, 액정 표시 패널 (15) 의 제 2 편광판 (14) 의 투과축과 대략 직교 방향을 향하고 있어도 된다. 즉, 표시 장치 (1) 의 표시면과 평행한 면 상에 있어서, 단위 프리즘 (33) 의 병렬 방향은, 액정 표시 패널 (15) 의 제 2 편광판 (14) 의 투과축과 대략 평행 방향으로 배열되어 있어도 된다. 또, 이 때, 단위 프리즘 (33) 의 길이 방향 (능선 방향) 은, 표시 장치 (1) 를 정면 방향 (Z 방향) 에서 봐서, 도광판 (21) 의 출광측 단위 광학 요소 (24) 의 길이 방향 (능선 방향) 과 대략 직교한다.

또한 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 액정 표시 장치에 있어서의 각 부재의 능선 방향 및/또는 축 방향은, 대표적으로는 서로 대략 직교 또는 대략 평행이지만, 액정층의 매트릭스 그리고 프리즘 시트 및 도광판의 단위 광학 요소의 피치나 배열에 따라서는 서로 간섭하여 모아레가 발생하는 경우가 있다. 그 경우에는, 단위 프리즘 (33) 의 능선 방향 그리고/혹은 도광판 (21) 의 출광측 단위 광학 요소 (24) 및/또는 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 능선 방향을 표시 장치 (1) 를 정면 방향 (Z 방향) 에서 봐서, 소정의 범위 내에서 경사지게 배치함으로써 모아레를 회피하는 것이 가능하다. 경사 배치의 범위로는, 바람직하게는 20°이하이고, 보다 바람직하게는 5°이하이다. 이 범위를 초과하면, 후술하는 광의 지향성에 대해 영향을 주는 경우가 있다.

도 8 은 본 실시형태의 프리즘 시트 (30) 의 프리즘부 (32) 를 설명하는 도면이다. 도 8 에서는 도 4(a) 에 나타내는 단면의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 단위 프리즘 (33) 은, 기재부 (31) 의 도광판 (21) 측의 면으로부터 도광판 (21) 측 (Z1 측) 으로 돌출한 형상을 가지고 있고, 기재부 (31) 의 시트면과 평행한 방향에 있어서의 단위 프리즘 (33) 의 폭은, 기재부 (31) 의 법선 방향 (Z 방향) 을 따라 기재부 (31) 로부터 멀어짐에 따라 작아지고 있다.

본 실시형태의 단위 프리즘 (33) 은, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 배열 방향 (Y 방향) 에 평행하고 또한 두께 방향 (Z 방향) 에 평행한 단면에 있어서의 단면 형상이 삼각형상이며, 이른바 삼각주 프리즘이다. 이 단위 프리즘 (33) 은, 도 8 에 나타내는 단면 형상이, 단위 프리즘 (33) 의 배열 방향에 있어서 광원부 (10) 측이 되는 제 1 사면 (34) 을 타방의 제 2 사면 (35) 보다 급사면으로 한 부등변 삼각형이다. 이 때, 제 1 사면 (34) 과 프리즘 시트 (30) 의 시트면의 법선 F 가 이루는 각 (입사면각) 을 φ1 로 하고, 제 2 사면 (35) 과 프리즘 시트 (30) 의 시트면의 법선 F 가 이루는 각 (반사면각) 을 φ2 로 하면, φ1 < φ2 이다. 이것은, 도광판 (21) 으로부터 제 1 방향으로 피크를 가지고 출광하는 제 1 지향성광 L1 을 출광면 (30a) 의 대략 법선 방향 (제 2 방향) 으로 향하게 하기 때문이다.

이 단위 프리즘 (33) 의 피치는 P 이며, 단면 형상에 있어서 기재부 (31) 측의 폭이 W 이다. 본 실시형태의 피치 P 는 폭 W 에 동등하다. 또한, 단위 프리즘 (33) 의 높이 (두께 방향에 있어서의 단위 프리즘 (33) 간의 곡저 (谷底) 가 되는 점으로부터 정점 t 까지의 치수) 가 H 이다.

이하, 단위 프리즘 (33) 에 입사하는 광의 거동에 대해 설명한다. 또한, 도 8 및 후술하는 도 9 에서는 설명의 편의상, 광의 거동으로는 각 광의 성분에 대응한 대표 광선을 화살표로 나타내고, 종횡의 치수비 및 각 층간의 치수비 등은 적절히 실제 치수와는 바꿔서 과장하여 나타내고 있다.

도광판 (21) 으로부터 출사되고, 제 1 방향에 최대 강도를 갖는 제 1 지향성광 L1 은 공기층 (굴절률 약 1.0) 을 직진한 후, 단위 프리즘 (33) 의 제 1 사면 (34) 에 입사하고, 단위 프리즘 (33) 내를 대략 직진하여 제 2 사면 (35) 에서 전반사되어, 단위 프리즘 (33) 의 배열 방향에 있어서 출광면 (30a) (시트면) 에 대해 대략 직교하는 방향 (제 2 방향) 에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광 L2 가 되어 출사한다. 이 때, 제 1 지향성광 L1 에서의 편광 방향의 편향은, 제 2 지향성광 L2 에 있어서도 유지되고 있다. 따라서, 제 2 사면 (35) 에서 반사된 광에, 시트면의 법선 방향으로 강한 지향성을 갖게 하는 것이 가능해지고, 그러한 지향성을 갖게 하지 않았던 경우에 비해, 액정 표시 패널 (15) 의 블랙 매트릭스에 의한 흡수가 억제되어, 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 강한 지향성을 갖게 함으로써, 그 광의 편광 방향이 흐트러지지 않는다. 또한, 제 1 사면 (34) 및 제 2 사면 (35) 은, 평탄면에 의해 구성되므로, 형상의 정밀도를 확보하는 것이 용이해지기 때문에, 품질 관리가 용이하고, 양산성을 향상시킬 수 있다.

도 8 에 나타내는 단위 프리즘 (33) 의 제 1 사면 (34) 의 경사 각도는, 제 1 지향성광 L1 이 최대 강도를 갖는 방향 (제 1 방향, 출사각 α) 에 의해 적절히 조정된다. 일반적으로는, 제 1 사면 (34) 과 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) (시트면) 에 대한 법선 F 가 이루는 각 φ1 은 30°∼ 37°이다. 또, 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면의 경사 각도는, 제 1 지향성광 L1 이 내부 반사에 의해, 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) (시트면) 의 법선 방향에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광 L2 가 되도록 조정된다. 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면이 법선 F 와 이루는 각 φ2 는, 제 1 지향성광 L1 이 최대 강도를 갖는 소정 방향에 의해 적절히 조정되고, 통상적으로 30°∼ 37°이며, φ2 > φ1 을 만족하는 것이 바람직하다. 단위 프리즘 (33) 의 높이 H 는, 단위 프리즘 (33) 의 피치 P 에 의해서도 바뀌지만, 피치 P 가 50 ㎛ 인 경우, 통상적으로 높이 H 는 30 ㎛ ∼ 45 ㎛ 이다. 단위 프리즘 (33) 의 피치 P 는 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 10 ㎛ ∼ 100 ㎛ 이다.

단위 프리즘 (33) 의 정점 t 는, 도 8 에 나타내는 바와 같은 뾰족한 형상이어도 되고, 도시하지 않지만 정점 t 근방이 면취된 곡면상으로 되어 있어도 되고, 선단 (先端) 이 평탄면이 되도록 커트되어 있어도 된다. 단위 프리즘 (33) 의 정점 t 의 선단이 커트되어 있는 경우, 단위 프리즘 (33) 의 높이 H 란, 두께 방향에 있어서의 단위 프리즘 (33) 간의 곡저가 되는 점에서부터 선단의 평탄면까지의 높이로 한다.

도 9 는 단위 프리즘 (33) 의 다른 실시형태를 나타내는 도면이다. 도 9 에서는 도 8 과 동일한 단면에 있어서의 단위 프리즘 (33) 의 형상을 나타내고 있다. 단위 프리즘 (33) 은, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 제 2 사면 (35) 이 경사 각도가 상이한 복수의 평탄면 (35a, 35b) 을 가지고 있는 형태로 해도 된다. 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면 (35a, 35b) 은, 제 1 사면 (34) 으로부터 입사한 제 1 지향성광 L1 (L1a, L1b) 을 각 평탄면에 도달한 성분마다 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) 에 대한 대략 법선 방향에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광 L2 (L2a, L2b) 가 되도록 내부 반사시키는 경사 각도를 가지고 있고, 그 경사 각도는 평탄면마다 개별적으로 제어 가능하다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면 중, 정점 t 측 (Z1 측) 의 평탄면 (35a) 과 법선 F 가 이루는 각 (제 1 반사면각) 은 φ2 이고, 제 2 사면 (35) 의 기재부 (31) 측 (Z2 측) 의 평탄면 (35b) 과 법선 F 가 이루는 각 (제 2 반사면각) 은 φ3 이다.

도광판 (21) 으로부터 출사되고, 제 1 방향에 최대 강도를 갖는 제 1 지향성광 L1 (L1a, L1b) 은, 공기층 (굴절률 약 1.0) 을 직진한 후, 단위 프리즘 (33) 의 제 1 사면 (34) 에 입사하여 단위 프리즘 (33) 내를 대략 직진하고, 제 2 사면 (35) 의 평탄면 (35a, 35b) 에서 각각 반사되어, 개개의 평탄면 (35a, 35b) 에 도달한 성분마다, 단위 프리즘 (33) 의 배열 방향에 있어서 출광면 (30a) (시트면) 에 대해 직교하는 방향 (제 2 방향) 에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광 L2 (L2a, L2b) 가 되어 출사한다. 또한 인접하는 단위 프리즘 (33) 에 의해 제 1 지향성광 L1 이 차단되기 때문에, 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면 중 기재부 (31) 측 (Z2 측) 에 가까운 평탄면일수록, 제 1 지향성광 L1 중, 시트면의 법선과 이루는 각도가 작은 성분밖에 도달하지 않는다. 도 9 의 실시형태에서는, 제 1 지향성광 L1 은, 제 2 사면 (35) 에 함유되는 개개의 평탄면에 도달하는 성분마다 L1a, L1b 로 나누어 도시하고 있다. 제 1 지향성광 L1 이란, 도광판 (21) 으로부터 출사되는 각 광의 성분 (도 9 에 나타내는 광 L1a, L1b) 이 합성된 광이다. 따라서, 도 9 에 나타내는 바와 같은 단위 프리즘 (33) 으로 한 경우에는, 제 2 지향성광 L2 의 지향성을 보다 강하게 할 수 있다.

따라서, 단위 프리즘 (33) 이 도 9 에 나타내는 바와 같은 형태인 경우에도, 각 평탄면 (35a, 35b) 으로부터 반사된 각 광의 성분이 합성된 광 (프리즘 시트 (30) 의 광출면으로부터의 출사광) 은, 시트면의 법선 방향에 강한 지향성을 갖게 하는 것이 가능해져, 그 광의 편광 방향이 흐트러지지 않는다. 또한, 도 9 에 나타내는 바와 같은 형태여도, 제 1 사면 (34) 및 제 2 사면 (35) 은, 평탄면에 의해 구성함으로써, 형상의 정밀도를 확보하는 것이 용이해지기 때문에, 품질 관리가 용이하고, 양산성을 향상시킬 수 있다.

도 9 에 나타내는 형태에 있어서, 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면의 경사 각도는, 제 1 지향성광 L1 이 내부 반사에 의해, 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) (시트면) 의 법선 방향에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광 L2 가 되도록 평탄면마다 개별적으로 조정된다. 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면의 경사 각도는, 단위 프리즘 (33) 의 정점 t 에 가까운 평탄면일수록, 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) (시트면) 에 대한 법선 F 와 이루는 각도가 큰 것이 바람직하다. 즉, 도 9 에 나타내는 단위 프리즘 (33) 의 경우, φ2 > φ3 인 것이 바람직하다. 이로써, 제 2 지향성광 L2 의 최대 강도의 피크를 보다 좁은 것으로 하여, 제 2 지향성광 L2 의 지향성을 향상시킬 수 있고, 정면 방향에 있어서의 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면이 법선 F 와 이루는 각 φ2, φ3 은, 제 1 지향성광 L1 이 최대 강도를 갖는 소정 방향에 의해 적절히 조정되며, 통상적으로 30°∼ 37°이다.

도 9 에 나타내는 바와 같이, 단위 프리즘 (33) 의 제 2 사면 (35) 이 2 개의 평탄면 (35a, 35b) 으로 이루어지는 경우, 제 2 사면 (35) 의 경사 각도가 변화하는 각 평탄면 (35a, 35b) 의 경계점을 형성하는 위치는, 제 1 지향성광의 지향 방향에 의해 적절히 조정된다. 이 경계점은, 단위 프리즘 (33) 의 높이 H 를 100 ％ 로 했을 때, 단위 프리즘 (33) 의 기저면 (단위 프리즘 (33) 간의 곡저가 되는 점이 위치하는 면) 으로부터의 높이가 20 ％ ∼ 80 ％ 인 위치에 형성된다.

또한 단위 프리즘 (33) 은, 제 2 사면 (35) 이 복수의 평탄면으로 이루어지는 경우, 그 평탄면의 수는 도시한 것에 한정되지 않고, 3 개 이상의 평탄면으로 이루어지는 것이어도 된다.

프리즘 시트 (30) 는, 통상은 형상의 정밀도가 우수하고, 또한 양산성이 우수한 점에서, 광 투과성을 갖는 시트상의 부재 등을 기재부 (31) 로 하고, 그 일방의 면에 프리즘부 (32) 를 형성한 형태가 되지만, 단일 재료를 압출 성형법 등에 의해 형성한 단층 구성으로 해도 된다. 광 투과성을 갖는 기재부의 일방의 면측에 프리즘부 (32) 를 형성하여 프리즘 시트 (30) 를 제조하는 경우의 프리즘부 형성용 재료와, 단일 재료를 압출 성형하여 단층 구성의 프리즘 시트 (30) 를 제조하는 경우의 광학 시트 형성용 재료는 동일한 재료를 사용할 수 있다. 이하, 프리즘부 형성용 재료 및 단층 구성의 프리즘 시트 형성용 재료를 총칭하여 프리즘용 재료라고 칭한다. 프리즘용 재료는, 예를 들어, 에폭시아크릴레이트계나 우레탄아크릴레이트계의 반응성 수지 (전리 방사선 경화성 수지 등) 를 사용하는 경우에는, 2P 법에 의한 성형이 가능하고, 기재 상, 또는 재료를 단독으로 금형 내에서 경화시켜 프리즘부를 성형할 수 있다. 또, 압출 성형에 의해 프리즘 시트를 형성하는 경우에는, 프리즘용 재료로서, PC, PET 등의 폴리에스테르 수지, PMMA, MS 등의 아크릴계 수지, 고리형 폴리올레핀 등의 광 투과성의 열가소성 수지를 사용할 수 있다. 또한 압출 성형에 의해 프리즘 시트를 성형하는 경우, 그 성형 조건에 의해 수지의 분자가 배향하여 복굴절이 발생하기 때문에, 분자가 배향하지 않는 조건으로 성형하는 것이 바람직하다.

프리즘 시트 (30) 의 제조 방법은 종래 공지된 방법을 적절히 사용할 수 있다. 예를 들어, 원하는 단위 프리즘 형상을 갖는 프리즘부 (32) 의 부형형에 자외선 경화성 수지 등의 프리즘부 형성용 재료를 넣고, 거기에 기재부 (31) 가 되는 기재를 중첩하며, 라미네이터 등을 사용하여 기재를 프리즘열 형성용 재료에 압착하면서 자외선 등을 조사하여 프리즘부 형성용 재료를 경화시키고, 프리즘열의 형을 박리 또는 제거하여 프리즘 시트 (30) 를 형성해도 된다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 2009-37204호의 도 2 참조). 또, 프리즘 형상에 대해 역요철 형상의 오목부를 갖는 회전하는 롤 오목판에 프리즘부 형성용 재료액을 도공 충전하고, 이것에 기재부 (31) 가 되는 부재를 공급하여 판면의 프리즘부 형성용 재료액의 위에서부터 롤 오목판으로 압압하고, 압압한 상태에서, 자외선 조사 등에 의해 프리즘부 형성용 재료액을 경화시킨 후에, 고화한 프리즘부 형성용 재료를 기재와 함께 회전하는 롤 오목판으로부터 박리하면, 프리즘 시트 (30) 는 연속 제조할 수 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 평5-169015호 참조). 또, 프리즘 시트 (30) 는, 상기와 같은 열가소성 수지를 사용하여 압출 성형법에 의해서도 제조 가능하다. 프리즘 시트 (30) 를 압출 성형할 때의 재료로는, 상기 서술한 프리즘 시트 형성 재료를 사용할 수 있다.

프리즘 시트 (30) 에 있어서의 편광 방향 제어의 방법과 그 효과에 대해 기술한다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 도광판 (21) 으로부터 출사된 제 1 방향에 최대 강도를 갖는 제 1 지향성광 L1 은, 프리즘 시트 (30) 의 단위 프리즘 (33) 의 제 2 사면 (35) 에서의 전반사 등에 의해 제 2 방향 (액정 표시 패널 (15) 의 법선 방향 (출사각 0°, 각도 β = 90°)) 에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광 L2 로서 출사된다. 이 때, 예를 들어, 프리즘부 (32) 의 굴절률 n1 이 1.50 인 경우, 공기의 굴절률 n2 는 1.0 이므로, θc 는 41°48'37" 이 되어, 입사각 θb ≥ θc 이면, 입사광은 전반사한다. 도 7(b), (c) 에 나타내는 바와 같이, 전반사 영역 (θb ≥ θc) 에서는, P 성분의 광과 S 성분의 광에서는, 입사각 θb 에 의해 위상이 상이하게 변화하여 출사하게 된다. 이 점이 출사하는 편광광의 편광 방향에 영향을 미친다. 이에 대해, 입사각 θb 를 제어함으로써, 액정 표시 패널 (15) 에 입사하는 광의 편광 방향을 제어할 수 있어, 광의 이용 효율의 향상을 도모할 수 있다. 본 실시형태에서는, 단위 프리즘 (33) 의 제 1 사면 (34) 및 제 2 사면 (35) 의 경사 각도나 굴절률을 제어함으로써, 입사각 θb 를 제어하고 있다. 이로써, 도 7(b), (c) 에 나타내는 바와 같은 전반사 영역에 있어서, P 성분과 S 성분의 위상차를 작게 하여, 편광광의 편광 방향에 대한 영향을 최소한으로 할 수 있다. 그 결과, 제 1 지향성광의 편광 상태를 실질적으로 유지하면서, 제 2 방향 (대략 법선 방향) 에 제 2 지향성광을 출사할 수 있다. 상기 서술한 바와 같이, 제 1 지향성광에 있어서는 P 성분의 비율이 높기 때문에, 그 편광 상태를 유지함으로써, 제 2 편광판 (14) 에 의해 흡수되는 광을 줄일 수 있어, 액정 표시 패널 (15) 에 대한 입사광을 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.

도 10 은 실시형태의 도광판 (21) 으로부터 출사되는 제 1 지향성광 L1 의 휘도의 강도 분포와, 프리즘 시트 (30) 로부터 출사되는 제 2 지향성광 L2 의 휘도의 강도 분포를 설명하는 도면이다. 도 10(a) 는 도광판 (21) 으로부터 출사되는 제 1 지향성광 L1 에 있어서의 휘도의 강도 분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 도 10(b) 는 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) 으로부터의 출사되는 제 2 지향성광 L2 에 있어서의 휘도의 강도 분포의 일례를 나타내는 그래프이다. 이 그래프는, 예를 들어, 고니오미터를 구비한 휘도계나 ELDIM 사 제조 EZ 콘트라스트 등의 배광 분포 측정 장치를 사용하여, 도광판 (21) 으로부터 출사된 광의 휘도의 강도 분포를 실온, 대기 중에서 측정하여 얻어진다.

본 실시형태의 도광판 (21) 으로부터 출사하는 제 1 지향성광은, 도 10(a) 에 나타내는 바와 같이, 화면 상하 방향 (Y 방향) 에 있어서, 도광판 (21) 의 출광면에 대한 법선에 대해, 측면 (21b) 측 (Y2 측) 에 약 73°의 방향에 최대 강도를 갖고, 60° ∼ 80°의 범위로 분포하고 있다. 또한 제 1 지향성광 L1 은, 이 범위의 법선과 이루는 각에 대다수의 광이 지향되고 있는 것이 바람직하지만, 그 범위 밖의 광이 존재하고 있어도 된다. 제 1 지향성광 L1 은, 그 강도 분포의 반치폭이 되는 각도 (반치폭각) 를 ±5°이상으로 할 수 있고, 통상적으로 ±10°∼ 20°이며, 또한 YZ 면내에 진동면을 갖는 편광 방향을 갖는 광 (P 성분) 의 비율이 높은 편광광이다. 반치폭이란, 휘도의 최대 강도의 피크에 있어서, 최대값을 100 ％ 로 했을 때, 이 최대값을 갖는 각도에서부터 휘도의 강도가 50 ％ 가 될 때의 각도까지의 각도의 차를 의미하며, 반치폭이 클수록 지향성은 약해진다.

프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) 으로부터의 출사광인 제 2 지향성광 L2 는, 도 10(b) 에 나타내는 바와 같이, 단위 프리즘 (33) 의 편향 작용에 의해, 시트면의 법선 방향에 최대 강도를 가지고 있고, 그 반치폭을 제 1 지향성광 L1 의 반치폭보다 작게 할 수 있다. 또, 본 실시형태의 프리즘 시트 (30) 는, 도광판 (21) 으로부터 출사한 광을, 그 단위 프리즘 (33) 의 광학 작용에 의해, 출광면 (30a) 으로부터의 출사광의 반치폭각을 ±20°이하로 할 수 있고, 보다 바람직한 형태로 함으로써, 반치폭각 ±10°이하로 할 수 있다. 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) 으로부터의 출사광은, 그 반치폭이 작을수록 정면 방향에 있어서의 휘도가 향상되고, 또한 지향성의 확산에 의한 편광 방향의 흐트러짐도 작아진다. 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태의 면광원 장치 (20) 는, 상기 서술한 도광판 (21) 및 프리즘 시트 (30) 를 구비함으로써, 면광원 장치 (20) 의 출광면 (프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a)) 으로부터, 그 법선 방향으로 반치폭각 ±20°이하가 되는 지향성이 높은 광, 대략 평행광을 출사할 수 있고, 또한 그 출사광을 제 2 편광판 (14) 의 투과축에 대략 평행한 방향, 즉 YZ 면내에 진동면을 갖는 편광 방향의 광 (P 성분) 의 비율이 높은 광으로 할 수 있다. 그 결과, 제 2 편광판 (14) 에 의해 흡수되는 광을 줄일 수 있어, 액정 표시 패널 (15) 에 대한 입사광을 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.

도 11 은 본 실시형태의 도광판 (21) 및 프리즘 시트 (30) 로부터의 출사광의 편광 방향과, 제 1 편광판 (13) 의 투과축 및 제 2 편광판 (14) 의 투과축의 관계를 나타내는 도면이다. 상기 서술한 바와 같이, 도광판 (21) 으로부터 출사하는 광 (제 1 지향성광) 은 P 성분의 비율이 높고, 그 주된 편광 방향은, 도 11(a) 에 나타내는 바와 같이, 거의 화살표 D1 방향 (Y 방향) 이다. 또, 도광판 (21) 으로부터 출사한 광은, 프리즘 시트 (30) 에 의해 그 강도의 피크 방향이 편향되어 출사한다. 이 때, 단위 프리즘 (33) 의 계면에서의 전반사에 의해 편향되고, 또한 프리즘 시트 (30) 의 기재부 (31) 는, 복굴절성을 갖지 않은 부재이므로, 프리즘 시트 (30) 로부터 출사하는 광 (제 2 지향성광) 의 편광 방향은, 도 11(b) 에 나타내는 바와 같이, 거의 화살표 D2 방향 (Y 방향) 이다. 즉, 면광원 장치 (20) 로부터 출사하는 광은, 주로 화살표 D2 방향의 편광 방향을 갖는 편광광이다.

면광원 장치 (20) 로부터 출사한 광은, 액정 표시 패널 (15) 의 제 2 편광판 (14) 에 입사한다. 이 제 2 편광판 (14) 의 투과축은, 도 11(c) 에 나타내는 바와 같이, 거의 화살표 D3 방향 (Y 방향) 이다. 이 제 2 편광판 (14) 의 투과축의 방향 D3 은, 이면측 단위 광학 요소 (26) 의 배열 방향 및 단위 프리즘 (33) 의 배열 방향에 대략 평행한 방향 (Y 방향) 이다. 또, 제 1 편광판 (13) 의 투과축은, 도 11(d) 에 나타내는 바와 같이, 거의 화살표 D4 방향 (X 방향) 이다. 따라서, 면광원 장치 (20) (프리즘 시트 (30)) 로부터 출사한 광의 주된 편광 방향 D2 와, 제 2 편광판 (14) 의 투과축 D3 은 평행이다. 또, 제 1 편광판 (13) 의 투과축 D4 는, 제 2 편광판 (14) 의 투과축 D3 에 직교하고 있고, 전계 인가된 액정 셀 (12) 에 의해 90°편광 방향이 회전한 광의 편광 방향에 대략 평행이다. 또한, 액정 표시 패널 (15) 에 입사하는 광은, 그 반치폭이 종래의 것에 비해 좁고, 지향성이 높은 것으로 되어 있으므로, 편광 방향의 흐트러짐 등이 작다. 따라서, 면광원 장치 (20) (프리즘 시트 (30)) 로부터 제 2 편광판 (14) 에서 흡수되는 광 (편광광) 의 양을 대폭 저감시킬 수 있어, 광의 이용 효율이 향상된다.

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 도광판 (21) 으로부터 출사한 편광광에 있어서의 P 성분의 비율이 높고, 제 1 방향에 최대 강도를 갖는 제 1 지향성광 L1 의 출사 방향을 프리즘 시트 (30) 에 의해 제 2 방향 (액정 표시 장치 (1) 의 화면 정면 방향) 으로 편향되고, 또한 그 편광 상태를 유지하고, 제 2 편광판 (14) 의 투과축과 평행한 편광 방향을 갖는 편광광을 많이 포함하는 광으로서 출사한다. 또한, 제 1 편광판 (13) 의 투과축은, 제 2 편광판 (14) 의 투과축에 직교하고 있고, 전계 인가된 액정 셀 (12) 에 의해 90°편광 방향이 회전한 광의 편광 방향에 대략 평행이다. 따라서, 액정 표시 패널 (15) 의 투과율을 최대로 할 수 있고, 표시 장치 (1) 의 광의 이용 효율을 향상시킬 수 있어, 밝은 영상을 표시할 수 있다.

여기까지 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명의 기술적 사상으로부터 일탈하지 않고 여러 가지 개변을 실시할 수 있는 것은 당업자에게 분명하다. 본 발명은 그러한 개변을 모두 포함한다. 이하, 가능한 개변 중 몇 가지의 대표예를 설명한다. 이하에 설명하는 가능한 개변의 형태 및 설명을 생략하고, 당업자에게 자명한 개변의 형태를 적절히 조합해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

(1) 프리즘 시트 (30) 는, 충분한 강성 등을 가지고 있으면, 기재부 (31) 를 구비하지 않고 프리즘부 (32) 만의 형태로 해도 된다. 또, 프리즘 시트 (30) 는, 제 2 편광판 (14) 및 편광 선택 반사 시트 (16) 와는 별체인 형태에 한정되지 않고, 제 2 편광판 (14) 또는 편광 선택 반사 시트 (16) 의 도광판 (21) 측 (Z1 측) 에 프리즘부 (32) 를 일체화한 형태로 해도 된다. 이와 같은 형태이면, 기재부 (31) 에 의한 광의 편광 방향에 대한 영향을 대폭 저감시킬 수 있으므로, 보다 밝은 액정 표시 장치를 얻을 수 있다. 또, 부재수를 저감시킬 수 있으므로, 저렴하게 제조할 수 있고, 또한 액정 표시 장치의 박형화에 기여할 수 있다. 액정 표시 장치의 박형화는, 디자인의 선택폭을 확대하므로 상업적인 가치가 크다. 또한, 이와 같은 형태이면, 프리즘 시트를 면광원 장치 (실질적으로는 도광판) 에 장착할 때의 문지름에 의한 프리즘 시트의 흠집을 회피할 수 있으므로, 그러한 흠집에서 기인하는 표시의 탁함을 방지할 수 있다. 예를 들어, 편광판에 프리즘 시트를 일체화시킨 프리즘 시트가 부착된 편광판을 제 2 편광판으로서 사용할 수 있다. 이하, 프리즘 시트가 부착된 편광판에 바람직하게 사용될 수 있는 편광자의 구체적인 특성 및 재료 등의 대표예를 설명한다.

상기 편광자의 파장 589 ㎚ 의 투과율 (단체 투과율이라고도 한다) 은, 바람직하게는 41 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 42 ％ 이상이다. 또한 단체 투과율의 이론적인 상한은 50 ％ 이다. 또, 편광도는, 바람직하게는 99.5 ％ ∼ 100 ％ 이고, 더욱 바람직하게는 99.9 ％ ∼ 100 ％ 이다. 상기의 범위이면, 액정 표시 장치에 사용했을 때에 정면 방향의 콘트라스트를 보다 더 높게 할 수 있다.

상기 단체 투과율 및 편광도는, 분광 광도계를 사용하여 측정할 수 있다. 상기 편광도의 구체적인 측정 방법으로는, 상기 편광자의 평행 투과율 (H₀) 및 직교 투과율 (H₉₀) 을 측정하여, 식 : 편광도 (％) = {(H₀ - H₉₀)/(H₀ + H₉₀)}^1/2 × 100 으로부터 구할 수 있다. 상기 평행 투과율 (H₀) 은, 동일한 편광자 2 장을 서로의 흡수축이 평행이 되도록 중첩하여 제조한 평행형 적층 편광자의 투과율의 값이다. 또, 상기 직교 투과율 (H₉₀) 은, 동일한 편광자 2 장을 서로의 흡수축이 직교하도록 중첩하여 제조한 직교형 적층 편광자의 투과율의 값이다. 또한 이들 투과율은, JlS Z 8701-1982 의 2 도 시야 (C 광원) 에 의해 시감도 보정을 실시한 Y 값이다.

상기 편광자로는 목적에 따라 임의의 적절한 편광자가 채용될 수 있다. 예를 들어, 폴리비닐알코올계 필름, 부분 포르말화폴리비닐알코올계 필름, 에틸렌·아세트산비닐 공중합체계 부분 비누화 필름 등의 친수성 고분자 필름에, 요오드나 이색성 염료 등의 이색성 물질을 흡착시켜 1 축 연신한 것, 폴리비닐알코올의 탈수 처리물이나 폴리염화비닐의 탈염산 처리물 등의 폴리엔계 배향 필름 등을 들 수 있다. 또, 미국 특허 5,523,863호 등에 개시되어 있는 이색성 물질과 액정성 화합물을 함유하는 액정성 조성물을 일정 방향으로 배향시킨 게스트·호스트 타입의 E 형 및 O 형 편광자, 미국 특허 6,049,428호 등에 개시되어 있는 리오트로픽 액정을 일정 방향으로 배향시킨 E 형 및 O 형 편광자 등도 사용할 수 있다.

이와 같은 편광자 중에서도, 높은 편광도를 갖는다는 관점에서, 요오드를 함유하는 폴리비닐알코올계 필름에 의한 편광자가 바람직하게 사용된다. 편광자에 적용되는 폴리비닐알코올계 필름의 재료에는, 폴리비닐알코올 또는 그 유도체가 사용된다. 폴리비닐알코올의 유도체로는, 폴리비닐포르말, 폴리비닐아세탈 등을 들 수 있는 외에, 에틸렌, 프로필렌 등의 올레핀, 아크릴산, 메타크릴산, 크로톤산 등의 불포화 카르복실산이나, 그 알킬에스테르, 아크릴아미드 등으로 변성한 것을 들 수 있다. 폴리비닐알코올의 중합도는, 1000 ∼ 10000 정도, 비누화도는 80 몰％ ∼ 100 몰％ 정도의 것이 일반적으로 사용된다.

상기 폴리비닐알코올계 필름 (미연신 필름) 은, 통상적인 방법에 따라 1 축 연신 처리, 요오드 염색 처리가 적어도 실시된다. 나아가서는, 붕산 처리, 요오드 이온 처리를 실시할 수 있다. 또, 상기 처리가 실시된 폴리비닐알코올계 필름 (연신 필름) 은, 통상적인 방법에 따라 건조되어 편광자가 된다.

1 축 연신 처리에 있어서의 연신 방법은 특별히 제한되지 않고, 습윤 연신법과 건식 연신법 모두 채용할 수 있다. 건식 연신법의 연신 수단으로는, 예를 들어, 롤간 연신 방법, 가열 롤 연신 방법, 압축 연신 방법 등을 들 수 있다. 연신은 다단으로 실시할 수도 있다. 상기 연신 수단에 있어서, 미연신 필름은, 통상적으로 가열 상태가 된다. 통상적으로 미연신 필름은 30 ㎛ ∼ 150 ㎛ 정도의 것이 사용된다. 연신 필름의 연신 배율은 목적에 따라 적절히 설정할 수 있지만, 연신 배율 (총 연신 배율) 은 2 배 ∼ 8 배 정도, 바람직하게는 3 배 ∼ 6.5 배, 더욱 바람직하게는 3.5 배 ∼ 6 배이다. 연신 필름의 두께는 5 ㎛ ∼ 40 ㎛ 정도가 바람직하다.

요오드 염색 처리는, 폴리비닐알코올계 필름을 요오드 및 요오드화칼륨을 함유하는 요오드 용액에 침지함으로써 실시된다. 요오드 용액은, 통상적으로 요오드 수용액이고, 요오드 및 용해 보조제로서 요오드화칼륨을 함유한다. 요오드 농도는, 바람직하게는 0.01 중량％ ∼ 1 중량％ 정도, 보다 바람직하게는 0.02 중량％ ∼ 0.5 중량％ 이고, 요오드화칼륨 농도는, 바람직하게는 0.01 중량％ ∼ 10 중량％ 정도, 보다 바람직하게는 0.02 중량％ ∼ 8 중량％ 이다.

요오드 염색 처리에 있어서, 요오드 용액의 온도는, 통상적으로 20 ℃ ∼ 50 ℃ 정도, 바람직하게는 25 ℃ ∼ 40 ℃ 이다. 침지 시간은 통상적으로 10 초간 ∼ 300 초간 정도, 바람직하게는 20 초간 ∼ 240 초간의 범위이다. 요오드 염색 처리에 있어서는, 요오드 용액의 농도, 폴리비닐알코올계 필름의 요오드 용액에 대한 침지 온도, 침지 시간 등의 조건을 조정함으로써, 폴리비닐알코올계 필름에 있어서의 요오드 함유량 및 칼륨 함유량이 원하는 범위가 되도록 조정한다. 요오드 염색 처리는, 1 축 연신 처리 전, 1 축 연신 처리 중, 1 축 연신 처리 후 중 어느 단계에서 실시해도 된다.

붕산 처리는 붕산 수용액에 폴리비닐알코올계 필름을 침지함으로써 실시한다. 붕산 수용액 중의 붕산 농도는, 2 중량％ ∼ 15 중량％ 정도, 바람직하게는 3 중량％ ∼ 10 중량％ 이다. 붕산 수용액 중에는, 요오드화칼륨에 의해 칼륨 이온 및 요오드 이온을 함유시킬 수 있다. 붕산 수용액 중의 요오드화칼륨 농도는 0.5 중량％ ∼ 10 중량％ 정도, 나아가서는 1 중량％ ∼ 8 중량％ 로 하는 것이 바람직하다. 요오드화칼륨을 함유하는 붕산 수용액은, 착색이 적은 편광자, 즉 가시광의 거의 전파장역에 걸쳐 흡광도가 거의 일정한 이른바 뉴트럴 그레이의 편광자를 얻을 수 있다.

요오드 이온 처리에는, 예를 들어 요오드화칼륨 등에 의해 요오드 이온을 함유시킨 수용액을 사용한다. 요오드화칼륨 농도는 0.5 중량％ ∼ 10 중량％ 정도, 나아가서는 1 중량％ ∼ 8 중량％ 로 하는 것이 바람직하다. 요오드 이온 함침 처리에 있어서, 그 수용액의 온도는, 통상적으로 15 ℃ ∼ 60 ℃ 정도, 바람직하게는 25 ℃ ∼ 40 ℃ 이다. 침지 시간은 통상적으로 1 초 ∼ 120 초 정도, 바람직하게는 3 초 ∼ 90 초간의 범위이다. 요오드 이온 처리의 단계는, 건조 공정 전이면 특별히 제한은 없다. 후술하는 수(水)세정 후에 실시할 수도 있다.

상기 처리가 실시된 폴리비닐알코올계 필름 (연신 필름) 은, 통상적인 방법에 따라, 수세정 공정, 건조 공정에 제공할 수 있다.

건조 공정은, 임의의 적절한 건조 방법, 예를 들어, 자연 건조, 송풍 건조, 가열 건조 등을 채용할 수 있다. 예를 들어, 가열 건조의 경우에는, 건조 온도는 대표적으로는 20 ℃ ∼ 80 ℃, 바람직하게는 25 ℃ ∼ 70 ℃ 이고, 건조 시간은 바람직하게는 1 분 ∼ 10 분간 정도이다. 또, 건조 후의 편광자의 수분율은 바람직하게는 10 중량％ ∼ 30 중량％ 이고, 보다 바람직하게는 12 중량％ ∼ 28 중량％ 이며, 더욱 바람직하게는 16 중량％ ∼ 25 중량％ 이다. 수분율이 과도하게 크면, 편광판을 건조시킬 때, 편광자의 건조에 수반하여 편광도가 저하되는 경향이 있다. 특히 500 ㎚ 이하의 단파장 영역에 있어서의 직교 투과율이 증대되는, 즉, 단파장의 광이 누설되기 때문에, 흑표시가 청색으로 착색되는 경향이 있다. 반대로, 편광자의 수분율이 과도하게 작으면, 국소적인 요철 결함 (쿠닉 결함) 이 발생하기 쉽다는 등의 문제를 일으키는 경우가 있다.

(2) 프리즘 시트 (30) 의 단위 프리즘 (33) 은, 그 배열 방향에 평행하고 또한 두께 방향에 평행한 단면에 있어서, 그 단면 형상이, 정점을 지나 시트면에 직교하는 직선에 대해 비대칭인 형태에 한정되지 않고, 상기 단면 형상이 이등변 삼각형상과 같이 대칭인 형태로 해도 된다. 단면 형상이 이등변 삼각형의 단위 프리즘으로 하는 경우, 도광판 (21) 으로부터의 출사광의 휘도 분포를, 실시형태에 나타낸 프리즘 시트 (30) 보다, 보다 좁은 분포로 하는 것이 집광성을 높이는 관점에서 바람직하다. 또한, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 단면 형상이, 정점을 지나 시트면에 직교하는 직선에 대해 대칭인 다각형 형상으로 해도 된다. 이와 같은 단면 형상이 대칭인 형상의 단위 프리즘 (33) 을 구비하는 프리즘 시트는, 2 등식의 면광원 장치에도 적용할 수 있다.

도 12 에 나타내는 단위 프리즘 (33) 의 변형 형태에 대해 간단하게 설명한다. 이 단위 프리즘 (33C) 은, 제 1 사면 (34C) 및 제 2 사면 (35C) 의 양방이 복수의 평탄면을 가지고 있고, 그 단면 형상이, 그 정점 t 를 지나 시트면에 직교하는 선에 대해 대칭인 형상으로 되어 있다. 단위 프리즘 (33C) 은, 경사 각도가 상이한 2 개의 평탄면 (34a, 34b) 으로 이루어지는 제 1 사면 (34C) 과, 경사 각도가 상이한 2 개의 평탄면 (35a, 35b) 으로 이루어지는 제 2 사면 (35C) 을 갖는 대략 삼각주 형상 (다각형 형상) 이다. 이 때, 단위 프리즘 (33C) 은, 제 1 사면 (34C) 이 측면 (21a) 측, 제 2 사면 (35C) 이 측면 (21b) 측이 되도록 배치된다. 도 12 에 나타내는 단위 프리즘 (33C) 에 대해, 측면 (21a, 21b) 으로부터 입사한 광은, 도광판 (21) 내를 도광하고, 도광판 (21) 으로부터 제 1 지향성광으로서 출사된다. 이 제 1 지향성광은, 제 1 사면 (34C) 의 평탄면 (34a, 34b), 제 2 사면 (35C) 의 평탄면 (35a, 35b) 으로부터 입사한다. 단위 프리즘 (33C) 에서는, 제 1 사면 (34C) 의 각 평탄면 (34a, 34b) 의 경사 각도는, 상기 서술한 바와 같이 도광판 (21) 으로부터의 제 1 지향성광이 입사 가능한 각도이며, 또한 제 2 사면 (35C) 으로부터 입사한 광을 시트면의 법선 방향에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광으로서 반사할 수 있는 각도이기도 하다. 또한, 제 2 사면 (35C) 의 각 평탄면 (35a, 35b) 의 경사 각도는, 제 1 사면 (34C) 으로부터 입사한 광을 시트면의 법선 방향에 최대 강도를 갖는 제 2 지향성광으로서 반사할 수 있는 각도이며, 또한 도광판 (21) 으로부터의 제 1 지향성광이 입사 가능한 각도이다. 제 1 사면 (34C) 의 각 평탄면 (34a, 34c) 의 경사 각도의 바람직한 조건은, 상기 서술한 도 6 이나 도 7(a) 에 나타내는 제 2 사면 (35) 의 각 평탄면에 있어서 바람직한 조건과 동일하다. 단위 프리즘 (33) 을 이와 같은 형태로 함으로써, 2 등식의 면광원 장치를 구비하는 액정 표시 장치에 있어서도, 광의 이용 효율을 향상시켜 밝은 영상을 표시할 수 있다. 또한 상기와 같은 형상에 한정되지 않고, 단위 프리즘 (33) 은, 삼각형의 정점부가 짧은 상저 (上底) 가 되는 사다리꼴이어도 되고, 적어도 일방의 사면이 도광판 (21) 측에 볼록한 곡면상이어도 된다.

(3) 도광판 (21) 은, 기부 (22) 의 두께가 대략 일정한 형태에 한정되지 않고, 1 개의 측면측에 광원부 (10) 를 형성하는 경우에는, 광원부 (10) 를 형성하는 측의 측면 (21a) 측이 가장 두껍고, 대향하는 측면 (21b) 측을 향함에 따라 서서히 얇아지는 테이퍼 형상이어도 된다. 이와 같은 형태로 함으로써, 광의 이용 효율과 휘도의 균일성을 높일 수 있다. 또, 광원부 (10) 를 도광판 (21) 의 양측면 (21a, 21b) 에 배치한 2 등식 면광원 장치의 경우에는, 이면측을 중앙부가 얇아지는 아치상의 것으로 한 것 등이어도 된다. 또한, 도광판 (21) 은, 일본 공개특허공보 2007-220347호, 일본 공개특허공보 2011-90832호, 일본 공개특허공보 2004-213019호, 일본 공개특허공보 2008-262906호 등에 기재된 이면측 단위 광학 요소 (26) 나 출광측 단위 광학 요소 (24) 등을 구비한 형태로 해도 된다.

(4) 프리즘 시트 (30) 는, 필요에 따라 편광을 흐트러뜨리지 않을 정도로 광 확산 기능을 부여하기 위해 광 확산층을 구비하는 형태로 해도 된다. 광 확산층은, 예를 들어, 광 확산성 미립자가 투광성 수지에 분산된 층 등을 사용할 수 있다. 이 광 확산층은, 프리즘 시트 (30) 의 임의의 위치에 형성할 수 있다. 예를 들어, 출광면 (30a) 상에 형성되어 있어도 되고, 두께 방향에 있어서 기재부 (31) 와 프리즘부 (32) 사이에 형성되어 있어도 된다.

(5) 프리즘 시트 (30) 의 출광면 (30a) 은, 평활면인 형태에 한정되지 않고, 예를 들어, 출광면 (30a) 의 표면에, 바람직하게는 평균 돌기 높이 (예를 들어, JIS B 0601 (1994년판) 에 규정된 10 점 평균 조도 Rz) 가 가시광선 파장역 (대표적으로는 0.38 ㎛ ∼ 0.78 ㎛) 이상의 미소 돌기군을 갖는 매트층을 형성해도 된다. 매트층을 형성함으로써, 다른 부재와의 밀착에 의한 간섭을 방지하고, 및/또는 흠집 등 외관의 문제를 숨길 수 있다. 매트층은, 바람직하게는 제 1 지향성광의 편광 방향을 흐트러뜨리지 않을 정도의 미세 요철 형상을 갖는다. 매트층은, 매트제의 코팅이나 엠보싱 가공 등을 적절히 사용함으로써 형성할 수 있다. 매트제를 코팅한 경우에는, 프리즘부 (32) 와 코팅에 의해 형성된 매트층의 신축의 밸런스를 조정할 수 있어, 프리즘 시트 (30) 의 휨이나 굴곡 등의 변형을 억제한다는 효과도 얻어진다.

(6) 면광원 장치 (20) 는, 목적에 따라 임의의 적절한 위치에 임의의 적절한 광학 시트를 추가로 가지고 있어도 된다. 예를 들어, 면광원 장치 (20) 는, 도광판 (21) 과 프리즘 시트 (30) 사이, 및/또는 프리즘 시트 (30) 와 액정 표시 패널 (15) 사이에, 광 확산 시트, 렌즈 어레이 시트 등을 가지고 있어도 된다. 면광원 장치가 광 확산 시트를 갖는 경우에는, 액정 표시 장치의 시야각을 확대할 수 있다.

(7) 액정 표시 장치는, 목적에 따라 임의의 적절한 위치에 임의의 적절한 광학 보상 필름 (본 명세서에 있어서, 이방성 광학 소자, 위상차 필름, 보상판이라고도 칭하는 경우가 있다) 을 추가로 가지고 있어도 된다. 광학 보상 필름의 배치 위치, 사용 장수, 복굴절성 (굴절률 타원체) 등은, 액정 셀의 구동 모드, 원하는 특성 등에 따라 적절히 선택될 수 있다.

예를 들어, 액정 셀이 IPS 모드인 경우에는, 액정 표시 장치는, 액정 셀 (12) 과 제 2 편광판 (14) 사이에 배치된 nx₁ > ny₁ > nz₁ 을 만족하는 제 1 이방성 광학 소자와, 그 제 1 이방성 광학 소자와 액정 셀 사이에 배치된 nz₂ > nx₂ > ny₂ 의 관계를 만족하는 제 2 이방성 광학 소자를 구비해도 된다. 제 2 광학 이방성 소자는 nz₂ > nx₂ = ny₂ 를 만족하는, 이른바 포지티브 C 플레이트여도 된다. 그 제 1 이방성 광학 소자의 지상축과 그 제 2 이방성 광학 소자의 지상축은 직교해도 되고 평행이어도 되고, 시야각과 생산성을 고려하면 평행인 것이 바람직하다. 또한, 이 때, 바람직한 위상차 범위로는,

60 ㎚ < Re₁ < 140 ㎚

1.1 < Nz₁ < 1.7

10 ㎚ < Re₂ < 70 ㎚

-120 ㎚ < Rth₂ < -40 ㎚

여기서, Re 는 이방성 광학 소자의 면내 위상차이고, 상기에서 정의한 바와 같다. Rth 는 이방성 광학 소자의 두께 방향의 위상차이고, Rth = {(nx₁ + ny₂)/2 - nz₂} × d₂ 로 나타낸다. Nz 는 Nz 계수이며, Nz = (nx₁ - nz₁)/(nx₁ - ny₁) 로 나타낸다. 여기서, nx 및 ny 는 상기에서 정의한 바와 같다. nz 는, 광학 부재 (여기서는 제 1 이방성 광학 소자 또는 제 2 이방성 광학 소자) 의 두께 방향의 굴절률이다. 또한, 첨자인 「1」 및 「2」 는, 각각 제 1 이방성 광학 소자 및 제 2 이방성 광학 소자를 나타낸다.

혹은, 제 1 이방성 광학 소자가 nx₁ > nz₁ > ny₁ 을 만족하고, 또한 제 2 이방성 광학 소자가 nx₂ = ny₂ > nz₂ 를 만족하는, 이른바 네거티브 C 플레이트여도 된다. 또한 본 명세서에 있어서는, 예를 들어 「nx = ny」 는, nx 와 ny 가 엄밀하게 동등한 경우뿐만 아니라, nx 와 ny 가 실질적으로 동등한 경우도 포함한다. 본 명세서에 있어서 「실질적으로 동등한」 이란, 액정 표시 장치의 전체적인 광학 특성에 실용상의 영향을 주지 않는 범위에서 nx 와 ny 가 상이한 경우도 포함하는 취지이다. 따라서, 본 실시형태에 있어서의 네거티브 C 플레이트는 2 축성을 갖는 경우를 포함한다.

제 2 이방성 광학 소자는, 목적이나 원하는 특성에 따라 생략되어도 된다.

액정 셀이 IPS 모드인 경우에는, 액정 표시 패널은, 이른바 O 모드여도 되고, 이른바 E 모드여도 된다. 「O 모드의 액정 표시 패널」 이란, 액정 셀의 광원측에 배치된 편광자의 흡수축 방향과 액정 셀의 초기 배향 방향이 실질적으로 평행한 것을 말한다. 「E 모드의 액정 패널」 이란, 액정 셀의 광원측에 배치된 편광자의 흡수축 방향과, 액정 셀의 초기 배향 방향이 실질적으로 직교하는 것을 말한다. 「액정 셀의 초기 배향 방향」 이란, 전계가 존재하지 않는 상태에서, 액정층에 함유되는 액정 분자가 배향한 결과 생기는 액정층의 면내 굴절률이 최대가 되는 방향을 말한다. O 모드의 경우에는, 상기 이방성 광학 소자는 제 1 편광판과 액정 셀 사이에 배치될 수 있고, E 모드의 경우에는, 상기 이방성 광학 소자는 제 2 편광판과 액정 셀 사이에 배치될 수 있다.

또 예를 들어, 액정 셀이 VA 모드인 경우에는, 액정 표시 장치는, 편광판으로서 원 편광판을 사용해도 된다. 즉, 제 1 편광판은, 편광자의 액정 셀측에 λ／4 판으로서 기능하는 이방성 광학 소자를 구비해도 되고, 제 2 편광판은, 편광자의 액정 셀측에 λ／4 판으로서 기능하는 이방성 광학 소자를 구비해도 된다. 제 2 편광판은, 상기 이방성 광학 소자와 편광자 사이에 nz > nx > ny 의 굴절률의 관계를 갖는 다른 이방성 광학 소자를 구비해도 된다. 또한, 그 액정 셀의 위상차 파장 분산값 (Recell[450]/Recell[550]) 을 αcell 로 하고, 상기 제 1 편광판 및 제 2 편광판의 이방성 광학 소자의 평균 위상차 파장 분산값 (Re(λ／4)[450]/Re(λ／4)[550]) 을 α(λ／4) 로 했을 때, α(λ／4)/αcell 이 0.95 ∼ 1.02 인 것이 바람직하다. 또한, 제 1 편광판의 편광자의 흡수축과 상기 이방성 광학 소자의 지상축이 이루는 각은, 실질적으로 45°또는 실질적으로 135°인 것이 바람직하다. 또한, 상기 이방성 광학 소자의 Nz 계수는 1.1 < Nz ≤ 2.4 의 관계를 만족하는 것이 바람직하고, 상기 다른 이방성 광학 소자의 Nz 계수는 -2 ≤ Nz ≤ -0.1 의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.

액정 셀이 VA 모드인 경우에는, 액정 표시 장치는 또한 편광판으로서 직선 편광판을 사용해도 된다. 즉, 제 1 편광판은, 편광자의 액정 셀측에 λ／4 판 이외의 이방성 광학 소자를 구비해도 되고, 제 2 편광판은, 편광자의 액정 셀측에 λ／4 판 이외의 이방성 광학 소자를 구비해도 된다. 상기 제 1 편광판 및 제 2 편광판의 이방성 광학 소자는, 각각 1 장이어도 되고, 2 장 이상이어도 된다. 이와 같은 직선 편광판에 있어서의 이방성 광학 소자는, 액정 셀의 복굴절이나 경사 방향에서 보았을 경우의 편광자의 흡수축의 겉보기상 이루는 각이 어긋나는 것 등에서 기인하는 광 누설을 복굴절에 의해 보상하는 것이며, 그 광학 특성은 목적 등에 따라 임의의 적절한 것을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이방성 광학 소자는, 바람직하게는 nx > ny > nz 의 관계를 만족할 수 있다. 보다 구체적으로는, 이방성 광학 소자의 면내 위상차 Re 는, 바람직하게는 20 ㎚ ∼ 200 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 30 ㎚ ∼ 150 ㎚ 이고, 더욱 바람직하게는 40 ㎚ ∼ 100 ㎚ 이다. 이방성 광학 소자의 두께 방향의 위상차 Rth 는, 바람직하게는 100 ㎚ ∼ 800 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 100 ㎚ ∼ 500 ㎚ 이고, 더욱 바람직하게는 150 ㎚ ∼ 300 ㎚ 이다. 이방성 광학 소자의 Nz 계수는, 바람직하게는 1.3 ∼ 8.0 이다.

(8) 도광판 (21) 은 광 산란재를 함유하고 있어도 된다. 예를 들어, 도광판 (21) 의 기부 (22) 는, 대략 균일하게 분산된 광 산란재 (광 확산성 입자 : 도시 생략) 를 함유하고 있어도 된다. 광 산란재는, 기부 (22) 내를 진행하는 광에 대해, 반사나 굴절 등에 의해, 그 광의 진로 방향을 변화시켜 확산 (산란) 시키는 기능을 가지고 있다. 광 산란재는, 기부 (22) 의 모재와는 상이한 굴절률을 갖는 재료에 의해 형성된 입자로 해도 되고, 광에 대해 반사 작용을 갖는 재료에 의해 형성된 입자를 사용해도 된다. 광 산란재의 재질, 평균 입경, 굴절률 등은, 도광판 (21) 으로부터 출사하는 출사광에 요구되는 지향성의 강도에 따라 적절히 조정할 수 있다. 예를 들어, 광 산란재의 재질, 평균 입경, 굴절률 등은, 일본 특허 제3874222호에 기재된 범위를 채용할 수 있다. 일본 특허 제3874222호의 기재는, 그 전체가 본 명세서에 참고로서 원용된다. 광 산란재를 형성하는 재료로는, 예를 들어, 실리카 (이산화규소), 알루미나 (산화알루미늄), 아크릴 수지, PC 수지, 실리콘계 수지 등의 투명 물질로 이루어지는 입자를 들 수 있다. 이 형태에 있어서는, 도 1, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같은 이면측 단위 광학 요소 (26) 를 형성하는 것이 바람직하다.

(9) 또한 통상적인 액정 표시 장치에 있어서는, 편광 선글라스를 쓴 채로 액정 표시 장치를 관찰하는 경우를 고려하여, 수직 방향의 편광 성분을 투과하고, 수평 방향의 편광 성분을 흡수하도록 제 1 편광판을 배치하는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에서는 광원 장치의 편광 성분을 이용하도록 제 1 편광판 및 제 2 편광판을 배치했을 경우, 제 1 편광판의 투과축이 편광 선글라스의 투과축과 대략 직교하는 경우가 있다. 그 때문에, 본 발명에서는 제 1 편광판의 시인측에, 편광 상태 혹은 편광축 각도를 부분적 혹은 전면적으로 변화시키거나 혹은 해소시키는 광학 부재 (예를 들어, λ／4 판, λ／2 판 혹은 고위상차 필름, 산란 소자 등) 를 사용해도 된다.

(10) 제 2 지향성광이 P 성분의 편광을 많이 함유하고, 제 2 편광판의 투과축과 일치시킴으로써, 광 이용 효율을 향상시키는 것이 본 발명의 특징의 하나인 것을 설명해 왔다. 즉, 본 발명에 의하면, 도광체의 YZ 평면과 제 2 편광판의 투과축이 평행이 되도록, 따라서 제 2 편광판의 흡수축이 YZ 평면과 직교하도록 액정 표시 패널을 배치함으로써, 광 이용 효율의 향상을 실현하는 것이다. 그러나, 상기한 바와 같이, 제 1 편광판의 방위각에 따라서는 편광 선글라스를 사용한 경우와 같이 문제가 생기는 경우가 있을 수 있다. 그래서, 액정 표시 패널에 사용되는 편광판의 흡수축 각도를 자유롭게 설정하기 위해 λ／2 판을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 제 2 편광판의 편광부와 프리즘부 사이에 λ／2 판을 배치함으로써, 편광 방향을 최적으로 변화시켜 사용할 수 있다. 이 경우, λ／2 판은, 편광 선택 반사 시트와 프리즘부 사이에 배치해도 되고, 편광 선택 반사 시트와 편광부 사이에 배치해도 된다. λ／2 판이 편광 선택 반사 시트와 프리즘부 사이에 배치되는 경우에는, λ／2 판의 지상축이 편광 선택 반사 시트의 투과축의 방향과 도광판의 YZ 평면의 방향 사이의 방향이 되도록 배치될 수 있다. 이 경우, λ／2 판은, 바람직하게는, 그 지상축이 편광 선택 반사 시트의 투과축의 각도 (방향) 와 도광판의 YZ 평면의 각도 (방향) 의 평균의 각도가 되도록 배치될 수 있다. λ／2 판이 편광 선택 반사 시트와 편광부 사이에 배치되는 경우에는, 편광 선택 반사 시트의 투과축은 YZ 평면과 평행이 되도록 배치될 수 있고, 또한 λ／2 판의 지상축은 제 2 편광판 (실질적으로는 편광부) 의 투과축의 방향과 편광 선택 반사 시트의 투과축의 방향 사이의 방향이 되도록 배치될 수 있다. 이 경우, λ／2 판은, 바람직하게는 그 지상축이 제 2 편광판 (실질적으로는 편광부) 의 투과축의 각도 (방향) 와 편광 선택 반사 시트의 투과축의 각도 (방향) 의 평균의 각도가 되도록 배치될 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다. 실시예에 있어서의 시험 및 평가 방법은 이하와 같다. 또, 특별히 명기하지 않는 한, 실시예에 있어서의 「부」 및 「％」 는 중량 기준이다.

(1) 액정 표시 장치의 밝기

실시예 및 비교예로 얻어진 액정 표시 장치의 밝기를 JIS C 8152 「조명용 백색 발광 다이오드의 측정」 에 준하여 평가하였다. 구체적으로는, 액정 표시 장치로부터 출사되는 광선의 전광속을 미국 Labsphere 사 제조 적분구 (품명 : CSTM-LMS-760 형) 로 측정하여 적산 광속량을 구하였다. 비교예 1 을 기준 (100 ％) 으로 하여, 적산 광속비를 밝기의 평가 기준으로 하였다.

(2) 제 1 지향성광 L1 의 최대 강도의 방향

실시예 및 비교예로 얻어진 면광원 장치에 있어서, 도 6 에 나타낸 도광판으로부터 출사되는 제 1 지향성광 L1 의 최대 강도의 방향은, 탑콘사 제조 휘도계 (품명 : BM-7) 와 고니오미터로 측정하고, 법선을 0°로 했을 때의 법선으로부터의 각도 α 로서 구하였다. 측정으로는, 도광판의 중앙부를 휘도계의 시야 2°로 하고, 고니오미터를 사용하여 도 1 로 나타낸 Z2 축으로부터 Y2 축 방향으로 면광원 장치를 기울여 측정을 실시하였다.

(3) 광의 도광 방향과 대략 평행한 면내에서 진동하는 편광 성분의 비율

실시예 및 비교예로 얻어진 면광원 장치에 있어서, 도 6 으로 나타낸 프리즘 시트로부터 출사되는 제 2 지향성광 L2 의 편광 성분의 비율은, 탑콘사 제조 휘도계 (품명 : BM-7) 와 고니오미터로 측정하고, 도 11 의 화살표 D1 방향에 편광판의 투과축을 맞춰, 화살표 D1 을 0°로 했을 때에 하기의 식으로부터 구하였다.

편광 비율 = 0°휘도값/(0°휘도값 + 90°휘도값) × 100 ％

측정으로는, 도광판의 중앙부를 휘도계의 시야 2°로 하고, 도 11 의 X-Y 면 방향으로 면광원 장치를 고니오미터로 0°, 90°로 회전시켜 측정을 실시하였다.

(4) 면광원으로부터의 출사 특성

도광판의 출사 특성을 면광원의 광원 배치와 평행 방향으로 출사한 광의 반치폭각으로 표시하였다. 측정 방법으로는, 실시예 및 비교예로 얻어진 면광원 장치에 대해, 전술한 EZ 콘트라스트를 사용하여 면광원의 중앙 부분으로부터의 출사 분포를 측정하여, 피크 휘도의 1/2 의 값의 휘도를 나타내는 면광원의 광원 배치와 평행 방향의 각도 폭으로서 표시하였다.

<실시예 1>

(A) 도광판의 제조

광 산란재를 함유한 아크릴 수지를 사용하여, 기부가 되는 시트 상에 출광측 단위 광학 요소 및 이면측 단위 광학 요소를 부형함으로써, 도 1 및 도 4 에 나타내는 바와 같은 도광판을 제조하였다. 여기서, 이면측 단위 광학 요소는, 도 4(a) 와는 달리, 1 등식의 면광원 장치에 적응한 형상 (단면 형상이 배열 방향에 평행하고 또한 두께 방향에 평행한 단면에 있어서 비대칭인 형상을 갖는 쐐기 형상 프리즘 주상) 이었다. 이면측 단위 광학 요소의 능선 방향은, 광원부의 점광원의 배열 방향 (X 방향) 과 평행으로 하였다. 출광측 단위 광학 요소는, 도 13 에 나타내는 바와 같이 이등변 삼각주 형상에 유사한 형상 (저각 θ1 = θ2 = 45°; 프리즘 선단 부분을 피치를 100 ％ 로 했을 때에 50 ％ 의 부분을 정각 140°의 프리즘으로 한 단면이 오각형인 프리즘 형상) 이고, 그 능선 방향은, 이면측 단위 광학 요소의 능선 방향에 직교하는 방향 (Y 방향) 으로 하였다. 이 도광판은, YZ 면내에 있어서, 출광면의 법선 방향에 대해 측면측 (반 (反) 광원부측) 에 약 73°방향에 최대 강도를 갖는 제 1 지향성광 L1 을 출사하는 것이었다. 이하, 이 도광판을 편의상 「양면 프리즘 A」 라고 칭하는 경우가 있다.

(B) 반사 시트

반사 시트로서, 기재 (PET 시트) 의 표면에 은을 증착한 은 반사 시트를 사용하였다.

(C) 프리즘 시트의 제조

기재부로서 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 필름 (후지 사진 필름사 제조, 제품명 「후지택 ZRF80S」, 두께 : 80 ㎛) 을 사용하였다. 당해 TAC 를 배치한 소정의 금형에, 프리즘용 재료로서의 자외선 경화형 우레탄아크릴레이트 수지를 충전하고, 자외선을 조사하여 프리즘용 재료를 경화시킴으로써, 도 8 에 나타내는 바와 같은 프리즘 시트를 제조하였다. 기재부의 면내 위상차 Re 는 0 ㎚ 이고, 두께 방향의 위상차 Rth 는 5 ㎚ 였다. 단위 프리즘은, 삼각주 프리즘이고, 배열 방향에 평행하고 또한 두께 방향에 평행한 단면 형상이 부등변 삼각형상이며, 광원부측의 제 1 사면이 타방의 제 2 사면보다 급사면 (φ1 < φ2) 이었다 (도 8 참조). 단위 프리즘의 능선 방향은, 광원부의 점광원의 배열 방향 (X 방향) 에 평행으로 하였다.

(D) 점광원

점광원으로서 LED 광원을 사용하고, 이것을 복수 배열하여 광원부로 하였다.

(E) 면광원 장치의 제조

상기의 도광판, 반사 시트, 프리즘 시트 및 점광원을 도 1 에 나타내는 바와 같은 배치로 조립하여 면광원 장치를 제조하였다. 또한, 본 실시예 및 이하에 나타내는 실시예 2 ∼ 8 및 비교예 1 ∼ 3 에서 사용한 면광원 장치는, 도 1 및 도 4 에 나타내는 면광원 장치와는 달리 모두 1 등식이다.

(F) IPS 용 보상판이 부착된 편광판의 제조

(F-1) 제 1 이방성 광학 소자의 제조

고리형 폴리올레핀계 폴리머를 주성분으로 하는 시판되는 고분자 필름 [옵테스사 제조, 상품명 「제오노아 필름 ZF14-130 (두께 : 60 ㎛, 유리 전이 온도 : 136 ℃)」] 을, 텐터 연신기를 사용하여, 온도 158 ℃ 에서 필름폭이 원래의 필름폭의 3.0 배가 되도록 폭 방향으로 고정단 1 축 연신하였다 (횡연신 공정). 얻어진 필름은 반송 방향에 진상축을 갖는 네거티브 2 축 플레이트였다. 이 네거티브 2 축 플레이트의 정면 위상차는 118 ㎚, Nz 계수는 1.16 이었다.

(F-2) 제 2 이방성 광학 소자의 제조

스티렌-무수 말레산 공중합체 (노바·케미컬·재팬사 제조, 제품명 「다이라크 D232」) 의 펠릿상 수지를, 단축 압출기와 T 다이를 사용하여 270 ℃ 에서 압출하고, 시트상의 용융 수지를 냉각 드럼으로 냉각시켜, 두께 100 ㎛ 의 필름을 얻었다. 이 필름을, 롤 연신기를 사용하여, 온도 130 ℃, 연신 배율 1.5 배로 반송 방향으로 자유단 1 축 연신하여, 반송 방향에 진상축을 갖는 위상차 필름을 얻었다 (종연신 공정). 얻어진 필름을, 텐터 연신기를 사용하여, 온도 135 ℃ 에서 필름폭이 상기 종연신 후의 필름폭의 1.2 배가 되도록 폭 방향으로 고정단 1 축 연신하여, 두께 50 ㎛ 의 2 축 연신 필름을 얻었다 (횡연신 공정). 얻어진 필름은 반송 방향에 진상축을 갖는 포지티브 2 축 플레이트였다. 이 포지티브 2 축 플레이트의 정면 위상차 Re 는 20 ㎚, 두께 위상차 Rth 는 -80 ㎚ 였다.

(F-3) IPS 용 보상판이 부착된 편광판의 제조

메틸올멜라민 50 중량부를 순수에 용해하여 고형분 농도 3.7 중량％ 의 수용액을 조제하고, 이 수용액 100 중량부에 대해, 정전하를 갖는 알루미나콜로이드 (평균 입자경 15 ㎚) 를 고형분 농도 10 중량％ 로 함유하는 수용액을 조제하였다. 아세토아세틸기를 갖는 폴리비닐알코올계 수지 (평균 중합도 1200, 비누화도 98.5 ％, 아세토아세틸화도 5 몰％) 100 중량부에 대해, 이 수용액 18 중량부를 첨가하여 알루미나콜로이드 함유 접착제를 조제하였다. 얻어진 알루미나콜로이드 함유 접착제를 트리아세틸셀룰로오스 (TAC) 필름 (코니카 미놀타사 제조, 제품명 「KC4UW」, 두께 : 40 ㎛) 의 편면에 도포하였다. 한편, 폴리비닐알코올을 주성분으로 하는 고분자 필름 [쿠라레 제조, 상품명 「9P75R (두께 : 75 ㎛, 평균 중합도 : 2,400, 비누화도 99.9 ％)」] 를 수욕 중에 1 분간 침지시키면서 반송 방향으로 1.2 배로 연신한 후, 요오드 농도 0.3 중량％ 의 수용액 중에서 1 분간 침지함으로써, 염색하면서, 반송 방향으로 전혀 연신하고 있지 않은 필름 (원래 길이) 을 기준으로 하여 3 배로 연신하고, 붕산 농도 4 중량％, 요오드화칼륨 농도 5 중량％ 의 수용액 중에 침지하면서, 반송 방향으로 원래 길이 기준으로 6 배로 연신하고, 70 ℃ 에서 2 분간 건조시킴으로써 편광자를 제조하였다. 얻어진 편광자의 편면에, 상기의 TAC 필름/알루미나콜로이드 함유 접착제의 적층체를 양자의 반송 방향이 평행이 되도록 롤·투·롤로 적층하였다. 계속해서, 편광자의 반대측의 면에, 상기 알루미나콜로이드 함유 접착제를 편면에 도포한 제 1 이방성 광학 소자를 양자의 반송 방향이 평행이 되도록 롤·투·롤로 적층하였다. 그 후, 55 ℃ 에서 6 분간 건조시켜, 파장 589 ㎚ 의 단체 투과율이 43.2 ％ 인 편광판 (제 1 광학 이방성 소자/편광자/TAC 필름) 을 얻었다. 이 편광판의 제 1 광학 이방성 소자 표면에, 제 2 광학 이방성 소자를, 아크릴계 점착제 (두께 5 ㎛) 를 개재하여, 이들의 반송 방향이 평행이 되도록 롤·투·롤로 적층함으로써 IPS 용 보상판이 부착된 편광판을 얻었다.

(G) 액정 표시 장치의 제조

IPS 모드의 액정 표시 장치 (Apple 사 제조, 상품명 「iPad2」) 로부터 액정 표시 패널을 취출하고, 당해 액정 표시 패널로부터 편광판 등의 광학 부재를 제거하여, 액정 셀을 취출하였다. 액정 셀은 그 양 표면 (각각의 유리 기판의 외측) 을 세정하여 사용하였다. 이 액정 셀의 상측 (시인측) 에 시판되는 편광판 (닛토 전공사 제조, 제품명 「CVT1764FCUHC」) 을 제 1 편광판으로서 첩부하였다. 또한, 편광 선글라스를 쓰고 액정 표시 장치를 관찰했을 때의 시인성을 향상시키기 위해, 제 1 편광판 상에 λ／4 파장판 (카네카사 제조, 상품명 「UTZ 필름 #140」) 을 지상축이 제 1 편광판의 흡수축과 45°의 각도를 이루도록 아크릴계 점착제를 개재하여 첩부하였다. 또, 액정 셀의 하측 (광원측) 에 상기 (F) 로 얻어진 IPS 용 보상판이 부착된 편광판을 제 2 편광판으로서 아크릴계 점착제를 개재하여 첩부하고, 액정 표시 패널을 얻었다. 이 때, 제 1 편광판의 투과축이 도 1 에 있어서의 X 방향이 되고, 제 2 편광판의 투과축이 도 1 에 있어서의 Y 방향이 되도록 하여 첩부하였다. 이 액정 표시 패널에 상기 (E) 로 제조한 면광원 장치를 장착하고, 도 1 에 나타내는 바와 같은 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<실시예 2>

액정 표시 패널의 제 2 편광판과 프리즘 시트 사이에 편광 선택 반사 시트 (3M 사 제조, 제품명 「DBEF」) 를 배치한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<비교예 1>

반사 시트를 백색의 PET 시트로 하고, 또한 이면측에 도트상의 광 확산층이 형성된 도광판을 사용하였다. 이 도광판은, 이면측 단위 광학 요소 및 출광측 단위 광학 요소를 갖지 않고, 도광판의 광 산란층은, 광원부로부터 멀어짐에 따라 그 도트의 크기가 커지는 그라데이션 패턴을 가지고 있었다. 이 도광판은, 제 1 지향성광 L1 이 최대 강도를 갖는 방향 (제 1 방향, 출사각 α) 은 65°부근이지만, 실시예에서 사용한 도광판보다 출사각이 널리 분포하는 광을 출사하는 것이었다. 또한, 반사 시트로서 백색의 PET 시트를 사용하였다. 이와 같은 도광판 및 반사 시트를 사용한 것, 액정 표시 패널의 제 1 편광판의 투과축이 Y 방향이 되고, 제 2 편광판의 투과축이 X 방향이 되도록 한 것, 그리고 액정 표시 패널의 제 2 편광판과 프리즘 시트 사이에 편광 선택 반사 시트를 배치한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<비교예 2>

액정 표시 패널의 제 1 편광판의 투과축이 Y 방향이 되고, 제 2 편광판의 투과축이 X 방향이 되도록 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<비교예 3>

편광 선택 반사 시트를 사용하지 않았던 것 이외에는 비교예 1 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<실시예 3>

출광측 단위 광학 요소의 단면 형상이 상이한 도광판 (이하, 양면 프리즘 B 라고 칭하는 경우가 있다) 을, 실시예 1 의 양면 프리즘 A 와 동일하게 하여 제조하였다. 구체적으로는, 양면 프리즘 B 에 있어서는, 출광측 단위 광학 요소는, 단면이 직각 이등변 삼각주 형상 (저각 θ1 = θ2 = 45°, 정각 90°) 의 프리즘 형상이며, 그 능선 방향은, 이면측 단위 광학 요소의 능선 방향에 직교하는 방향 (Y 방향) 으로 하였다. 이 양면 프리즘 B 를 양면 프리즘 A 대신에 도광판으로서 사용한 것, 및 프리즘 시트의 기재부로서 TAC 필름 대신에, 아크릴계 수지 필름 (면내 위상차 Re = 3 ㎚, 두께 방향 위상차 Rth = 10 ㎚, 두께 = 40 ㎛) 을 사용한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 이 아크릴계 수지 필름은 이하와 같이 하여 제조하였다 : 일본 공개특허공보 2010-284840호의 제조예 1 에 기재된 이미드화 MS 수지 100 중량부 및 트리아진계 자외선 흡수제 (아데카사 제조, 상품명 : T-712) 0.62 중량부를 2 축 혼련기로 220 ℃ 에서 혼합하여 수지 펠릿을 제조하였다. 얻어진 수지 펠릿을 100.5 ㎪, 100 ℃ 에서 12 시간 건조시키고, 단축의 압출기로 다이스 온도 270 ℃ 에서 T 다이로부터 압출하여 필름상으로 성형하였다 (두께 160 ㎛). 또한, 당해 필름을, 그 반송 방향으로 150 ℃ 의 분위기하에 연신하고 (두께 80 ㎛), 이어서 필름 반송 방향과 직교하는 방향으로 150 ℃ 의 분위기하에 연신하여, 두께 40 ㎛ 의 필름을 얻었다.

<실시예 4>

출광측 단위 광학 요소의 단면 형상이 상이한 도광판 (이하, 양면 프리즘 C 라고 칭하는 경우가 있다) 을, 실시예 1 의 양면 프리즘 A 와 동일하게 하여 제조하였다. 구체적으로는, 양면 프리즘 C 에 있어서는, 출광측 단위 광학 요소는, 단면이 이등변 삼각주 형상 (저각 θ1 = θ2 = 20°, 정각 140°) 의 프리즘 형상이며, 그 능선 방향은, 이면측 단위 광학 요소의 능선 방향에 직교하는 방향 (Y 방향) 으로 하였다. 이 양면 프리즘 C 를 양면 프리즘 A 대신에 도광판으로서 사용한 것, 및 프리즘 시트의 기재부로서 TAC 필름 대신에 실시예 3 의 아크릴계 수지 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<실시예 5>

출광측 단위 광학 요소의 단면 형상이 상이한 도광판 (이하, 양면 프리즘 D 라고 칭하는 경우가 있다) 을, 실시예 1 의 양면 프리즘 A 와 동일하게 하여 제조하였다. 구체적으로는, 양면 프리즘 D 에 있어서는, 출광측 단위 광학 요소는, 단면이 이등변 삼각주 형상에 유사한 형상 (저각 θ1 = θ2 = 20°, 정각 140°의 이등변 삼각형의 저변 부분이 단면 곡선상으로 된 형상) 의 프리즘 형상이며, 그 능선 방향은, 이면측 단위 광학 요소의 능선 방향에 직교하는 방향 (Y 방향) 으로 하였다. 이 양면 프리즘 D 를 양면 프리즘 A 대신에 도광판으로서 사용한 것, 및 프리즘 시트의 기재부로서 TAC 필름 대신에 실시예 3 의 아크릴계 수지 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<실시예 6>

프리즘 시트의 기재부로서 TAC 필름 대신에 실시예 3 의 아크릴계 수지 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<실시예 7>

IPS 모드의 액정 표시 장치 대신에 MVA 모드의 액정 표시 장치 (SONY 사 제조, 상품명 「KDL20J3000」) 로부터 액정 표시 패널을 취출하고, 이 패널의 액정 셀을 사용한 것 이외에는 실시예 6 과 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<실시예 8>

도 1 및 도 4 에 나타내는 바와 같은 2 등식의 면광원 장치를 사용한 것, 그에 대응하여, 도광판으로서 양면 프리즘 A 의 2 등식용 설계가 되는 양면 프리즘 E (이면측 단위 광학 요소의 단면 형상이 도 6(b) 와 같이, 배열 방향에 평행하고 또한 두께 방향에 평행한 단면에 있어서 비대칭인 형상을 갖는 쐐기 형상 프리즘 주상이다) 를 사용한 것, 및 프리즘 시트의 기재부로서 TAC 필름 대신에 실시예 3 의 아크릴계 수지 필름을 사용한 것 이외에는 실시예 2 와 동일하게 하여 액정 표시 장치를 제조하였다. 얻어진 액정 표시 장치를 상기 (1) ∼ (4) 의 평가에 제공하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

<평가>

편광 선택 반사 시트는 매우 고가이므로, 액정 표시 장치에 있어서 편광 선택 반사 시트를 삭제할 수 있으면, 비용, 제조 효율 및 박형화 중 어느 관점에서도 매우 유리하다. 한편, 양호한 표시 품위를 유지하기 위해서는, 편광 선택 반사 시트를 사용하는 경우에 대해 80 ％ 이상의 전광속을 얻을 필요가 있다. 여기서, 표 1 로부터 분명한 바와 같이, 실시예 1 의 액정 표시 장치는, 전광속의 적산 광속비가 편광 선택 반사 시트를 구비하는 액정 표시 장치의 80 ％ 이상이고, 편광 선택 반사 시트를 구비하지 않아도 밝고 양호한 영상을 표시할 수 있었다. 또한, 편광 선택 반사 시트를 구비하는 실시예 2 의 액정 표시 장치는, 대응하는 종래의 구성의 액정 표시 장치 (비교예 1) 에 대한 적산 광속비가 134 ％ 가 되어, 대폭 밝고, 광의 이용 효율이 높은 표시 장치가 되었다.

실시예 1 과 비교예 2 를 비교하면 분명한 바와 같이, 액정 표시 장치의 정면 방향에서 봐서, 제 2 편광판 (14) 의 투과축 방향과, 프리즘 시트 (30) 로부터 출사하는 광 (제 2 지향성광 L2) 의 주된 편광 방향을 평행으로 함으로써, 투과 광량을 증대시켜, 휘도를 향상시킬 수 있었다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 비교적 간단한 구성으로 액정 표시 장치에 있어서의 광의 이용 효율을 향상시켜, 밝은 영상을 표시할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면, 고가의 편광 선택 반사 시트 등을 사용하지 않아도, 광의 이용 효율은 높고, 양호한 밝기를 실현할 수 있다.

산업상 이용가능성

본 발명의 액정 표시 장치는, 휴대 정보 단말 (PDA), 휴대 전화, 시계, 디지털 카메라, 휴대 게임기 등의 휴대 기기, PC 모니터, 노트 PC, 복사기 등의 OA 기기, 비디오 카메라, 액정 텔레비전, 전자 렌지 등의 가정용 전기 기기, 백 모니터, 카 내비게이션 시스템용 모니터, 카 오디오 등의 차재용 기기, 상업 점포용 인포메이션용 모니터 등의 전시 기기, 감시용 모니터 등의 경비 기기, 개호용 모니터, 의료용 모니터 등의 개호·의료 기기 등의 각종 용도에 사용할 수 있다.

1 액정 표시 장치
10 광원부
10a 점광원
11 반사판
12 액정 셀
13 제 1 편광판
14 제 2 편광판
15 액정 표시 패널
16 편광 선택 반사 시트
20 면광원 장치
21 도광판
24 출광측 단위 광학 요소
26 이면측 단위 광학 요소
30 프리즘 시트
31 기재부
33 단위 프리즘
34 제 1 사면
35 제 2 사면

Claims (5)

1. 관찰자측에 형성되는 제 1 편광판과 배면측에 형성되는 제 2 편광판 사이에 액정 셀을 구비하는 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널을 배면측에서 조명하는 면광원 장치를 구비하고,
   상기 면광원 장치는,
   광원부와,
   상기 광원부로부터의 광을 상기 광원부에 대향하는 입광면으로부터 입사시키고, 상기 액정 표시 패널과 대향하는 출광면으로부터, 광의 도광 방향과 대략 평행한 면내에 있어서 상기 출광면의 법선 방향으로부터 소정의 각도를 이루는 제 1 방향에 최대 강도의 지향성을 갖고, 또한 상기 면내에서 진동하는 편광 성분의 비율이 높은 편광광인 제 1 지향성광을 출사하는 도광판과,
   상기 도광판보다 상기 액정 표시 패널측에 배치되고, 상기 도광판측에 볼록한 주상의 단위 프리즘이 복수 배열된 프리즘부를 구비하고, 상기 제 1 지향성광을, 그 편광 상태를 실질적으로 유지하면서 상기 도광판의 상기 출광면의 법선 방향으로부터 소정 각도 내의 제 2 방향으로 지향한 제 2 지향성광으로서 출광하는 프리즘 시트를 구비하고,
   상기 단위 프리즘의 능선 방향은, 상기 도광판의 상기 입광면에 대략 평행이고,
   상기 제 2 편광판의 투과축은, 상기 제 2 지향성광의 편광 방향과 상기 도광판의 광의 도광 방향에 대략 평행하고 있고,
   상기 제 2 편광판의 투과축은, 상기 제 1 편광판의 투과축과 대략 직교하고 있는, 액정 표시 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 프리즘 시트가, 상기 프리즘부보다 상기 액정 표시 패널측에 상기 프리즘부를 지지하는 기재부를 구비하고, 상기 기재부가 실질적으로 광학적으로 등방성을 갖는, 액정 표시 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 지향성광이, 상기 광의 도광 방향과 대략 평행한 면내에서 진동하는 편광 성분을 52 ％ 이상 함유하는, 액정 표시 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도광판이 광 산란제를 함유하고, 또한 상기 도광판의 이면측에 볼록한 주상의 이면측 단위 광학 요소가, 상기 도광판의 상기 입광면측으로부터 반대측의 측면에 복수 배열되고,
   상기 단위 프리즘의 배열 방향이 상기 이면측 단위 광학 요소의 배열 방향과 대략 평행인, 액정 표시 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 면광원 장치와 상기 제 1 편광판 사이에 편광 선택 반사 시트를 추가로 구비하는, 액정 표시 장치.

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