液晶表示装置
【課題】 光の利用効率を向上させつつ、偏光サングラスをかけた利用者が表示画像を容易に認識することのできる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 光源１０に近い側から順に、拡散板１１と、プリズムシート１２と、位相差板１３と、選択反射偏光板１４と、第１パネル側偏光板１５と、液晶パネル１６と、第２パネル側偏光板１７とを備えている。プリズムの稜線と、選択反射偏光板１４および第１パネル側偏光板１５の透過軸とは、水平方向に設けられている。プリズムシート１２を透過した光は、位相差板１３に入射すると、その偏光が回転する。第２パネル側偏光板１７の透過軸を垂直方向としたまま、選択反射偏光板１４における透過率を向上させることができる。
【解決手段】 光源１０に近い側から順に、拡散板１１と、プリズムシート１２と、位相差板１３と、選択反射偏光板１４と、第１パネル側偏光板１５と、液晶パネル１６と、第２パネル側偏光板１７とを備えている。プリズムの稜線と、選択反射偏光板１４および第１パネル側偏光板１５の透過軸とは、水平方向に設けられている。プリズムシート１２を透過した光は、位相差板１３に入射すると、その偏光が回転する。第２パネル側偏光板１７の透過軸を垂直方向としたまま、選択反射偏光板１４における透過率を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の方向に振動する偏光を利用して表示を行う液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶テレビ等の液晶表示装置において、高画質化への要求が高まっている。一般的に利用されている液晶表示装置は、図１０に示したように、光源１００と、拡散板１０１と、プリズムシート１０２と、選択反射偏光板１０３と、液晶パネル１０５に入射する光の偏光成分を特定する偏光板１０４と、画像データに基づいて表示を行う液晶パネル１０５と、液晶パネル１０５から出射する光の偏光成分を特定する偏光板１０６とを、この順に積層した構造となっている。このような構成において、利用者からみて、最も奥に配置されるものが光源１００であり、最も手前（利用者側）に配置されるものが、偏光板１０６である。
【０００３】
光源１００としては、蛍光管等の線状光源を一定間隔で配置したものが主流となっており、このような光源１００から射出する光を分散して輝度分布の均一化が図るために拡散板１０１が設けられている。
【０００４】
プリズムシート１０２は、一般的に、三角柱状のプリズムが連続的に配置されたものである。プリズムシート１０２に入射する光は、このプリズムの斜面で屈折透過あるいは反射されることにより、プリズムの稜線に直交する方向に入射する光のみが正面方向に集光される。なお、通常、プリズムの稜線は水平方向（液晶パネルの表示面に対して左右方向）となっている。これは、テレビ等の場合、垂直方向（液晶パネルの表示面に対して上下方向）から視聴する可能性が低いのに対し、水平方向からの視聴はごく一般的であるためである。
【０００５】
選択反射偏光板１０３は、特定の偏光成分のみを透過させ、これに直交する偏光成分を反射させて再利用することにより光の利用効率の向上を図るものである。これにより、およそ２０〜３０％の輝度改善効果を図ることができる。このような選択反射偏光板１０３の透過軸は、水平方向に設けられている。
【０００６】
液晶パネル１０５としては、ＶＡ（Vertical Alignment）モードやＩＰＳ（In Plane Switching）モード等がＴＶ用途では主流となっている。この場合、液晶パネル１０５を介して対向配置される偏光板１０４と偏光板１０６とは、互いにその透過軸が直交するように設けられ、偏光板１０４の透過軸は水平方向、偏光板１０６の透過軸方向は垂直方向（液晶パネルの表示面に対して上下方向）となっている。
【０００７】
図１１は、図１０に示したＩＩ−ＩＩ線の方向からみた、上述のプリズムシート１０２および選択反射偏光板１０３における光の透過・反射の状況を、偏光を考慮して図示したものである。光源１００から拡散板１０１を介して、プリズムシート１０２に入射する光は無偏光であるため、プリズムの稜線に平行な方向に振動する光（Ｓ偏光とする）と、これに直交する方向に振動する光（Ｐ偏光とする）とをほぼ均等に含んでいる。ところが、プリズムシート１０２に入射し、プリズムの斜面にぶつかった光は、プリズムシートの上方に透過する光と、下方に反射される光に分離する。このとき、図６に示したように、Ｓ偏光は反射しやすく、Ｐ偏光は透過しやすいという性質があるため、結果的にプリズムシート１０２を透過した光は、Ｓ偏光よりもＰ偏光を多く含むこととなる。なお、液晶パネルの表示面に対して、Ｓ偏光は水平方向の偏光であり、Ｐ偏光は垂直方向の偏光である。
【０００８】
一方、選択反射偏光板１０３の透過軸は、上述のように、水平方向となっているため、プリズムの稜線に平行な方向となる。このため、選択反射偏光板１０３では、Ｓ偏光が透過され、Ｐ偏光は反射される。従って、プリズムシート１０２を透過して選択反射偏光板１０３に入射した偏光が、選択反射偏光板１０３をほとんど透過することができず、光利用効率の向上を阻害する要因となっていた。
【０００９】
そこで、図１２に示したように、選択反射偏光板２０３の透過軸をプリズムの稜線と直交する方向（垂直方向）に設けることにより、Ｐ偏光透過率を向上させて、光利用効率を上げることが考えられる。発明者らの実験によれば、これにより、５〜８％の改善効果が得られることがわかっている。また、選択反射偏光板２０３の透過軸と偏光板２０４の透過軸とは一致するように設けられることから、偏光板２０４の透過軸は垂直方向となり、偏光板２０６の透過軸は水平方向となる。
【００１０】
しかしながら、偏光板２０６の透過軸が水平方向となると、水平方向の偏光を吸収する偏光サングラスをかけた利用者が画像を認識しづらくなってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１９３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光の利用効率を向上させつつ、偏光サングラスをかけた利用者が表示画像を容易に認識することができる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る第１の液晶表示装置は、光源に近い側から順に、稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、プリズム層を透過した光を、その偏光状態を変化させて透過させる位相差板と、位相差板を透過した光のうち、水平方向に振動する第１偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、第１パネル側偏光板を透過した第１偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を、垂直方向に振動する第２偏光として透過させる第２パネル側偏光板とを備えたものである。
【００１３】
本発明に係る第２の液晶表示装置は、光源に近い側から順に、稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、プリズム層を透過した光のうち、垂直方向に振動する第２偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、第１パネル側偏光板を透過した第２偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を、水平方向に振動する第１偏光として透過させる第２パネル側偏光板と、第２パネル側偏光板を透過した第１偏光の偏光状態を変化させて透過させる位相差板とを備えたものである。
【００１４】
ただし、「水平方向」とは、表示画面を正面から観た場合の左右方向を示し、「垂直方向」とは、表示画面を正面から観た場合の上下方向を示すものとする。また、「第１偏光」がＰ偏光である場合には、「第２偏光」とはＳ偏光を意味し、逆に「第１偏光」がＳ偏光である場合には、「第２偏光」とはＰ偏光を意味するものとする。また、プリズム層における「平面」とは、光軸に対して直交する面であるものとする。
【００１５】
本発明に係る第１の液晶表示装置では、プリズム層と第１パネル側偏光板との間に、偏光状態を変化させる位相差板が設けられていることにより、第１パネル側偏光板に入射する光の第１偏光の割合が増加する。これにより、第２パネル側偏光板の透過軸を垂直方向としたまま、第１パネル側偏光板における透過率を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る第２の液晶表示装置では、光源の一面側に、プリズムの稜線が水平方向に設けられたプリズム層と、垂直方向に振動する第２偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、水平方向に振動する第１偏光を透過させる第２パネル側偏光板と、この第１偏光の偏光状態を変化させる位相差板とを備えることにより、プリズム層を透過した光が、第１パネル側偏光板において透過されやすくなる。一方、第２パネル側偏光板を透過した第１偏光は、位相差板により、その偏光状態が変化する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る第１の液晶表示装置によれば、光源に近い側から順に、稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、プリズム層を透過した光を、その偏光状態を変化させて透過させる位相差板と、位相差板を透過した光のうち、水平方向に振動する第１偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、第１パネル側偏光板を透過した第１偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を、垂直方向に振動する第２偏光として透過させる第２パネル側偏光板とを備えるようにしたので、光利用効率を向上させつつ、偏光サングラスをかけた利用者が表示画像を容易に認識することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る第２の液晶表示装置によれば、光源に近い側から順に、稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、プリズム層を透過した光のうち、垂直方向に振動する第２偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、第１パネル側偏光板を透過した第２偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を、水平方向に振動する第１偏光として透過させる第２パネル側偏光板と、第２パネル側偏光板を透過した第１偏光の偏光状態を変化させて透過させる位相差板とを備えるようにしたので、光利用効率を向上させつつ、偏光サングラスをかけた利用者が表示画像を容易に認識することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の積層構造を模式的に表すものである。この液晶表示装置１は、光源１０の一面側に、拡散板１１と、プリズムシート１２と、位相差板１３と、選択反射偏光板１４と、第１パネル側偏光板１５と、液晶パネル１６と、第２パネル側偏光板１７とを、この順に備えている。利用者からみて、最も奥側に光源１０が配置され、最も手前に、第２パネル側偏光板１７が配置されている。なお、図１において、各構成要素の面内に描かれた線は、それぞれの光学軸を表している。例えば、プリズムシート１２ではプリズムの稜線、位相差板１３では遅相軸、選択反射偏光板１４、第１パネル側偏光板１５および第２パネル側偏光板１７では透過軸を表している。
【００２１】
光源１０は、例えば、直下型のバックライトとして機能し、液晶パネル１５の表示面とは反対側に光を照射するものである。この光源１０では、例えば、複数の線状光源が一定の間隔で配置されることにより、全体として面発光が行われる。線状光源としては、例えば、冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp）等の蛍光管が用いられる。なお、線状光源に限らず、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の点光源であってもよい。また、有機ＥＬ（ＥＬ；Electro Luminescence）素子等の平面型の光源を用いるようにしてもよい。
【００２２】
拡散板１１は、光源１０から出射した光を拡散し、輝度分布を均一化する機能を有するものである。通常、光源１０における線状光源は、輝度やコスト等の観点から、２０ｍｍ程度の間隔で配置されることが多く、この場合、光源１０の直上では輝度分布に大きなむらが生じてしまうためである。この拡散板１１は、例えば、屈折率の異なる高分子材料や樹脂材料等を組み合わせて構成されている。なお、拡散板１１の厚みは、必要とされる拡散性や構成材料によって決定され、板状のものに限らず、フィルム状やシート状のものも含まれる。また、光源１０として、有機ＥＬ素子等の平面型の光源を用いた場合には、輝度分布にむらが生じることがないため、拡散板１１は設けられていなくともよい。
【００２３】
プリズムシート１２は、拡散板１１によって拡散された光を、正面方向（シート面に垂直な方向）に集光して透過させる機能を有するものである。このプリズムシート１２は、その表面に、例えば三角柱等の柱状突起（プリズム）を複数有している。これらのプリズムは、その稜線が互いに平行となるように連続的に設けられている。特に、プリズムの稜線方向は、液晶パネルの表示面に対して左右方向（水平方向）となっている。これにより、この稜線に直交する方向（垂直方向）における光は正面方向に集光される一方で、水平方向における光は拡散する。従って、水平方向の視野角を確保しつつ、正面輝度を向上させることができる。なお、プリズムの形状は三角柱状に限らず、その他の多角柱状、円柱状であってもよく、また非球面等の処理が施されていてもよい。
【００２４】
ここで、図２に、プリズムシート１２の断面拡大図を示す。プリズム１２ａの斜面Ｓ１，Ｓ２がつくる頂角α（°）は、好ましくは、９０°＜α≦１２０°の範囲を満たし、より好ましくは、１００°である。このような構成において、プリズム１２ａの斜面（例えば、Ｓ１）に入射する入射光Ｌ０は、透過光Ｌ１と反射光Ｌ２に分離される。
【００２５】
位相差板１３は、その光学軸（遅相軸）が、プリズムの稜線方向と所定の角度をなすように配置され、透過する偏光を回転させる機能を有するものである。位相差板１３としては、例えば、１／２波長板、１／４波長板等が用いられ、好ましくは、１／２波長板が用いられる。また、１／２波長板を用いた場合、その光学軸が、プリズムの稜線方向に対して４５°の角度を有するように配置されていることが好ましい。
【００２６】
選択反射偏光板１４は、特定の方向に振動する偏光を透過させると共に、これに直交する方向に振動する偏光を反射させる機能を有しており、光の利用効率を高めるために設けられるものである。反射した偏光は、光源１０側へ戻り、図示しない反射板等により反射されて再利用される。この選択反射偏光板１４は、その透過軸が水平方向となるように配置されている。
【００２７】
第１パネル側偏光板１５は、特定の方向に振動する偏光を透過させる機能を有しており、その透過軸が、選択反射偏光板１４の透過軸と一致するように、すなわち、水平方向となるように配置されている。
【００２８】
液晶パネル１６は、画像データに基づいて、光を変調させて表示を行う表示素子である。この液晶パネル１６は、例えば、図示しない画素電極やＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）スイッチング素子等が設けられたＴＦＴ基板と、対向電極やカラーフィルタ等が設けられたカラーフィルタ基板と、これらＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に含浸された液晶層とを有している。
【００２９】
第２パネル側偏光板１７は、特定の方向に振動する偏光を透過させる機能を有しており、その透過軸が、第１パネル側偏光板１５の透過軸と直交するように配置されている。すなわち、第２パネル側偏光板１７の透過軸は、垂直方向となっている。この第２パネル側偏光板１７を透過して出射された光が、利用者によって観測される。
【００３０】
次に、このような構成の液晶表示装置１の作用、効果について、図３を参照して詳細に説明する。なお、図３は、図１のＩＩ−ＩＩ線の方向からみた、プリズムシート１２、位相差板１３および選択反射偏光板１４における光の透過、反射の状況を偏光を考慮して図示したものである。また、Ｓ偏光およびＰ偏光を、それぞれ矢印で模式的に表し、各偏光の度合いを、その矢印の長さで表している。
【００３１】
液晶表示装置１では、光源１０から拡散板１１に入射した光は、拡散板１１を透過する際に拡散され、輝度分布が均一化される。この拡散された光（Ｌ０）は、無偏光であり、Ｓ偏光とＰ偏光とを均等に含んでいる。この光Ｌ０がプリズムシート１２のプリズムの斜面に入射すると、この斜面を透過する光Ｌ１と反射する光Ｌ２とに分離される。このとき、透過した光Ｌ１は、Ｓ偏光に比べてＰ偏光を多く含んでいる。一方、反射された光Ｌ２は、Ｐ偏光よりもＳ偏光を多く含み、光源１０側へ戻り再利用される。
【００３２】
プリズムシート１２を透過した光Ｌ１は、位相差板１３に入射すると、位相差が付与されて、その偏光軸が回転する。これにより、位相差板１３を透過する光Ｌ３のＳ偏光の割合が増加する。
【００３３】
位相差板１３を透過した光Ｌ３は、選択反射偏光板１４に入射すると、選択反射偏光板１４の透過軸に平行な方向に振動する偏光が透過され、これに直交する方向に振動する偏光が反射される。このとき、選択反射偏光板１４の透過軸が、水平方向、すなわちプリズムの稜線に平行な方向となるように配置されているので、Ｓ偏光が透過され、Ｐ偏光が反射される。
【００３４】
ここで、図１０に示したような従来の構成では、プリズムシート１０２を透過した光は、その偏光状態のまま、選択反射偏光板１０３に入射する。このため、選択反射偏光板１０３へ入射する光は、Ｓ偏光に比べてＰ偏光が多い状態となっていた。従って、透過する光量よりも反射する光量の方が多く、光利用効率が不十分であった。これに対し、本実施の形態では、選択反射偏光板１４に入射する光Ｌ３は、上述したように、Ｓ偏光の割合が増加しているので、選択反射偏光板１４を透過する光（Ｌ４）の量を従来よりも増大させることができる。
【００３５】
選択反射偏光板１４を透過した光Ｌ４は、第１パネル側偏光板１５に入射すると、第１パネル側偏光板１５の透過軸が、選択反射偏光板１４の透過軸と一致しているため、反射されることなく透過される。第１パネル側偏光板１５を透過した光は、液晶パネル１６に入射し、液晶パネル１６によって変調される。
【００３６】
液晶パネル１６によって変調された光は、第２パネル側偏光板１７より出射する。このとき、第２パネル側偏光板１７の透過軸が、第１パネル側偏光板１５の透過軸と直交しているため、第２パネル側偏光板１７より出射する光は、Ｐ偏光、すなわち垂直方向に振動する偏光となっている。従って、水平方向に振動する偏光を吸収する偏光サングラスによって、光が吸収されにくくなる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態では、プリズムシート１２と選択反射偏光板１４との間に、偏光を回転させる位相差板１３を設けるようにしたので、光の利用効率を高めると共に、水平方向の偏光を吸収する偏光サングラスをかけた利用者であっても、表示画像を認識し易くなる。
【００３８】
また、位相差板１３として１／２波長板を用い、その光学軸が、プリズムの稜線と４５°の角度をなすように配置すれば、位相差板１３を透過する際、偏光が９０°回転する。これにより、Ｐ偏光はＳ偏光となり、Ｓ偏光はＰ偏光となるため、位相差板１３を透過する光Ｌ３は、Ｐ偏光よりもＳ偏光を多く含むこととなる。従って、より透過率が増加し、光利用効率を従来に比べて５〜８％程度向上させることができる。
【００３９】
さらに、プリズム１２ａの頂角αが、９０°＜α≦１２０°を満たすようにすれば、正面方向の輝度をより向上させることができる。以下、この理由について、図２および図７を参照して説明する。
【００４０】
通常、プリズム１２ａの頂角αは、光再利用の観点から９０°に設定されている。この場合、シート面に対して垂直に入射する光Ｌ0は、プリズムの斜面Ｓ１に対して、入射角θ＝４５°で入射することになる。ここで、図７に、プリズムの材料として一般的に用いられる屈折率１．５２の媒質から、空気等の屈折率１．０の媒質へ入射する光の入射角θ（°）に対する反射率（％）の関係を示す。これによれば、プリズムの斜面Ｓ１への入射角θが４５°の場合、Ｐ偏光、Ｓ偏光共にほぼ全反射となることがわかる。また、Ｐ偏光の反射率が０となる入射角、すなわちブリュースター角（３３．３４°）の近傍において、Ｓ偏光に対してＰ偏光が透過する割合が大きくなることがわかる。なお、入射角θとは、入射光と、それぞれの媒質の界面（プリズムの斜面）に下ろした垂線とのなす角度とする。
【００４１】
図７の関係より、プリズム１２ａの斜面Ｓ１に入射する光Ｌ0の入射角θが、ブリュースター角の近傍、例えば、３０°≦θ＜４５°であることにより、入射角θが４５°である場合に比べて、偏光度が高くなり、その結果、輝度が向上する。これより、プリズムシート１２のプリズムの頂角αは、９０°＜α≦１２０°となるように設定されていることが好ましいことがわかる。
【００４２】
また特に、プリズム１２ａの頂角αが１００°であることにより、表示面に対して垂直となる方向（真正面）において、偏光度を高めることができるため、正面方向の輝度をより効果的に向上させることができる。
【００４３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４４】
上記第１の実施の形態においては、プリズムシートと選択反射偏光板との間に、位相差板を配置する場合について説明したが、本実施の形態では、最も利用者側に、位相差板を配置する液晶表示装置について説明する。なお、説明の簡潔化を図るため、以下、第１の実施の形態と同様の部位については、同じ符号を付して、適宜説明を省略する。
【００４５】
図４は、本実施の形態に係る液晶表示装置２の積層構造を模式的に表すものである。この液晶表示装置２は、光源１０の一面側に、拡散板１１と、プリズムシート１２と、選択反射偏光板２０と、第１パネル側偏光板２１と、液晶パネル１６と、第２パネル側偏光板２２と、位相差板２３とを、この順に備えている。利用者からみて、最も奥側に光源１０が配置され、最も手前に、位相差板２３が配置されている。
【００４６】
選択反射偏光板２０は、特定の方向に振動する偏光を透過させると共に、これに直交する方向に振動する偏光を反射させる機能を有しており、光の利用効率を高めるために設けられるものである。この選択反射偏光板２０は、その透過軸がプリズムシート１２のプリズムの稜線と直交する方向（垂直方向）となるように配置されている。
【００４７】
第１パネル側偏光板２１は、特定の方向に振動する偏光を透過させる機能を有しており、その透過軸が、選択反射偏光板２０の透過軸と一致するように、すなわち、垂直方向となるように配置されている。
【００４８】
第２パネル側偏光板２２は、特定の方向に振動する偏光を透過させる機能を有しており、その透過軸が、第１パネル側偏光板２１の透過軸と直交するように、すなわち、水平方向となるように配置されている。
【００４９】
位相差板２３は、その光学軸（遅相軸）が、第２パネル側偏光板２２の透過軸と所定の角度をなすように配置され、透過する偏光を回転させる機能を有するものである。位相差板２３としては、例えば、１／２波長板、１／４波長板、１／８波長板等が用いられ、好ましくは、１／４波長板が用いられる。また、１／４波長板を用いた場合、その光学軸が、プリズムの稜線方向に対して４５°の角度を有するように配置されていることが好ましい。この位相差板２３から出射された光が、利用者によって観測される。次に、図５を参照して、液晶表示装置２の作用、効果について説明する。
【００５０】
液晶表示装置２では、プリズムシート１２を透過した光Ｌ１が、選択反射偏光板２０に入射すると、選択反射偏光板２０の透過軸に平行な方向に振動する偏光が透過され、これに直交する方向に振動する偏光が反射される。このとき、選択反射偏光板２０の透過軸が、垂直方向、すなわちプリズムの稜線に直交する方向となるように配置されているので、Ｐ偏光が透過され、Ｓ偏光が反射される。ここで、プリズムシート１２を透過した光Ｌ１は、上述のように、Ｓ偏光よりもＰ偏光を多く含んでいるので、透過する光の量が、反射する光の量よりも多くなる。
【００５１】
選択反射偏光板２０を透過した光Ｌ５は、第１パネル側偏光板２１に入射したのち、液晶パネル１６によって変調され、第２パネル側偏光板２２を透過する。第２パネル側偏光板２２を透過した光Ｌ６は、第１パネル側偏光板２１を透過する偏光と直交する偏光となっているため、Ｓ偏光、すなわち水平方向に振動する光となっている。
【００５２】
第２パネル側偏光板２２を透過した光Ｌ６は、位相差板２３に入射すると、位相差が付与され、偏光が回転する。これにより、位相差板２３を透過した光Ｌ７は、水平方向に振動する偏光を吸収する偏光サングラスによって、光が吸収されにくくなる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では、選択反射偏光板２０を、その透過軸がプリズムの稜線と直交する方向となるように配置し、最も利用者側に、位相差板２３を配置することにより、光の利用効率を高めると共に、水平方向の偏光を吸収する偏光サングラスをかけた利用者であっても、表示画像を認識し易くなる。
【００５４】
また、位相差板２３として１／２波長板を用い、その光学軸が、プリズムの稜線と４５°の角度をなすように配置すれば、位相差板２３を透過する偏光は９０°回転する。これにより、第２パネル側偏光板２２を透過したＳ偏光は、Ｐ偏光となる。従って、最終的な表示光は、垂直偏光のみを有することとなるため、偏光サングラスをかけた利用者が、正面から表示画面を観た場合、より明るい画像として認識することができる。
【００５５】
あるいは、位相差板２３として１／４波長板を用い、その光学軸が、プリズムの稜線と４５°の角度をなすように配置すれば、位相差板２３を透過する偏光は４５°回転する。これにより、第２パネル側偏光板２２を透過したＳ偏光は、円偏光となる。従って、例えば、偏光サングラスをかけた利用者が、表示画面のいずれの角度から観測した場合であっても、表示画像を認識することができる。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００５７】
図１に示した液晶表示装置１を作製し、表示画像の評価を行った。この際、プリズムシート１２としては、住友３Ｍ製のものを用い、位相差板１３としては、１／４波長板を用いた。なお、用いたプリズムシート１２のプリズムの頂角αは、９０°に設定されている。作製した液晶表示装置１において、表示画面を正面方向および右斜め下方から撮影した。結果を図７（Ａ）（正面方向）および図７（Ｂ）（右斜め下方）に示す。
【００５８】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）の結果より、正面方向よりも、右斜め下方から観た画像の方が、輝度が向上していることがわかる。以下、この理由について説明する。
【００５９】
まず、図６に示した関係を考慮して、プリズムシート１２を透過した光について、プリズムの稜線に直交する角度方向（垂直方向）における偏光度のシミュレーションを行った。結果を図８に示す。なお、図８において、極角（°）とは、シート面に垂直な方向（正面方向）を０°として、垂直方向に傾斜した角度（±０°〜６０°）とする。また、偏光度とは、（１−クロスニコルの透過率／パラニコルの透過率）で表されるものである。なお、（クロスニコルの透過率／パラニコルの透過率）は、最大コントラスト（偏光を乱す要因が皆無の場合の理想値）の逆数であり、クロスニコルは偏光板の偏光方向を直交させて重ねる場合、パラニコルは偏光板の偏光方向を平行にして重ねる場合を示す。
【００６０】
図８に示したように、正面方向（極角０°付近）における偏光度は低く、正面方向から±５度程度傾いたところでピークとなり、更に傾くにつれて低下する傾向となった。本発明の液晶表示装置１は、偏光効果を利用して表示を行うものであるため、この偏光度が高い程、集光性が高まり、高輝度が実現される。このため、プリズムの頂角が９０°である場合、厳密には、真正面方向よりも、垂直方向に少し傾いた角度方向において、輝度が高くなる。従って、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示したように、正面方向よりも、斜め下方向において、輝度が高くなったものと考えられる。
【００６１】
ところで、プリズムシート１２を設けることの本来の目的は、垂直方向に拡散する光を集光し、正面方向の輝度を向上させることにある。従って、正面方向における偏光度を高める、すなわち正面方向に偏光度のピークがくるように、頂角αを設定することが、より好ましい。
【００６２】
図９に、プリズムの頂角αを１００°とした場合の極角（°）に対する偏光度の関係をシミュレーションした結果を、頂角αを９０°とした場合と共に示す。頂角αを１００°とした場合、頂角αを９０°とした場合に比べて、偏光度のピーク値は若干低下するものの、偏光度がピークとなる位置が正面方向（極角０°）に移動していることがわかる。この結果から、プリズムの頂角を１００°とすることにより、真正面方向における輝度が向上する。従って、プリズムの頂角αを１００°とすることにより、より効果的に正面方向の輝度を向上させることができる。
【００６３】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、上記実施の形態等に限定されず、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、液晶表示装置の構成を具体的に挙げて説明したが、必要に応じて、拡散性を有する層や反射機能を有する層等、他の層を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の積層構造を表す模式図である。
【図２】図１に示したプリズムシートの断面拡大図である。
【図３】図１に示した液晶表示装置において、透過光の偏光状態を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の積層構造を表す模式図である。
【図５】図２に示した液晶表示装置において、透過光の偏光状態を説明するための模式図である。
【図６】入射角θ（°）に対する反射率（％）の関係を示した特性図である。
【図７】本実施例に係る表示画面の撮影写真であり、（Ａ）は正面方向、（Ｂ）は斜め下方向から撮影した写真である。
【図８】垂直方向における傾き（極角）に対する偏光度の関係を示す特性図である。
【図９】垂直方向における傾き（極角）に対する偏光度の関係を示す特性図である。
【図１０】従来の液晶表示装置の積層構造を表す模式図である。
【図１１】図１０に示した液晶表示装置において、透過光の偏光状態を説明するための模式図である。
【図１２】従来の他の液晶表示装置の積層構造を表す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，２…液晶表示装置、１０…光源、１１…拡散板、１２…プリズムシート、１３，２３…位相差板、１４，２０…選択反射偏光板、１５，２１…第１パネル側偏光板、１６…液晶パネル、１７，２２…第２パネル側偏光板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の方向に振動する偏光を利用して表示を行う液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶テレビ等の液晶表示装置において、高画質化への要求が高まっている。一般的に利用されている液晶表示装置は、図１０に示したように、光源１００と、拡散板１０１と、プリズムシート１０２と、選択反射偏光板１０３と、液晶パネル１０５に入射する光の偏光成分を特定する偏光板１０４と、画像データに基づいて表示を行う液晶パネル１０５と、液晶パネル１０５から出射する光の偏光成分を特定する偏光板１０６とを、この順に積層した構造となっている。このような構成において、利用者からみて、最も奥に配置されるものが光源１００であり、最も手前（利用者側）に配置されるものが、偏光板１０６である。
【０００３】
光源１００としては、蛍光管等の線状光源を一定間隔で配置したものが主流となっており、このような光源１００から射出する光を分散して輝度分布の均一化が図るために拡散板１０１が設けられている。
【０００４】
プリズムシート１０２は、一般的に、三角柱状のプリズムが連続的に配置されたものである。プリズムシート１０２に入射する光は、このプリズムの斜面で屈折透過あるいは反射されることにより、プリズムの稜線に直交する方向に入射する光のみが正面方向に集光される。なお、通常、プリズムの稜線は水平方向（液晶パネルの表示面に対して左右方向）となっている。これは、テレビ等の場合、垂直方向（液晶パネルの表示面に対して上下方向）から視聴する可能性が低いのに対し、水平方向からの視聴はごく一般的であるためである。
【０００５】
選択反射偏光板１０３は、特定の偏光成分のみを透過させ、これに直交する偏光成分を反射させて再利用することにより光の利用効率の向上を図るものである。これにより、およそ２０〜３０％の輝度改善効果を図ることができる。このような選択反射偏光板１０３の透過軸は、水平方向に設けられている。
【０００６】
液晶パネル１０５としては、ＶＡ（Vertical Alignment）モードやＩＰＳ（In Plane Switching）モード等がＴＶ用途では主流となっている。この場合、液晶パネル１０５を介して対向配置される偏光板１０４と偏光板１０６とは、互いにその透過軸が直交するように設けられ、偏光板１０４の透過軸は水平方向、偏光板１０６の透過軸方向は垂直方向（液晶パネルの表示面に対して上下方向）となっている。
【０００７】
図１１は、図１０に示したＩＩ−ＩＩ線の方向からみた、上述のプリズムシート１０２および選択反射偏光板１０３における光の透過・反射の状況を、偏光を考慮して図示したものである。光源１００から拡散板１０１を介して、プリズムシート１０２に入射する光は無偏光であるため、プリズムの稜線に平行な方向に振動する光（Ｓ偏光とする）と、これに直交する方向に振動する光（Ｐ偏光とする）とをほぼ均等に含んでいる。ところが、プリズムシート１０２に入射し、プリズムの斜面にぶつかった光は、プリズムシートの上方に透過する光と、下方に反射される光に分離する。このとき、図６に示したように、Ｓ偏光は反射しやすく、Ｐ偏光は透過しやすいという性質があるため、結果的にプリズムシート１０２を透過した光は、Ｓ偏光よりもＰ偏光を多く含むこととなる。なお、液晶パネルの表示面に対して、Ｓ偏光は水平方向の偏光であり、Ｐ偏光は垂直方向の偏光である。
【０００８】
一方、選択反射偏光板１０３の透過軸は、上述のように、水平方向となっているため、プリズムの稜線に平行な方向となる。このため、選択反射偏光板１０３では、Ｓ偏光が透過され、Ｐ偏光は反射される。従って、プリズムシート１０２を透過して選択反射偏光板１０３に入射した偏光が、選択反射偏光板１０３をほとんど透過することができず、光利用効率の向上を阻害する要因となっていた。
【０００９】
そこで、図１２に示したように、選択反射偏光板２０３の透過軸をプリズムの稜線と直交する方向（垂直方向）に設けることにより、Ｐ偏光透過率を向上させて、光利用効率を上げることが考えられる。発明者らの実験によれば、これにより、５〜８％の改善効果が得られることがわかっている。また、選択反射偏光板２０３の透過軸と偏光板２０４の透過軸とは一致するように設けられることから、偏光板２０４の透過軸は垂直方向となり、偏光板２０６の透過軸は水平方向となる。
【００１０】
しかしながら、偏光板２０６の透過軸が水平方向となると、水平方向の偏光を吸収する偏光サングラスをかけた利用者が画像を認識しづらくなってしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２０００−１９３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、光の利用効率を向上させつつ、偏光サングラスをかけた利用者が表示画像を容易に認識することができる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る第１の液晶表示装置は、光源に近い側から順に、稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、プリズム層を透過した光を、その偏光状態を変化させて透過させる位相差板と、位相差板を透過した光のうち、水平方向に振動する第１偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、第１パネル側偏光板を透過した第１偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を、垂直方向に振動する第２偏光として透過させる第２パネル側偏光板とを備えたものである。
【００１３】
本発明に係る第２の液晶表示装置は、光源に近い側から順に、稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、プリズム層を透過した光のうち、垂直方向に振動する第２偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、第１パネル側偏光板を透過した第２偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を、水平方向に振動する第１偏光として透過させる第２パネル側偏光板と、第２パネル側偏光板を透過した第１偏光の偏光状態を変化させて透過させる位相差板とを備えたものである。
【００１４】
ただし、「水平方向」とは、表示画面を正面から観た場合の左右方向を示し、「垂直方向」とは、表示画面を正面から観た場合の上下方向を示すものとする。また、「第１偏光」がＰ偏光である場合には、「第２偏光」とはＳ偏光を意味し、逆に「第１偏光」がＳ偏光である場合には、「第２偏光」とはＰ偏光を意味するものとする。また、プリズム層における「平面」とは、光軸に対して直交する面であるものとする。
【００１５】
本発明に係る第１の液晶表示装置では、プリズム層と第１パネル側偏光板との間に、偏光状態を変化させる位相差板が設けられていることにより、第１パネル側偏光板に入射する光の第１偏光の割合が増加する。これにより、第２パネル側偏光板の透過軸を垂直方向としたまま、第１パネル側偏光板における透過率を向上させることができる。
【００１６】
本発明に係る第２の液晶表示装置では、光源の一面側に、プリズムの稜線が水平方向に設けられたプリズム層と、垂直方向に振動する第２偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、水平方向に振動する第１偏光を透過させる第２パネル側偏光板と、この第１偏光の偏光状態を変化させる位相差板とを備えることにより、プリズム層を透過した光が、第１パネル側偏光板において透過されやすくなる。一方、第２パネル側偏光板を透過した第１偏光は、位相差板により、その偏光状態が変化する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る第１の液晶表示装置によれば、光源に近い側から順に、稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、プリズム層を透過した光を、その偏光状態を変化させて透過させる位相差板と、位相差板を透過した光のうち、水平方向に振動する第１偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、第１パネル側偏光板を透過した第１偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を、垂直方向に振動する第２偏光として透過させる第２パネル側偏光板とを備えるようにしたので、光利用効率を向上させつつ、偏光サングラスをかけた利用者が表示画像を容易に認識することが可能となる。
【００１８】
本発明に係る第２の液晶表示装置によれば、光源に近い側から順に、稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、プリズム層を透過した光のうち、垂直方向に振動する第２偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、第１パネル側偏光板を透過した第２偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、液晶パネルによって変調された光を、水平方向に振動する第１偏光として透過させる第２パネル側偏光板と、第２パネル側偏光板を透過した第１偏光の偏光状態を変化させて透過させる位相差板とを備えるようにしたので、光利用効率を向上させつつ、偏光サングラスをかけた利用者が表示画像を容易に認識することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の積層構造を模式的に表すものである。この液晶表示装置１は、光源１０の一面側に、拡散板１１と、プリズムシート１２と、位相差板１３と、選択反射偏光板１４と、第１パネル側偏光板１５と、液晶パネル１６と、第２パネル側偏光板１７とを、この順に備えている。利用者からみて、最も奥側に光源１０が配置され、最も手前に、第２パネル側偏光板１７が配置されている。なお、図１において、各構成要素の面内に描かれた線は、それぞれの光学軸を表している。例えば、プリズムシート１２ではプリズムの稜線、位相差板１３では遅相軸、選択反射偏光板１４、第１パネル側偏光板１５および第２パネル側偏光板１７では透過軸を表している。
【００２１】
光源１０は、例えば、直下型のバックライトとして機能し、液晶パネル１５の表示面とは反対側に光を照射するものである。この光源１０では、例えば、複数の線状光源が一定の間隔で配置されることにより、全体として面発光が行われる。線状光源としては、例えば、冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp）等の蛍光管が用いられる。なお、線状光源に限らず、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の点光源であってもよい。また、有機ＥＬ（ＥＬ；Electro Luminescence）素子等の平面型の光源を用いるようにしてもよい。
【００２２】
拡散板１１は、光源１０から出射した光を拡散し、輝度分布を均一化する機能を有するものである。通常、光源１０における線状光源は、輝度やコスト等の観点から、２０ｍｍ程度の間隔で配置されることが多く、この場合、光源１０の直上では輝度分布に大きなむらが生じてしまうためである。この拡散板１１は、例えば、屈折率の異なる高分子材料や樹脂材料等を組み合わせて構成されている。なお、拡散板１１の厚みは、必要とされる拡散性や構成材料によって決定され、板状のものに限らず、フィルム状やシート状のものも含まれる。また、光源１０として、有機ＥＬ素子等の平面型の光源を用いた場合には、輝度分布にむらが生じることがないため、拡散板１１は設けられていなくともよい。
【００２３】
プリズムシート１２は、拡散板１１によって拡散された光を、正面方向（シート面に垂直な方向）に集光して透過させる機能を有するものである。このプリズムシート１２は、その表面に、例えば三角柱等の柱状突起（プリズム）を複数有している。これらのプリズムは、その稜線が互いに平行となるように連続的に設けられている。特に、プリズムの稜線方向は、液晶パネルの表示面に対して左右方向（水平方向）となっている。これにより、この稜線に直交する方向（垂直方向）における光は正面方向に集光される一方で、水平方向における光は拡散する。従って、水平方向の視野角を確保しつつ、正面輝度を向上させることができる。なお、プリズムの形状は三角柱状に限らず、その他の多角柱状、円柱状であってもよく、また非球面等の処理が施されていてもよい。
【００２４】
ここで、図２に、プリズムシート１２の断面拡大図を示す。プリズム１２ａの斜面Ｓ１，Ｓ２がつくる頂角α（°）は、好ましくは、９０°＜α≦１２０°の範囲を満たし、より好ましくは、１００°である。このような構成において、プリズム１２ａの斜面（例えば、Ｓ１）に入射する入射光Ｌ０は、透過光Ｌ１と反射光Ｌ２に分離される。
【００２５】
位相差板１３は、その光学軸（遅相軸）が、プリズムの稜線方向と所定の角度をなすように配置され、透過する偏光を回転させる機能を有するものである。位相差板１３としては、例えば、１／２波長板、１／４波長板等が用いられ、好ましくは、１／２波長板が用いられる。また、１／２波長板を用いた場合、その光学軸が、プリズムの稜線方向に対して４５°の角度を有するように配置されていることが好ましい。
【００２６】
選択反射偏光板１４は、特定の方向に振動する偏光を透過させると共に、これに直交する方向に振動する偏光を反射させる機能を有しており、光の利用効率を高めるために設けられるものである。反射した偏光は、光源１０側へ戻り、図示しない反射板等により反射されて再利用される。この選択反射偏光板１４は、その透過軸が水平方向となるように配置されている。
【００２７】
第１パネル側偏光板１５は、特定の方向に振動する偏光を透過させる機能を有しており、その透過軸が、選択反射偏光板１４の透過軸と一致するように、すなわち、水平方向となるように配置されている。
【００２８】
液晶パネル１６は、画像データに基づいて、光を変調させて表示を行う表示素子である。この液晶パネル１６は、例えば、図示しない画素電極やＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）スイッチング素子等が設けられたＴＦＴ基板と、対向電極やカラーフィルタ等が設けられたカラーフィルタ基板と、これらＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に含浸された液晶層とを有している。
【００２９】
第２パネル側偏光板１７は、特定の方向に振動する偏光を透過させる機能を有しており、その透過軸が、第１パネル側偏光板１５の透過軸と直交するように配置されている。すなわち、第２パネル側偏光板１７の透過軸は、垂直方向となっている。この第２パネル側偏光板１７を透過して出射された光が、利用者によって観測される。
【００３０】
次に、このような構成の液晶表示装置１の作用、効果について、図３を参照して詳細に説明する。なお、図３は、図１のＩＩ−ＩＩ線の方向からみた、プリズムシート１２、位相差板１３および選択反射偏光板１４における光の透過、反射の状況を偏光を考慮して図示したものである。また、Ｓ偏光およびＰ偏光を、それぞれ矢印で模式的に表し、各偏光の度合いを、その矢印の長さで表している。
【００３１】
液晶表示装置１では、光源１０から拡散板１１に入射した光は、拡散板１１を透過する際に拡散され、輝度分布が均一化される。この拡散された光（Ｌ０）は、無偏光であり、Ｓ偏光とＰ偏光とを均等に含んでいる。この光Ｌ０がプリズムシート１２のプリズムの斜面に入射すると、この斜面を透過する光Ｌ１と反射する光Ｌ２とに分離される。このとき、透過した光Ｌ１は、Ｓ偏光に比べてＰ偏光を多く含んでいる。一方、反射された光Ｌ２は、Ｐ偏光よりもＳ偏光を多く含み、光源１０側へ戻り再利用される。
【００３２】
プリズムシート１２を透過した光Ｌ１は、位相差板１３に入射すると、位相差が付与されて、その偏光軸が回転する。これにより、位相差板１３を透過する光Ｌ３のＳ偏光の割合が増加する。
【００３３】
位相差板１３を透過した光Ｌ３は、選択反射偏光板１４に入射すると、選択反射偏光板１４の透過軸に平行な方向に振動する偏光が透過され、これに直交する方向に振動する偏光が反射される。このとき、選択反射偏光板１４の透過軸が、水平方向、すなわちプリズムの稜線に平行な方向となるように配置されているので、Ｓ偏光が透過され、Ｐ偏光が反射される。
【００３４】
ここで、図１０に示したような従来の構成では、プリズムシート１０２を透過した光は、その偏光状態のまま、選択反射偏光板１０３に入射する。このため、選択反射偏光板１０３へ入射する光は、Ｓ偏光に比べてＰ偏光が多い状態となっていた。従って、透過する光量よりも反射する光量の方が多く、光利用効率が不十分であった。これに対し、本実施の形態では、選択反射偏光板１４に入射する光Ｌ３は、上述したように、Ｓ偏光の割合が増加しているので、選択反射偏光板１４を透過する光（Ｌ４）の量を従来よりも増大させることができる。
【００３５】
選択反射偏光板１４を透過した光Ｌ４は、第１パネル側偏光板１５に入射すると、第１パネル側偏光板１５の透過軸が、選択反射偏光板１４の透過軸と一致しているため、反射されることなく透過される。第１パネル側偏光板１５を透過した光は、液晶パネル１６に入射し、液晶パネル１６によって変調される。
【００３６】
液晶パネル１６によって変調された光は、第２パネル側偏光板１７より出射する。このとき、第２パネル側偏光板１７の透過軸が、第１パネル側偏光板１５の透過軸と直交しているため、第２パネル側偏光板１７より出射する光は、Ｐ偏光、すなわち垂直方向に振動する偏光となっている。従って、水平方向に振動する偏光を吸収する偏光サングラスによって、光が吸収されにくくなる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態では、プリズムシート１２と選択反射偏光板１４との間に、偏光を回転させる位相差板１３を設けるようにしたので、光の利用効率を高めると共に、水平方向の偏光を吸収する偏光サングラスをかけた利用者であっても、表示画像を認識し易くなる。
【００３８】
また、位相差板１３として１／２波長板を用い、その光学軸が、プリズムの稜線と４５°の角度をなすように配置すれば、位相差板１３を透過する際、偏光が９０°回転する。これにより、Ｐ偏光はＳ偏光となり、Ｓ偏光はＰ偏光となるため、位相差板１３を透過する光Ｌ３は、Ｐ偏光よりもＳ偏光を多く含むこととなる。従って、より透過率が増加し、光利用効率を従来に比べて５〜８％程度向上させることができる。
【００３９】
さらに、プリズム１２ａの頂角αが、９０°＜α≦１２０°を満たすようにすれば、正面方向の輝度をより向上させることができる。以下、この理由について、図２および図７を参照して説明する。
【００４０】
通常、プリズム１２ａの頂角αは、光再利用の観点から９０°に設定されている。この場合、シート面に対して垂直に入射する光Ｌ0は、プリズムの斜面Ｓ１に対して、入射角θ＝４５°で入射することになる。ここで、図７に、プリズムの材料として一般的に用いられる屈折率１．５２の媒質から、空気等の屈折率１．０の媒質へ入射する光の入射角θ（°）に対する反射率（％）の関係を示す。これによれば、プリズムの斜面Ｓ１への入射角θが４５°の場合、Ｐ偏光、Ｓ偏光共にほぼ全反射となることがわかる。また、Ｐ偏光の反射率が０となる入射角、すなわちブリュースター角（３３．３４°）の近傍において、Ｓ偏光に対してＰ偏光が透過する割合が大きくなることがわかる。なお、入射角θとは、入射光と、それぞれの媒質の界面（プリズムの斜面）に下ろした垂線とのなす角度とする。
【００４１】
図７の関係より、プリズム１２ａの斜面Ｓ１に入射する光Ｌ0の入射角θが、ブリュースター角の近傍、例えば、３０°≦θ＜４５°であることにより、入射角θが４５°である場合に比べて、偏光度が高くなり、その結果、輝度が向上する。これより、プリズムシート１２のプリズムの頂角αは、９０°＜α≦１２０°となるように設定されていることが好ましいことがわかる。
【００４２】
また特に、プリズム１２ａの頂角αが１００°であることにより、表示面に対して垂直となる方向（真正面）において、偏光度を高めることができるため、正面方向の輝度をより効果的に向上させることができる。
【００４３】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００４４】
上記第１の実施の形態においては、プリズムシートと選択反射偏光板との間に、位相差板を配置する場合について説明したが、本実施の形態では、最も利用者側に、位相差板を配置する液晶表示装置について説明する。なお、説明の簡潔化を図るため、以下、第１の実施の形態と同様の部位については、同じ符号を付して、適宜説明を省略する。
【００４５】
図４は、本実施の形態に係る液晶表示装置２の積層構造を模式的に表すものである。この液晶表示装置２は、光源１０の一面側に、拡散板１１と、プリズムシート１２と、選択反射偏光板２０と、第１パネル側偏光板２１と、液晶パネル１６と、第２パネル側偏光板２２と、位相差板２３とを、この順に備えている。利用者からみて、最も奥側に光源１０が配置され、最も手前に、位相差板２３が配置されている。
【００４６】
選択反射偏光板２０は、特定の方向に振動する偏光を透過させると共に、これに直交する方向に振動する偏光を反射させる機能を有しており、光の利用効率を高めるために設けられるものである。この選択反射偏光板２０は、その透過軸がプリズムシート１２のプリズムの稜線と直交する方向（垂直方向）となるように配置されている。
【００４７】
第１パネル側偏光板２１は、特定の方向に振動する偏光を透過させる機能を有しており、その透過軸が、選択反射偏光板２０の透過軸と一致するように、すなわち、垂直方向となるように配置されている。
【００４８】
第２パネル側偏光板２２は、特定の方向に振動する偏光を透過させる機能を有しており、その透過軸が、第１パネル側偏光板２１の透過軸と直交するように、すなわち、水平方向となるように配置されている。
【００４９】
位相差板２３は、その光学軸（遅相軸）が、第２パネル側偏光板２２の透過軸と所定の角度をなすように配置され、透過する偏光を回転させる機能を有するものである。位相差板２３としては、例えば、１／２波長板、１／４波長板、１／８波長板等が用いられ、好ましくは、１／４波長板が用いられる。また、１／４波長板を用いた場合、その光学軸が、プリズムの稜線方向に対して４５°の角度を有するように配置されていることが好ましい。この位相差板２３から出射された光が、利用者によって観測される。次に、図５を参照して、液晶表示装置２の作用、効果について説明する。
【００５０】
液晶表示装置２では、プリズムシート１２を透過した光Ｌ１が、選択反射偏光板２０に入射すると、選択反射偏光板２０の透過軸に平行な方向に振動する偏光が透過され、これに直交する方向に振動する偏光が反射される。このとき、選択反射偏光板２０の透過軸が、垂直方向、すなわちプリズムの稜線に直交する方向となるように配置されているので、Ｐ偏光が透過され、Ｓ偏光が反射される。ここで、プリズムシート１２を透過した光Ｌ１は、上述のように、Ｓ偏光よりもＰ偏光を多く含んでいるので、透過する光の量が、反射する光の量よりも多くなる。
【００５１】
選択反射偏光板２０を透過した光Ｌ５は、第１パネル側偏光板２１に入射したのち、液晶パネル１６によって変調され、第２パネル側偏光板２２を透過する。第２パネル側偏光板２２を透過した光Ｌ６は、第１パネル側偏光板２１を透過する偏光と直交する偏光となっているため、Ｓ偏光、すなわち水平方向に振動する光となっている。
【００５２】
第２パネル側偏光板２２を透過した光Ｌ６は、位相差板２３に入射すると、位相差が付与され、偏光が回転する。これにより、位相差板２３を透過した光Ｌ７は、水平方向に振動する偏光を吸収する偏光サングラスによって、光が吸収されにくくなる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では、選択反射偏光板２０を、その透過軸がプリズムの稜線と直交する方向となるように配置し、最も利用者側に、位相差板２３を配置することにより、光の利用効率を高めると共に、水平方向の偏光を吸収する偏光サングラスをかけた利用者であっても、表示画像を認識し易くなる。
【００５４】
また、位相差板２３として１／２波長板を用い、その光学軸が、プリズムの稜線と４５°の角度をなすように配置すれば、位相差板２３を透過する偏光は９０°回転する。これにより、第２パネル側偏光板２２を透過したＳ偏光は、Ｐ偏光となる。従って、最終的な表示光は、垂直偏光のみを有することとなるため、偏光サングラスをかけた利用者が、正面から表示画面を観た場合、より明るい画像として認識することができる。
【００５５】
あるいは、位相差板２３として１／４波長板を用い、その光学軸が、プリズムの稜線と４５°の角度をなすように配置すれば、位相差板２３を透過する偏光は４５°回転する。これにより、第２パネル側偏光板２２を透過したＳ偏光は、円偏光となる。従って、例えば、偏光サングラスをかけた利用者が、表示画面のいずれの角度から観測した場合であっても、表示画像を認識することができる。
【実施例】
【００５６】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００５７】
図１に示した液晶表示装置１を作製し、表示画像の評価を行った。この際、プリズムシート１２としては、住友３Ｍ製のものを用い、位相差板１３としては、１／４波長板を用いた。なお、用いたプリズムシート１２のプリズムの頂角αは、９０°に設定されている。作製した液晶表示装置１において、表示画面を正面方向および右斜め下方から撮影した。結果を図７（Ａ）（正面方向）および図７（Ｂ）（右斜め下方）に示す。
【００５８】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）の結果より、正面方向よりも、右斜め下方から観た画像の方が、輝度が向上していることがわかる。以下、この理由について説明する。
【００５９】
まず、図６に示した関係を考慮して、プリズムシート１２を透過した光について、プリズムの稜線に直交する角度方向（垂直方向）における偏光度のシミュレーションを行った。結果を図８に示す。なお、図８において、極角（°）とは、シート面に垂直な方向（正面方向）を０°として、垂直方向に傾斜した角度（±０°〜６０°）とする。また、偏光度とは、（１−クロスニコルの透過率／パラニコルの透過率）で表されるものである。なお、（クロスニコルの透過率／パラニコルの透過率）は、最大コントラスト（偏光を乱す要因が皆無の場合の理想値）の逆数であり、クロスニコルは偏光板の偏光方向を直交させて重ねる場合、パラニコルは偏光板の偏光方向を平行にして重ねる場合を示す。
【００６０】
図８に示したように、正面方向（極角０°付近）における偏光度は低く、正面方向から±５度程度傾いたところでピークとなり、更に傾くにつれて低下する傾向となった。本発明の液晶表示装置１は、偏光効果を利用して表示を行うものであるため、この偏光度が高い程、集光性が高まり、高輝度が実現される。このため、プリズムの頂角が９０°である場合、厳密には、真正面方向よりも、垂直方向に少し傾いた角度方向において、輝度が高くなる。従って、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示したように、正面方向よりも、斜め下方向において、輝度が高くなったものと考えられる。
【００６１】
ところで、プリズムシート１２を設けることの本来の目的は、垂直方向に拡散する光を集光し、正面方向の輝度を向上させることにある。従って、正面方向における偏光度を高める、すなわち正面方向に偏光度のピークがくるように、頂角αを設定することが、より好ましい。
【００６２】
図９に、プリズムの頂角αを１００°とした場合の極角（°）に対する偏光度の関係をシミュレーションした結果を、頂角αを９０°とした場合と共に示す。頂角αを１００°とした場合、頂角αを９０°とした場合に比べて、偏光度のピーク値は若干低下するものの、偏光度がピークとなる位置が正面方向（極角０°）に移動していることがわかる。この結果から、プリズムの頂角を１００°とすることにより、真正面方向における輝度が向上する。従って、プリズムの頂角αを１００°とすることにより、より効果的に正面方向の輝度を向上させることができる。
【００６３】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、上記実施の形態等に限定されず、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、液晶表示装置の構成を具体的に挙げて説明したが、必要に応じて、拡散性を有する層や反射機能を有する層等、他の層を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の積層構造を表す模式図である。
【図２】図１に示したプリズムシートの断面拡大図である。
【図３】図１に示した液晶表示装置において、透過光の偏光状態を説明するための模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の積層構造を表す模式図である。
【図５】図２に示した液晶表示装置において、透過光の偏光状態を説明するための模式図である。
【図６】入射角θ（°）に対する反射率（％）の関係を示した特性図である。
【図７】本実施例に係る表示画面の撮影写真であり、（Ａ）は正面方向、（Ｂ）は斜め下方向から撮影した写真である。
【図８】垂直方向における傾き（極角）に対する偏光度の関係を示す特性図である。
【図９】垂直方向における傾き（極角）に対する偏光度の関係を示す特性図である。
【図１０】従来の液晶表示装置の積層構造を表す模式図である。
【図１１】図１０に示した液晶表示装置において、透過光の偏光状態を説明するための模式図である。
【図１２】従来の他の液晶表示装置の積層構造を表す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，２…液晶表示装置、１０…光源、１１…拡散板、１２…プリズムシート、１３，２３…位相差板、１４，２０…選択反射偏光板、１５，２１…第１パネル側偏光板、１６…液晶パネル、１７，２２…第２パネル側偏光板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源に近い側から順に、
稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、前記光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、
前記プリズム層を透過した光を、その偏光状態を変化させて透過させる位相差板と、
前記位相差板を透過した光のうち、水平方向に振動する第１偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、
前記第１パネル側偏光板を透過した第１偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルによって変調された光を、垂直方向に振動する第２偏光として透過させる第２パネル側偏光板とを備えた
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記位相差板と第１パネル側偏光板との間に、水平方向に振動する第１偏光を透過させると共に、垂直方向に振動する第２偏光を反射させる選択反射偏光板を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記光源と前記プリズム層との間に、光を拡散させる拡散層を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記位相差板は、１／２波長板である
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記プリズムが三角柱状であり、その頂角が９０°より大きく１２０°以下である
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記頂角が１００°である
ことを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】
光源に近い側から順に、
稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、前記光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、
前記プリズム層を透過した光のうち、垂直方向に振動する第２偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、
前記第１パネル側偏光板を透過した第２偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルによって変調された光を、水平方向に振動する第１偏光として透過させる第２パネル側偏光板と、
前記第２パネル側偏光板を透過した第１偏光の偏光状態を変化させて透過させる位相差板とを備えた
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記位相差板が、１／４波長板である
ことを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記位相差板が、１／２波長板である
ことを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項１】
光源に近い側から順に、
稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、前記光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、
前記プリズム層を透過した光を、その偏光状態を変化させて透過させる位相差板と、
前記位相差板を透過した光のうち、水平方向に振動する第１偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、
前記第１パネル側偏光板を透過した第１偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルによって変調された光を、垂直方向に振動する第２偏光として透過させる第２パネル側偏光板とを備えた
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記位相差板と第１パネル側偏光板との間に、水平方向に振動する第１偏光を透過させると共に、垂直方向に振動する第２偏光を反射させる選択反射偏光板を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記光源と前記プリズム層との間に、光を拡散させる拡散層を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記位相差板は、１／２波長板である
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記プリズムが三角柱状であり、その頂角が９０°より大きく１２０°以下である
ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記頂角が１００°である
ことを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【請求項７】
光源に近い側から順に、
稜線が水平方向となるように平面に沿って配置された複数のプリズムを有し、前記光源から入射した光を集光して透過させるプリズム層と、
前記プリズム層を透過した光のうち、垂直方向に振動する第２偏光を透過させる第１パネル側偏光板と、
前記第１パネル側偏光板を透過した第２偏光を、画像データに基づいて変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルによって変調された光を、水平方向に振動する第１偏光として透過させる第２パネル側偏光板と、
前記第２パネル側偏光板を透過した第１偏光の偏光状態を変化させて透過させる位相差板とを備えた
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】
前記位相差板が、１／４波長板である
ことを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記位相差板が、１／２波長板である
ことを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１７６０５９（Ｐ２００８−１７６０５９Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９４１５（Ｐ２００７−９４１５）
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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