JP2006244803A - 偏光機能層付き面光源素子およびこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 集光機能および光利用効率を向上することができる偏光機能層付き面光源素子、およびこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかる偏光機能層付き面光源素子３０は、側面に設けられた１つ以上の光源４１から入射した光を伝播させるための導光板４２と、特定の偏光を選択的に透過する偏光機能層２２と、出射光の出射角度を制御するための出射光制御板４５とが、一体的に形成されてなる部材を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ビデオカメラ、カーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、テレビ受像機、広告用看板などに利用される偏光機能層付き面光源素子およびこれを用いた液晶表示装置に関する。

携帯電話、ＰＤＡ、ビデオカメラなどの小型表示装置やカーナビゲーションシステム、パーソナルコンピュータ、コンピュータ用モニタ、テレビ受像機、広告用看板などの中大型表示装置として広く使用されるようになった液晶表示装置は、面状に光を発する面光源素子（バックライト）と映像情報を与える液晶表示パネルとで構成され、該液晶表示パネルが与えた映像情報により光の透過率がコントロールされることによって文字および映像が表示される。

図４に一般的な面光源素子１０の構成を示す。冷陰極管や発光ダイオード（ＬＥＤ）などからなる光源１１から発せられた光は、ポリメチルメタクリレートやシクロオレフィンポリマーなどの透明材料からなる導光板１２に入射し、該導光板１２内を伝搬する。導光板１２にはドット印刷や微細パターンなどからなる裏面処理１３が施されており、該裏面処理１３に入射した伝搬光が拡散することにより導光板１２から出射される。出射された光は無指向性であるため、拡散シート１４やプリズムシート１５を複数枚使用することにより、正面方向に集光し輝度を上昇させる。図４の場合は、拡散シート１枚と各々のレンズを直交させたプリズムシート２枚を使用した例である。また、導光板１２の裏面側には金属を蒸着したフィルムや発泡ポリエチレンテレフタレートなどからなる反射シート１６が配置され、導光板１２の裏面側に出射された光を再度導光板１２に戻す機能を果たす。

次に、一般的な液晶表示パネルについて図５を用いて説明する。液晶表示パネル２０は、液晶セル２１の外層に偏光機能層２２が配置される。この偏光機能層２２は、偏光子２３と、必要に応じて設けられる位相差フィルムや視野角拡大フィルムなどの光学機能層２４とを有する。液晶セル２１は、図示しない基板、液晶分子、配向膜、スペーサ、カラーフィルタ、透明電極などから構成される。ただし、液晶表示パネルの構成はこれに限定されるものではなく、用途や要求に応じて様々な構成となる。図５の液晶表示パネル２０の下側に、図４で示した面光源素子１０を配設することにより、つまり面光源素子１０と偏光機能層２２とが隣接した状態で、液晶表示装置が構成される。

上述した面光源素子において、拡散シートやプリズムシートを用いて無指向性の光を正面方向に集光することができるのは、該拡散シートの表面に形成された凹凸形状や該プリズムシートの表面に形成されたプリズムレンズにより、空気との界面で光が屈折されるためである。すなわち、拡散シートおよびプリズムシートの表面に空気層が介在することで該拡散シート、該プリズムシートにおける表面での屈折率差が大きくなり、無指向性の光を集光することが可能となる。その一方、表面に屈折率差を有するが故に、表面反射の影響により導光板側に光が戻り、その結果、光利用効率が低下するという課題がある。

そこで、拡散シート、プリズムシートにおける表面反射の影響を取り除くために、導光板と拡散シート、プリズムシートとを粘着剤または接着剤（以下、粘着・接着剤と表記する場合がある）を介して貼合することが考えられる。また、面光源素子と偏光機能層との間においても、空気層が介在する場合には表面反射が起こりうるために、同様に両部材を貼合して一体化することが好ましい。この例として、導光板と偏光機能層とを接着配置し、必要に応じて拡散シート、プリズムシートなども合わせて配置することが知られている（例えば、特許文献１〜４）。しかし、上記特許文献１〜４の導光板のように導光板と偏光機能層を接着配置しただけでは、光を正面方向に集光することは困難と考えられる。一方、集光するために拡散シートやプリズムシートを用いたとしても、それらを接着配置した場合は空気層が介在しないことから集光機能も同時に抑制されるため、所望の光学性能を達成することはできない。

また、偏光子に拡散シート、輝度向上フィルム、集光フィルムなどの光学機能層が貼り合わされた偏光機能層が知られており、さらに面光源素子も貼り合わせ可能であることも知られている（例えば、特許文献５）。しかし、特許文献５は、一体化により歩留まりの向上や薄型化を実現できるが、用いられる拡散シートや集光フィルムはフィルムの表面形状ではなく、内部構造の屈折率差で機能を発現させている。したがって、十分な光学性能を達成できないために、一体化により光利用効率が向上するとの言及はなされていない。

さらに、偏光機能層と導光板とを両者の界面で光の反射が生じないように貼り合わせることも知られている（例えば、特許文献６、７）。しかし、特許文献６、７は、導光板裏面に形成される凹凸により出射光が略平行となるため、反射型液晶表示装置用のフロントライトには適用できるものの、出射光の視野角を必要とする透過型液晶表示装置用のバックライトには使用できないと考えられる。

そのほかに偏光機能層を導光板と接着処理する技術が知られているが（例えば、特許文献８）、特許文献８は他部材とのスティッキングや耐熱性等の性能試験時などにおけるカール、うねりの発生を防止することを目的としており、光利用効率向上に関する言及はなされていない。
特開平９−１８９８１１号公報 特開平１０−３１９２３３号公報 特開平１１−２７２２号公報 特開平１１−５２１３３号公報 特開２００３−３１５５４５号公報 特開２０００−１５５３１５号公報 特開２００３−６６２３６号公報 特開２００３−３１５５４８号公報

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、集光機能および光利用効率を向上することができる偏光機能層付き面光源素子、およびこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる偏光機能層付き面光源素子は、側面に設けられた１つ以上の光源から入射した光を伝播させるための導光板と、特定の偏光を選択的に透過する偏光機能層と、出射光の出射角度を制御するための出射光制御板とが、一体的に形成されてなる部材を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、導光板と偏光機能層だけでなく、出射光制御板も一体的に形成されているので、該出射光制御板における出射光を集光させる機能を確保するともに、屈折率の大きく異なる空気層を介しないため光利用効率を低下させることがないことから、導光板からの光を該出射光制御板を介して該偏光機能層に入射させて出射光を得る場合に、集光機能および光利用効率を向上することができる。

好ましくは、前記出射光制御板は、前記導光板の出射面に対向して位置する入射側の主面およびその反対側の出射側の主面を有する板状の本体と、前記本体の入射側の主面から突出し、該主面に対して傾斜した傾斜面を持ち、かつ頂部が同一平面内にある複数の凸部とを備えて、該凸部の頂部で前記導光板の出射面と接着されてなり、前記導光板から該凸部の頂部を介して入射した光を該凸部の傾斜面で反射させて、前記本体の出射側の主面から出射させるものであり、かつ前記本体の出射側の主面と前記偏光機能層とが一体的に形成されてなることを特徴とする。
この場合、出射光制御板の凸部が特定形状を有するので集光機能を有するとともに、該凸部の頂部で導光板の出射面と接着されているので、空気層が介在せず光利用効率を低下させることがないことから、集光機能および光利用効率を向上することができる。

好ましくは、前記偏光機能層に偏光子が用いられる。また、偏光機能層に光学機能層が含まれる。該光学機能層としては、視野角が拡大される視野角補償機能層、輝度を向上させる輝度向上機能層、その他視認性を向上させる位相差フィルム、拡散フィルム等の光学補償機能層などから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

好ましくは、前記導光板および前記出射光制御板から構成される面光源素子と偏光機能層とを一体化するために粘着剤または接着剤が用いられる。該粘着剤または接着剤は、（メタ）アクリレート系、オキセタン系、アクリル樹脂系、ポリエステル系、エポキシ系であることが好ましい。

本発明にかかる液晶表示装置は、前記偏光機能層付き面光源素子を用いることを特徴とする。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は本発明にかかる偏光機能層付き面光源素子の一例の概略図を示す。この偏光機能層付き面光源素子３０は、面光源素子４０と、特定の偏光を選択的に透過する偏光機能層２２と、面光源素子４０と偏光機能層２２の間に設けられた粘着・接着剤の層３２とを備えている。

図２は面光源素子４０の概略構成図を示す。面光源素子としては、ＵＳＰ５３９６３５０や特開平１１−１４４５１５号公報などの公知文献に開示されているものを用いることができる。面光源素子４０は、側面に設けられた１つ以上の光源４１から入射した光を伝播させるための導光板４２と、出射光の出射角度を制御するための出射光制御板４５とを備えている。

出射光制御板４５は、導光板４２の出射面４２ａに対向して位置する入射側の主面４４ａおよびその反対側の出射側の主面４４ｂを有する板状の本体４４と、複数の凸部４３とを備え、該凸部４３は、前記本体４４の入射側の主面４４ａから突出し、該主面４４ａに対して傾斜した傾斜面４３ｂを持ち、かつ頂部４３ａが同一平面内にある。該凸部４３の頂部４３ａで前記導光板４２の出射面４２ａと接着されてなる。

そして、図１のように、面光源素子４０における出射光制御板４５の本体４４の出射側の主面４４ｂ（図２）と前記偏光機能層２２とが接着により一体的に形成されている。この例では面光源素子４０と偏光機能層２２の間に粘着・接着剤の層３２を設けて接着させているが、圧着や融着などの方法により一体化することも可能である。すなわち、この偏光機能層付き面光源素子３０は、導光板４２、出射光制御板４５および偏光機能層２２とが一体的に形成されてなる。

出射光制御板４５の凸部４３の形状は少なくとも一部に曲面を有するものであれば特に限定されないが、例えばだ円形や円形の断面形状のものが好ましい。また、複数の凸部４３は１次元配列または２次元配列で配置される。

出射光制御板４５は透明材料からなる基材フィルム上に光硬化性材料のような材料を用いて凸部４３を形成してもよいし、熱可塑性樹脂を用いて射出成形などの方法で凸部形状を含む出射光制御板４５を一度に成形してもよい。

上記構成の偏光機能層付き面光源素子３０は、光源４１からの光が導光板４２中を全反射しながらロスなく伝播し、導光板４２の出射面４２ａと出射光制御板４５の凸部４３の頂部４３ａとの接点でのみ伝搬光が取り出される。そして、凸部４３の頂部４３ａから入射した光は、凸部４３の傾斜面４３ｂで反射し、本体４４の出射側の主面４４ｂから出射して、偏光機能層２２に入射する。

この偏光機能層付き面光源素子３０は、導光板４２と偏光機能層２２だけでなく、出射光制御板４５も一体的に形成されているので、出射光制御板４５の凸部４３が特定形状を有するため集光機能を確保するともに、凸部４３の頂部４３ａで導光板４２の出射面４２ａと接着されてここからのみ光が入射するため、屈折率の大きく異なる空気層を介さないので表面反射の影響で光をロスさせることがなく光利用効率を低下させないことから、導光板４２からの光を偏光機能層２２に入射させて出射光を得るに際して、集光機能および光利用効率を向上することができる。

また、面光源素子４０からの出射光角度は、出射光制御板４５における凸部４３の形状に依存し、形状を最適化することで出射光角度を任意に制御することも可能である。したがって、従来の面光源素子のプリズムシートや拡散シートのように表面形状で集光するわけではなく、また出射光制御板４４の出射側の主面４４ｂは平坦であるため、面光源素子４０と偏光機能層２２を一体化したときにも出射光角度は変化しない。従来のプリズムシートでは集光機能を有するものの、導光板、偏光機能層と一体形成できないのに対して、該出射光制御板４５では集光機能を有するとともに、導光板４２、偏光機能層２２、出射光制御板４５の一体形成が可能となる。それ故、従来の面光源素子では不可能であった、偏光機能層との一体化による光利用効率の向上が可能となる。

なお、面光源素子４０と偏光機能層２２との間に少なくとも１つ以上の粘着・接着剤層３２や光学機能層を含む場合においても、屈折率差はそれほど大きくならないため、空気層を介在するよりも光利用効率を向上することが可能である。

本発明に用いる偏光機能層には、偏光子が用いられる。本発明に用いる偏光子とは、自然光からある一方向の直線偏光を選択的に透過する機能を有するものである。例えば、ポリビニルアルコール系フィルムにヨウ素を吸着、配向させたヨウ素系偏光フィルム、ポリビニルアルコール系フィルムに二色性の染料を吸着、配向させた染料系偏光フィルム、（リオトロピック）液晶状態の色素をコーティングし、配向、固定化した塗布型偏光子などが挙げられる。これら、ヨウ素系偏光フィルム、染料系偏光フィルム、塗布型偏光子は、自然光からある一方向の直線偏光を選択的に透過し、他の一方向の直線偏光を吸収する機能を有するもので、吸収型偏光子と呼ばれている。上記ヨウ素系偏光フィルム、染料系偏光フィルムは、通常、その片面または両面に保護層を設けて、偏光板とされる。片面にのみ保護層を設けた偏光板は、面光源素子と接着する面が、保護層のある面であっても、保護層のない面であっても構わない。保護層としては、例えば、トリアセチルセルロースやジアセチルセルロースのようなセルロースアセテート樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム、ポリアリレート樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン樹脂フィルム、ノルボルネンのような環状オレフィンをモノマーとする環状ポリオレフィン樹脂フィルムなどを貼合したものが挙げられる。保護層はフィルム状のものに限定されない。例えば、コーティングによって形成された保護層であっても構わない。本発明に用いる偏光子は、前述した吸収型偏光子だけではなく、自然光からある一方向の直線偏光を選択的に透過し、他の一方向の直線偏光を反射または散乱する機能を有する反射型偏光子、散乱型偏光子と呼ばれているものでも構わない。また、上記に具体的に挙げた偏光子は、必ずしもこれらによって限定されるものではなく、自然光からある一方向の直線偏光を選択的に透過する機能を有するものであればよい。これらの偏光子の中でも、視認性に優れている吸収型偏光板を用いるのが好ましく、その中でも、偏光度、透過率が優れているヨウ素系偏光板を用いるのが最も好ましい。

また、本発明に用いる偏光機能層には、視認性を向上する光学機能層が含まれてもよい。例えば、視野角を拡大する為に、視野角補償フィルムが偏光子に積層されていてもよい。また、輝度を向上するために、輝度向上フィルムが偏光子に積層されていてもよい。その他視認性を向上するために、位相差フィルム、拡散フィルムなどの光学補償フィルムが積層されていてもよい。また、視認性を向上するための層はフィルム状のものに限定されない。例えば、コーティングによって形成された位相差層、拡散層などの光学補償層であっても構わない。さらに、視認性を向上する光学機能層は、視認性を向上するのであれば、偏光子のいずれの面に形成されても構わない。例えば、上述した視野角補償フィルムは、面光源素子、偏光子、視野角補償フィルムの順に積層したものが一例として挙げられる。また、上述した輝度向上フィルムは、面光源素子、輝度向上フィルム、偏光子の順に積層したものが一例として挙げられる。

本発明に用いる粘着・接着剤としては、（メタ）アクリレート系、オキセタン系などのモノマー・オリゴマー系接着剤、尿素樹脂系、メラミン樹脂系、フェノール樹脂系、レゾルシノール樹脂系、エポキシ系、ポリウレタン樹脂系、酢酸ビニル樹脂系、ポリビニルアルコール樹脂系、アクリル樹脂系、セルロース樹脂系などの樹脂系接着剤、クロロプレン系、ニトリルゴム系、スチレンブタジエンゴム系、スチレンブロック共重合熱可塑性エラストマー系、ブチルゴム系、天然ゴム系、再生ゴム系、塩化ゴム系、シリコーンゴム系などのゴム系接着剤、膠や澱粉系などの天然系接着剤などが挙げられる。粘着の際に使用される粘着剤は、一般的に感圧接着剤とも呼称される接着剤の一種である。具体的には、（メタ）アクリレート系、オキセタン系、スチレンブタジエンゴム系、ブチルゴム系、天然ゴム系、シリコーンゴム系、ポリイソプレン系、ポリブテン系、ポリビニルエーテル系、アクリル樹脂系、ポリエステル系などが挙げられる。これら接着剤または粘着剤を用いて、常温あるいは加熱しながらの圧着や、光照射することによって接着することができる。

これら粘着・接着剤の中でも、（メタ）アクリレート系、オキセタン系、アクリル樹脂系、ポリエステル系、エポキシ系の粘着・接着剤が好ましく、最も好ましくは（メタ）アクリレート系、アクリル樹脂系、ポリエステル系の粘着・接着剤である。これらの粘着・接着剤は透明性が高く、耐候性も良好という理由で好ましい。これら粘着・接着剤は、被着体である導光板や出射光制御板、偏光機能層の材質によって適当に選ばれる。

また本発明に用いる粘着・接着剤の屈折率ｎ_３は、面光源素子における出射光制御板の出射面側の屈折率をｎ_１、偏光機能層の粘着・接着剤と接する面の屈折率をｎ_２とすれば、ｎ_１≦ｎ_３≦ｎ_２（ｎ_１≦ｎ_２の場合）、もしくはｎ_２≦ｎ_３≦ｎ_１（ｎ_２≦ｎ_１の場合）となることが光利用効率を向上できる点で好ましい。また、該面光源素子と該偏光機能層との間に光学機能層を含む場合にも同様に、粘着・接着剤の屈折率を被着体の屈折率の間にすることが好ましい。

上記で得られた偏光機能層付き面光源素子を用いることで、図３に示す構成の液晶表示装置５０を得ることができる。該液晶表示装置は従来の液晶表示装置よりも、明るく、視認性のよい映像情報を観察することができる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。

実施例１
８０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで厚さ０．１３ｍｍのＰＭＭＡフィルム（テクノロイＳ００１：住友化学株式会社製）に、凸部形状を形成し出射光制御板を作製した。なお、該出射光制御板は該凸部形状のネガ型が形成されたニッケルスタンパを用い、該ニッケルスタンパに光硬化性樹脂を充填した後、該ＰＭＭＡフィルムをラミネートし、該ＰＭＭＡフィルム側からＵＶ照射することで得ることができる。次に、導光板として９０ｍｍ×７０ｍｍの大きさで厚さ０．８ｍｍのＰＭＭＡキャスト板（パラグラス：株式会社クラレ製）を用い、ＵＶ接着剤を介して該出射光制御板の該凸部形状の頂部と接着した。次に、該導光板の端面のコーナー部に白色ＬＥＤ５個（ＮＡＣＷ００８：日亜化学工業株式会社製）を配置することで面光源素子を得た。さらに、該出射光制御板の凸部形状の形成された面と対向する面に、厚さ２０μｍのポリエステル系紫外線硬化型粘着剤（ＵＶＡ−２１０１：東亞合成株式会社製）を用いて、８０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで厚さ１８０ｍｍの偏光板（スミカランＳＲＷ８６２Ａ：住友化学株式会社製）を貼合することで偏光機能層付き面光源素子を得た。なお、出射光制御板の出射面を形成するＰＭＭＡフィルムの屈折率ｎ_１＝１．４９、および偏光子の保護層として用いられているトリアセチルセルロースフィルムの屈折率ｎ_２＝１．４９にあわせて、該粘着剤の屈折率ｎ_３を１．４９に調整した。

上記のようにして得られた偏光機能層付き面光源素子の各ＬＥＤに直流電流３０ｍＡを印加し該偏光機能層付き面光源素子を発光させた。色彩輝度計（ＢＭ−７Ａ：トプコン株式会社製）を用いて、該偏光機能層付き面光源素子の中央部における正面輝度を測定したところ５６０ｃｄ／ｍ^２であった。

さらに、得られた偏光機能層付き面光源素子を液晶セルと貼合し液晶表示装置を作製した。該液晶表示装置によれば、明るく良好な映像情報を視認することができた。

比較例１
実施例１と同様に面光源素子を作製した。次に粘着剤を介することなく、実施例１と同様の偏光板を該面光源素子上に載せた。

上記のようにして得られた面光源素子に偏光機能層を載せた部材において、各ＬＥＤに直流電流３０ｍＡを印加し面光源素子を発光させた。色彩輝度計を用いて面光源素子に偏光機能層を載せた部材の中央部における正面輝度を測定したところ５００ｃｄ／ｍ^２であった。

実施例１および比較例１から、面光源素子と偏光機能層を一体化することにより、面光源素子を発光させたときの正面輝度が１０％程度向上することがわかる。

本発明にかかる偏光機能層付き面光源素子の概略構成図である。 図１の面光源素子の概略構成図である。 本発明にかかる偏光機能層付き面光源素子を用いた液晶表示装置の概略構成図である。 従来の面光源素子の一例を示す概略構成図である。 一般的な液晶表示パネルの概略構成図である。

符号の説明

２０：液晶表示パネル
２１：液晶セル
２２：偏光機能層
２３：偏光子
２４：光学機能層
３０：偏光機能層付き面光源素子
３２：粘着・接着剤の層
４０：面光源素子
４１：光源
４２：導光板
４３：凸部
４４：本体
４５：出射光制御板
５０：液晶表示装置

Claims (7)

1. 側面に設けられた１つ以上の光源から入射した光を伝播させるための導光板と、特定の偏光を選択的に透過する偏光機能層と、出射光の出射角度を制御するための出射光制御板とが、一体的に形成されてなる部材を備えていることを特徴とする偏光機能層付き面光源素子。
2. 前記出射光制御板は、前記導光板の出射面に対向して位置する入射側の主面およびその反対側の出射側の主面を有する板状の本体と、前記本体の入射側の主面から突出し、該主面に対して傾斜した傾斜面を持ち、かつ頂部が同一平面内にある複数の凸部とを備えて、該凸部の頂部で前記導光板の出射面と接着されてなり、前記導光板から該凸部の頂部を介して入射した光を該凸部の傾斜面で反射させて、前記本体の出射側の主面から出射させるものであり、かつ前記本体の出射側の主面と前記偏光機能層とが一体的に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の偏光機能層付き面光源素子。
3. 前記偏光機能層に偏光子を用いることを特徴とする、請求項１または２に記載の偏光機能層付き面光源素子。
4. 前記偏光機能層に光学機能層が含まれることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の偏光機能層付き面光源素子。
5. 前記導光板および前記出射光制御板から構成される面光源素子と前記偏光機能層とを一体的に形成するために粘着剤または接着剤を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の偏光機能層付き面光源素子。
6. 請求項５に記載の粘着剤または接着剤が、（メタ）アクリレート系、オキセタン系、アクリル樹脂系、ポリエステル系、エポキシ系であることを特徴とする偏光機能層付き面光源素子。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の偏光機能層付き面光源素子を用いることを特徴とする液晶表示装置。

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