JP4158824B2

JP4158824B2 - 光透過フィルム、光透過フィルムの製造方法及び液晶表示装置

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Publication number: JP4158824B2
Application number: JP2006243138A
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Inventors: 光成星; 慶小幡; 明宏堀井; 裕水野
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Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-10-01
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Description

本発明は、一方の面に立体構造が連続して配列された光透過フィルム、当該光透過フィルムの製造方法及び液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）は、ブラウン管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）と比較して低消費電力かつ小型化、薄型化が可能であり、現在では携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の小型機器から、大型サイズの液晶テレビに至るまで、様々なサイズのものが幅広く使用されている。

液晶表示装置は透過型、反射型等に分類され、特に透過型液晶表示装置は、液晶層を一対の透明基板で挟んだ液晶表示パネル、この液晶表示パネルの光入射側及び光出射側にそれぞれ配置された第１，第２偏光子のほか、照明光源としてバックライトユニットを備えている。バックライトユニットは、光源を液晶表示パネルの直下に配置する直下型のほか、導光板を用いたエッジライト型がある。

一方、光源光の出射方向を正面方向に配光させる目的で、輝度向上フィルムと称される光透過フィルムをバックライトユニットと液晶表示パネルとの間に配置する構成が知られている（例えば下記特許文献１参照）。輝度向上フィルムは、一方の面に断面略三角形状のプリズムが微細ピッチで周期配列されたプリズムシートで構成されており、バックライトの光を正面方向に立ち上げて光を集光する作用を有している。

特許第３１５８５５５号公報

しかしながら、従来のプリズムシートは屈折率が等方的であるとともに、プリズムシートから出射される光は通常、無偏光であるため、プリズムシートから出射される光のおよそ半分は、液晶表示パネルの光入射側に配置されている第１偏光子に吸収されてしまう。これにより、バックライトからの照明光を有効に利用できず、輝度の向上が図れなくなるという問題がある。

一方、プリズムシートと液晶表示パネルとの間に、一方の直線偏光成分を透過させ他方の直線偏光成分を反射する反射性偏光子を挿入することで、バックライト光の光利用効率を高めて輝度の向上を図ることが知られている。

ところが、この種の反射性偏光子を使用することは、液晶表示装置の製造コストが高くなるとともに、部品点数も増えて装置の小型化、薄型化に支障を来す。さらに、反射性偏光子を用いたとしても、第１偏光子の吸収軸方向の偏光成分が一部漏れ出る等、機能的に必ずしも十分であるとは限らない。

本発明は上述の問題に鑑みてなされ、集光機能と一定の偏光分離機能とを兼ね備えた光透過フィルム、光透過フィルムの製造方法及び液晶表示装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するに当たり、本発明に係る光透過フィルムは、
光入射面と、
プリズムが連続して配列された構造面でなる光出射面とを具備する光透過フィルムであって、
前記光透過フィルムは単一層でなり、
前記プリズムは、前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率とが互いに異なり、かつ、前記光入射面に斜め方向から入射した一部の光については、前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率のうち屈折率が大きい方向の偏光成分を前記光入射面側へ反射させるとともに屈折率が小さい方向の偏光成分を透過させ、前記光入射面に垂直方向から入射した光については、偏光状態に関係なく前記光入射面側へ反射させる一対の斜面を有する。

プリズムの延在方向と、これに直交する配列方向との間に屈折率差をもたせることで、当該光透過フィルムに入射した光に対し、プリズム延在方向に振動する直線偏光成分とプリズム配列方向に振動する直線偏光成分とで、互いに異なる透過特性をもたせることができるようになる。この偏光成分の透過特性の差は、プリズムの延在方向と配列方向の屈折率の差が大きいほど大きくなる。

プリズムの延在方向は一方向に限らず、プリズムの延在方向を相互に異ならせて２次元的に複数の方向に配列させたものでもよい。プリズムは、例えば９０°（度）の頂角を持つ断面三角形状で構成される。

上記構成において、例えば、プリズムの配列方向の屈折率よりもプリズムの延在方向の屈折率を大きくすることで、光透過フィルムへ入射した光のうちプリズムの配列方向に振動する偏光成分よりもプリズムの延在方向に振動する偏光成分の方が戻り光になる量が大きくなる。これにより、一定の偏光分離機能が得られることになる。

本発明に係る光透過フィルムの製造方法は、
光入射面と、プリズムが連続して配列された構造面でなる光出射面とを有する単一層でなる光透過フィルムであり、
前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率とが互いに異なり、かつ、前記光入射面に斜め方向から入射した一部の光については、前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率のうち屈折率が大きい方向の偏光成分を前記光入射面側へ反射させるとともに屈折率が小さい方向の偏光成分を透過させ、前記光入射面に垂直方向から入射した光については、偏光状態に関係なく前記光入射面側へ反射させる光透過フィルムの製造方法であって、
一方の面に前記プリズムを備えた樹脂フィルムを成形する工程と、
前記樹脂フィルムを成形した後、前記樹脂フィルムを前記プリズムの延在方向に延伸させて、前記プリズムの延在方向と前記プリズムの配列方向とで屈折率に差をもたせる工程とを有する

樹脂フィルムの延伸方向をプリズムの延在方向とするのは、延伸前後におけるプリズムの形状変化による光学特性の変動を少なくするためである。プリズムの配列方向の屈折率よりもその延在方向の屈折率を大きくする場合、光透過フィルムの構成材料としては、延伸方向に屈折率が大となる材料を選択することが好ましい。延伸方向に屈折率が大きくなる材料としては、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）及びこれらの混合物又はＰＥＴ−ＰＥＮコポリマー等の共重合体、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリアミド等が挙げられる。

一方、プリズムの延在方向の屈折率よりもその配列方向の屈折率を大きくする場合、光透過フィルムの構成材料としては、延伸方向に屈折率が小となる材料を選択することが好ましい。延伸方向に屈折率が小さくなる材料としては、例えばメタクリル樹脂、ポリスチレン系樹脂、スチレン−メチルメタクリレート共重合体およびこれらの混合物等がある。

そして、本発明に係る光透過フィルムを液晶表示装置における輝度向上フィルムとして用いる場合、以下の二つの構成がある。一つは、光透過フィルムはプリズムの配列方向の屈折率よりもその延在方向の屈折率の方が大きく形成されているとともに、プリズムの配列方向と、一対の偏光子のうち液晶表示パネルの光入射側に配置されている偏光子の光透過軸方向の成す角度が０°から４５°の範囲に設けられている構成である。もう一つは、光透過フィルムはプリズムの延在方向の屈折率よりもその配列方向の屈折率の方が大きく形成されているとともに、プリズムの延在方向と、一対の偏光子のうち液晶表示パネルの光入射側に配置されている偏光子の光透過軸方向の成す角度が０°から４５°の範囲に設けられている構成である。

これらの構成により、光透過フィルムからの出射光を液晶表示パネルへ効率良く入射させることができるようになるので、バックライト光の有効利用が可能となり、液晶表示装置の輝度向上を図ることができるようになる。

以上述べたように、本発明の光透過フィルムによれば、プリズムの延在方向と配列方向とで屈折率の異方性を有しているので、単一層で、集光作用だけでなく一定の偏光分離作用をも得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態による光透過フィルムを備えた液晶表示装置１０の概略構成図である。まず、この液晶表示装置１０の全体構成について簡単に説明する。

本実施形態の液晶表示装置１０は、液晶表示パネル１１と、この液晶表示パネル１１を挟む第１偏光子１２Ａ及び第２偏光子１２Ｂと、プリズムシート１３と、拡散板１４と、バックライトユニット１５とを備えている。

液晶表示パネル１１は、液晶層を一対の透明基板で挟み込んだ構造を有している。本実施形態では、ＶＡ（垂直配向）、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）等の視野角特性に優れた駆動モード用の液晶材料が適用されるが、これ以外にも、ＴＮ（ツイストネマチック）型等も適用可能である。

第１偏光子１２Ａは、液晶表示パネル１１の光入射側に配置された偏光子であり、第２偏光子１２Ｂは液晶表示パネル１１の光出射側に配置された偏光子である。第１偏光子１２Ａの光の透過軸ａの向きは、プリズムシート１３のプリズムの配列方向（以下「プリズム配列方向」という。）の屈折率とプリズムの延在方向（以下「プリズム延在方向」という。）の屈折率との間の大小関係によって決定される。

例えば、プリズム配列方向の屈折率よりもプリズム延在方向の屈折率の方が大きく形成されている場合、第１偏光子１２Ａの光の透過軸ａの向きを、図１に示すように、プリズム配列方向の向きとしたときに最も大きな効果が得られる。ただし、適当な角度輝度分布を得ることや液晶表示パネル１１のコントラストを向上させる等の他の理由により、透過軸ａとプリズム配列方向の向きを一致させられない場合、透過軸ａとプリズム配列方向との成す角度を広げてもよい。この場合、正面輝度の向上のためにはこの角度は０°から４５°までである必要があり、さらには０°から２０°程度までであることが望ましい。

一方、プリズム延在方向の屈折率よりもプリズム配列方向の屈折率の方が大きく形成されている場合、第１偏光子１２Ａの光の透過軸ａの向きを、プリズム延在方向の向きとしたときに最も大きな効果が得られる。ただし、適当な角度輝度分布を得ることや液晶表示パネル１１のコントラストを向上させる等の他の理由により、透過軸ａとプリズム延在方向の向きを一致させられない場合、透過軸ａとプリズム延在方向との成す角度を広げてもよい。この場合、正面輝度の向上のためにはこの角度は０°から４５°までである必要があり、さらには０°から２０°程度までであることが望ましい。

プリズムシート１３は、本発明に係る光透過フィルムに対応し、液晶表示装置１０の正面輝度を向上させるための輝度向上フィルムとして用いられている。プリズムシート１３は、バックライトユニット１５からの照明光（以下「バックライト光」ともいう）を拡散出射する拡散板１４の光出射側に配置され、後述するように、集光作用と一定の偏光分離作用とを有している。

照明光源としてのバックライトユニット１５は、複数本の線状光源１６と反射板１７とを備える直下型で構成されているが、これに限らず、導光板を使用するエッジライト型で構成されていてもよい。また、光源１６は、冷陰極管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）等の線状光源とされているが、これ以外にも、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の点光源を用いてもよい。

次に、本発明に係る光透過フィルムとしてのプリズムシート１３の詳細について説明する。

図２は、プリズムシート１３の全体構成を模式的に示している。プリズムシート１３は透光性のある樹脂材料で形成された単一の層でなり、その一方側の面に、断面三角形の一様な柱状のプリズムが一方向（Ｙ方向）に連続して配列されたプリズム構造面１３ａを有している。プリズム構造面１３ａを構成する各プリズムは、それぞれ同一の頂角及びピッチで形成され、本実施形態ではプリズム頂角が９０°、配列ピッチは例えば５０μｍである。プリズムシート１３の他方の面は、平坦面１３ｂとされている。プリズムシート１３は、プリズム構造面１３ａを光出射側（液晶表示パネル１１側）に向けて配置されている。

プリズムシート１３は、プリズム延在方向（Ｘ方向）とプリズム配列方向（Ｙ方向）とで異なる屈折率を有している。このように、プリズムシート１３の屈折率に面内異方性をもたせることによって、プリズムシート１３へ入射する光の透過特性を偏光状態に応じて変えることができる。図３はプリズムシート１３へ入射する光の経路を示しており、特に、プリズム延在方向の屈折率ｎｘが、プリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大きい場合（ｎｘ＞ｎｙ）を示している。ここで、Ｌｘは、バックライト光Ｌのうちプリズム延在方向（Ｘ方向）に振動する偏光成分を示し、Ｌｙは、バックライト光Ｌのうちプリズム配列方向（Ｙ方向）に振動する偏光成分を示している。

図３を参照して、プリズムシート１３の平坦面１３ｂに対して斜め方向から入射角θ１で入射したバックライト光は、プリズムの延在方向（Ｘ方向）と配列方向（Ｙ方向）とでプリズムシート１３の屈折率が異なることから（ｎｘ＞ｎｙ）、バックライト光のＸ方向偏光成分ＬｘとＹ方向偏光成分Ｌｙとは異なる屈折角ｒｘ，ｒｙ（ｒｘ＜ｒｙ）でそれぞれ屈折するとともに、異なる出射角φｘ，φｙでプリズム斜面から出射する。このとき、Ｘ方向偏光成分Ｌｘの出射角φｘよりも、Ｙ方向偏光成分Ｌｙの出射角φｙの方が小さい（φｘ＞φｙ）。

以上の例においては、両偏光成分Ｌｘ，Ｌｙのいずれも、プリズムシート１３の光出射面（プリズム構造面１３ａ）から出射されることになる。しかし、プリズム延在方向（Ｘ方向）とプリズム配列方向（Ｙ方向）とで異なる屈折率を有しているので、これら各方向に振動する偏光成分は、プリズムシート平坦面１３ｂ及びプリズム斜面といった界面において、互いに異なる反射率で反射されることになる。従って、本実施形態では、プリズム延在方向の屈折率ｎｘの方がプリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大とされているので、プリズム延在方向に振動する偏光成分Ｌｘの方が、Ｌｙに比べて反射量が大きい。その結果、プリズムシート１３を透過するバックライト光は、ＬｘよりもＬｙの方が光量的に多いことになる。

また、プリズム斜面から出射する各偏光成分Ｌｘ，Ｌｙの出射角は、φｘ＞φｙの関係となるので、プリズムシート１３へ入射するバックライト光の入射角がある条件を満たすと、偏光成分Ｌｘがプリズム斜面で全反射を繰り返して戻り光となり、偏光成分Ｌｙのみがプリズムシート１３を透過する完全な偏光分離状態を実現することができる。この例が入射角θ２の条件下で成立する様子を図３に示している。θ２の具体例としては、ｎｘ＝１．９、ｎｙ＝１．６およびプリズムの頂角が９０度の条件において、約１１度〜２５度である。

一方、プリズムシート１３に対するバックライト光の入射角が小さくなり過ぎると、バックライト光がプリズムシート１３の平坦面１３ｂに対して垂直に入射する場合と変わらなくなる。この場合、図３に示したように、バックライト光Ｌは偏光状態に関係なく、プリズム構造面１３ａのプリズム斜面において全反射を繰り返して、バックライト側へ戻る戻り光となる。

以上のように、プリズムシート１３に面内の屈折率異方性をもたせることで、バックライト光の集光作用に加え、一定の偏光分離作用を得ることができる。また、上記各例においてプリズムシート１３で反射された光は、バックライトユニット１５の反射板１７（図１）や拡散板１４の表面において反射し無偏光化されて再びプリズムシート１３へ入射することになるので、光の利用効率が高まり正面輝度の向上に貢献することが可能となる。

次に、以上のように構成されるプリズムシート１３の製造方法の一例について説明する。

本実施形態のプリズムシート１３は、一方の面にプリズム構造面１３ａが形成された樹脂フィルムを成形する工程と、この樹脂フィルムをプリズムの延在方向に延伸させて、プリズムの延在方向とプリズムの配列方向とで屈折率に差をもたせる工程とを経て、製造される。

樹脂フィルムの成形方法は特に限定されないが、例えば、熱プレス法や溶融押出し加工法等が適用可能である。また、平坦な樹脂シートをベースとし、その上にプリズム層を作製してもよい。なお、樹脂フィルムは、ロール方式で連続的に作製できる方法が好ましい。

作製した樹脂フィルムは、プリズム延在方向に延伸されることで屈折率異方性が付与される。本実施形態のプリズムシート１３は、プリズム延在方向の屈折率ｎｘの方がプリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大きく構成されている。従って、図４Ａに示すように、延伸方向に屈折率が大となる樹脂材料を用いて樹脂フィルム２３を作製した後、プリズム延在方向（Ｘ方向）に当該樹脂フィルム２３を延伸させることで、目的とするプリズムシート１３が得られることになる。延伸率は、必要とする面内屈折率差、樹脂フィルムの材料の種類等に応じて適宜設定することができる。

延伸方向に屈折率が大となる樹脂材料としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）及びこれらの混合物またはＰＥＴ−ＰＥＮコポリマー等の共重合体、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリアミド等が挙げられる。

ここで、延伸方向をプリズム延在方向とするのは、延伸前後におけるプリズム形状の変動によって、目的とする光学特性が変化することを抑えるためである。図４Ｂは延伸前後におけるプリズム構造面の外形状の変化を示しており、実線は延伸前、一点鎖線は延伸後を示している。延伸方向をプリズム延在方向（Ｘ方向）とすることにより、延伸後のプリズム断面形状が延伸前のプリズム断面形状に対してほぼ相似関係となるので、光学特性の変動が抑えられ、必要とするプリズム形状を高精度に制御することが可能となる。

これに対して、図５Ａ，Ｂに示すように、樹脂フィルム２３をプリズム配列方向（Ｙ方向）に延伸させて屈折率異方性をもたせるようにすると、プリズム外形状の変化が著しくなり、特にプリズム頂角やプリズム配列ピッチが拡大し、必要とする光学特性を高精度に制御し難くなる。なお、図５Ｂにおいて二点鎖線は延伸前、実線は延伸後を示している。

なお、プリズム配列方向の屈折率をプリズム延在方向の屈折率よりも大きく構成するような場合には、延伸方向に屈折率が小となる樹脂材料を用いてプリズム延在方向に延伸させればよい。延伸方向に屈折率が小となる樹脂材料としては、ポリメチルメタクリレート等のメタクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体（ＡＳ樹脂）、スチレン−メチルメタクリレート共重合体、及びこれらの混合物等が挙げられる。

続いて、図６を参照して本実施形態の液晶表示装置１０の作用を説明する。図６は、プリズムシート１３、第１偏光子１２Ａ、液晶表示パネル１１及び第２偏光子１２Ｂを透過する光の偏光状態を説明する液晶表示装置１０の概略側面図である。

上述したように、第１偏光子１２Ａの透過軸ａは、プリズムシート１３のプリズム配列方向の屈折率とプリズム延在方向の屈折率の大小関係によって決定される。図６では、プリズム配列方向の屈折率よりもプリズム延在方向の屈折率の方が大きく形成されている場合を示しており、第１偏光子１２Ａの透過軸ａは、プリズム配列方向（Ｙ方向）とすることが好ましい。また、図６では、Ｌｘは、バックライト光Ｌのうちプリズム延在方向（Ｘ方向）に振動する偏光成分を示し、Ｌｙは、バックライト光Ｌのうちプリズム配列方向（Ｙ方向）に振動する偏光成分を示している。

図示しないバックライトユニット１５から照射され拡散板１４を透過した無偏光の光（バックライト光Ｌ）は、プリズムシート１３の平坦面１３ｂへ入射する。バックライト光Ｌは、プリズムシート１３において正面方向へ集光されてプリズム構造面１３ａから出射した後、第１偏光子１２Ａへ入射する。第１偏光子１２Ａは、入射したバックライト光Ｌのうち、Ｌｘを吸収し、Ｌｙを透過する。第１偏光子１２Ａを透過したＬｙは、液晶表示パネル１１において画素単位で偏光制御がなされて第２偏光子１２Ｂへ入射し、第２偏光子１２Ｂの透過軸の偏光のみが透過してパネル正面に画像を形成する。

さて、プリズムシート１３に入射するバックライト光Ｌの入射角θは一様ではなく、ある範囲の角度分布をもっている。本実施形態のプリズムシート１３は、プリズム延在方向の屈折率ｎｘの方がプリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大きく形成されているので、プリズムシート１３を透過するバックライト光Ｌは、図３を参照して説明したように、ＬｘよりもＬｙの方が多く、その量的割合は、プリズムシート１３のプリズム配列方向の屈折率とプリズム延在方向の屈折率の差、ならびにプリズムシート１３に入射するバックライト光Ｌの入射角θの分布に依存する。

一方、プリズムシート１３で反射された一部のバックライト光Ｌは、拡散板１４表面、あるいはバックライトユニット１５の反射板１７で反射され、再びプリズムシート１３へ入射する。このようなリサイクル作用が繰り返されることにより、バックライト光Ｌの有効利用が図られる。

以上のように本実施形態によれば、プリズムシート１３が集光作用だけでなく、一定の偏光分離作用を有しているので、プリズムシート１３から出射するバックライト光Ｌのうちプリズム延在方向の偏光成分Ｌｘの出射光量をプリズム配列方向の偏光成分Ｌｙの出射光量よりも少なくでき、第１偏光子１２Ａにおけるバックライト光Ｌの吸収量を低減して、バックライト光Ｌの有効利用を図れるようになる。これにより、バックライト光Ｌの取出し効率が高まり、正面輝度の向上を図ることができる。

また、高価な反射性偏光子等の光学素子を必ずしも必要とすることがなくなるので、部品点数の低減による液晶表示装置の更なる薄型化と、製造コストの低減を図ることが可能となる。

プリズムシート１３によるバックライト光Ｌの偏光分離効果は、プリズム延在方向の屈折率ｎｘとプリズム配列方向の屈折率ｎｙとの差が大きいほど顕著となる。図７は、プリズム延在方向の屈折率ｎｘよりもプリズム配列方向の屈折率ｎｙが大きい場合であって、ｎｘ＝１．６０、ｎｙ＝ｎｘ＋Δｎとしたときの輝度向上率のシミュレーション結果を示している。これは、複屈折率Δｎを０とした場合を基準とした場合に、輝度がどの程度向上するかを示している。なお、プリズム頂角は９０°とした。

図７から明らかなように、Δｎが大きくなるほど輝度向上率が高まる。角度輝度分布はｎｘによって決まるため、この値は商品設計等で適切に決めることができる。これに対して、ｎｙはｎｘより大きな値であればあるほど好ましく、これにより輝度向上率を高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

例えば以上の実施形態では、プリズムシート１３の面内屈折率差をｎｘ＞ｎｙで構成したが、これに代えて、ｎｘ＜ｎｙとしてもよい。この場合、プリズム延在方向に延伸させたときに延伸方向に屈折率が小となる樹脂材料を用いればよい。またこの場合、第１偏光子の透過軸と直交する方向にプリズム配列方向が向けられることが好ましい。

また、以上の実施形態では、プリズムシート１３を一枚用いた例を示したが、このプリズムシート１３を２枚重ねて用いてもよい。この場合、プリズム延在方向が上下シート間で直交するように配列するとともに、一方のプリズムシートはプリズム延在方向の屈折率を大きくし、他方のプリズムシートはプリズム配列方向の屈折率を大きくすることが望ましい。あるいは、上に配置されるプリズムシートのみ屈折率差があるプリズムシートを用い、下に配置されるプリズムシートは一般的な等方性のプリズムシート（例えば３Ｍ社製「ＢＥＦ」（商標））を用いてもよい。

加えて、以上の実施形態では、プリズムシート１３の屈折率異方性の発現に、延伸を用いるとしたが、これに限定されることはなく、例えば、屈折率異方性をもった液晶材料を配向させたり、屈折率異方性を有する結晶材料を用いてプリズムシートを構成することで、プリズム延在方向とプリズム配列方向とで屈折率異方性を発現させるようにしてもよい。

以下、本発明の各実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、以下の各実施例では、本発明に係る屈折率異方性をもったプリズムシートを「異方性プリズムシート」と呼ぶ場合もある。
（実施例１）
［プリズムシートの成形］
樹脂フィルムにプリズム形状を転写形成するための熱プレス用の金属製エンボス原版として、その表面が、横断面形状が頂角９０度である直角二等辺三角形で交互かつ平行に山部と山部、谷部と谷部が５０μｍ間隔で規則的に連続して彫刻されたものを用いた。樹脂フィルムは熱可塑性樹脂であり、２００μｍ厚みのＡ−ＰＥＴ（アモルファスＰＥＴ）シート（三菱化学社製「ノバクリア（商標）ＳＧ００７」、Ｔｇ約７０℃）を用いた。この樹脂フィルムを１００℃、１０分間、１００ｋｇｆ／ｃｍ²（９．８ＭＰａ）の熱プレス条件で、プレス後すぐに氷水に投入し、透明な等方性プリズムシートを得た。

［プリズムシートの延伸］
得られた等方性プリズムシートを縦（プリズム延在方向）８ｃｍ×横５ｃｍの長方形状に裁断した後、長手方向の両端部の三角断面（プリズム断面）を手動延伸機でチャックし、延在方向に５５℃の温水中でサンプル中央が３．５倍になるように延伸速度１ｃｍ／秒で一軸延伸を行い、異方性プリズムシートを得た。

得られた異方性プリズムシートと延伸前の等方性プリズムシートの三角断面を表面粗さ計（サーフコーダーＥＴ４００１Ａ、小坂研究所（株）製）で測定したところ、両者とも原版と同じ４５度底角をもつ二等辺三角形であった。さらに、延伸前のサンプルのプリズムは原版と同じ約５０μｍピッチであったのに対して、延伸後のサンプルのプリズムは約３０μｍピッチであった。

図８は、延伸前後におけるプリズムシートの概略断面形状を示している。図中、一点鎖線は延伸前のサンプルの断面形状を示し、実線は延伸後のサンプルの断面形状を示している。延伸前後にわたってプリズムが相似形であることがわかる。
なお、二点鎖線は、縦１．５ｃｍ×横５ｃｍに裁断したサンプルを縦方向（プリズム延在方向）に延伸させたときのプリズム形状を示している。図示の例から明らかなように、縦／横比が１未満のサンプルを縦方向に延伸したときにはシート断面形状が歪んで相似形のプリズム形状を得ることができない。従って、縦／横比が１以上となるようにサンプルを切り出すことが好ましい。

［複屈折性の測定］
次に、得られた異方性プリズムシートの複屈折性を測定した。複屈折性の測定には、図９に示すように、シート４５のプリズム面から偏光を垂直に入射させ、透過光を測定器４６で検出し、透過光の出射角φの違いにより、プリズム延在方向の屈折率ｎｘとプリズム配列方向の屈折率ｎｙとの差Δｎ（＝ｎｘ−ｎｙ）を算出した。すなわち、透過光の出射角φは、入射偏光方向によって異なり、図１０に示すようにプリズム延在方向に平行に振動する偏光成分（以下これを「垂直偏光Ｌｘ」という。）の出射角φｘは、プリズム配列方向に平行に振動する偏光成分（以下これを「水平偏光Ｌｙ」という。）の出射角φｙよりも大きい。これを利用して、Δｎを算出することができる。

図１１は、シート４５を透過した垂直偏光Ｌｘ及び水平偏光Ｌｙの光量と出射角との関係を示す測定結果である。縦軸の単位（a.u.）は、arbitrary unit（任意単位）のことで「相対値」であることを示している。測定の結果、図１２に示すように、得られた異方性プリズムシート４５のプリズム延在方向の屈折率ｎｘは１．６２、プリズム配列方向の屈折率ｎｙは１．５５であり、Δｎは０．０７であった。

以上の結果より、Ａ−ＰＥＴシートを熱プレスしプリズム形状を付与した後、一軸延伸することにより、プリズム延在方向と配列方向とで屈折率が異なる異方性プリズムシートを得ることができた。また、図１１に示したように、垂直偏光Ｌｘに比べて水平偏光Ｌｙの方が透過率が高いことが確認できる。これは、プリズム延在方向の屈折率ｎｘがプリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大きいため、プリズム延在方向に平行な偏光成分Ｌｘのプリズム斜面における全反射作用が高くなり、Ｌｙに比べて透過光量が低下するからである。

［輝度配向評価］
続いて、本実施例に係る異方性プリズムシート４５の輝度配向を測定した。図１３に示すように、バックライトユニットを光源５０、反射板５１、導光板５２を有するエッジライト型とし、導光板５２の上に拡散板５３、輝度向上フィルム５４、異方性プリズムシート４５及び偏光子５５を順に配置し、輝度・色差計（ＥＺ−ｃｏｎｔｒａｓｔＸＬ８８（ＥＬＤＩＭ社製））で正面輝度及び照度を測定した。

輝度向上フィルム５４には、等方性プリズムシート（３Ｍ社製「ＢＥＦ」（商標））を用い、プリズム延在方向を画面左右方向（水平方向）に向けて配置した。異方性プリズムシート４５はプリズム延在方向を画面上下方向（垂直方向）に向けて配置し、輝度向上フィルム５４に対してプリズム延在方向を直交させた。偏光子５５は、垂直方向に光透過軸Ａをもつものと水平方向に光透過軸Ｂをもつものとを２種類用意し、その各々を用いて垂直偏光及び水平偏光の輝度配向を測定した。

（比較例１）
異方性プリズムシート４５に代えて、無延伸の等方性プリズムシート（プリズム頂角９０度、５０μｍピッチ）を用いた以外は、実施例１と同様な方法で正面輝度及び照度を測定した。

測定の結果を表１及び図１４に示す。

表１及び図１４の結果より、本実施例の異方性プリズムシートの垂直偏光は比較例１の等方性プリズムシートと比較して正面輝度、照度ともに減少している。一方、水平偏光は正面輝度、照度ともに比較例１の等方性プリズムシートよりも上昇している。

以上の結果より、異方性プリズムシートにおいては、より多くの垂直偏光がプリズム面で反射し、拡散板や反射板において全方位光にリサイクルされることにより、水平偏光の輝度および照度の上昇に貢献していることがわかる。したがって、偏光子５５の透過軸を、水平偏光の方向、つまり異方性プリズムシート４５のプリズム配列方向に向けることにより、効率的に光を利用して、正面輝度ならびに照度（光取出効率）を向上させることができる。

（実施例２）
［プリズムシートの成形］
樹脂フィルムにプリズム形状を転写形成するための熱プレス用の金属製エンボス原版として、その表面が、横断面形状が頂角９０度である直角二等辺三角形で交互かつ平行に山部と山部、谷部と谷部が５０μｍ間隔で規則的に連続して彫刻されたものを用いた。樹脂フィルムは熱可塑性樹脂であり、２００μｍ厚みのＡ−ＰＥＮ（アモルファスＰＥＮ）シート（Ｔｇ約１２０℃）を用いた。この樹脂フィルムを１５０℃、１０分間、１００ｋｇｆ／ｃｍ²（９．８ＭＰａ）の熱プレス条件で、プレス後すぐに氷水に投入し、等方性プリズムシートを得た。

［プリズムシートの延伸］
得られた等方性プリズムシートを縦（プリズム延在方向）８ｃｍ×横５ｃｍの長方形状に裁断した後、長手方向の両端部の三角断面（プリズム断面）を手動延伸機でチャックし、プリズム延在方向に１４０℃の環境下でサンプル中央が３．５倍になるように延伸速度１ｃｍ／秒で一軸延伸を行い、異方性プリズムシートを得た。

図１５は、延伸前後におけるプリズムシートの概略断面形状を示している。図中、実線は延伸前のサンプルの断面形状を示し、破線は延伸後のサンプルの断面形状を示している。延伸前後にわたってプリズムが相似形であることがわかる。

［複屈折性の測定］
次に、得られた異方性プリズムシートの複屈折性を測定した。複屈折性の測定には、実施例１と同様の測定を行った。

図１６は、上記異方性プリズムシートを透過した垂直偏光Ｌｘおよび水平偏光Ｌｙの光量と出射角との関係を示す測定結果である。縦軸の単位（a.u.）は、arbitrary unit（任意単位）のことで「相対値」であることを示している。測定の結果、図１７に示すように、得られた異方性プリズムシートのプリズム延在方向の屈折率ｎｘは１．７９、プリズム配列方向の屈折率ｎｙは１．５６であり、Δｎは０．２３であった。

以上の結果より、Ａ−ＰＥＮシートを熱プレスしプリズム形状を付与した後、一軸延伸することにより、プリズム延在方向と配列方向とで屈折率が異なる異方性プリズムシートを得ることができた。また、図１６に示したように、垂直偏光Ｌｘに比べて水平偏光Ｌｙの方が透過率が高いことが確認できる。これは、プリズム延在方向の屈折率ｎｘがプリズム配列方向の屈折率ｎｙよりも大きいため、プリズム延在方向に平行な偏光成分Ｌｘのプリズム斜面における全反射作用が高くなり、Ｌｙに比べて透過光量が低下するからである。

［輝度配向評価］
続いて、本実施例に係る異方性プリズムシートの輝度配向を測定した。図１３に示したように、バックライトユニットを光源５０、反射板５１、導光板５２を有するエッジライト型とし、導光板５２の上に拡散板５３、輝度向上フィルム５４、異方性プリズムシート４５及び偏光子５５を順に配置し、輝度・色差計（ＥＺ−ｃｏｎｔｒａｓｔＸＬ８８（ＥＬＤＩＭ社製））で正面輝度及び照度を測定した。

輝度向上フィルム５４には、等方性プリズムシート（３Ｍ社製「ＢＥＦ」（商標））を用い、プリズム延在方向を画面左右方向（水平方向）に向けて配置した。異方性プリズムシート４５は、プリズム延在方向を画面上下方向（垂直方向）に向けて配置し、輝度向上フィルム５４に対してプリズム延在方向を直交させた。偏光子５５は、垂直方向に光透過軸Ａをもつものと水平方向に光透過軸Ｂをもつものとを２種類用意し、その各々を用いて垂直偏光及び水平偏光の輝度配向を測定した。

（比較例２）
異方性プリズムシート４５に代えて、無延伸の等方性プリズムシート（プリズム頂角９０度、５０μｍピッチ）を用いた以外は、実施例２と同様な方法で正面輝度及び照度を測定した。

測定の結果を表２及び図１８に示す。

表２及び図１８の結果より、本実施例の異方性プリズムシートの垂直偏光は比較例２の等方性プリズムシートと比較して正面輝度、照度ともに減少している。一方、水平偏光は、正面輝度、照度ともに比較例２の等方性プリズムシートよりも上昇している。

以上の結果より、異方性プリズムシートにおいては、より多くの垂直偏光がプリズム面で反射し、拡散板や反射板において全方位光にリサイクルされることにより、水平偏光の輝度及び照度の上昇に貢献していることがわかる。したがって、偏光子５５の透過軸を、水平偏光の方向、つまり異方性プリズムシート４５のプリズム配列方向に向けることにより、効率的に光を利用して、正面輝度ならびに照度（光取出効率）を向上させることができる。

（実施例３）
本発明に係るプリズムシートを液晶表示装置に用いる場合、このプリズムシートと偏光子（液晶表示パネルの光入射側に位置する偏光子。以下同じ。）の透過軸が成す角度が重要となる。実施例１及び実施例２で示したとおり、プリズムシートから出射された光の偏光には偏りが生じており、それと対応した方向に偏光子の透過軸を合わせることが好ましい。ただし、液晶表示装置としてのコントラストの向上やモアレの抑制等の理由により、偏光子の透過軸を合わせられない場合にも、本発明は有効である。

本実施例では、実施例２のようなプリズム配列方向の屈折率よりもプリズム延在方向の屈折率の方が大きく形成されたプリズムシートを液晶表示装置に用いる場合において、プリズム配列方向と偏光子の光透過軸方向の成す角度に対する、その液晶表示装置の正面輝度を測定した。

（比較例３）
実施例３のプリズムシートに代えて、無延伸の等方性プリズムシート（プリズム頂角９０度、５０μｍピッチ）を用いた以外は、実施例３と同様な方法で正面輝度を測定した。

測定の結果を図１９に示す。図１９の結果より、プリズムシートのプリズム配列方向と偏光子の光透過軸方向の成す角度が０°から４５°においては、等方性のプリズムシートに比べて、正面輝度を高くすることができ、さらに望ましくは０°から２０°であることが分かる。

なお、本実施例のようにプリズム配列方向の屈折率よりもプリズム延在方向の屈折率の方が大きく形成される場合とは逆に、プリズム延在方向の屈折率よりもプリズム配列方向の屈折率の方が大きくなるようにプリズムシートを形成した場合には、プリズムの延在方向と偏光子の光透過軸方向の成す角度が０°から４５°において、等方性プリズムシートに比べて、正面輝度を高くすることができ、さらに望ましくは０°から２０°であることが分かる。

本発明の実施形態による液晶表示装置の概略構成を示す分解斜視図である。本発明に係る光透過フィルムとしてのプリズムシートの構成を模式的に示す全体斜視図である。本発明に係るプリズムシートの一作用を説明するための要部断面図である。本発明に係るプリズムシートの製造方法を説明するための模式図であり、Ａは延伸方向を示し、Ｂは延伸前後におけるプリズム形状の変化を示している。図４に示した場合と異なる方向に延伸させたときのプリズム形状の変動の様子を説明する図である。図１の液晶表示装置の一作用を説明するための要部側面図である。本発明に係るプリズムシートの面内屈折率差の大きさと輝度向上率との関係を示す図である。本発明の実施例１において説明する異方性プリズムシートの断面形状を測定した結果を示す図である。異方性プリズムシートの複屈折性測定方法を説明するための図である。異方性プリズムシートに対する垂直偏光と水平偏光の出射角の違いを説明するための図である。実施例１の異方性プリズムシートの光透過特性を示す図である。実施例１の異方性プリズムシートの面内各方向の屈折率を説明するための図である。実施例１の異方性プリズムシートの輝度特性評価の測定条件を説明するための図である。実施例１の異方性プリズムシートの輝度配向特性の評価結果を示す図である。本発明の実施例２において説明する異方性プリズムシートの断面形状を測定した結果を示す図である。実施例２の異方性プリズムシートの光透過特性を示す図である。実施例２の異方性プリズムシートの面内各方向の屈折率を説明するための図である。実施例２の異方性プリズムシートの輝度配向特性の評価結果を示す図である。本発明の実施例３において説明する異方性プリズムシートの偏光子に対する輝度の角度依存特性を示す図である。

符号の説明

１０…液晶表示装置、１１…液晶表示パネル、１２Ａ…第１偏光子、１２Ｂ…第２偏光子、１３…プリズムシート（光透過フィルム）、１４…拡散板、１５…バックライトユニット、２３…樹脂フィルム、４５…異方性プリズムシート、５５…偏光板、Ｌｘ…プリズム延在方向に振動するバックライト光の偏光成分、Ｌｙ…プリズム配列方向に振動するバックライト光の偏光成分、ｎｘ…プリズムシートのプリズム延在方向の屈折率、ｎｙ…プリズムシートのプリズム配列方向の屈折率

Claims

光入射面と、
プリズムが連続して配列された構造面でなる光出射面とを具備する光透過フィルムであって、
前記光透過フィルムは単一層でなり、
前記プリズムは、前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率とが互いに異なり、かつ、前記光入射面に斜め方向から入射した一部の光については、前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率のうち屈折率が大きい方向の偏光成分を前記光入射面側へ反射させるとともに屈折率が小さい方向の偏光成分を透過させ、前記光入射面に垂直方向から入射した光については、偏光状態に関係なく前記光入射面側へ反射させる一対の斜面を有する
光透過フィルム。
請求項１に記載の光透過フィルムであって、
前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率の差が０．０７以上である
光透過フィルム。
請求項１に記載の光透過フィルムであって、
前記プリズムは断面が頂角９０°の二等辺三角形である
光透過フィルム。
請求項１に記載の光透過フィルムであって、
前記光透過フィルムは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）及びこれらの混合物又はＰＥＴ−ＰＥＮコポリマー等の共重合体からなる
光透過フィルム。
光入射面と、プリズムが連続して配列された構造面でなる光出射面とを有する単一層でなる光透過フィルムであり、
前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率とが互いに異なり、かつ、前記光入射面に斜め方向から入射した一部の光については、前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率のうち屈折率が大きい方向の偏光成分を前記光入射面側へ反射させるとともに屈折率が小さい方向の偏光成分を透過させ、前記光入射面に垂直方向から入射した光については、偏光状態に関係なく前記光入射面側へ反射させる光透過フィルムの製造方法であって、
一方の面に前記プリズムを備えた樹脂フィルムを成形する工程と、
前記樹脂フィルムを成形した後、前記樹脂フィルムを前記プリズムの延在方向に延伸させて、前記プリズムの延在方向と前記プリズムの配列方向とで屈折率に差をもたせる工程とを有する
光透過フィルムの製造方法。
請求項５に記載の光透過フィルムの製造方法であって、
前記樹脂フィルムの材料として、延伸方向に屈折率が大となる材料を用いる
光透過フィルムの製造方法。
請求項５に記載の光透過フィルムの製造方法であって、
前記樹脂フィルムの材料として、延伸方向に屈折率が小となる材料を用いる
光透過フィルムの製造方法。
液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルを挟む一対の偏光子と、
前記液晶表示パネルを照明する照明光源と、
光入射面と、プリズムが連続して配列された構造面でなる光出射面とを有する、前記液晶表示パネルと前記照明光源との間に配置された光透過フィルムとを具備し、
前記光透過フィルムは単一層でなり、
前記プリズムは、前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率とが互いに異なり、かつ、前記光入射面に斜め方向から入射した一部の光については、前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率のうち屈折率が大きい方向の偏光成分を前記光入射面側へ反射させるとともに屈折率が小さい方向の偏光成分を透過させ、前記光入射面に垂直方向から入射した光については、偏光状態に関係なく前記光入射面側へ反射させる一対の斜面を有する
液晶表示装置。
請求項８に記載の液晶表示装置であって、
前記光透過フィルムは、前記プリズムの配列方向の屈折率よりも前記プリズムの延在方向の屈折率の方が大きく形成されており、かつ、
前記プリズムの配列方向と、前記一対の偏光子のうち前記液晶表示パネルの光入射側に配置されている偏光子の光透過軸方向の成す角度が０°から４５°の範囲に設けられている
液晶表示装置。
請求項８に記載の液晶表示装置であって、
前記光透過フィルムは、前記プリズムの延在方向の屈折率よりも前記プリズムの配列方向の屈折率の方が大きく形成されており、かつ、
前記プリズムの延在方向と、前記一対の偏光子のうち前記液晶表示パネルの光入射側に配置されている偏光子の光透過軸方向の成す角度が０°から４５°の範囲に設けられている
液晶表示装置。
請求項８に記載の液晶表示装置であって、
前記光透過フィルムは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）及びこれらの混合物又はＰＥＴ−ＰＥＮコポリマー等の共重合体からなる
液晶表示装置。
請求項８に記載の液晶表示装置であって、
前記プリズムの延在方向の屈折率と前記プリズムの配列方向の屈折率の差が０．０７以上である
液晶表示装置。
請求項８に記載の液晶表示装置であって、
前記プリズムは断面が頂角９０°の二等辺三角形である
液晶表示装置。
請求項８に記載の液晶表示装置であって、
前記照明光源は、直下型バックライトユニットである
液晶表示装置。
請求項８に記載の液晶表示装置であって、
前記照明光源は、エッジライト型バックライトユニットである
液晶表示装置。